AI輔助壓縮感知技術聯(lián)合動畫音頻播放在學齡前兒童頭部核磁共振檢查中的應用

李華玲，張佳璇，覃蕾，柳秋風

磁共振成像（magnetic Resonance Imaging，MRI）具備對比度及分辨率高、診斷準確率高、安全無輻射、適用范圍廣等特點[1-3]。它能精準地對微小病灶進行定位及定性，在兒童各種疾病診斷中起到重要作用[4]。但MRI 掃描時間較長，整個掃描過程需制動，否則會產(chǎn)生運動偽影，影響圖像質量，這對于兒童來說尤為困難。因此，在臨床上，許多兒童在行MRI 掃描時需使用鎮(zhèn)定劑。但鎮(zhèn)定劑存在一定的副作用，家長也對此存在擔憂，且使用鎮(zhèn)定劑后也可能出現(xiàn)不自主的活動，另外也有部分兒童對鎮(zhèn)定劑不敏感，需要多次加量才能入睡，或者在檢查過程中蘇醒，導致檢查不能完成。AI 輔助壓縮感知（AI-assisted compressed sensing，ACS）技術采用uAI人工智能與uCS 光梭成像，顯著縮短了MRI 檢查時間[5]。本研究嘗試在學齡前兒童（3～6歲）頭部MRI掃描中采用ACS技術并配合動畫音頻播放，取得了顯著的臨床效果，報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集我科2022 年6 月～2023 年3 月在聯(lián)影uMR790 3.0 T 超導型MRI 掃描儀上接受頭部MRI 檢查的學齡前兒童80 例納入研究組，其中男童44 例，女童36 例；年齡3～6 歲，平均（4.50±1.11）歲?；仡櫺约{入2020 年10 月～2021 年8 月在聯(lián)影uMR780 3.0 T 超導型MRI 掃描儀上接受頭部MRI 檢查的學齡前兒童80 例，其中男童40 例，女童40 例；年齡3～6 歲，平均（4.46±1.48）歲。2 組的性別、年齡差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

本研究得到了本院醫(yī)學倫理委員會批準。所有研究組兒童家長均簽署MRI檢查知情同意書，知情且自愿參與本研究。

1.2 方法

1.2.1 MRI 掃描 2 組兒童掃描時均允許家長陪同。對照組掃描時，使用鎮(zhèn)定劑（水合氯醛），放上耳塞。研究組均采用ACS 掃描序列并在掃描中配合動畫音頻播放。具體方法：取平臥位，囑兒童閉眼，保持平穩(wěn)呼吸，戴上耳機，播放適合學齡前兒童的熱門動畫音頻，如“小豬佩奇”“托馬斯”等，音量控制在50～60 dB，隨機播放至掃描結束。

1.2.2 掃描儀器及序列 研究組兒童均采用同一臺聯(lián)影uMR790 3.0 T超導型MRI掃描儀進行檢查，頭部依次掃描矢位T1Flair，軸位T1Flair、T2FSE、T2Flair序列；研究組采用ACS 快速序列掃描，掃描時間一共89 s。對照組采用聯(lián)影uMR780 3.0 T 超導型MRI 掃描儀進行檢查，使用常規(guī)序列，頭部依次掃描矢位T1Flair，軸位T1Flair、T2FSE、T2Flair 序列，掃描時間一共300 s。具體掃描參數(shù)見表1。

表1 2組MRI序列的掃描參數(shù)

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 檢查完成情況分析 檢查情況：①順利完成：患者配合檢查良好，一次性完成檢查，圖像較好；②勉強完成：檢查過程中雖然感覺害怕，但堅持配合完成檢查，圖像較好或圖像稍差但不影響診斷；③檢查失?。和耆荒芘浜蠙z查導致失敗。成功率/%=（①+②）/80×100%。記錄檢查完成所用的時間。

1.3.2 主觀圖像質量 ①評分標準：1 分-圖像不能用于診斷；2分-圖像質量無法滿足診斷，但在特殊情況下可用于提供參考意見；3分-圖像質量一般，基本滿足診斷要求；4 分-圖像較清晰，能較為準確診斷；5 分-圖像清晰，能夠確切診斷。②偽影評分：1分-整個圖像均為偽影；2 分-圖像偽影嚴重，無法診斷；3 分-存在運動或搏動偽影，但尚可用于診斷；4 分-輕微偽影，不影響診斷；5 分-無各類偽影。主觀圖像質量評分由2 位放射科醫(yī)師（從事影像診斷時間分別為5年，12年）評定，取其平均值作為最后結果。

1.3.3 客觀圖像質量評價 測量圖像的信噪比（signal to noise ratio，SNR）計算方法：SNR=SI/SD，其中SI 為信號強度，SD 為背景噪聲。在常規(guī)序列掃描圖像（軸位T1Flair、T2FSE、T2Flair）的雙側額葉白質及雙側背側丘腦正中層面分別勾畫面積為50～80 mm2的感興趣區(qū)（ROI），于ROI 信號均勻處測量SI。在無組織的背景處勾畫面積為100 mm2的ROI 測量SD 值。SNR由2 位放射科醫(yī)師（從事影像診斷時間分別為5 年，12年）評定，取平均值作為最后結果。

1.4 統(tǒng)計學處理

2 結果

2.1 2組完成檢查情況比較

研究組患者檢查成功率為97.5%，高于對照的77.5%，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。研究組的檢查時間為（104.44±2.98）s，對照組為（342.86±13.36）s，研究組的檢查時間顯著短于對照組（P＜0.05）。研究組的家屬滿意率為100%，高于對照組的80%（P＜0.05），見表2，表3。

表2 2組患者檢查完成情況比較

表3 2組患兒家屬滿意度

2.2 2組圖像質量比較

2 名放射科醫(yī)師在數(shù)據(jù)測量中的一致性良好（Kappa 為0.78～0.95,P＜0.05）。結果顯示，2 組T1Flair、T2FSE和T2Flair序列的圖像的偽影評分接近，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。2組圖像的總體評分差異也無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表4。2組T1Flair序列、T2FSE 和T2Flair 序列的圖像在雙側額葉白質及雙側背側丘腦正中層面獲得的SNR 值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表5。說明2組的圖像質量一致。

表4 2組圖像的主觀評分（分,±s）

表4 2組圖像的主觀評分（分,±s）

偽影評分圖像總體評分T1 Flair T2 FSE T2 Flair T1 Flair T2 FSE T2 Flair研究組4.636±0.069 4.766±0.049 4.61±0.067 4.61±0.077 4.766±0.049 4.623±0.061對照組4.816±0.056 4.653±0.085 4.347±0.115 4.776±0.06 4.673±0.079 4.367±0.108 P值0.114 0.408 0.085 0.264 0.442 0.074

表5 2組圖像的SNR數(shù)據(jù)

3 討論

MRI 成像作為一種安全的影像學檢查，具有軟組織分辨率高、可多方位成像等優(yōu)勢，越來越多地用于兒童疾病診斷[6,7]。但往往MRI 檢查需要的時間越長，患兒配合率越低，因此縮短MRI檢查時間也是目前MRI研究的重要目標之一。聯(lián)影的ACS 加速技術將人工智能深度學習與壓縮感知相結合，該算法是基于200萬個完全采樣的圖像切片進行訓練的，通過AI模塊不斷的學習優(yōu)化，進一步提高欠采樣圖像的質量，在極速掃描的同時呈現(xiàn)高保真圖像質量[8,9]。該技術完成頭部MRI 掃描僅需89 s，其它部位掃描也明顯縮短了掃描時間，大大減少了運動和呼吸偽影。該技術在兒童MRI掃描中應用，優(yōu)勢更加明顯。采用ACS技術的研究組掃描時間縮短為原來的1/3，且沒有降低圖像質量。最小3 歲多的兒童也能完成MRI 檢查，是提高檢查成功率的重要因素。

本次研究中使用動畫音頻播放的研究組患兒檢查成功率為97.5%、，明顯優(yōu)于對照組的患兒（77.5%），同時，研究組一次完成且圖像質量較好的概率有所提升（70/80），遠高于對照組（40/80）。成功率的提高主要原因是檢查時間的縮短和兒童患者情緒的安慰。兒童患者掃描MRI 時往往配合度較差，會因害怕焦慮而亂動，會直接影響圖像質量。為提高檢查效率，水合氯醛等藥物鎮(zhèn)靜是目前兒童MRI檢查的常用方法，但部分患兒家屬對鎮(zhèn)靜藥物的安全性產(chǎn)生疑慮，需要反復解釋[10]；且學齡前兒童口服鎮(zhèn)靜藥有一定的難度，拒絕服用或嘔吐浪費均會導致鎮(zhèn)靜效果不佳；即使兒童成功服用水合氯醛，也會發(fā)生無意識活動，從而產(chǎn)生運動偽影。采用播放動畫音頻的方法后，讓患兒選擇感興趣的動畫音頻，可以緩解患兒恐懼、緊張的情緒，給予患者更舒適、放松的檢查環(huán)境，提高患兒完成MRI檢查的成功率。

從患者就醫(yī)體驗方面，對照組患者可能因鎮(zhèn)定劑失效或不自主運動導致檢查失敗，反復的檢查給患者帶來了額外的時間成本和不好的就醫(yī)體驗，采用ACS技術和動畫音頻的研究組患者，檢查成功率得到很大的提高，患者的滿意度也有所提高。

本研究的不足之處在于：①本研究僅收集兒童的頭部MRI檢查病例，未來會納入更多其它部位MRI檢查來了解ACS序列掃描其它部位的圖像質量；②本研究中陽性病例不夠多，因此未測量相關的CNR，檢測ACS序列掃描圖像的診斷效能有限。

綜上所述，ACS 技術聯(lián)合動畫音頻播放在不影響圖像質量的情況下，能減少鎮(zhèn)定劑的使用并顯著提高學齡前兒童患者掃描的成功率，在未來很大的使用價值，值得推廣。