不同壓縮感知因子對磁敏感加權成像顯示腦髓靜脈的影響

曹家駿，楊 婧，張煜堃，劉 娜，高冰冰，劉楊穎秋，宋清偉，苗延巍

（大連醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 大連 116011）

腦髓靜脈穿行于腦白質內，其形態及功能狀態改變可在一定程度上反映疾病病理生理［1-2］。CT 靜脈造影（computed tomographic venography，CTV）常用于觀察腦髓靜脈病變，但其顯示細小腦髓靜脈的能力有限。數字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）是診斷血管病變的金標準，但有創。磁敏感加權成像（susceptibility weighted imaging，SWI）可反映組織磁化率差異［3］，使得腦髓靜脈與周圍結構在以最小密度投影（minimum intensity projection，MinIP）重建的SWI（SWI-MinIP）中存在鮮明對比［4］；但3D SWI 掃描時間過長，運動偽影可使圖像質量下降。利用壓縮感知（compressed sensing，CS）技術能以較少采樣點重建圖像，進而縮短MR 掃描時間［5］。本研究對健康人以不同加速因子（acceleration factor，AF）CS 技術快速采集SWI，比較其所示腦髓靜脈，以遴選最佳AF。

1 資料與方法

1.1 研究對象 2020 年7 月—2023 年12 月于大連醫科大學附屬第一醫院前瞻性招募40 名健康志愿者，男11 名、女29 名，年齡13～84 歲、平均（38.6±17.3）歲。排除標準：①腦外傷、腦腫瘤等神經系統疾??；②精神疾病、代謝疾病或其他可能影響神經系統的全身疾病等；③嚴重酒精依賴及精神活性物質濫用者；④ MR 檢查禁忌證；⑤圖像存在嚴重運動偽影。本研究獲院倫理委員會批準（PJ-KS-KY-2023-261），所有受試者或家屬、監護人均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法 采用Philips Ingenia CX 3.0T MR儀、32 通道頭顱線圈進行頭顱掃描。分別以不同AF（AF0、CS2、CS4、CS6、CS8 及CS10）CS 技術采集3D 梯度回 波SWI；參數：TR 28 ms，TE 5.6 ms，層厚2.5 mm，層間距-1.25 mm，FOV 230 mm×187 mm×149 mm，體素0.6 mm×0.9 mm×2.5 mm，對應掃描時間分別為5 min 52 s、3 min 25 s、1 min 43 s、1 min 9 s、52 s 及42 s。

1.3 評估圖像質量 由1 名具有2 年工作經驗的住院醫師以SPIN 軟件行圖像后處理并獲得相位圖，在SWI 相位圖中于雙側透明隔靜脈（septal vein，SV）、大腦內靜脈（internal cerebral vein，ICV）、丘紋上靜脈（thalamus vein，TV）、基底靜脈（basal vein，BV）及齒狀核靜脈（dentate nucleus vein，DNV）處手動勾畫面積5～50 mm2的ROI（圖1），測量其相位值（phase value，PV）和標準差（standard deviation，SD）；以頂葉白質（ROI 約20 mm2）PV 及SD 為對照，計算靜脈圖像信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）及對比度噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR）：SNR靜脈-白質=PV靜脈/SD白質，CNR靜脈-白質=（PV靜脈-PV白質）/SD白質；2 個 月后重復進行上述操作，將所獲結果用于評估觀察者內一致性。

圖1 于CS-SWI 圖勾畫腦髓靜脈ROI（以右側為例）A.SV；B.ICV；C.TV；D.BV；E.DNV

以SPIN 軟件重建MinIP 圖像。由2 名具有5 年以上經驗的醫師于盲態下分別以5 分法評估重建圖像顯示腦髓靜脈質量：1 分，靜脈結構顯示不清、偽影及噪聲極明顯；2 分，靜脈及細微屬支顯示不清、偽影明顯、噪聲較大；3 分，靜脈及細微屬支顯示較清晰、圖像略有偽影、噪聲一般；4 分，靜脈及末端屬支顯示較清晰、無偽影、噪聲較??；5 分，靜脈及其末端屬支顯示清晰，無偽影及噪聲。

1.4 統計學分析 采用SPSS 27.0 統計分析軟件。以描述正態分布的計量資料，對不同AF 序列圖像以重復測量方差分析進行比較；以中位數（上下四分位數）描述偏態分布計量資料，以Friedman 秩和檢驗比較不同AF 序列。以組內相關系數（intra-class correlation coefficient，ICC）評價觀察者內一致性；以Kappa 檢驗評價觀察者間圖像主觀評分結果的一致性。采用LSD法或以Benjamini-Hochberg 法校正錯誤發現率（false discovery rate，FDR）進行多重比較。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

觀察者內測量腦髓靜脈PV 及SD 結果的一致性較高（ICC均＞0.80，P均＜0.05）。相比AF0 序列，以CS6、CS8 及CS10 序列所獲SWI 顯示雙側各腦髓靜脈圖像的SNR（表1）和CNR（表2）差異均有統計學意義（校正P均＜0.05）。相比AF0，以CS6、CS8 及CS10序列所獲雙側SV、右側TV，CS8 及CS10 序列所獲雙側ICV、左側TV 及雙側BV 的PV 差異均有統計學意義（校正P均＜0.05）。不同AF 之間，雙側DNV 的PV 差異均無統計學意義（P均＞0.05）。見表3。

表1 不同AF SWI 健康人腦髓靜脈SNR 比較（n=40）

表2 不同AF SWI 健康人腦髓靜脈CNR 比較（n=40）

表3 不同AF SWI 健康人腦髓靜脈PV 比較（n=40）

不同AF SWI-MinIP 圖像的主觀評分結果差異有統計學意義（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）］圖像評分差異均無統計學意義（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）］圖像質量評分較低（校正P均＜0.05）。隨AF 升高，SWI 圖像質量下降（圖2）。

圖2 以不同AF 所獲相同層面SWI-MinIP 圖示腦髓靜脈A.AF0；B.CS2；C.CS4；D.CS6；E.CS8；F.CS10

3 討論

靜脈血與周圍組織之間的相位差可反映靜脈血氧含量［6］。SWI 對腦靜脈內脫氧血紅蛋白水平的變化十分敏感，顯示腦髓靜脈具有顯著優勢，使之成為檢查腦微出血的首選序列；SWI-MinIP 圖像可間接顯示腦髓靜脈血氧水平變化，有助于評估疾病狀態下腦氧代謝異常［7-9］。CS 技術已用于快速采集多部位、多序列MR圖像［9-12］，而不同AF CS 對SWI 顯示各神經核團及核團相位值存在影響［13-15］，如高倍速CS（AF≥6）可致其SNR 及CNR 下降，而低倍速CS（AF≥2）下黑質及齒狀核PV 降低［16］。LEE 等［17］發現利用CS 技術可提高SWI 顯示黑質小體1（nigrosome 1，N1）質量，且聯合CS SWI 及神經黑色素敏感MRI 可提高診斷帕金森病的效能。楊婧等［13］報道，CS4 不影響顯示N1，且能縮短SWI 采集時間，認為CS4 可廣泛用于多種場景下快速采集SWI。

以CS 技術快速采集SWI 時，除需評估AF 對SNR、CNR 及圖像質量主觀評分的影響外，還需關注其對PV 測值的影響。本研究對40 名健康人以不同AF CS 采集頭顱SWI，結果顯示，隨AF 增大，圖像噪聲與偽影增加，SNR、CNR 及圖像質量主觀評分降低。相比AF0 序列，各腦髓靜脈的SNR、CNR 及其主觀評分在以CS2、CS4 所獲SWI 中差異均無統計學意義，而在 以CS6、CS8 及CS10 所 獲SWI 中均有所降低；以CS6、CS8 及CS10 所 獲SWI 雙 側SV、右 側TV，以CS8 及CS10 所獲SWI 雙側ICV、左側TV 及雙側BV的PV 均有所下降，但不同AF 圖像之間雙側DNV 的PV 差異均無統計學意義；而在以CS4 所獲SWI 中，各腦髓靜脈的SNR、CNR 及PV，以及圖像質量主觀評分與AF0 圖像差異均無統計學意義。綜合以上結果，CS4 為以CS 采集SWI 顯示健康人腦髓靜脈結構的最佳AF。

綜上，AF 過高（AF≥6）可降低以CS 采集SWI 顯示腦髓靜脈質量、引發定量測值差異，CS4 為觀察和定量分析健康人腦髓靜脈的最佳AF。但本研究樣本量較小并來自單一中心，且僅利用單一MR 設備進行采集，有待后續開展多中心、多機型、大樣本研究進一步探討。

利益沖突：全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻：曹家駿研究實施、圖像處理、統計分析、撰寫文章；楊婧圖像處理、統計分析；張煜堃、劉娜、高冰冰和劉楊穎秋圖像處理；宋清偉研究設計；苗延巍指導、審閱文章。