不同压缩感知因子对磁敏感加权成像显示脑髓静脉的影响

曹家骏，杨 婧，张煜堃，刘 娜，高冰冰，刘杨颖秋，宋清伟，苗延巍

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连 116011）

脑髓静脉穿行于脑白质内，其形态及功能状态改变可在一定程度上反映疾病病理生理［1-2］。CT 静脉造影（computed tomographic venography，CTV）常用于观察脑髓静脉病变，但其显示细小脑髓静脉的能力有限。数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）是诊断血管病变的金标准，但有创。磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）可反映组织磁化率差异［3］，使得脑髓静脉与周围结构在以最小密度投影（minimum intensity projection，MinIP）重建的SWI（SWI-MinIP）中存在鲜明对比［4］；但3D SWI 扫描时间过长，运动伪影可使图像质量下降。利用压缩感知（compressed sensing，CS）技术能以较少采样点重建图像，进而缩短MR 扫描时间［5］。本研究对健康人以不同加速因子（acceleration factor，AF）CS 技术快速采集SWI，比较其所示脑髓静脉，以遴选最佳AF。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2020 年7 月—2023 年12 月于大连医科大学附属第一医院前瞻性招募40 名健康志愿者，男11 名、女29 名，年龄13～84 岁、平均（38.6±17.3）岁。排除标准：①脑外伤、脑肿瘤等神经系统疾病；②精神疾病、代谢疾病或其他可能影响神经系统的全身疾病等；③严重酒精依赖及精神活性物质滥用者；④ MR 检查禁忌证；⑤图像存在严重运动伪影。本研究获院伦理委员会批准（PJ-KS-KY-2023-261），所有受试者或家属、监护人均签署知情同意书。

1.2 检查方法 采用Philips Ingenia CX 3.0T MR仪、32 通道头颅线圈进行头颅扫描。分别以不同AF（AF0、CS2、CS4、CS6、CS8 及CS10）CS 技术采集3D 梯度回 波SWI；参数：TR 28 ms，TE 5.6 ms，层厚2.5 mm，层间距-1.25 mm，FOV 230 mm×187 mm×149 mm，体素0.6 mm×0.9 mm×2.5 mm，对应扫描时间分别为5 min 52 s、3 min 25 s、1 min 43 s、1 min 9 s、52 s 及42 s。

1.3 评估图像质量 由1 名具有2 年工作经验的住院医师以SPIN 软件行图像后处理并获得相位图，在SWI 相位图中于双侧透明隔静脉（septal vein，SV）、大脑内静脉（internal cerebral vein，ICV）、丘纹上静脉（thalamus vein，TV）、基底静脉（basal vein，BV）及齿状核静脉（dentate nucleus vein，DNV）处手动勾画面积5～50 mm2的ROI（图1），测量其相位值（phase value，PV）和标准差（standard deviation，SD）；以顶叶白质（ROI 约20 mm2）PV 及SD 为对照，计算静脉图像信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）及对比度噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR）：SNR静脉-白质=PV静脉/SD白质，CNR静脉-白质=（PV静脉-PV白质）/SD白质；2 个 月后重复进行上述操作，将所获结果用于评估观察者内一致性。

图1 于CS-SWI 图勾画脑髓静脉ROI（以右侧为例）A.SV；B.ICV；C.TV；D.BV；E.DNV

以SPIN 软件重建MinIP 图像。由2 名具有5 年以上经验的医师于盲态下分别以5 分法评估重建图像显示脑髓静脉质量：1 分，静脉结构显示不清、伪影及噪声极明显；2 分，静脉及细微属支显示不清、伪影明显、噪声较大；3 分，静脉及细微属支显示较清晰、图像略有伪影、噪声一般；4 分，静脉及末端属支显示较清晰、无伪影、噪声较小；5 分，静脉及其末端属支显示清晰，无伪影及噪声。

1.4 统计学分析 采用SPSS 27.0 统计分析软件。以描述正态分布的计量资料，对不同AF 序列图像以重复测量方差分析进行比较；以中位数（上下四分位数）描述偏态分布计量资料，以Friedman 秩和检验比较不同AF 序列。以组内相关系数（intra-class correlation coefficient，ICC）评价观察者内一致性；以Kappa 检验评价观察者间图像主观评分结果的一致性。采用LSD法或以Benjamini-Hochberg 法校正错误发现率（false discovery rate，FDR）进行多重比较。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

观察者内测量脑髓静脉PV 及SD 结果的一致性较高（ICC均＞0.80，P均＜0.05）。相比AF0 序列，以CS6、CS8 及CS10 序列所获SWI 显示双侧各脑髓静脉图像的SNR（表1）和CNR（表2）差异均有统计学意义（校正P均＜0.05）。相比AF0，以CS6、CS8 及CS10序列所获双侧SV、右侧TV，CS8 及CS10 序列所获双侧ICV、左侧TV 及双侧BV 的PV 差异均有统计学意义（校正P均＜0.05）。不同AF 之间，双侧DNV 的PV 差异均无统计学意义（P均＞0.05）。见表3。

表1 不同AF SWI 健康人脑髓静脉SNR 比较（n=40）

表2 不同AF SWI 健康人脑髓静脉CNR 比较（n=40）

表3 不同AF SWI 健康人脑髓静脉PV 比较（n=40）

不同AF SWI-MinIP 图像的主观评分结果差异有统计学意义（H=174.729，P＜0.05）。相比AF0［5.00（5.00，5.00）］，CS2［5.00（5.00，5.00）］及CS4［4.50（4.00，5.00）］图像评分差异均无统计学意义（校正P均＞0.05），而CS6［4.00（3.00，4.00）］、CS8［3.00（2.25，3.00）］及CS10［2.00（2.00，2.00）］图像质量评分较低（校正P均＜0.05）。随AF 升高，SWI 图像质量下降（图2）。

图2 以不同AF 所获相同层面SWI-MinIP 图示脑髓静脉A.AF0；B.CS2；C.CS4；D.CS6；E.CS8；F.CS10

3 讨论

静脉血与周围组织之间的相位差可反映静脉血氧含量［6］。SWI 对脑静脉内脱氧血红蛋白水平的变化十分敏感，显示脑髓静脉具有显著优势，使之成为检查脑微出血的首选序列；SWI-MinIP 图像可间接显示脑髓静脉血氧水平变化，有助于评估疾病状态下脑氧代谢异常［7-9］。CS 技术已用于快速采集多部位、多序列MR图像［9-12］，而不同AF CS 对SWI 显示各神经核团及核团相位值存在影响［13-15］，如高倍速CS（AF≥6）可致其SNR 及CNR 下降，而低倍速CS（AF≥2）下黑质及齿状核PV 降低［16］。LEE 等［17］发现利用CS 技术可提高SWI 显示黑质小体1（nigrosome 1，N1）质量，且联合CS SWI 及神经黑色素敏感MRI 可提高诊断帕金森病的效能。杨婧等［13］报道，CS4 不影响显示N1，且能缩短SWI 采集时间，认为CS4 可广泛用于多种场景下快速采集SWI。

以CS 技术快速采集SWI 时，除需评估AF 对SNR、CNR 及图像质量主观评分的影响外，还需关注其对PV 测值的影响。本研究对40 名健康人以不同AF CS 采集头颅SWI，结果显示，随AF 增大，图像噪声与伪影增加，SNR、CNR 及图像质量主观评分降低。相比AF0 序列，各脑髓静脉的SNR、CNR 及其主观评分在以CS2、CS4 所获SWI 中差异均无统计学意义，而在 以CS6、CS8 及CS10 所 获SWI 中均有所降低；以CS6、CS8 及CS10 所 获SWI 双 侧SV、右 侧TV，以CS8 及CS10 所获SWI 双侧ICV、左侧TV 及双侧BV的PV 均有所下降，但不同AF 图像之间双侧DNV 的PV 差异均无统计学意义；而在以CS4 所获SWI 中，各脑髓静脉的SNR、CNR 及PV，以及图像质量主观评分与AF0 图像差异均无统计学意义。综合以上结果，CS4 为以CS 采集SWI 显示健康人脑髓静脉结构的最佳AF。

综上，AF 过高（AF≥6）可降低以CS 采集SWI 显示脑髓静脉质量、引发定量测值差异，CS4 为观察和定量分析健康人脑髓静脉的最佳AF。但本研究样本量较小并来自单一中心，且仅利用单一MR 设备进行采集，有待后续开展多中心、多机型、大样本研究进一步探讨。

利益冲突：全体作者声明无利益冲突。

作者贡献：曹家骏研究实施、图像处理、统计分析、撰写文章；杨婧图像处理、统计分析；张煜堃、刘娜、高冰冰和刘杨颖秋图像处理；宋清伟研究设计；苗延巍指导、审阅文章。