ACS和BLADE序列在上腹部T2WI中的应用价值对比

徐 航，杜 凡，温喜喜，陈财忠，饶圣祥，孙 伟*

1.复旦大学附属中山医院放射诊断科，上海市影像医学研究所，上海 200032

2.上海联影医疗科技有限公司，上海 201807

MRI尤其是T2WI应用于肝脏检查时，易受到腹部呼吸运动影响而产生伪影，降低图像质量。刀锋伪影校正（BLADE）技术能明显减少运动伪影，进而改善影像质量，已应用于上腹部检查［1-2］。目前临床工作中，常规在屏气状态下进行BLADE-T2-FSE序列检查，需要多次屏气才能覆盖整个肝脏。

联影公司开发的AI辅助压缩感知（AI-assisted compressed sensing，ACS）序 列［3］采 用 人 工 智 能联合半傅里叶（partial Fourier，PF）、并行成像（parallel imaging，PI）和压缩感知技术（compressed sensing，CS），能在保证图像质量的情况下大幅提升扫描速度，达到1次屏气状态下覆盖整个上腹部的目的。本研究将应用BLADE-T2-FSE与ACST2-FSE采集的图像进行比较，探讨ACS技术在上腹部T2WI检查中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料纳入2020年5月至2020年6月在本院行上腹部MR检查的61例患者，其中男性45例、女性16例，年龄29～81岁，平均（56.0± 12.6）岁。纳入标准：（1）行ACS与BLADE T2WI两种序列检查，并行腹部磁共振增强检查；（2）肝细胞肝癌（HCC）及肝内胆管细胞癌（ICC）通过病理检查确诊，血管瘤及囊肿综合临床资料、典型影像学表现确诊。排除标准：（1）患者屏气差，导致图像伪影大；（2）有5个及以上同一类型病灶；（3）有进行过治疗的陈旧病灶。本研究在人类遗传资源平台备案（BF2021051206047）；患者知情同意并签署知情同意书。

61例患者共计75个病灶，包含42个恶性病灶和33个良性病灶。42个恶性病灶（37例患者）经手术或穿刺活检取得病理学诊断，包括HCC 36个、ICC 6个；33个良性病灶（24例患者）包括血管瘤16个、囊肿17个，依据典型影像学表现并结合患者临床资料获得诊断。

1.2 检查方法使用联影uMR770/3.0T磁共振成像系统及其配备的相控阵体部线圈进行扫描。扫描前对患者进行屏气训练。患者取仰卧位、脚先进。BLADE及ACS序列的具体参数见表1。

表1 BLADE-T2-FSE和ACS-T2-FSE扫描参数

1.3 图像分析与评价在影像工作站分别测量BLADE及ACS序列中的病灶及肝实质信号。对于较大且不均匀病灶，将感兴趣区（region of interest，ROI）置于病灶实性部分，避开明显的囊性及坏死区域。测量病灶周边肝实质时，ROI尽量避开血管和胆管。每个数据测量3次并取平均值，两个序列测量点位保持一致。计算肝脏占位的CR，CR病灶/肝实质＝（病灶信号强度－肝实质信号强度）/ 肝实质信号强度。

由2位高年资腹部诊断医师各自独立对所得图像进行分析与评价。评价指标：图像整体质量、图像错层情况、胆管显示清晰度、病灶显示清晰度、呼吸运动伪影、胃肠道蠕动伪影、卷褶伪影。各种伪影评分分级：4分，无伪影；3分，轻度伪影，尚可进行诊断；2分，中度伪影，诊断较困难；1分，严重伪影，无法诊断。整体图像质量评分分级：4分，优；3分，良；2分，中；1分，差。胆管与病灶显示清晰度评分分级：4分，清晰；3分，轻微模糊；2分，中等模糊；1分，非常模糊。图像错层分级：4分，无错层；3分，轻微错层，不影响诊断；2分，中等错层，影响诊断；1分，严重错层，无法诊断。

1.4 统计学处理使用SPSS 19.0软件进行统计学分析，各数据采用±s表示。两种序列图像上各类病灶CR值的比较采用独立样本t检验；两种序列图像质量的主观评价比较采用Wilcoxon轶和检验。采用Cohen’s Kappa检验评估读片医师主观评价的一致性，k＝0.81～1.00为显著一致；0.61～0.80 为一致性良好；0.41～0.60 为一致性中等；0.21～0.40 为一致性较差；＜0.20 为不一致。检验水准（α）为0.05。

2 结 果

2.1 扫描时间与病灶显示在上腹部T2WI中，ACS序列在1次屏气内（约10 s）完成采集，而BLADE序列在3次屏气（加中间2次喘气）内（约62 s）完成采集。ACS序列对病灶尤其小病灶的显示效果优于BLADE序列，能够更好地在肝实质背景中突出病灶（图1A～1B）；ACS序列图像上测得的HCC、ICC、血管瘤及囊肿CR均高于BLADE序列（P＜0.001，表2）。

图1 肝细胞肝癌患者BLADE与ACS序列图像示例

表2 两种序列图像中病灶与肝实质CR比较n＝61

2.2 主观评价及观察者间一致性分析结果（图1C～1F、表3）显示：ACS序列图像中呼吸运动伪影、卷褶伪影、图像质量评分、图像错层评分、胆管显示清晰度、病灶显示清晰度项目得分均高于BLADE序列（P＜0.05）；ACS序列图像中胃肠道蠕动伪影评分略低于BLADE序列，但差异无统计学意义（P＝0.128）。Cohen’s Kappa检验显示，2位读片医师各项评分的κ值均大于0.60，说明一致性良好。

表3 两种序列上图像质量主观评价及观察者间一致性

3 讨 论

3.1 BLADE技术的原理MRI对运动敏感，成像过程中患者轻微运动，即可导致图像模糊，产生伪影。BLADE技术是平行填充与放射状填充的结合，k空间的中心区域有大量的数据重叠，为数据校正提供更多机会；BLADE采集相位编码方向的运动伪影随着编码方向旋转而旋转，而不是如同笛卡尔坐标下TSE的采集伪影总在一个方向出现。因此，重建后的图像伪影较TSE能得到更好的控制。这种旋转重建方法能有效降低呼吸运动对图像的影响［4］。然而，BLADE序列在k空间重复采集数据，这些冗余的数据采集会导致采集时间延长，因此本研究中BLADE-T2-FSE须通过3次屏气采集来覆盖整个肝脏。

3.2 ACS技术的原理基于k空间快速采集磁共振成像技术包括PF、PI、匙孔成像［5］等。这些技术都能减少采集k空间数据从而实现快速MR成像，临床以PI应用最广泛。但PI也存在一些固有缺陷：（1）随着加速因子增加，信噪比（SNR）会明显下降；（2）其最大加速因子R受线圈通道数的限制；（3）PI使用多线圈成像，其计算的复杂度将会随线圈数量增加而增大。

CS最早由Donoho等［6］于2006年提出，为一种只须远少于奈奎斯特采样定理所要求的采样数即可高度精确重建原始信号的方法。基于磁共振图像本身的稀疏特性，CS在采样时对k空间信号随机采样，通过非线性重建算法消除图像中的非相关伪影，精确恢复原信号。该技术一定程度加速了重建过程，但其重建结果的优劣依赖于测量矩阵、重建模型及重建算法等［6-7］。

在MRI重建领域，除CS技术外，以卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）为代表的AI技术表现出色。但CNN使用的非线性函数及庞大的参数量使其结果难以定量分析、图像难以定量描述［8］，进而无法预见可能产生的误差，增加临床应用难度。联影ACS技术克服了上述各种技术的难点，将PF、PI、CS三大技术联合起来，以全采样图像为目标、相应的欠采样图像为输入训练，构成以ResNet［9］为基础的神经网络。该网络可以减少在高加速状态下三大技术带来的噪声与伪影。将该网络作为AI环节加入迭代重建流程，形成CS＋PI＋PF＋AI架构，能有效帮助提高图像质量，同时AI输出又受到PF相位、PI线圈灵敏度、CS稀疏的约束，保障了其临床应用的可靠性。使用ACS技术，可以大幅缩减采样数据，加快成像速度，进而在患者1次屏气内扫描整个上腹部区域。

3.3 两种技术图像质量的比较本研究中，ACS-T2-FSE检查中呼吸运动伪影和图像错层较BLADE-T2-FSE序列少。原因包括：（1）ACST2-FSE只需屏气1次即可完成采集，而BLADET2-FSE需3次屏气。而且，不同人群的气腹压力不同，为0～15 mmHg［10］，呼吸运动程度较难掌握，导致重复性差，且腹腔脏器层面不一致，形成错层和伪影。年龄较高患者3次屏气更易导致图像错层。（2）ACS序列仅须10 s单次屏气，而BLADE序列须14 s单次屏气。年龄较高患者呼吸深浅不一、吸气程度不同、屏气时间也较短，尤其是合并心肺功能疾病或梗阻引起腹腔积液者屏气时间更短，导致伪影。而且，扫描时间越短越有利于控制呼吸运动伪影。虽然BLADE序列可以抑制运动伪影，但图像模糊仍可发生，尤其易发生于肝内胆管和病灶边缘。（3）ACS序列将基于深度学习的ResNet技术加入图像的迭代重建流程，能一定程度上减少图像的噪声和伪影。

用ACS-T2-FSE序列扫描不仅能得到更好的屏气图像，且能更好地显示病灶。本研究中，ACS序列图像中HCC、ICC、血管瘤和囊肿的CR都高于BLADE序列。ACS序列所须屏气时间短，可以选择比BLADE序列更长的重复时间（TR）和回波时间（TE），有利于长T1长T2病灶及肝内胆管的显示。而BLADE序列参数设置要综合考虑患者的屏气时间和耐受度。为了提高检查成功率，本研究对于屏气不佳的患者，均采用患者左手捏鼻子辅助屏气。一些患者由于肩周炎或习惯等原因，捏鼻子时手肘会靠近胸口导致卷褶伪影。ACS序列相位编码方向为前后方向，左侧卷褶伪影不影响肝脏部位的显示；而BLADE序列为平行填充与放射状填充相结合，卷褶伪影易出现于放射状填充方向，影响肝脏的显示。由家属捏患者鼻子辅助其屏气有利于减少BLADE序列扫描中此类伪影。

本研究不足之处：纳入病例数较少，部分屏气差、扫描图像运动伪影过大无法诊断的患者被排除；其次，仅纳入有明确病理结果和典型影像学表现的肝脏占位患者，而未纳入其他占位和转移性病变患者。

综上所述，ACS序列将AI与PF、PI、CS融合，实现快速扫描，在保证较高图像质量的情况下，屏气1次（约10 s）即可覆盖上腹部区域。与BLADE序列相比，ACS序列图像中呼吸运动伪影和图像错层更少、CR更高、图像显示更清晰，值得临床应用推广。

利益冲突：所有作者声明不存在利益冲突。