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【摘要】目的 探讨对脑血管疾病患者使用压缩感知(CS )技术对其头颅磁共振血管成像的影响，以期为其临床诊断方式的选择 提供参考依据。方法 回顾性分析 2021 年 3 月至 2023 年 3 月在兴安盟人民医院进行检查的 215 例脑血管疾病患者的临床资料，所有 研究对象均接受并行采集(PI )时间飞跃法头颅磁共振血管造影( TOF-MRA )和 CS TOF-MRA 扫描，依据 CS 采用的加速因子系数 (AF )将 CS 分为 CS5(AF=4.6 )和 CS10(AF=10.3 );根据扫描方式分为 PI TOF-MRA 组、 CS5 TOF-MRA 组、 CS10 TOF-MRA 组。 对比 3 种检查方式的扫描结果，图像质量定性评分，图像质量定量评估及血管边缘锐利度;并分析 PI TOF-MRA 、CS10 TOF-MRA 、 CS5 TOF-MRA 检查脑血管疾病的典型病例图片。结果 215 例同时接受 PI TOF-MRA 和 CS TOF-MRA 扫描的脑血管疾病患者中有动脉 瘤 23 例，烟雾病 12 例，颅内血管狭窄 114 例，动脉瘤合并烟雾病 11 例，其他疾病 55 例。 CS TOF-MRA 扫描时间短于 PI TOF-MRA 扫描，且 CS10 TOF-MRA 扫描时间和数据重建时间均短于 CS5 TOF-MRA 。CS5 TOF-MRA 组图像质量等级为 3 分的患者占比显著高于 PI TOF-MRA 组(P<0.05 ); CS10 TOF-MRA 组图像信噪比(SNR )、对比噪声比(CNR )均低于 PI TOF-MRA 组和 CS5 TOF-MRA 组， CS5 TOF-MRA 组感知图像锐利度指数(PSI )高于 PI TOF-MRA 组和 CS10 TOF-MRA 组; CS10 TOF-MRA 组 PSI 高于 PI TOF-MRA 组 (均 P<0.05 )。结论 与 PI TOF-MRA 相比， CS TOF-MRA 扫描能在保证图像质量的基础上显著缩短扫描时间， 其中 CS10 TOF-MRA 扫 描时间更短，而 CS5 TOF-MRA 图像 SNR 、CNR 及 PSI 比 CS10 TOF-MRA 更优。
【关键词】脑血管疾病,压缩感知技术,并行采集成像技术,时间飞跃法头颅磁共振血管造影
脑血管疾病是因颅内血液循环障碍而导致脑组织 受到损伤的一种脑功能障碍疾病。临床对脑血管疾病患 者进行检查时往往使用时间飞跃法头颅磁共振血管造影 (TOF-MRA)，现阶段，TOF-MRA 常用的成像技术为并行 采集(PI)技术， 虽然其具有理想的信噪比，并且分辨率 高，但该技术成像速度较慢;此外，为兼顾高分辨率、良 好的信噪比和合理扫描时间，PI 的空间覆盖范围往往受 限，对患者的诊断造成影响 [1-2] 。压缩感知(CS)技术属 于一种新型的快速磁共振成像技术，其数据采集的机制为 利用需要采样的 K 空间和图像结构的内在稀疏性，在非 线性迭代重建中得到高质量的图像，并且数据采集时间较 短 [3] 。目前，国内对 CS TOF-MRA 相关研究并不多，基 于此，本研究旨在探讨基于 CS 技术的头颅磁共振血管成 像在评估脑血管疾病中的应用价值，现报道如下。
1 资料与方法
1.1一般资料 回顾性分析 2021 年 3 月至 2023 年 3 月 在兴安盟人民医院进行检查的 215 例脑血管疾病患者 的临床资料，所有研究对象均同时接受 PI TOF-MRA 和 CS TOF-MRA 扫描，依据 CS 采用的加速因子系数 (AF)将 CS 分为 CS5(AF=4.6)和 CS10(AF=10.3 ); 根据扫描方式分为 PI TOF-MRA 组、CS5 TOF-MRA 组、 CS10 TOF-MRA 组。215 例患者中女性 105 例，男性 110 例;年龄 30~80 岁，平均(57.23±3.64)岁。纳入标准： ①符合《脑血管疾病诊断与治疗临床指南》 [4] 中脑血管疾 病的诊断标准;②符合磁共振检查指征;③临床资料完 整。排除标准：①无法配合相关检查;②合并心、肾等重 大器官功能障碍;③有明显运动伪影;④伴有精神疾病或 智力损伤。本研究已通过院内医学伦理委员会批准。
1.2检查方法 所有研究对象均同时接受 PI TOF-MRA 和 CS TOF-MRA 扫描(CS 采用的 AF 为 4.6、10.3 )， 扫描工具为全数字磁共振系统(荷兰皇家飞利浦公 司，型号：Ingenia 3.0 T )，20 通道头颈联合相控阵线圈。 ① PI TOF-MRA 扫描参数设置如下：AF 是全自动校准部分 并行采集(GRAPPA )2 倍加速，0.4 mm×0.4 mm×0.6 mm 的重建矩阵，6/8 的部分 K 空间技术，368 × 334 的矩阵， 将视野调整为 220 ×220.回波时间规定为 3.49 ms，重 复时间规定为 21 ms，翻转角固定为 18º ,层间过采 样 20% ，0.6 mm 的层厚，厚片数为 4.每厚片层数为 40.② CS5 TOF-MRA 扫描参数设置如下：AF 为 4.6 ， 0.4 mm×0.4 mm×0.4 mm 的重建矩阵，矩阵、视野、回 波时间、重复时间及翻转角均与①相同，层间过采样 20% ，0.4 mm 的层厚，厚片数为 4.每厚片层数为 60. ③ CS10 TOF-MRA 扫描参数设置如下：AF 为 10.3.其余 参数设置与②相同。CS TOF-MRA 扫描重建数据通过改 进的快速迭代收缩阈值算法(mFISTA)进行 10 次迭代 重构。
1.3观察指标 ①扫描诊断结果。使用双盲法由两名放 射科医师对图像进行分析。②图像质量定性评分。使用 3 级评分对图像质量进行分级，图像显示动脉清晰且无 伪影记为 3 分，图像显示动脉清晰且轻微的伪影记为 2 分，图像显示动脉模糊且中度的伪影记为 1 分 [5] 。③图 像质量定量评估及血管边缘锐利度。在患者右侧颈内动脉 C4 段选取层面显示最佳的位置，并标记圆形感兴趣区域 (ROI)，同时在患者同层右侧皮下肌肉最宽处、肌肉的右 侧背景区域分别标记 ROI，ROI 像素面积均值为 6 mm2 ， 对颈内动脉和肌肉平均信号强度、背景噪声标准差(SD) 进行记录，对图像信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR) 进行计算。SNR=S 血管 /SD 背景，CNR=( S 血管-S 肌 肉)/SD 背景。使用基于最大密度投影(MIP)图像的感 知图像锐利度指数(PSI)[6] 对血管边缘锐利度进行计算。 ④分析 3 种检查方式检查脑血管疾病的典型病例图片。
1.4统计学方法 采用 SPSS 26.0 统计学软件分析数据， 计量资料符合正态分布且方差齐，以 ( x ±s) 表示，两组 间比较采用t检验，多组间比较采用单因素方差分析，组 间两两比较采用 SNK-q 检验;计数资料以 [ 例 (%)] 表示， 两组间比较行 χ2 检验，多组间比较行 χ2 趋势检验。以 P<0.05 为数据差异有统计学意义。
2 结果
2.1 3组扫描方式诊断结果 215 例研究对象中动脉瘤 23 例，烟雾病 12 例，颅内血管狭窄 114 例，动脉瘤合并烟 雾病 11 例，其他疾病 55 例。其中 PI TOF-MRA 扫描时间为 3 min 56 s;CS5 TOF-MRA 扫描时间为 2 min 38 s，数据 重建时间为 2 min 16 s;CS10 TOF-MRA 扫描时间为 1 min 55 s ，数据重建时间为 1 min 4 s。CS TOF-MRA 扫描时间 短于 PI TOF-MRA，且其中 CS10 TOF-MRA 扫描时间和 数据重建时间均短于 CS5 TOF-MRA。
2.2 3组图像质量定性评分比较 3 组图像质量等级评分 比较，差异有统计学意义(P<0.05)，且 CS5 TOF-MRA 组图像质量等级为 3 分的患者占比显著高于 PI TOF-MRA 组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表 1.
2.3 3组图像质量定量评估及血管边缘锐利度比较 3 组 SNR、CNR、PSI 相比，差异均有统计学意义(均 P<0.05)， 其中 CS10 TOF-MRA 组 SNR、CNR 均低于 PI TOF-MRA 组和 CS5 TOF-MRA 组;CS5 TOF-MRA 组 PSI 高于 PI TOF-MRA 组和 CS10 TOF-MRA 组;CS10 TOF-MRA 组 PSI 高于 PI TOF-MRA 组，差异均有统计学意义(均 P<0.05 );PI TOF-MRA 组和 CS5 TOF-MRA 组的 SNR、 CNR 相比，差异均无统计学意义(均 P>0 . 05 )，见表 2.
2.4PITOF-MRA、CSTOF-MRA检查脑血管疾病的 典型病例图片 患者男，47 岁，于 2021 年 7 月进行 头颅磁共振血管成像检查，均进行 PI TOF-MRA、CS5 TOF-MRA、CS10 TOF-MRA 检查，影像学结果如下：PI TOF-MRA 轴位 2D 和冠状位 MIP 图像显示， Williss 环 及主干更为清晰，图像噪声小，见图 1-A、图 1-B;CS5TOF-MRA 轴位 2D 和冠状位 MIP 图像显示，噪声逐渐减 少，终末段小动脉及周围细小血管显示清晰，见图 2-A、 图 2-B;CS10 TOF-MRA 轴位 2D 和冠状位 MIP 图像显示， 噪声逐渐增多，但中、远端动脉血管显影较为清晰见图 3-A、图 3-B。从图像中可以看出，随着 AF 越大，图像 的的斑点噪声也随之增多，且与图 1-B、图 2-B 相比，图 3-B 显示 Williss 环周围细支血管及远端分支血管更清晰。
3 讨论
目前， PI TOF-MRA 在对脑血管疾病患者进行检查中 应用广泛，其在对 K 空间进行采样的过程中只能 2 倍或 3 倍进行加速，从而导致混叠或噪声效应因加速度因子系数 过高而增加，且成像速度较慢，因此在实际临床应用范围 常常受到限制 [7]。
与 PI TOF-MRA 扫描相比， CS TOF-MRA 则是通过对 空间描述信号进行变换，对K 空间数据进行随机采样，重建 图像应用非线性迭代，从而在获得接近全采样的图像质量 的基础上大大缩短了采样时间 [8]。本研究中， CS TOF-MRA 扫描时间短于 PI TOF-MRA 扫描， 且其中 CS10 TOF-MRA 扫描时间和数据重建时间均短于 CS5 TOF-MRA;CS5 TOF-MRA 组图像质量等级为 3 分的患者占比显著高于 PI TOF-MRA 组，表明与 PI TOF-MRA 相比， CS TOF-MRA 扫描能缩短扫描时间， 其中 CS10 TOF-MRA 扫描时间和数据重建时间更短，但 CS5 TOF-MRA 图像质量更好。究其 原因在于， 随着 CS TOF-MRA 扫描的 AF 增大， 原始轴位 图像会出现较明显的弯曲条纹状伪影，故 CS5 TOF-MRA 图像质量高于 CS10 TOF-MRA;此外， 与 PI TOF-MRA 相 比，CS 图像受血液出现湍流和慢血流的影响较小， 不会降 低局部血管信号，因此图像质量较高 [9]。
本研究结果显示，CS10 TOF-MRA 组患者 SNR、 CNR 均低于 PI TOF-MRA 组和 CS5 TOF-MRA 组， CS5 TOF-MRA 组 PSI 高于 PI TOF-MRA 组和 CS10 TOF-MRA 组; CS10 TOF-MRA 组患者 PSI 高于 PI TOF-MRA 组， 表 示 CS5 TOF-MRA 图 像 SNR、CNR 及 PSI 比 CS10 TOF-MRA 更优。究其原因为，CS TOF-MRA 在扫描过程 中不会受到血液流动湍流和慢血流的影响，避免图像质量 因信号减低、丢失图像信号而降低，从而使图像诊断质量 提升，但 CS 重建效果取决于底层数据的稀疏性，AF 越 大，信息采样点越少，图像细节丢失就越多，远端小血管 也开始显示不佳，因此不能无限地降低采样率;此外，PI TOF-MRA 图像血管边缘毛糙， 而 CS 图像血管边缘锐利， 有利于疾病的诊断， 因此 CS5 TOF-MRA 图像 SNR、CNR及 PSI 更优 [10]
综上，与 PI TOF-MRA 相比， CS TOF-MRA 扫描能 在保证图像质量的基础上显著缩短扫描时间，其中 CS10 TOF-MRA 扫描时间更短，而 CS5 TOF-MRA 图像 SNR、 CNR 及 PSI 比 CS10 TOF-MRA 更优， 因此 CS5 TOF-MRA 对脑血管疾病的诊断具有较高的临床价值。
参考文献
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