2023, Vol. 21引用本文 |
| 压缩感知技术在非对比增强肾动脉MRA中的应用 |  [PDF全文] |
肾动脉狭窄是继发性高血压和肾功能不全的重要病因之一，了解有无肾动脉狭窄及其狭窄程度对临床高血压的诊治至关重要[1]。临床上肾动脉血管成像多使用外源性对比剂成像技术包括DSA、CTA和对比增强MRA。DSA为肾动脉狭窄诊断的金标准，但属有创检查，不适合作为筛查手段。CTA广泛用于肾动脉病变的诊断，但其存在碘对比剂肾毒性和电离辐射的缺点[2]。对比增强肾动脉MRA无创、无辐射危害、敏感度高[3]，但需使用钆对比剂。已有研究证实，钆对比剂与肾源性系统性纤维化有关[4]，且非对比增强肾动脉MRA与DSA在诊断血管疾病的敏感性和特异性方面高度一致[5-6]，具有良好的临床应用价值。目前，常规的非对比增强肾动脉MRA扫描时间较长，需患者呼吸配合以保证图像质量，对呼吸不规律患者具有一定的局限性。本研究旨在通过新技术和扫描序列参数的优化，在保证图像质量的前提下，缩短扫描时间，以提高非对比增强肾动脉MRA的临床应用效果。
压缩感知（compressed sensing，CS）技术采用数字化随机稀疏采样和小波变换，可在满足临床诊断的前提下，缩短扫描时间，目前已广泛应用于不同部位检查中[7-8]，但在非对比增强肾动脉MRA检查中应用较少。本研究旨在通过比较结合CS的非对比增强呼吸触发采集技术（balanced-trigger angiogrophy noncontrast enhanced，B-TRANCE）序列与常规B-TRANCE序列的图像质量，探讨CS技术应用于非对比增强肾动脉MRA的可行性。
1 资料与方法 1.1 一般资料招募2022年7—12月在我院行肾动脉MRA检查的34例健康志愿者，其中男20例，女14例；年龄22~48岁，平均（32.41±13.32）岁。纳入标准：无肾病史。排除标准：呼吸频率快（> 20次/min），屏气时间＜20 s，有MRI检查禁忌证。本研究经医院伦理委员会通过，所有患者均签署知情同意书。
1.2 仪器与方法采用Philips Ingenia DNA 3.0 T超导MRI扫描仪，32通道体部表面相控阵线圈。患者检查前空腹≥6 h，取仰卧位，足先进，双臂上举于头两侧。均行常规B-TRANCE呼吸触发扫描序列（常规组）、结合CS技术的B-TRANCE呼吸触发扫描序列（CS触发组）和结合CS技术的B-TRANCE屏气扫描序列（CS屏气组）。各序列扫描参数见表 1。
| 表 1 各序列扫描参数 |
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1.3 图像评价
图像行MIP后处理，除去图像上显示的序列参数，由2名具有5年以上MRI腹部诊断经验的医师采用双盲法从肾动脉血管分支显示情况、血管清晰度、图像伪影及整体图像质量4个方面对图像质量进行主观评分：1分，未见血管分支、难以辨识、严重伪影、图像无法诊断；2分，仅显示主干、非常模糊、明显伪影、图像较满意；3分，显示一级分支、较模糊、伪影较少、图像满意；4分，显示二级分支、较清晰、伪影少、图像良好；5分，显示三级分支、清晰、无伪影、图像优异。整体图像质量评分≥3分为符合诊断要求。取2名医师的评分均值作为主观评价结果。
由1名具有5年以上MRI诊断经验的医师在Philips ISP工作站进行客观数据分析，分别选取3组图像中肾动脉主干层面，在左侧肾动脉主干和左侧竖脊肌避开伪影放置ROI，大小40~50 mm2，测量其信号强度（signal intensity，SI）及标准差（standard deviation，SD），测量3次，取平均值。计算图像的SNR和CNR。公式如下：SNR=SI肾动脉/SD肌肉；CNR=|（SI肾动脉-SI肌肉）|/SD肌肉。
1.4 统计学分析采用SPSS 19.0软件进行数据分析。2名观察者主观评分的一致性行Kappa检验，K＜0.4为一致性差，0.4~0.7为一致性较好，> 0.7为一致性好[9]。符合正态分布的计量资料以x±s表示，3组比较行Kruskal-Wallis检验。若存在差异性，使用Mann-Whitney U检验进行两两比较。以P＜0.05为差异有统计学意义。
2 结果2名医师对3组图像评分一致性较好。3组图像的主观评分及客观数据比较见表 2、3。3组图像整体评分均≥3分，满足诊断要求。3组图像在肾动脉血管分支显示情况、血管清晰度及整体图像评分方面差异均有统计学意义（均P＜0.05），图像伪影方面差异无统计学意义（P >0.05）。常规组与CS触发组主观评价差异无统计学意义（P >0.05）。常规组和CS屏气组的SNR及CNR差异均无统计学意义（均P >0.05），常规组SNR和CNR均高于CS触发组。CS触发组扫描时间与常规组比较，减少了70%。
| 表 2 3组图像主观评分及客观数据比较（x±s） |
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| 表 3 3组图像主观评分及客观数据两两比较的P值 |
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3 讨论
非对比增强肾动脉MRA基于平衡式稳态自由进动序列并结合呼吸触发扫描，在吸气末触发施加选择性180°翻转准备脉冲激励成像区域，依赖血液的流入增强效应进行成像[10]。该技术结合呼吸触发技术在自由呼吸下扫描，根据患者呼吸状态，扫描时间为3~5 min，可获取高空间分辨力图像。其主要缺点是扫描时间较长，受患者呼吸节律影响较大，患者呼吸不规律情况下会产生明显的运动伪影，影响血管结构显示。本研究探讨基于CS技术，利用呼吸触发或屏气扫描，在非对比增强肾动脉MRA中的可行性。
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| 注：健康志愿者，男，27岁。3组图像均能清晰显示肾动脉三级分支、无伪影、图像质量优异。其中常规组显示的细小分支更多，更清晰，空间分辨力高，压缩感知技术（CS）屏气组显示的细小血管较稀疏，CS触发组的细小分支显示情况介于前两者之间 图 1 3组图像冠状位和横轴位MIP图 |
本研究发现，CS触发组与常规组比较平均扫描时间降低70%，差异有统计学意义，且应用CS技术可在屏气20 s内完成非对比增强肾动脉MRA，扫描图像质量满足临床诊断。CS技术以远低于奈奎斯特采样定律所要求的采样频率对K空间进行数字化随机欠采样，利用MRI在变换域中的稀疏性，以小波逆变和傅里叶逆变恢复欠采样的K空间数据重建图像[11]，该技术可在保证图像质量不变或有一定程度降低但满足临床诊断的情况下，缩短扫描时间。由于血管MRA图像具有高稀疏性，目前CS技术已广泛应用于MRA[12]，如颅脑MRA[13-14]、颈部MRA[15]，而有关非对比增强肾动脉MRA的研究较少。
另外，本研究中CS触发组与常规组在图像质量主观评价方面差异均无统计学意义（均P >0.05）；客观评价方面，常规组SNR和CNR均高于CS触发组，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。这主要与使用的快速采集方式有关，常规序列采用基于图像域的SENSE技术[16]，为避免SENSE伪影，加速因子设置较低，结合呼吸触发技术，扫描时间相对较长；CS触发组使用CS技术，采集了更少的K空间数据，因此SNR和CNR低于常规序列；与杨林林等[17]的研究结果一致。CS屏气组可在屏气20 s内完成非对比增强肾动脉MRA扫描。在图像质量主观评价方面，34例屏气影像均满足临床诊断（整体图像质量评分≥3分）。CS屏气组肾动脉血管分支情况、血管清晰度及图像整体评分均低于常规组，差异均有统计学意义，可能与扫描时间较短，肾动脉远端分支血液的弛豫恢复不充分及饱和效应有关。但肾动脉主干及一级血管显影良好，满足临床诊断需求。客观评估方面，CS屏气组SNR与常规组比较差异无统计学意义，可能与缩短扫描时间，从而增大了体素，在一定程度上补偿了SNR有关。因此，对呼吸不规律但能耐受屏气的患者，可采用CS技术屏气扫描肾动脉；而对屏气能力较弱呼吸节律相对规律患者，可采用CS技术结合呼吸触发采集，在获得满足临床需求图像的基础上缩短扫描时间。
本研究具有一定的局限性：图像均来自健康志愿者，无肾动脉狭窄影响，需纳入临床怀疑肾动脉狭窄的患者开展进一步研究；采集样本较小；采用的CS加速因子设置为8.0，在保证图像质量的前提下，扫描时间减少约70%，进一步加大加速因子可更大幅度减少扫描时间，但有可能降低图像质量，后期可设置不同的加速因子，寻找能满足临床需求的最佳数值，最大程度地缩短扫描时间。
综上所述，B-TRANCE结合CS技术在保证图像质量的前提下，缩短了扫描时间，对呼吸不规律、但能够耐受屏气的患者，可应用屏气扫描，为临床提供高效的检查方案。
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