压缩感知序列在上腹部MR扫描中的价值

压缩感知序列在上腹部 MR扫描中的价值

李林蔚

惠州市中心人民医院放射科 广东省惠州市 516001

摘要：目的 探讨压缩感知技术在肝脏检查中的应用价值。方法 使用1.5 T MR对30名健康志愿者(男性15例，女性15 例)分别采用3D mDixon与3D mDixon Compressed SENSE(CS，压缩感知)序列进行上腹部MR扫描，通过观察者对肝脏图像质量把控情况下，对成像时间进行对比分析。 结果 相对3D mDixon序列，结合CS的3D mDixon序列能在保持较好信噪比的前提下，将扫描时间缩短约35.3%。 结论：压缩感知序列能显著缩短扫描时间，对于难以坚持屏气的患者的肝脏扫描时有较好的临床应用前景。

关键词：压缩感知；3D mDixon；肝脏；信噪比

1984年，Tomas Dixon^[1]在Radiology上发表论文提出了采用梯度回波序列，在不同的TE时间采集信号，采集2个回波，根据计算，可以把水信号和脂肪信号分离出来，达到水-脂分离的目的，就是传统的DIXON方法。屏气3D mDixon序列目前已广泛扫描全肝时间约20 s，因此对于儿童、老年人及危重患者很难满足屏气要求。如何能在更短时间内获得满足临床诊断需求的图像是目前MRI检查所面临的重要问题。压缩感知^[2]是一项令人兴奋的新理论，是一种寻找欠定线性系统的稀疏解的技术，用于获取和重构稀疏或可压缩的信号，可以从低于传统Nyquest率的信号抽样试样中得到几近完美的图像重建，因此可以显着提升图像信号采集速度。本研究拟探讨应用压缩感知技术的3DmDixon序列^[3]在肝脏检查中的价值。

1资料与方法

1.1一般资料

2019年对在我院行符合纳人标准的30例受试志愿者者，其中男性15例，女性15例，年龄24~36岁，平均年龄(27±4.8)岁。所有受试者均签署知情同意书。本研究经医院伦理委员会批准。

1.2纳入与排除标标准:磁共振检查禁忌症者。

1.3仪器设备

飞利浦 Achieva 1.5T ，结合32通道腹部相控阵线圈。

1.4检查方法

采集参数如下:回波数为6；TE=12ms；翻转角15°；TR=10 .3 ms；屏气扫描，接收线圈为腹部32通道表面线圈。

1.5 统计方法

采用统计学软件SPSS 22.0进行数据分析，组间比较采用t检验，按检验水准P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

表1 3D mDixon和3D mDixon CS扫描参数

表2 3D mDixon和3D mDixon CS采集时间与SRN比较

3D mDixon和3D mDixon CS两组间采集时间差异存在统计学意义(P =0.036)，3D mDixon和3D mDixon CS两组间SNR差异没有统计学意义(P =0.169)；由表1、表2可见，在保证信噪比情况下，总的采集时间减少了20%。

3 讨论

3D Vane (3D Free Breathing)技术^[4]是Philips医疗公司开发的一种基于Radial的Stack-of-Stars (SoS)K空间采集技术。该技术可以进行自由呼吸的肝脏T1WI成像，为不能配合屏气指令的患者提供舒适的扫描条件。自由呼吸序列扫描时间较长不能进行肝脏多期增强扫描，这大大限制其临床应用，因此寻求一个合适的屏气扫描序列是至关重要的。目前常用于肝脏T1WI图像的屏气序列包括:快速梯度回波水-脂同反相位T1WI序列、平衡式自由稳态进动序列、快速梯度回波容积屏气T1WI序列等。快速梯度回波水-脂同反相位T1WI序列在脂肪肝的诊断以及含脂和乏脂肿瘤的鉴别诊断具有重要意义倪，但缺点是对呼吸运动敏感度较高，容易产生运动伪影进而影响诊断。平衡式自由稳态进动序列的图像质量较高，扫描时间较短,液体与软组织对比明显，但磁敏感性伪影较多5;快速梯度回波容积屏气T1WI序列数据采集时间短，减少了呼吸伪影和血管搏动伪影，且为薄层扫描，减少了容积效应，但临床患者常常因肥胖及病情严重无法配合屏气，进而影啊图像质里。

传统的DIXON方法^[5]，毕竟采用梯度回波，这点大家有序列基础知识的应该很好理解。既然你要得到水和脂肪在不同相位的信号，就肯定不能采用自旋回波SE，否则180°脉冲纠正了质子之间的相位差，就不可能采集到同相位和反相位的信号了，能够扫描一次出4组图，但是其应用也受诸多限时。改良后的DIXON算法^[6]，也就是飞利浦的mDIXON方法，采集时间缩短，因为不依赖于固定的同反相位时间，这样能保证同样的分辨率，扫描时间缩短，特别是用在腹部做动态增强扫描，能保证让病人少屏气时长。

本研究所采用CS技术采用数字化随机稀疏采样，保证图像的保真度。该理论由Candes等系统性地提出^[7];2007年，Lustig等^[8]最先将压缩感知技术运用到磁共振成像中。压缩感知技术理论认为，如果能将信号变换到一个变换域中，使其具备稀疏的特性,用一个与其变换基不相干的观测矩阵对这个信号进行观测，可以将变换之前的高维信号投影到一个低维空间上，然后通过求解一个优化问题，就可以从这些少量的投影中以高概率重构出原信号^[9]。运用该技术成像不仅具有出色的时间分辨率，同时具有满意的空间分辨率。本研究结果显示3D mDixon CS扫描时间相对于3D mDixon SENSE2降低约20%，可以满足临床难以屏气超过15 s的患者的扫描要求，并且二者图像质量无论是主观评分还是定量数据差异均无统计学差异。 由此可见与3D mDixon相比，3D mDixon Compressed SENSE(CS，压缩感知) 进行上腹部MR扫描，在保持肝脏图像质量把控情况下，成像时间明显得到减少。

参考文献：

1.Dixon, W T. Simple proton spectroscopic imaging.[J]. Radiology, 1984, 153(1):189-94.

2. 喻玲娟, 谢晓春. 压缩感知理论简介[J]. 电视技术, 2008, 032(012):16-18.

3. G.M.Kukuk, K.Hittatiya, A.M.Sprinkart,等. mDixon MRI技术,MRS成像和不同组织学定量方法对脂肪肝诊断的对比研究[J]. 国际医学放射学杂志, 2015, 06(v.38):98-98.

4. 魏强, 王家正, 伊东娜, et al. 结合压缩感知技术与敏感度编码的3D mDixon序列以及3D Vane序列对肝脏成像的影响的对比研究[J]. 磁共振成像, 2020, 11(09):781-785.

5张卫国. 一种磁共振成像中的DIXON水脂分离方法:, 2016.

6.魏强, 王家正, 伊东娜, et al. 结合压缩感知技术与敏感度编码的3D mDixon序列以及3D Vane序列对肝脏成像的影响的对比研究[J]. 磁共振成像, 2020, 11(09):781-785.

7. Niendorf T , Sodickson D K . Highly accelerated cardiovascular MR imaging using many channel technology: concepts and clinical applications[J]. European Radiology, 2008, 18(1):87-102.

8. Lustig M , Donoho D , Pauly J M . Sparse MRI: The application of compressed sensing for rapid MR imaging[J]. Magnetic Resonance in Medicine, 2007, 58(6).

9. Donoho D L , Maleki A , Montanari A . Message-passing algorithms for compressed sensing[J]. Proceedings of the National Academy of ences of the United States of America, 2009, 106(45):18914.

作者简介：李林蔚，1991.04，男，广东惠州，本科，技师，工作：放射科技师