基于壓縮感知技術(shù)的頭顱磁共振血管成像在評估腦血管疾病中的應(yīng)用價(jià)值研究

王佳麗 ，王 剛

（興安盟人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，內(nèi)蒙古 興安 137400)

腦血管疾病是因顱內(nèi)血液循環(huán)障礙而導(dǎo)致腦組織受到損傷的一種腦功能障礙疾病。臨床對腦血管疾病患者進(jìn)行檢查時(shí)往往使用時(shí)間飛躍法頭顱磁共振血管造影（TOF-MRA），現(xiàn)階段，TOF-MRA 常用的成像技術(shù)為并行采集（PI）技術(shù)，雖然其具有理想的信噪比，并且分辨率高，但該技術(shù)成像速度較慢；此外，為兼顧高分辨率、良好的信噪比和合理掃描時(shí)間，PI 的空間覆蓋范圍往往受限，對患者的診斷造成影響[1-2]。壓縮感知（CS）技術(shù)屬于一種新型的快速磁共振成像技術(shù)，其數(shù)據(jù)采集的機(jī)制為利用需要采樣的K 空間和圖像結(jié)構(gòu)的內(nèi)在稀疏性，在非線性迭代重建中得到高質(zhì)量的圖像，并且數(shù)據(jù)采集時(shí)間較短[3]。目前，國內(nèi)對CS TOF-MRA 相關(guān)研究并不多，基于此，本研究旨在探討基于CS 技術(shù)的頭顱磁共振血管成像在評估腦血管疾病中的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析2021 年3 月至2023 年3 月在興安盟人民醫(yī)院進(jìn)行檢查的215 例腦血管疾病患者的臨床資料，所有研究對象均同時(shí)接受PI TOF-MRA和CS TOF-MRA 掃描，依據(jù)CS 采用的加速因子系數(shù)（AF）將CS 分為CS5（AF=4.6）和CS10（AF=10.3）；根據(jù)掃描方式分為PI TOF-MRA 組、CS5 TOF-MRA 組、CS10 TOF-MRA 組。215 例患者中女性105 例，男性110例；年齡30～80 歲，平均（57.23±3.64）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合《腦血管疾病診斷與治療臨床指南》[4]中腦血管疾病的診斷標(biāo)準(zhǔn)；②符合磁共振檢查指征；③臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：①無法配合相關(guān)檢查；②合并心、腎等重大器官功能障礙；③有明顯運(yùn)動偽影；④伴有精神疾病或智力損傷。本研究已通過院內(nèi)醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 檢查方法所有研究對象均同時(shí)接受PI TOF-MRA和CS TOF-MRA 掃描（CS 采用的AF 為4.6、10.3），掃描工具為全數(shù)字磁共振系統(tǒng)（荷蘭皇家飛利浦公司，型號：Ingenia 3.0 T），20 通道頭頸聯(lián)合相控陣線圈。①PI TOF-MRA 掃描參數(shù)設(shè)置如下：AF 是全自動校準(zhǔn)部分并行采集（GRAPPA）2 倍加速，0.4 mm×0.4 mm×0.6 mm的重建矩陣，6/8 的部分K 空間技術(shù)，368×334 的矩陣，將視野調(diào)整為220×220，回波時(shí)間規(guī)定為3.49 ms，重復(fù)時(shí)間規(guī)定為21 ms，翻轉(zhuǎn)角固定為18°，層間過采樣20%，0.6 mm 的層厚，厚片數(shù)為4，每厚片層數(shù)為40。②CS5 TOF-MRA 掃描參數(shù)設(shè)置如下：AF 為4.6，0.4 mm×0.4 mm×0.4 mm 的重建矩陣，矩陣、視野、回波時(shí)間、重復(fù)時(shí)間及翻轉(zhuǎn)角均與①相同，層間過采樣20%，0.4 mm 的層厚，厚片數(shù)為4，每厚片層數(shù)為60。③CS10 TOF-MRA 掃描參數(shù)設(shè)置如下：AF 為10.3，其余參數(shù)設(shè)置與②相同。 CS TOF-MRA 掃描重建數(shù)據(jù)通過改進(jìn)的快速迭代收縮閾值算法（mFISTA）進(jìn)行10 次迭代重構(gòu)。

1.3 觀察指標(biāo)①掃描診斷結(jié)果。使用雙盲法由兩名放射科醫(yī)師對圖像進(jìn)行分析。②圖像質(zhì)量定性評分。使用3 級評分對圖像質(zhì)量進(jìn)行分級，圖像顯示動脈清晰且無偽影記為3 分，圖像顯示動脈清晰且輕微的偽影記為2 分，圖像顯示動脈模糊且中度的偽影記為1 分[5]。③圖像質(zhì)量定量評估及血管邊緣銳利度。在患者右側(cè)頸內(nèi)動脈C4 段選取層面顯示最佳的位置，并標(biāo)記圓形感興趣區(qū)域（ROI），同時(shí)在患者同層右側(cè)皮下肌肉最寬處、肌肉的右側(cè)背景區(qū)域分別標(biāo)記ROI，ROI 像素面積均值為6 mm2，對頸內(nèi)動脈和肌肉平均信號強(qiáng)度、背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差（SD）進(jìn)行記錄，對圖像信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR）進(jìn)行計(jì)算。SNR=S 血管/SD 背景，CNR=（S 血管－S 肌肉）/SD 背景。使用基于最大密度投影（MIP）圖像的感知圖像銳利度指數(shù)（PSI）[6]對血管邊緣銳利度進(jìn)行計(jì)算。④分析3 種檢查方式檢查腦血管疾病的典型病例圖片。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析數(shù)據(jù)，計(jì)量資料符合正態(tài)分布且方差齊，以(±s)表示，兩組間比較采用t檢驗(yàn)，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以[ 例(%)]表示，兩組間比較行χ2檢驗(yàn)，多組間比較行χ2趨勢檢驗(yàn)。以P＜0.05 為數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3 組掃描方式診斷結(jié)果215 例研究對象中動脈瘤23例，煙霧病12 例，顱內(nèi)血管狹窄114 例，動脈瘤合并煙霧病11 例，其他疾病55 例。其中PI TOF-MRA 掃描時(shí)間為3 min 56 s； CS5 TOF-MRA 掃描時(shí)間為2 min 38 s，數(shù)據(jù)重建時(shí)間為2 min 16 s； CS10 TOF-MRA 掃描時(shí)間為1 min 55 s，數(shù)據(jù)重建時(shí)間為1 min 4 s。 CS TOF-MRA 掃描時(shí)間短于PI TOF-MRA，且其中CS10 TOF-MRA 掃描時(shí)間和數(shù)據(jù)重建時(shí)間均短于CS5 TOF-MRA。

2.2 3 組圖像質(zhì)量定性評分比較3 組圖像質(zhì)量等級評分比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），且CS5 TOF-MRA組圖像質(zhì)量等級為3 分的患者占比顯著高于PI TOF-MRA組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1 3 組圖像質(zhì)量定性評分比較[ 例(%)]

2.3 3 組圖像質(zhì)量定量評估及血管邊緣銳利度比較3 組SNR、CNR、PSI 相比，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），其中CS10 TOF-MRA 組SNR、CNR 均低于PI TOF-MRA組和CS5 TOF-MRA 組；CS5 TOF-MRA 組PSI 高于PI TOF-MRA 組和CS10 TOF-MRA 組；CS10 TOF-MRA組PSI 高于PI TOF-MRA 組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；PI TOF-MRA 組和CS5 TOF-MRA 組的SNR、CNR 相比，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見表2。

表2 3 組圖像質(zhì)量定量評估及血管邊緣銳利度比較( ±s)

表2 3 組圖像質(zhì)量定量評估及血管邊緣銳利度比較( ±s)

注：與PI TOF-MRA 比，*P＜0.05；與CS5 TOF-MRA 比，#P＜0.05。注：SNR：圖像信噪比；CNR：對比噪聲比；PSI：感知圖像銳利度指數(shù)。

組別例數(shù)SNRCNRPSI PI TOF-MRA215 302.88±61.25 231.64±58.67 0.25±0.03 CS5 TOF-MRA 215 313.44±61.25 241.18±46.41 0.41±0.06*CS10 TOF-MRA 215 235.53±52.66*# 203.24±40.32*# 0.34±0.05*#F 值112.11734.788592.786 P 值＜0.05＜0.05＜0.05

2.4 PI TOF-MRA、CS TOF-MRA 檢查腦血管疾病的典型病例圖片患者男，47 歲，于2021 年7 月進(jìn)行頭顱磁共振血管成像檢查，均進(jìn)行PI TOF-MRA、CS5TOF-MRA、CS10 TOF-MRA 檢查，影像學(xué)結(jié)果如下：PI TOF-MRA 軸位2D 和冠狀位MIP 圖像顯示， Williss 環(huán)及主干更為清晰，圖像噪聲小，見圖1-A、圖1-B； CS5 TOF-MRA 軸位2D 和冠狀位MIP 圖像顯示，噪聲逐漸減少，終末段小動脈及周圍細(xì)小血管顯示清晰，見圖2-A、圖2-B；CS10 TOF-MRA 軸位2D 和冠狀位MIP 圖像顯示，噪聲逐漸增多，但中、遠(yuǎn)端動脈血管顯影較為清晰見圖3-A、圖3-B。從圖像中可以看出，隨著AF 越大，圖像的的斑點(diǎn)噪聲也隨之增多，且與圖1-B、圖2-B 相比，圖3-B 顯示W(wǎng)illiss 環(huán)周圍細(xì)支血管及遠(yuǎn)端分支血管更清晰。

圖1 典型病例PI TOF-MRA 掃描圖像

圖2 典型病例CS5 TOF-MRA 掃描圖像

圖3 典型病例CS10 TOF-MRA 掃描圖像

3 討論

目前，PI TOF-MRA 在對腦血管疾病患者進(jìn)行檢查中應(yīng)用廣泛，其在對K 空間進(jìn)行采樣的過程中只能2 倍或3倍進(jìn)行加速，從而導(dǎo)致混疊或噪聲效應(yīng)因加速度因子系數(shù)過高而增加，且成像速度較慢，因此在實(shí)際臨床應(yīng)用范圍常常受到限制[7]。

與PI TOF-MRA 掃描相比，CS TOF-MRA 則是通過對空間描述信號進(jìn)行變換，對K空間數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)采樣，重建圖像應(yīng)用非線性迭代，從而在獲得接近全采樣的圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上大大縮短了采樣時(shí)間[8]。本研究中，CS TOF-MRA掃描時(shí)間短于PI TOF-MRA 掃描，且其中CS10 TOF-MRA掃描時(shí)間和數(shù)據(jù)重建時(shí)間均短于CS5 TOF-MRA；CS5 TOF-MRA 組圖像質(zhì)量等級為3 分的患者占比顯著高于PI TOF-MRA 組，表明與PI TOF-MRA 相比，CS TOF-MRA掃描能縮短掃描時(shí)間，其中CS10 TOF-MRA 掃描時(shí)間和數(shù)據(jù)重建時(shí)間更短，但CS5 TOF-MRA 圖像質(zhì)量更好。究其原因在于，隨著CS TOF-MRA 掃描的AF 增大，原始軸位圖像會出現(xiàn)較明顯的彎曲條紋狀偽影，故CS5 TOF-MRA圖像質(zhì)量高于CS10 TOF-MRA；此外，與PI TOF-MRA 相比，CS 圖像受血液出現(xiàn)湍流和慢血流的影響較小，不會降低局部血管信號，因此圖像質(zhì)量較高[9]。

本研究結(jié)果顯示，CS10 TOF-MRA 組患者SNR、CNR 均低于PI TOF-MRA 組和CS5 TOF-MRA 組，CS5 TOF-MRA 組 PSI 高于PI TOF-MRA 組和CS10 TOF-MRA組；CS10 TOF-MRA 組患者PSI 高于PI TOF-MRA 組，表示CS5 TOF-MRA 圖像SNR、CNR 及PSI 比CS10 TOF-MRA 更優(yōu)。究其原因?yàn)?，CS TOF-MRA 在掃描過程中不會受到血液流動湍流和慢血流的影響，避免圖像質(zhì)量因信號減低、丟失圖像信號而降低，從而使圖像診斷質(zhì)量提升，但CS 重建效果取決于底層數(shù)據(jù)的稀疏性，AF 越大，信息采樣點(diǎn)越少，圖像細(xì)節(jié)丟失就越多，遠(yuǎn)端小血管也開始顯示不佳，因此不能無限地降低采樣率；此外，PI TOF-MRA 圖像血管邊緣毛糙，而CS 圖像血管邊緣銳利，有利于疾病的診斷，因此CS5 TOF-MRA 圖像SNR、CNR及PSI 更優(yōu)[10]。

綜上，與PI TOF-MRA 相比，CS TOF-MRA 掃描能在保證圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上顯著縮短掃描時(shí)間，其中CS10 TOF-MRA 掃描時(shí)間更短，而CS5 TOF-MRA 圖像SNR、CNR 及PSI 比CS10 TOF-MRA 更優(yōu)，因此CS5 TOF-MRA對腦血管疾病的診斷具有較高的臨床價(jià)值。