利用压缩感知和分段加速技术为3D TOF MRA增速

李少蕊

（西门子<深圳>磁共振有限公司 广东 深圳 518057）

脑血管病，如脑动脉瘤、颅内血管畸形、狭窄、闭塞等，是引起脑组织缺血或出血性意外的主要原因，患者主要临床表现为视力减退或失明、运动障碍、意识障碍、昏迷等[1]，最终导致患者残废甚至死亡。当前排查脑血管病的成像方法有CT血管成像（CT angiography, CTA）、数字减影血管造影（digital subtraction angiography, DSA）和常规时飞法磁共振脑血管造影（time of flight MRA, TOF MRA）[2]。在目前，DSA仍是评估脑血管的金标准[3]，但存在一定的神经系统并发症、对比剂过敏[4]、X线辐射等风险。对比剂和X线辐射的问题同样限制了CTA在脑血管病检查中的应用。TOF MRA是一种非侵入性的检查手段，它不需要注射对比剂也没有X线辐射。但是，传统的TOF MRA图像采集速度比较慢，完成一次3D TOF MRA扫描需要5～6 min的时间；如果患者在图像采集期间移动身体，就会导致采集到的血管图像出现断层、模糊等问题，不能作为临床诊断依据。所以快速的3D TOF MRA图像采集在临床扫描中是非常需要的。本文对3D TOF MRA扫描序列进行了优化，使用压缩感知（compressed SENSE, CS）和分段加速（Segmentation）技术大大缩短了图像采集的时间，提高了3D TOF MRA的可用性。

1 材料和方法

1.1 MRA检查设备

本研究所用仪器为Lumina 3.0T磁共振扫描仪（德国Siemens公司）。

1.2 对象与方法

本研究选择一名健康志愿者为研究对象，该志愿者已签署知情同意书。

3D TOF MRA扫描参数分为四组：传统TOF组、分段加速组、压缩感知组、压缩感知联合分段加速组。检查时让志愿者头部朝内，仰卧于病床上，尽量保持不动的状态。详细扫描参数见表1。

表1 3D TOF MRA扫描参数

1.3 图像处理

使用最大密度投影（maximal intensity projection, MIP）对原始图像进行后处理。

1.4 影像评估方法

比较四组3D TOF MRA扫描的图像采集时间；分别对四组图像进行血管可视化及饱和伪影两方面指标的质量评估[5]。

2 结果

2.1 采集时间对比

传统TOF、分段加速组、压缩感知组、压缩感知联合分段加速组的采集时间分别为5′18″、3′29″、2′33″和2′01″。与传统3D TOF MRA相比，分段加速和压缩感知技术使扫描时间分别缩短了1′49″（34.3%）、2′45″（51.9%）、3′17″（61.9%）。

2.2 图像质量对比

从图1可以得出，传统TOF组、分段加速组、压缩感知组、压缩感知联合分段加速组的图像在血管可视化上没有明显的区别，分段加速组（图B）的图像甚至比传统TOF组（图A）更清晰锐利。压缩感知组（CS=7.0）（图C）的图像对比其他三组图像稍显模糊，但是能够满足临床诊断的要求。压缩感知联合分段加速组（图D）相对于传统TOF组而言，图像背景更干净。四组图像对血管远端末梢小分支的显示没有明显区别。四组图像均没有肉眼可见的饱和伪影。

图1 传统TOF和加速TOF图像对比

3 讨论

压缩感知技术采用K-空间稀疏采样的方式，可以有效地缩短磁共振序列的图像采集时间[6]，在当前已经被用于TOF MRA、动态增强扫描等磁共振扫描技术中。在设置压缩感知因子的时候应该做好采集时间和图像质量之间的权衡，因为过低的压缩感知因子不能很好地起到缩短图像采集时间的作用，而过高的压缩感知因子会带来卷叠伪影和模糊[7]。本文在压缩感知组中使用CS=7.0的设置，虽然采集时间压缩了51.9%，但是图像稍显模糊。分段加速技术是在一次抑制静脉信号的饱和脉冲之后进行多次数据采集，它不仅可以降低SAR（specific absorption rate, SAR）值的积累、加快图像采集的速度，还能减轻静脉污染[8]。分段加速因子的设置也是需要优化的，加速因子太小则不能有效地缩短图像采集时间，但加速因子设置过大则对图像采集时间的缩短作用将变小，并且抑制静脉的效果会变差。本文分段加速组中使用Segment=4的设置，图像质量没有降低，甚至更加清晰锐利，且采集时间缩短了34.3%。因此，在压缩感知联合分段加速组中，作者降低了压缩感知系数，采用了CS=4.7，Segment=4的设置，既有效地缩短图像采集时间（缩短了61.9%），又保证动脉信号不减弱，并且不受静脉的污染。

本研究未对脑血管病患者进行测试，进行病灶检出率和稳定性的评估，存在一定的局限性，有待后续研究予以完善。