壓縮感知及梯度自旋回波序列優(yōu)化3D MR胰膽管成像圖像質量的可行性

李 瑋，全 碩，張曉東，郭小超，王霄英，王 可

(北京大學第一醫(yī)院醫(yī)學影像科，北京 100034)

MR胰膽管成像(MR cholangiopancreatography, MRCP)為膽石癥的重要診斷方法[1-2]。3D MRCP臨床應用廣泛，可很好地顯示解剖細節(jié)[3]，但其圖像質量易受胃腸蠕動、掃描時間長等因素影響[3]。壓縮感知(compressed sensing, CS)是一種MR掃描加速方法，已用于全身多部位掃描[4-5]。梯度自旋回波(gradient and spin echo, GRASE)序列是3D MRCP優(yōu)化技術之一。應用CS及GRASE采集MRCP可在保證圖像質量的情況下縮短掃描時間[6-8]；既往相關研究[8-11]多采用3.0T MR設備，以屏氣GRASE或CS-MRCP序列進行檢查。本研究觀察應用CS和GRASE優(yōu)化1.5T 3D MRCP圖像質量的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般材料 回顧性收集2018年6月—12月105例于北京大學第一醫(yī)院疑診膽石癥患者，男43例、女62例，年齡14～91歲、平均(56.0±16.4)歲；均接受常規(guī)呼吸觸發(fā)(respiratory trigger, RT)-MRCP(RT-MRCP)、RT-CS-MRCP及屏氣(breath hold, BH)-GRASE-MRCP(BH-GRASE-MRCP)序列掃描；其中53例經手術、內鏡檢查或結合初診超聲、復查CT/MRI確診膽管結石或/和膽囊結石，9例曾接受膽囊切除術。排除影像學資料不全及接受其他膽胰相關手術者。

1.2 儀器與方法 囑患者檢查前禁食4 h，并予充分呼吸及屏氣訓練。采用Philips Multiva 1.5T MR儀行MRCP，參數：RT-MRCP，TR 1 500 ms，TE 650 ms，FA 90°，FOV 300 mm×300 mm，矩陣448×448，層厚1.6 mm；RT-CS-MRCP，TR 2 600 ms，TE 600 ms，FA 80°，FOV 250 mm×250mm，矩陣512×512，層厚1.5 mm，CS因子8；BH-GRASE-MRCP，TR 280 ms，TE 98 ms，FA 90°，FOV 250 mm×250 mm，矩陣320×320，層厚3 mm，快速自旋回波(turbo spin echo, TSE)因子10，平面回波成像(echo planar imaging, EPI)因子7，掃描時間為15.40 s。記錄RT-MRCP及RT-CS-MRCP掃描時間。

1.3 評價圖像質量

1.3.1 客觀評價 由1名具有9年工作經驗的影像科主治醫(yī)師分別于原始圖像所示膽總管、左及右肝管管腔內及管腔旁放置1個盡可能大的圓或橢圓形ROI，避開周圍結構及偽影，測量其內信號強度(signal intensity, SI)，計算管腔內SI與管腔旁SI的比值(duct-to-periductal contrast ratios, CR)。

1.3.2 主觀評價 由該醫(yī)師及另1名具有12年腹部影像學診斷經驗的副主任醫(yī)師獨立閱片，結合原始圖像及重建圖像進行主觀評分，采用5分Likert標準[8]，間隔4周針對2種序列圖像顯示胰膽系統各結構，包括左、右外周肝管，左、右肝管，肝總管、膽總管、膽囊管、膽囊及主胰管及整體圖像質量進行主觀評價。評分標準： 1分，上述結構不可見，無細節(jié)顯示；2分，隱約可見結構但細節(jié)模糊；3分，可見部分結構，顯示細節(jié)尚可；4分，可見大部分結構，細節(jié)較清晰；5分，全部結構可見，顯示細節(jié)清晰。整體評價包括背景抑制(1分：背景干擾非常顯著；2分：背景干擾明顯；3分：背景干擾較明顯；4分：背景干擾很少；5分：無背景干擾)、偽影(1分：偽影非常嚴重；2分：偽影較嚴重；3分：偽影尚可；4分：偽影輕微；5分：無偽影)及整體評分(1分：非常差；2分：較差；3分：一般；4分：較好；5分：非常好)。

1.4 統計學分析 采用SPSS 26.0、R(版本3.6.2)統計分析軟件。以中位數(上下四分位數)描述不符合正態(tài)分布的計量資料，采用Friedman檢驗進行多組間比較，以Bonferroni法行兩兩比較。應用Kappa檢驗分析圖像質量主觀評價結果的觀察者間一致性：Kappa<0.20為一致性差，0.20≤Kappa<0.40為一致性一般，0.40≤Kappa<0.60為一致性中等，0.60≤Kappa<0.80為一致性好，0.80≤Kappa<1為一致性非常好。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 圖像質量

2.1.1 客觀評價 3種圖像中，膽總管和左、右肝管CR值總體差異均有統計學意義(P均<0.01)。RT-MRCP、RT-CS-MRCP所示膽總管及左、右肝管CR值均高于BH-GRASE-MRCP(P均<0.05)，前二者間上述參數差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表1。

2.1.2 主觀評價 2名醫(yī)師評價對于圖像質量的主觀評價結果的一致性為中等或好(Kappa為0.48～0.77，P均<0.05)。3種圖像中，各結構及整體圖像主觀評分差異均有統計學意義(P均<0.01)；除主胰管外，RT-MRCP與RT-CS-MRCP間主觀評價差異均無

表1 3種MRCP圖像中膽總管及左、右肝管CR值比較[n=105，中位數(上下四分位數)]

統計學意義(P均>0.05)；BH-GRASE-MRCP顯示膽囊管及膽囊圖像質量主觀評分均優(yōu)于、背景抑制評分低于另2種MRCP(P均<0.05)，其余各參數評分均優(yōu)于RT-CS-MRCP(P均<0.05)。見表2及圖1、2。

2.2 掃描時間 RT-MRCP掃描時間為278～487 s、中位數394.00(341.00,432.00)s，RT-CS-MRCP為80～206 s、中位數144.50(105.25，150.00)s，BH-GRASE-MRCP為15.40 s；3種方法掃描時間總體差異有統計學意義(χ2=200.00，P<0.01)，兩兩比較差異亦均有統計學意義(P均<0.01)。

表2 3種MRCP圖像質量主觀評分比較[n=105，中位數(上下四分位數)]

圖1 患者男，29歲，膽總管多發(fā)結石 RT-MRCP(A)、RT-CS-MRCP(B)及BH-GRASE-MRCP(C)最大信號強度投影圖均清晰顯示膽總管多發(fā)結石(箭)，圖像質量主觀評分均為5分

圖2 患者女，22歲，膽囊結石 RT-MRCP(A)和RT-CS-MRCP(B)原始圖像對于膽囊結構及膽囊結石(箭)均顯示不清，膽囊及膽囊管主觀評分均為3分；BH-GRASE-MRCP(C)原始圖像清晰顯示膽囊結石(箭)，膽囊及膽囊管主觀評分為5分

3 討論

3D MRCP現已成為臨床廣泛應用的胰膽管無創(chuàng)性成像方法，是診斷膽道系統結石的重要手段之一，但存在掃描時間較長、圖像質量不穩(wěn)定等不足。本研究觀察應用CS及GRASE優(yōu)化1.5T MR 3D MRCP圖像質量的可行性。

CS技術為MR掃描加速方法之一，以隨機亞采樣方法在較短時間內采集稀疏信號，并將其恢復為原始信號[12]；可在保證圖像質量的前提下縮短掃描時間，已廣泛用于神經系統、骨骼和肌肉、腹部、心臟等多系統掃描[13]。本研究中，RT-MRCP與RT-CS-MRCP圖像質量客觀評價及主觀評分(主胰管除外)結果差異均無統計學意義，與KWON等[14]的結果相符，提示CS 3D MRCP圖像質量可比擬常規(guī)3D MRCP[15]。

GRASE序列是結合了快速自旋回波和梯度回波的混合型序列，通過多個回波鏈及梯度極性的反復切換實現信號采集，一次脈沖激發(fā)填充多條相位編碼線，能顯著縮短掃描時間[16]。本研究結果顯示，BH-GRASE-MRCP圖像胰膽管顯示各結構及偽影的主觀評分結果均高于RT-CS-MRCP，膽囊管及膽囊的主觀評分亦高于RT-MRCP，但客觀圖像質量及背景抑制評分結果不如另外2種MRCP。相比常規(guī)MRCP，BH-GRASE-MRCP圖像未能充分抑制部分背景結構(包括肝實質及Glisson鞘等結構)[17]；但其掃描速度快，可行屏氣采集，圖像清晰度和銳利度較其他2種MRCP更佳，可減少呼吸運動偽影和胃腸道蠕動偽影，使其偽影主觀評分較高，且由于閱片者的關注點集中于膽道系統，故圖像質量整體評分并未因背景抑制不足而下降。另外，膽囊內膽汁成分與膽管不同，常規(guī)3D MRCP顯示膽囊欠佳；而GRASE序列顯示膽囊及膽囊管明顯優(yōu)于RT-MRCP及RT-CS-MRCP。

近年來，多項研究[8-11]注重于屏氣掃描MRCP。本研究對自由呼吸及屏氣MRCP加以優(yōu)化后，RT-CS-MRCP及BH-GRASE-MRCP掃描時間分別為144.50(105.25，150.00)s及15.40 s，均較RT-MRCP[394.00(341.00,432.00)s]明顯縮短，提示臨床工作中可根據患者屏氣配合情況合理選擇掃描序列。

綜上，應用CS及GRASE可優(yōu)化1.5T 3D MRCP圖像質量并縮短掃描時間。但本研究為單中心回顧性研究，樣本量有限，且未分析患者呼吸情況與圖像質量的關系，有待未來擴大樣本量進一步行多中心、前瞻性研究加以驗證。