基于光梭成像技术的多动脉期成像在肝脏MRI中的应用

刘锴，孙海涛，陈财忠，温喜喜，曾蒙苏，毕正宏

1.复旦大学附属中山医院 放射科，上海 200032；2.上海联影医疗科技有限公司，上海 201807

引言

增强磁共振成像在肝脏占位性病变的诊疗中具有非常重要的作用[1-3]，其中动脉期成像作为动态增强过程的首过期像有其重要的特点[4-6]。相对于门静脉和平衡期图像，肝脏动脉期的时间窗很窄，常表现为一过性出现。对扫描时机把握不当易造成动脉期显示时相的不准确，不利于肝占位的准确诊断[7]。另一方面，T1WI 3D增强序列需要患者在一次屏气状态下完成，屏气过程中受各种因素的影响而出现屏气欠佳的情况，进而影响到动脉期图像质量，而对于重症和年纪较大患者尤为明显[8]。多动脉期技术的出现为获取更加准确的动脉期图像提供了技术依据，目前多使用并采集平行成像（Parallel Imaging，PI）双期和三期技术[9]。光梭成像（United Compressed Sensing，uCS）是在压缩感知（Compressed Sensing，CS）快速成像基础上再加入半傅立叶和PI快速成像技术的一种快速成像方法，可以使用高倍数的CS加速采集提高时间分辨率而不损失图像质量[10-11]。本研究旨在使用uCS技术进行多组动脉期成像，通过与传统PI技术进行动脉晚期的自身对比分析以明确uCS多动脉期的成像质量和初步应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2021年7—12月复旦大学附属中山医院放射科经CT或超声诊断为肝脏实质性占位患者60例进行回顾性研究。纳入标准：在6个月内曾使用PI单动脉期磁共振成像的肝肿瘤外科术后复查患者，或术前PI技术扫描效果不佳使用uCS法进行扫描的患者，最终将其中42例曾使用与uCS成像相同的磁共振扫描仪进行过单动脉期检查的患者纳入本研究。排除标准：对比剂过敏，严重肝肾、心功能不全或不能配合患者。42例患者中男28例、女14例，年龄31～79岁，平均（67.9±12.1）岁。本研究经复旦大学附属中山医院伦理委员会审核同意（伦理编号：B2021-425R）。

1.2 检查方法

所有患者均采用16通道相控阵线圈的3.0 T磁共振成像系统（uMR770，上海联合影像医疗公司）完成MR扫描。首先完成常规肝脏MRI增强检查：扫描T2WI图像、扩散加权图像（0、50、500 s/mm2）、双回波T1WI同反相位图像、增强前平扫抑脂T1WI图像。动态增强成像使用uCS法进行连续T1WI多动脉期扫描1～8组图像（1～4组为动脉早中期，5～8组为动脉晚期），设为uCS组，Gd-DTPA对比剂按0.2 mmol/kg标准进行注射，速率为2 mL/s。随后采用20 mL 0.9%氯化钠溶液冲洗。门静脉期和延迟期图像分别在对比剂注射后延迟70、180 s进行。将纳入的常规PI法单动脉期图像作为自身对照组（PI组），扫描流程与uCS技术相同，uCS和PI技术多动脉期扫描参数如表1所示。

表1 uCS组和PI组成像参数

1.3 图像分析

1.3.1 图像质量主观评价

由2名放射科专长腹部诊断并具有8年以上经验的高年资医师，使用同一工作站进行独立阅片，包括对肝脏边缘锐利度、图像伪影、肝管血管结构及病灶是否清晰显示进行图像质量评估，评分经协商后达成一致意见。评估采取5级评分：4分为图像清晰对比良好，无伪影；3分为图像轻度伪影，组织结构清晰可辨；2分为图像中度伪影，对比度一般，或病灶显示欠清；1分为图像伪影较大或肝脏或血管边缘模糊，病灶显示欠清但尚能诊断；0分为伪影较大，血管或病灶模糊，图像质量较差，无法用于诊断。

对动脉期时相采用5级分法定义：0分：标准动脉晚期（肝实质轻度强化肝门静脉轻度显示而肝静脉未显影）；-1分：动脉早期（动脉血管显示、门脉可轻度显示）；-2分：太早（仅动脉血管显示）；1分：较晚（门静脉均匀显示伴肝静脉轻度强化)； 2分：太晚（肝静脉和肝实质充分强化）。

1.3.2 图像质量客观评价

分别在肝脏左、右叶的门静脉旁肝实质区，肝脏背景区的相同区域绘制感兴趣区（Region of Interest，ROI），绘制区域避开胆管、血管和伪影区。分别测量肝脏左、右叶，肝脏背景区信号强度及标准差，计算uCS和PI图像肝脏左、右叶的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和肝脏信号变异系数（Coefficient of Variation，CV），用同等时相的uCS组图像与PI动脉期图像进行对比分析[7]。

1.4 统计学分析

采用SPSS 20.0软件进行统计学分析。图像评分非参数定量使用 Wilcoxon秩和检验法进行对比，图像SNR、CV变量数据用±s表示，使用t检验法进行两两对比，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像质量评价

uCS技术扫描图像能够清晰显示肝脏结构和强化效果，肝脏实质动脉早期左肝伪影评分低于右肝，差异有统计学意义（P＜0.05）；血管清晰度优于右肝图像，uCS动脉晚期图像强化效果好，左肝伪影消失，见表1、图1。

图1 光梭技术扫描动脉早期与动脉晚期图像对比

表2 uCS动脉期左、右叶肝脏图像总体伪影评价（±s，分）

表2 uCS动脉期左、右叶肝脏图像总体伪影评价（±s，分）

注：uCS：光梭成像。

组别 uCS Z值 P值左肝 右肝肝实质伪影 3.34±0.78 3.76±0.43 -3.82 ＜0.001血管伪影 3.71±0.46 3.47±0.63 -2.50 0.012

动脉期成像效果uCS 所得8组增强图像包含动脉期起始段至动脉晚期所有动脉期强化过程，动脉早期可显示病灶血管像，见图2；uCS动脉期图像的血管伪影及肝脏边缘清晰度较PI扫描图像效果有所提升，见图3。

图2 光梭成像技术可一次屏气扫描得到连续8组动脉期图像

图3 传统单动脉期技术还和光梭技术成像

动脉晚期时相获取准确率uCS组为97%（41/42），PI获取标准动脉晚期准确率为67%（28/42），其中0分28例，-1分6例，-2分2例，1分5例，2分1例。uCS动脉晚期捕捉率明显优于PI单动脉期成像。uCS组伪影评分明显高于PI单动脉期，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 uCS与PI组动脉晚期图像伪影评价（±s，分）

表3 uCS与PI组动脉晚期图像伪影评价（±s，分）

注：uCS：光梭成像；PI：平行成像。

组别 呼吸伪影评分血管边缘清晰度评分 总体评分uCS 3.81±0.45 3.62±0.49 3.71±0.46 PI 3.19±0.94 3.29±0.67 3.24±0.85 t值 3.69 3.50 3.65 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

2.2 图像客观评价

uCS扫描所得连续动脉期图像，其动脉早中晚不同时相的图像信号强度随增强时间呈渐进性增高，动脉晚期SNR最高，差异有统计学意义（P＜0.05），见表4。uCS等效动脉晚期SNR高于PI组图像，uCS肝右叶实质CV小于PI组，uCS图像均匀度优于PI，差异有统计学意义（P＜0.05），见表5。

表4 uCS肝脏多动脉期不同时相的SI和SNR比较（±s）

表4 uCS肝脏多动脉期不同时相的SI和SNR比较（±s）

注：t1、P1动脉早期和动脉中期比较；t2、P2动脉中期和动脉晚期比较。uCS：光梭成像；PI：平行成像。

不同时相 SI SNR动脉早期 604.38±84.05 173.86±27.36动脉中期 714.67±122.35 232.96±48.66动脉晚期 897.79±204.71 281.59±76.84 t1值 -8.72 -10.07 P1值 ＜0.001 ＜0.001 t2值 -11.47 -6.67 P2值 ＜0.001 ＜0.001

表5 动脉晚期uCS和PI 定量分析比较（±s）

表5 动脉晚期uCS和PI 定量分析比较（±s）

注：uCS：光梭成像；PI：平行成像；SNR：信噪比；CV：肝脏信号变异系数。

图像质量 分布 uCS PI t值 P值SNR左肝右肝261.43 ± 50.27 244.87 ± 62.66 198.81 ± 50.18 191.19 ± 51.13 8.86 6.18＜0.001＜0.001

3 讨论与结论

肝脏动脉期成像是肝脏增强磁共振检查中的技术难点，因时相扫描的瞬时性和唯一性，任何原因都有可能造成动脉期成像质量的下降甚至期像丢失[12-13]。多动脉期技术的出现一定程度上改善了图像质量，既往的研究表明，多个动脉期成像有利于对富血供病灶的显示，提高检出率，成像效果较单一动脉期具有明显优势。但以往多动脉期技术为保持一定的成像质量，对时间分辨率的提升与其成像效果相互制约，也与使用的不同扫描技术相关。压缩感知成像方式为实现快速成像提供了一种新的途径[14-15]，有研究尝试使用双动脉期成像取得了较好的效果。相关研究表明，CS技术可以在不影响图像分辨率的情况下有效减少扫描时间[16-20]。本研究使用的uCS法采用结合半傅立叶，并采集技术进行高倍数CS加速，实现具有高度加速能力的一种新成像方法以获取多动脉期图像及数据。研究中使用了16倍的高压缩倍数进行成像，可以在2 s内完成一次全肝脏的大范围扫描。一次屏气下产生连续8组多动脉期图像，完成从动脉血管强化起始段至动脉晚期全过程的动态强化过程，其连续的动态成像类比DSA造影的强化过程。全肝2 s的成像速度相比较之前的成像法，更能有效冻结呼吸伪影并提高肝内血管的清晰度，本研究结果也印证了实际临床使用效果。

本研究中使用8个连续动脉组合的方案也是将一个动脉期过程进行细化分解，诊断医师可以观察到包括病灶强化的起始段、动脉早期直到动脉晚期及门脉显示期的强化全部变化过程。既可以使用动脉早期观察病灶血管和早期强化，也可以在动脉晚期观察病灶。研究结果中动脉早期图像清晰显示了病灶血管，实时的强化过程为描述肝脏和病灶间的强化状态提供了更加完整的动态呈现，临床实践中通过对PI单动脉期进行的自身对照分析结果也证明了这一点。uCS技术能够涵盖大范围的动脉期成像过程，相对于常规单动脉期技术可以更精准地捕捉到肝脏增强的标准动脉晚期时相，提供更丰富的动脉期血供信息。

为明确uCS高速成像技术在实际应用中的图像质量及其成像特点，本研究还对uCS多组图像质量分别进行了评估和分析。uCS的图像对比中发现肝脏左叶的伪影评分不及肝脏右叶，分析主要原因为动脉早期的图像中左外叶经对比剂流入心脏后因搏动而对肝脏左叶产生鬼影，而在动脉晚期组图像中左叶经充分强化后伪影基本消失，这也是uCS组肝左叶肝实质伪影评分低于右叶的原因。在对图像的定量分析中，虽然uCS图像分辨率较单动脉期图像略低，这是由于使用高加速因子与进行快速扫描提升时间分辨率进行权衡所致。但通过对比CV值发现，uCS技术所得肝脏左叶CV值与PI组无统计学差异，肝右叶图像均匀度优于传统单动脉期。常规单动脉期技术仍使用PI加速法进行快速成像，而加速过程中会伴有并采集伪影，尤其在体型较大患者中更易影响到图像质量，并且单动脉期的呼吸伪影相比于uCS扫描图像更多，也间接影响了图像的均匀度[21]。uCS所得动脉期各组图像的 SI和SNR都随强化时间增加而进行性增加，在与PI动脉晚期图像的自身对比中，uCS所得等效动脉晚期左肝及右肝的SNR都高于PI对照组，其图像质量完全可满足诊断需求。

同时本研究也存在一些局限性：① 虽然uCS技术是与患者自身对照的技术进行对比，但因动脉期扫描的唯一性并不能使两种技术在一次检查中完成。本研究认为重复注射对比剂进行比较并不适合短期检查，所以无法直接对病灶的强化效果进行对比分析。其次，由于CS重建的非线性重建性质和噪声强度的不均匀分布，对具有CS加速成分的uCS与PI技术信噪比评价有可能不能代表真实的噪声差异，但结果仍反映了一定的图像客观状态，而且图像直接的视觉诊断效果较佳。

综上所述，本研究展现了一种基于采用CS高加速倍数的新快速多动脉期成像技术，其利用更加高速的成像速度减少呼吸和运动伪影的影响，在不降低图像质量的同时提供动态的强化效果，有较广阔的应用前景。