基于压缩感知技术的3D黑血MR增强扫描对脑转移瘤的应用价值

张宗夕 袁玉山

摘  要：目的  探讨基于压缩感知技术的颅脑3D黑血增强扫描在脑转移瘤中的应用价值。方法  回顾性分析2018年9月～2020年1月期间阜阳市人民医院经临床或病理证实为恶性肿瘤脑转移患者37例，均行常规MR平扫加增强和黑血增强扫描，甲乙两名阅片者双盲法独立阅片对常规MR增强图像及黑血图像质量进行评价及统计病灶数量。比较两种增强图像质量主观评价结果、表观信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）及病灶数目显示情况。结果  常规增强组与黑血组图像质量评分差异无统计学意义（P>0.05），两位阅片者对图像质量主观评价一致性较高（k=0.97）;两种增强图像SNR比较差异无明显统计学意义（P>0.05），两种增强图像CNR比较差异具有统计学意义（P<0.05），且黑血组>常规增强组;检出病灶数方面常规增强组与黑血组差异具有统计学意义（P<0.05），且常规增强组<黑血组。结论  基于压缩感知技术的3D黑血增强扫描对颅内转移瘤具有一定价值。

关键词：黑血;压缩感知;转移瘤

中图分类号：R445.2    文献标识码：A    文章编号：1009-8011（2021）-6-0179-02

颅脑转移瘤近些年来发病率逐渐增高，3D MR增强扫描作为一种常规检测手段已广泛应用于临床，然而仍然有部分早期、微小病灶可因强化不明显或瘤周无明显水肿而不能早期发现。黑血技术是将血管完全抑制为低信号，目前主要应用于头颈部血管壁成像，扫描时间较长成为其推广应用的障碍。而压缩感知（compressed sensing，CS）技术是在K空间欠采样的情况下，利用信号处理的优化算法得到MR图像，可以明显缩短 MR信号的采集时间[1]。基于压缩感知技术的3D运动敏感驱动平衡（motion sensitized driven equilibrium，MSDE）黑血技术，可以在保证图像质量前提下，缩短扫描时间。本研究应用基于压缩感知技术的3D黑血增强扫描对颅内转移瘤的显示与常规MRI增强扫描做对比，旨在探索其应用价值及提高颅内转移瘤的检测水平。

1  资料与方法

1.1  一般资料

回顾性分析2018年9月～2020年1月期间阜阳市人民医院经临床或病理证实为恶性肿瘤脑转移患者，最终纳入37例，其中男28例，女9例，年龄46～75岁，平均（58.78±8.92）岁。本研究经伦理委员会同意。

1.2  纳排标准

纳入标准：①均行常规MR平扫加增强及黑血增强检查;②均为其他部位恶性肿瘤患者;③均经病理或随访证实为脑转移瘤。

排除标准：①颅内曾有原发病变或检查前经颅脑手术者;②检查资料不全者。

1.3  MR扫描方法

采用Philips Ingenia CX 3.0T磁共振扫描仪，dStream头颈线圈。常规增强扫描参数：TR7.9 ms、TE3.5 ms、FOV250×200×160 mm、層厚1 mm、层间距0 mm，扫描时间共301 s。黑血增强扫描参数：压缩倍数为6倍，扫描参数：TR700 ms、TE35 ms、FOV250×200×160 mm、层厚1 mm、层间距0 mm、扫描时间201 s。

造影剂：钆喷替酸葡甲胺20 mL，流速2.0 mL/s。

1.4  MR图像分析

常规MR增强显示脑转移瘤为脑内结节状、环形异常强化，部分周围可见不规则片状水肿区，颅内小血管呈高信号强化。黑血增强显示颅内血管为低信号，而脑内转移瘤病灶呈结节状、环形高信号强化，且显示较常规病灶更清楚。

图像质量主观评价：由甲、乙两名影像科高年资医生双盲法独立阅片，采用3级评分标准分别对图像质量进行评价，标准如下：1分，图像伪影较重，不能用于诊断;2分，图像伪影较轻，可用于诊断;3分，图像无明显伪影，图像质量良好。

1.5  观察指标

①图像质量主观评价结果;②常规增强与黑血增强图像表观信噪比（signal- to-noise ratio，SNR）和对比噪声比（contrast-to-

noise ratio，CNR）检出病灶数。

1.6  统计学分析

采用SPSS20.0软件进行统计学分析，计量资料使用（x±s）描述。图像质量主观评价采用Wilcoxon符号秩和检验，采用Kappa系数对阅片者之间评价结果进行一致性分析。采用两独立样本t检验比较常规增强组和黑血组图像SNR、CNR及检出病灶数。以P<0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1  图像质量主观评价结果

Wilcoxon检验显示：甲乙两名医师对常规增强组图像质量评分分别为4分、5分，对黑血组图像质量评分分别为5分、4分、差异无统计学意义（Z=7.321，P=0.352）。两名阅片者间对图像质量主观评估具有较好的一致性（k=0.971）。

2.2  两种增强图像SNR、CNR及检出病灶数

两种增强图像SNR比较差异无明显统计学意义（P>0.05），两种增强图像CNR比较差异具有统计学意义（P<0.05），检出病灶数方面常规增强组少于黑血组，差异具有统计学意义（P<0.05）。见表1。

3  讨论

早期发现脑转移瘤并准确判定其部位及数量，有助于为肿瘤患者制定合理的治疗方案并判断预后，对延长肿瘤患者的生存期也有重要意义。T1加权三维成像技术日益成熟，具有扫描层厚更薄、各向同性的特点，已成为常规头颅MR增强扫描的重要序列，对一些早期小的脑转移病灶敏感性较高[2]。

3D黑血MR技术作为近些年来一项新兴技术，可有效抑制脑脊液和血管信号，目前主要应用于头颈部血管壁成像。本研究采用MSDE黑血序列，是应用附加的流压梯度场作为磁化准备序列使移动的质子去相位，从而抑制血管信号。但目前3D黑血扫描比较长，如何在保证图像质量的前提下，缩短扫描时间是目前一大挑战。CS理论是Candes 等[3]于2006年首次提出的，该理论是在远小于 Nyquist 采样率的条件下，随机采样获取信号的离散样本，然后通过非线性重建算法得到原始信号。相比传统MR采集K空间信号的方式，CS-MR的主要思想是先对信号进行空间变换，使其成为稀疏或可压缩的信号，再利用一个与变换基不相干的测量矩阵将变换所得的高维信号投影到一个低维空间上，并对所获取的少量测量值进行求解凸优化问题，从而实现对信号的精确重构[4]。因此CS-MR必须具备3个条件[5]：MR 图像是可稀疏的;K空间亚采样引起的混叠伪影是非相干的;非线性重建方法可将稀疏域中被欠采样分散的值重新集中的。本研究测试的主观评价的结果显示常规增强组与黑血组主观评价差异无明显统计学意义。与国内关于CS在MR方面的报道一致[7]。在颅内转移瘤的显示方面，本研究结果显示黑血组出较高的敏感性，同时黑血序列可以有效抑制颅内小血管信号，可将小血管与较小病灶进行鉴别。

综上所述，基于CS的3D 黑血增强MR可在不影响图像质量的前提下减少扫描时间，同时对于脑转移瘤具有较高的敏感性，值得临床使用。

参考文献

[1]李爽，陆敏杰，赵世华.压缩感知技术及其在心脏磁共振中的应用进展[J].磁共振成像，2018，9（4）：299-302.

[2]刘子姗，詹茸婷，王明磊等.磁敏感加权成像在肺癌脑转移瘤诊断中的应用价值[J].中国医学计算机成像杂志， 2016，22（3）：198-203.

[3]Candes EJ Romberg JK，Tao T. Stable signal recovery from incomplete and inaccurate measurements[J].Commun Pur Appl Math，2006，59（8）：1207-1223.

[4]张红雨.基于向量稀疏和矩阵低秩的压缩感知核磁共振图像重建算法[J].天津理工大学学报，2017，33（1）：25-29.

[5]張晓东，朱丽娜，王霄英等.压缩感知技术在头MRA的初步应用探索[J].放射学实践，2018，3（3）：252-255.

[6]马培旗，袁玉山，张宗夕等.基于压缩感知技术的3D-MRCP的临床应用探索[J]. 临床放射学杂志，2020，39（4）：787-789.