AI辅助压缩感知技术联合动画音频播放在学龄前儿童头部核磁共振检查中的应用

李华玲，张佳璇，覃蕾，柳秋风

磁共振成像（magnetic Resonance Imaging，MRI）具备对比度及分辨率高、诊断准确率高、安全无辐射、适用范围广等特点[1-3]。它能精准地对微小病灶进行定位及定性，在儿童各种疾病诊断中起到重要作用[4]。但MRI 扫描时间较长，整个扫描过程需制动，否则会产生运动伪影，影响图像质量，这对于儿童来说尤为困难。因此，在临床上，许多儿童在行MRI 扫描时需使用镇定剂。但镇定剂存在一定的副作用，家长也对此存在担忧，且使用镇定剂后也可能出现不自主的活动，另外也有部分儿童对镇定剂不敏感，需要多次加量才能入睡，或者在检查过程中苏醒，导致检查不能完成。AI 辅助压缩感知（AI-assisted compressed sensing，ACS）技术采用uAI人工智能与uCS 光梭成像，显著缩短了MRI 检查时间[5]。本研究尝试在学龄前儿童（3～6岁）头部MRI扫描中采用ACS技术并配合动画音频播放，取得了显著的临床效果，报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集我科2022 年6 月～2023 年3 月在联影uMR790 3.0 T 超导型MRI 扫描仪上接受头部MRI 检查的学龄前儿童80 例纳入研究组，其中男童44 例，女童36 例；年龄3～6 岁，平均（4.50±1.11）岁。回顾性纳入2020 年10 月～2021 年8 月在联影uMR780 3.0 T 超导型MRI 扫描仪上接受头部MRI 检查的学龄前儿童80 例，其中男童40 例，女童40 例；年龄3～6 岁，平均（4.46±1.48）岁。2 组的性别、年龄差异无统计学意义（P＞0.05）。

本研究得到了本院医学伦理委员会批准。所有研究组儿童家长均签署MRI检查知情同意书，知情且自愿参与本研究。

1.2 方法

1.2.1 MRI 扫描 2 组儿童扫描时均允许家长陪同。对照组扫描时，使用镇定剂（水合氯醛），放上耳塞。研究组均采用ACS 扫描序列并在扫描中配合动画音频播放。具体方法：取平卧位，嘱儿童闭眼，保持平稳呼吸，戴上耳机，播放适合学龄前儿童的热门动画音频，如“小猪佩奇”“托马斯”等，音量控制在50～60 dB，随机播放至扫描结束。

1.2.2 扫描仪器及序列 研究组儿童均采用同一台联影uMR790 3.0 T超导型MRI扫描仪进行检查，头部依次扫描矢位T1Flair，轴位T1Flair、T2FSE、T2Flair序列；研究组采用ACS 快速序列扫描，扫描时间一共89 s。对照组采用联影uMR780 3.0 T 超导型MRI 扫描仪进行检查，使用常规序列，头部依次扫描矢位T1Flair，轴位T1Flair、T2FSE、T2Flair 序列，扫描时间一共300 s。具体扫描参数见表1。

表1 2组MRI序列的扫描参数

1.3 数据分析

1.3.1 检查完成情况分析 检查情况：①顺利完成：患者配合检查良好，一次性完成检查，图像较好；②勉强完成：检查过程中虽然感觉害怕，但坚持配合完成检查，图像较好或图像稍差但不影响诊断；③检查失败：完全不能配合检查导致失败。成功率/%=（①+②）/80×100%。记录检查完成所用的时间。

1.3.2 主观图像质量 ①评分标准：1 分-图像不能用于诊断；2分-图像质量无法满足诊断，但在特殊情况下可用于提供参考意见；3分-图像质量一般，基本满足诊断要求；4 分-图像较清晰，能较为准确诊断；5 分-图像清晰，能够确切诊断。②伪影评分：1分-整个图像均为伪影；2 分-图像伪影严重，无法诊断；3 分-存在运动或搏动伪影，但尚可用于诊断；4 分-轻微伪影，不影响诊断；5 分-无各类伪影。主观图像质量评分由2 位放射科医师（从事影像诊断时间分别为5年，12年）评定，取其平均值作为最后结果。

1.3.3 客观图像质量评价 测量图像的信噪比（signal to noise ratio，SNR）计算方法：SNR=SI/SD，其中SI 为信号强度，SD 为背景噪声。在常规序列扫描图像（轴位T1Flair、T2FSE、T2Flair）的双侧额叶白质及双侧背侧丘脑正中层面分别勾画面积为50～80 mm2的感兴趣区（ROI），于ROI 信号均匀处测量SI。在无组织的背景处勾画面积为100 mm2的ROI 测量SD 值。SNR由2 位放射科医师（从事影像诊断时间分别为5 年，12年）评定，取平均值作为最后结果。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 2组完成检查情况比较

研究组患者检查成功率为97.5%，高于对照的77.5%，差异有统计学意义（P＜0.05）。研究组的检查时间为（104.44±2.98）s，对照组为（342.86±13.36）s，研究组的检查时间显著短于对照组（P＜0.05）。研究组的家属满意率为100%，高于对照组的80%（P＜0.05），见表2，表3。

表2 2组患者检查完成情况比较

表3 2组患儿家属满意度

2.2 2组图像质量比较

2 名放射科医师在数据测量中的一致性良好（Kappa 为0.78～0.95,P＜0.05）。结果显示，2 组T1Flair、T2FSE和T2Flair序列的图像的伪影评分接近，差异无统计学意义（P＞0.05）。2组图像的总体评分差异也无统计学意义（P＞0.05），见表4。2组T1Flair序列、T2FSE 和T2Flair 序列的图像在双侧额叶白质及双侧背侧丘脑正中层面获得的SNR 值差异无统计学意义（P＞0.05），见表5。说明2组的图像质量一致。

表4 2组图像的主观评分（分,±s）

表4 2组图像的主观评分（分,±s）

伪影评分图像总体评分T1 Flair T2 FSE T2 Flair T1 Flair T2 FSE T2 Flair研究组4.636±0.069 4.766±0.049 4.61±0.067 4.61±0.077 4.766±0.049 4.623±0.061对照组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组图像的SNR数据

3 讨论

MRI 成像作为一种安全的影像学检查，具有软组织分辨率高、可多方位成像等优势，越来越多地用于儿童疾病诊断[6,7]。但往往MRI 检查需要的时间越长，患儿配合率越低，因此缩短MRI检查时间也是目前MRI研究的重要目标之一。联影的ACS 加速技术将人工智能深度学习与压缩感知相结合，该算法是基于200万个完全采样的图像切片进行训练的，通过AI模块不断的学习优化，进一步提高欠采样图像的质量，在极速扫描的同时呈现高保真图像质量[8,9]。该技术完成头部MRI 扫描仅需89 s，其它部位扫描也明显缩短了扫描时间，大大减少了运动和呼吸伪影。该技术在儿童MRI扫描中应用，优势更加明显。采用ACS技术的研究组扫描时间缩短为原来的1/3，且没有降低图像质量。最小3 岁多的儿童也能完成MRI 检查，是提高检查成功率的重要因素。

本次研究中使用动画音频播放的研究组患儿检查成功率为97.5%、，明显优于对照组的患儿（77.5%），同时，研究组一次完成且图像质量较好的概率有所提升（70/80），远高于对照组（40/80）。成功率的提高主要原因是检查时间的缩短和儿童患者情绪的安慰。儿童患者扫描MRI 时往往配合度较差，会因害怕焦虑而乱动，会直接影响图像质量。为提高检查效率，水合氯醛等药物镇静是目前儿童MRI检查的常用方法，但部分患儿家属对镇静药物的安全性产生疑虑，需要反复解释[10]；且学龄前儿童口服镇静药有一定的难度，拒绝服用或呕吐浪费均会导致镇静效果不佳；即使儿童成功服用水合氯醛，也会发生无意识活动，从而产生运动伪影。采用播放动画音频的方法后，让患儿选择感兴趣的动画音频，可以缓解患儿恐惧、紧张的情绪，给予患者更舒适、放松的检查环境，提高患儿完成MRI检查的成功率。

从患者就医体验方面，对照组患者可能因镇定剂失效或不自主运动导致检查失败，反复的检查给患者带来了额外的时间成本和不好的就医体验，采用ACS技术和动画音频的研究组患者，检查成功率得到很大的提高，患者的满意度也有所提高。

本研究的不足之处在于：①本研究仅收集儿童的头部MRI检查病例，未来会纳入更多其它部位MRI检查来了解ACS序列扫描其它部位的图像质量；②本研究中阳性病例不够多，因此未测量相关的CNR，检测ACS序列扫描图像的诊断效能有限。

综上所述，ACS 技术联合动画音频播放在不影响图像质量的情况下，能减少镇定剂的使用并显著提高学龄前儿童患者扫描的成功率，在未来很大的使用价值，值得推广。