壓縮感知(CS)技術在3D-MRCP成像中的臨床應用價值

陳澤斌,葛 尚

磁共振胰膽管造影(MR cholangiopancreatography, MRCP)是臨床上評估膽道系統疾病最常用的無創性醫學影像學檢查方法,它利用重T2加權脈沖序列顯示具有長T2弛豫時間特性組織結構,具有無創、無輻射的獨特優勢,已被臨床廣泛應用[1]。目前,MRCP技術使用多基于呼吸觸發或膈肌導航門控技術的三維(3-dimension,3D)T2加權快速自旋回波序列進行,但采集時間較長,常常受胃腸蠕動及呼吸運動等因素的影響,圖像出現偽影較多[2]。近年來,磁共振壓縮感知(compressed sensing, CS)技術逐漸得到應用,可減少圖像采集時間,實現MR掃描加速方法,能夠在較短時間內獲得清晰圖像[3-5],但其對胰膽管病變的報道較少。本研究通過對常規MRCP序列與基于CS技術的MRCP序列圖像的質量進行對比,探討CS技術在3D-MRCP成像中的臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2022年1～12月在我院接受MR胰膽管檢查的120例患者的臨床資料。其中男56例,女64例,年齡18～88歲,平均(54.52±15.62)歲。納入標準:(1)年齡≥18歲,臨床資料完整、詳實;(2)門診查體疑似胰膽管病變;(3)空腹完成3D-RT-MRCP與CS-3D-RT-MRCP序列掃描檢查;(4)檢查前患者及家屬簽署知情同意書。排除標準:(1)有MRI檢查禁忌證;(2)合并其他類型惡性疾病;(3)曾有胰膽管部手術史。

1.2 檢查方法 120例患者掃描前禁食、水4 h以上,取仰臥位、足先進,雙手上舉;均采用Ingenia CX 3.0T MR掃描儀(飛利浦,荷蘭)、8通道體部線圈進行掃描;掃描序列包括采用呼吸觸發(respiratory trigger,RT)3D快速自旋回波容積掃描序列(3D-RT-MRCP)、采用壓縮感知技術加速的呼吸觸發3D快速自旋回波容積掃描序列(CS-3D-RT-MRCP);兩序列基本掃描參數均采用:TR 1190 ms,TE 600 ms,體素1.0×1.0×1.2 mm,FOV 260 mm×260 mm,采集層數80～90層;其中,3D-RT-MRCP并行采集加速因子采用4倍,CS-3D-RT-MRCP壓縮感知加速因子采用18倍。放置呼吸門控在劍突下水平,并訓練呼吸使患者均勻呼吸觸發掃描。所有患者掃描均由1名5年工作經驗的技師完成,檢查時觀察患者呼吸頻率,判定正常呼吸頻率12～20次/min的為正常呼吸組; 平均呼吸頻率>20次/min或<12次/min的為呼吸異常組。

1.3 評價方法及標準

1.3.1 主觀評價 由兩名具有5年以上工作經驗的醫師采用盲法分別評分。(1)評價呼吸運動偽影程度,評價采用3分法,圖像評分標準:1分,有明顯的運動偽影,圖像質量差;2分,有少量的呼吸偽影,圖像質量尚可;3分,無呼吸偽影,圖像質量好。(2)將原始圖像進行最大信號投影(maximal intensity projection,MIP)重建,結合原始圖像及MIP圖像針對圖像整體質量及膽管、胰管圖像的顯示質量情況進行評分,評價采用4分法,圖像評分標準:1分,圖像質量很差,偽影嚴重,胰膽管顯示不清,背景抑制弱;2分,圖像質量較差,中度偽影,胰膽管顯示欠清晰,背景抑制稍弱;3分,圖像質量良好,少量偽影,胰膽管顯示清晰,背景抑制良好;4分,圖像質量優,無偽影,胰膽管顯示清晰,背景抑制優。取兩名醫師評分值的平均值作為最終結果。

1.3.2 客觀評價 (1)記錄掃描3D-RT-MRCP與CS-3D-RT- MRCP序列的時間;(2)由一名5年工作經驗以上的放射科醫師評估所有患者圖像的圖像信噪比(SNR)及對比噪聲比(CNR)。在PACS上進行圖像測量,同一患者兩組圖像均選取同一層面進行SNR和CNR測量,選取膽總管上段較清晰、管徑較寬處測量信號強度,及同層面右側腎上腺及腎間隙處測量背景噪聲,勾畫圓形感興趣區域(ROI)大小為10 mm2,記錄膽總管和背景噪聲平均信號強度(SI)及標準差(SD),計算SNR和CNR,所有數據分別測量兩次后取平均值。計算公式為:SNR=SI膽總管/SD膽總管,CNR=(SI膽總管-SI肌肉)/SD背景。

2 結 果

2.1 客觀評價

2.1.1 掃描時間對比 120例采用CS-3D-RT-MRCP序列掃描時間[(79.32±23.64)s]比3D-RT-MRCP序列掃描時間[(240.32±41.78)s]明顯縮短,差異有統計學意義(P<0.05)。

2.1.2 不同呼吸頻率圖像運動偽影分析 120例患者按呼吸頻率分為正常呼吸組(81例)和異常呼吸組(39例)。正常呼吸組3D-RT-MRCP序列圖像偽影評分(2.49±0.40)明顯高于異常呼吸組(1.72±0.57),差異有統計學意義(P<0.05);而CS-3D-RT-MRCP序列圖像正常呼吸組偽影評分(2.55±0.37)與異常呼吸組(2.48±0.49)基本相同,差異無統計學意義。

2.2 圖像質量主觀評價分析 兩組患者CS-3D-RT-MRCP的圖像質量評分均高于3D-RT-MRCP圖像,差異有統計學意義(P<0.05);異常呼吸組3D-RT-MRCP序列圖像評分均低于正常呼吸組,差異有統計學意義(P<0.05,表1),具體圖像質量見圖1。

圖1 胰膽管檢查3D-RT-MRCP及CS-3D-RT-MRCP

表1 胰膽管檢查不同序列各組圖像質量主觀評價比較

A.常規3D-RT-MRCP序列MIP圖像,圖像對比度顯示欠銳利,胰管遠端顯示不清; B.CS-3D-RT-MRCP序列MIP圖像,圖像顯示對比度銳利,胰管遠端顯示良好。

2.3 信噪比及對比噪聲比客觀評價分析 兩組患者CS-3D-RT-MRCP圖像SNR、CNR得分均高于3D-RT-MRCP圖像,差異有統計學意義(P<0.05);異常呼吸組3D-RT-MRCP圖像的SNR、CNR得分低于正常呼吸組,差異有統計學意義(P<0.05),兩組CS-3D-RT-MRCP圖像SNR、CNR得分差異無統計學意義(表2)。

表2 胰膽管檢查不同序列各組圖像SNR、CNR比較

3 討 論

MRCP具有無創、無電離輻射、無需對比劑注射等優點,清晰顯示胰腺膽管解剖細節,在胰膽管疾病的篩查和患者復檢中得到廣泛應用[6-8]。3D MRCP序列掃描為3D薄層圖像,可進行任意角度的后處理重建圖像,結合MIP圖像全方位評估肝內外膽管解剖結構,對膽道系統梗阻性病變的判別和診斷具有重要意義[9,10]。隨著臨床對腹部MRI檢查需求日益增多,縮短檢查時間并且確保高圖像質量仍然是MRI的一個具有挑戰性的問題[11],CS技術可以通過集成稀疏性、非相干采樣和迭代重建算法3個條件來提高MRI采集的速度;它通過欠采樣來減少圖像采集時間,并通過使用擦除來自不相干偽影等來源的噪聲的方法克服現有并行采集技術的局限性,這種數據采集方法可提高空間分辨率、縮短檢查時間并補償腹部檢查時呼吸影響引起的圖像質量下降,能夠在較短的檢測時間內獲得高信噪比和圖像定性方面的清晰圖像[12]。

CS技術在縮短3D-MRCP掃描時間方面具有重要的作用。在本研究中,采用CS技術可將常規序列掃描時間(240.32±41.78)s壓縮至(79.32±23.64)s,大幅度提高了掃描速度,平均采集時間可以縮短約60%,而并不會影響整體圖像質量和偽影程度,這與王夢珂等[13]的研究結果一致。Matsuyama等[14]通過對32例IPMN患者不同加速技術對比顯示,CS技術對比并行采集技術可有效縮短掃描時間。因此,使用CS技術可以大幅縮短MRI掃描時間,并且有效提高檢查效率,具有很高的臨床應用價值。

常規3D-MRCP的采集時間較長,特別是在呼吸頻率較淺或不規則的患者中,并且容易出現運動偽影,導致圖像模糊而影響圖像診斷[15-17]。丁金立等[18]研究表明,CS-3D-MRCP序列比呼氣末屏氣采集的單次激發快速自旋回波序列在膽囊結構及胰管顯示方面較好;馬培旗等[19]對30例志愿者研究發現,CS-MRCP較常規MRCP銳利度較好;另外,譚云等[20]通過對三維屏氣梯度-自旋回波序列與CS-3D-MRCP序列對比研究發現,較短的成像時間可以減少呼吸運動偽影。因此,CS-3D-MRCP圖像的質量可以滿足臨床需求,在評估胰膽管系統的解剖變異和疾病的臨床實踐中具有良好的應用前景。

本研究對比分析了不同呼吸頻率120例患者掃描序列圖像的呼吸運動偽影及圖像質量評價,結果顯示:在呼吸運動偽影主觀評價方面,異常呼吸組常規序列圖像明顯較正常呼吸組多,而采用CS技術掃描圖像比常規序列圖像質量明顯提高,并不會隨著呼吸頻率不均勻而產生明顯偽影;在圖像質量主觀評價方面,采用CS技術的圖像質量高于常規序列,呼吸不均勻的患者圖像質量同樣未見明顯下降。在本研究客觀評價中,采用CS技術掃描圖像的SNR、CNR得分高于3D-RT-MRCP圖像,兩組的SNR、CNR得分差異較小;但異常呼吸組的常規序列圖像的SNR、CNR得分低于正常呼吸組。說明,呼吸異常時會增加常規序列圖像的呼吸運動偽影,導致圖像質量下降,使用 CS技術可顯著減少呼吸不規則患者圖像的呼吸運動偽影,而且圖像質量較好。

綜上所述,應用CS技術的3D-MRCP檢查可以明顯縮短掃描時間,減少患者呼吸頻率不均勻帶來的偽影,圖像質量優良,可提高檢查效率,值得推廣應用。