基于壓縮感知的三維快速MR血管壁成像臨床應用研究

摘要：目的 "評價壓縮感知（CS）在高分辨率顱內血管壁成像（HR-MR VWI）中的臨床應用價值。方法 "回顧性分析2022年1月-2023年4月薩米醫(yī)療中心招募的14例健康志愿者及14例動脈粥樣硬化患者（動脈粥樣硬化斑塊32個）的MRI檢查影像資料，均接受了T1mx3d-uCS和T1mx3d-nonCS序列檢查，對其血管壁圖像質量進行盲法獨立評分，分析T1mx3d-uCS和T1mx3d-nonCS序列圖像質量、序列管徑寬度及序列斑塊性質。結果 "與T1mx3d-nonCS相比，T1mx3d-uCS的掃描覆蓋全腦+頸動脈分叉以上血管壁成像，掃描時間縮短；T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS在不同血管分段的圖像質量、清晰度及偽影評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；T1mx3d-uCS序列掃描圖像識別未出現(xiàn)漏診情況；T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS兩組掃描序列對斑塊狹窄程度分級和斑塊強化分級檢出率比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。結論 "與T1mx3d-nonCS相比，T1mx3d-uCS可實現(xiàn)高分辨率、各向同性、全腦+頸動脈分叉以上血管壁成像，圖像質量可接受，不影響診斷性能，同時縮短掃描時間。

關鍵詞：動脈粥樣硬化；斑塊；高分辨率磁共振血管壁成像；壓縮感知

中圖分類號：R445 " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.21.013

文章編號：1006-1959（2024）21-0061-05

Clinical Application of Rapid Three Dimensional MR Angiography Based on Compressed Sensing

DOU Mowei1，2，CHEN Kai1，3，LIU Yuanjian1，LEI Yi1，CHENG Guanxun2，4

（1.Department of Medical Imaging，Shenzhen Samii Medical Center/the Fourth People's Hospital

of Shenzhen，Shenzhen 518118，Guangdong，China;

2.Medical College of Shantou University，Shantou 515000，Guangdong，China;

3.Medical Image Artificial Intelligence，Hunan Key Laboratory/Xiangnan University，Chenzhou 423000，Hunan，China;

4.Department of Medical Imaging，Shenzhen Hospital，Peking University，Shenzhen 518000，Guangdong，China）

Abstract：Objective "To evaluate the clinical application value of compressed sensing （CS） in high resolution magnetic resonance vascular wall imaging （HR-MR VWI）.Methods "The MRI imaging data of 14 healthy volunteers and 14 patients with atherosclerosis （32 atherosclerotic plaques） recruited from Sami Medical Center from January 2022 to April 2023 were retrospectively analyzed. All patients underwent T1mx3d-uCS and T1mx3d-nonCS sequence examinations. The image quality of the vascular wall was scored independently by blind method， and the image quality， sequence diameter width and sequence plaque properties of T1mx3d-uCS and T1mx3d-nonCS sequences were analyzed.Results "Compared with T1mx3d-nonCS， the scanning of T1mx3d-uCS covered the whole brain+carotid artery bifurcation， and the scanning time was shortened. There was no significant difference in image quality， clarity and artifact score between T1mx3d-nonCS and T1mx3d-uCS in different vascular segments （Pgt;0.05）. There was no missed diagnosis in T1mx3d-uCS sequence scanning image recognition. There was no significant difference in the detection rate of plaque stenosis grade and plaque enhancement grade between T1mx3d-nonCS and T1mx3d-uCS scanning sequences （Pgt;0.05）.Conclusion "Compared with T1mx3d-nonCS， T1mx3d-uCS can achieve high resolution， isotropic， whole brain+carotid artery bifurcation vascular wall imaging， and the image quality is acceptable， which does not affect the diagnostic performance and shortens the scanning time.

Key words：Atherosclerosis;Plaque;High resolution magnetic resonance vascular wall imaging;Compressed sensing

高分辨率顱內血管壁成像（high resolution magnetic resonance vascular wall imaging， HR-MR VWI）以動脈血管壁為成像目標，可直接顯示動脈粥樣硬化斑塊的大小、形態(tài)和組成成分，評估動脈硬化管腔的狹窄程度、斑塊分布、斑塊信號特點等，為臨床治療提供更多的有用信息[1]。為了減少采集時間，既往臨床常采用并行采集技術（parallel acquisition technique， PAT）。2006年，Candes EJ等[2]提出了壓縮感知（compressed sensing， CS）理論，其與PAT組合可提高大多數(shù)MRI序列的掃描速度，廣泛應用于乳房、頸動脈斑塊、腹部和肌肉骨骼疾病中[3-6]。本研究旨在評價CS在HR-MR VWI中的臨床應用價值，現(xiàn)報道如下。

1資料與方法

1.1一般資料 "回顧性分析2022年1月-2023年4月深圳市薩米醫(yī)療中心招募的14例健康志愿者及14例動脈粥樣硬化患者（動脈粥樣硬化斑塊32個）的MRI檢查影像資料，均接受了T1mx3d-uCS和T1mx3d-nonCS序列檢查。納入標準：18～85歲；能順利完成各項相關檢查、臨床資料齊全。排除標準：行T1mx3d掃描沒有uCS；核磁共振成像有嚴重運動偽影。健康志愿者男5例，女9例；年齡18～85歲，平均年齡（45.65±13.84）歲；動脈粥樣硬化患者男9例，女5例；年齡18～85歲，平均年齡（53.64±8.64）歲。兩組性別、年齡比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），具有可比性。本研究告知并通過深圳市薩米醫(yī)療中心倫理委員會評審（文件編碼，F(xiàn)-LL-02-CZGC-14-1-0），所有參與者自愿接受本項目臨床觀察并簽署知情同意書。

1.2方法 "所有圖像均使用配備32通道頭部線圈和8通道頸部線圈的3.0T MR（聯(lián)影U780）采集，掃描參數(shù)見表1。

1.3圖像分析

1.3.1圖像質量評估 "由2位具有10年以上經驗的神經放射科醫(yī)生R1和R2分別對研究對象的血管壁圖像質量進行盲法獨立評分。完整的顱內和頸動脈血管床分為3個節(jié)段進行圖像分級評估。1段：大腦中動脈（middle cerebral artery， MCA）的M1～2節(jié)段和頸內動脈（internal carotid artery， ICA）的C6～7節(jié)段；2段：基底動脈（basilar artery， BA）和椎動脈（vertebral artery， VA）的V3～4段；3段：C1～5、頸總動脈（common carotid artery， CCA）和頸外動脈（external carotid artery， ECA）。分級有3個定性因素：血管壁的圖像質量、清晰度和偽影的存在[8]。每個因素按0～5分的順序分級，0分表示無法識別且完全模糊的動脈壁和血管邊緣，伴有粗大的偽影；1分表示無法識別且明顯模糊的動脈壁和血管邊緣有大量偽影；2分表示可識別但嚴重模糊的動脈壁和血管邊緣有較大的偽影；3分表示可識別但部分模糊的動脈壁和血管邊緣有中等偽影；4分表示血管壁和管腔邊緣良好且清晰，有輕微偽影；5分表示血管壁和管腔邊緣良好且清晰，沒有偽影。評分≥3分定義為可接受。

1.3.2斑塊特征評估 "①狹窄程度：輕度（狹窄＜50%），中重度（狹窄50%～99%）以及閉塞；②斑塊內高信號（hyperintensity within plaque， HIP）定義為增強前圖像上斑塊內的最大信號強度比參考血管壁（鄰近正常腦組織或鄰近肌肉）信號強度高150%[9]；③增強后HR-MR VWI圖像分級：0級為強化小于或等于同一患者無斑塊的顱內動脈壁；1級為介于0～2級；2級為強化大于或等于垂體柄[10]。

1.4統(tǒng)計學方法 "采用SPSS 27.0.1統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。計量資料以（x±s）表示，采用t檢驗；計數(shù)資料以[n（%）]表示，采用？字2檢驗。以P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2結果

2.1 T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS兩組序列圖像質量比較 "在所有案例中，T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS在不同血管分段的圖像質量、清晰度及偽影評分比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2。

2.2 T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS兩組序列管徑寬度比較 "在所有案例中，T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS兩組序列上在3段測量的動脈血管管徑寬度比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表3。

2.3 T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS兩組序列斑塊性質比較 "T1mx3d-uCS序列掃描圖像識別未出現(xiàn)漏診情況；T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS兩組掃描序列對斑塊狹窄程度分級和斑塊強化分級檢出率比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表4、圖1。

3討論

將CS用于3D顱內血管壁成像的研究尚在探索階段，其對血管壁的診斷性能尚不十分明確，因此對其進行深入研究具有重要臨床意義[7]。本研究使用的CS技術既減少了掃描時間，同時能保持良好的圖像質量。CS技術的應用改善了患者的舒適度，降低了運行成本，并可能提高MRI檢查的成功率，并且有助于HR-MR VWI在臨床環(huán)境中的應用。

一項對28名受試者（包括20例中風患者）的基于壓縮感知的頭頸聯(lián)合高分辨血管壁成像的研究表明[6]，CS將掃描時間減少了近一半，且不影響血管壁管徑寬度的測量及圖像質量。有研究[8，11-13]在HR-MR VWI對CS使用了1.5到10的加速系數(shù)，結果顯示加速系數(shù)為1.5的CS提供了穩(wěn)健和可重復的結果；此外，加速系數(shù)為3～5的CS應用于顱內HR-MR VWI可產生更高的圖像質量，可能因為掃描時間顯著縮短，運動等偽影也相應減少。與原始圖像相比，CS圖像看起來略有模糊，可能是由于CS重建中的去噪效果所致[14]。本研究中部分患者T1mx3d-uCS序列圖像中存在管壁邊緣的模糊現(xiàn)象，可能會影響正常和病變壁的描繪，從而導致視覺評分的降低；然而，T1mx3d-uCS圖像質量與T1mx3d-nonCS圖像質量的評估是相當?shù)摹Ｒ虼耍琓1mx3d-uCS圖像中少許管壁邊緣顯示的模糊現(xiàn)象并不會影響血管管徑測量和斑塊的識別及性質判斷，這可能是CS重建中去噪過程的結果。

本研究結果顯示，T1mx3d-uCS/CE-TImx3d-uCS與mx3d-nonCS/CE-TImx3d-nonCS比較，三段血管中無論是在圖像質量評分、圖像清晰度評分還是在圖像偽影評估評分均高于Park CJ等[14]的研究結果，且兩者間均無統(tǒng)計學意義。可能因為本研究所用研究序列T1mx3d-uCS/CE-T1mx3d-uCS（4 min 55 s）及mx3d-nonCS/CE-T1mx3d-nonCS（7 min 46 s）均短于Park CJ等[14]所用序列（時間分別為7 min 14 s及8 min 21 s）；且Li B等[15]的研究分別分析了加速因子為1×、2×、3×、4×、5×的圖像，而本研究只比較了加速因子為5×及并性采集加速因子為2.2×的圖像，這也大大減少了志愿者掃描所需要的時間，減少運動等偽影的產生。

本研究中在不同節(jié)段的血管中，MCA的圖像評分最好，而BA的圖像評分最差，這可能是因為顱內的BA和VA距離體表線圈更遠，信號靈敏度降低，頭部和頸部線圈交界處缺乏線圈覆蓋[6]。另本研究采用矢狀位成像，與既往全腦研究[12]類似，且掃描時間控制在5 min以內。增強后圖像是磁共振成像的重要組成部分，因為其有助于檢測病變并確定管腔狹窄的原因[1]。本研究通過比較T1mx3d-nonCS和T1mx3d-uCS兩組序列圖像，發(fā)現(xiàn)T1mx3d-uCS提供了與T1mx3d-nonCS相當?shù)恼w圖像質量，對血管管徑定量測量、斑塊狹窄程度和斑塊增強情況的識別均無差異，且不同測量者間一致性高，對斑塊數(shù)量、斑塊內高信號存在情況識別均精確，并未出現(xiàn)漏診情況。而且在臨床應用環(huán)境中，大多數(shù)MRI序列的掃描時間都在5 min以內。因此，該方案在常規(guī)臨床掃描中具有很高的應用潛力[16]。

綜上所述，將CS應用于HR-MR VWI圖像時可實現(xiàn)高分辨率、各向同性、全腦+頸動脈分叉以上血管壁成像，與mx3d-nonCS相比，具有可接受的圖像質量，斑塊特征分析不會漏診，同時減少掃描時間。本研究的局限性在于：第一，本研究只在一小部分志愿者中進行了評估，且本研究病例中沒有急重癥患者納入，下一步可加大樣本量的研究，并適當增加一些重癥患者的加入；第二，研究中只評估了T1加權成像技術，下一步可進一步的研究來評估壓縮感知在T2加權快速自旋回波成像中的性能。

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收稿日期：2023-09-26；修回日期：2023-11-10

編輯/杜帆