李贝贝，张浩南，方 鑫，胡 帅，苗延巍，宋清伟，浦仁旺，刘义军

(大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连 116011)

3D-T1WI可显示颅脑细微解剖结构，有助于检出微小病灶[1]；结合基于体素的形态测量(voxel-based morphometry, VBM)，能在体素水平显示全脑结构，检测灰、白质结构细微改变[2]，但扫描时间较长、噪声大，使其临床应用受限。以压缩感知(compressed sensing, CS)技术[3]结合非线性重建算法，可利用较少的采样数据重建原始信号，在保证图像质量的前提下显著缩短扫描时间。本研究观察不同CS加速因子对头部3D-T1WI成像质量及VBM分析结果的影响，并以满足临床诊断要求及精确VBM结果为前提，筛选CS最佳加速因子。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2022年4月—6月对大连医科大学附属第一医院25名无MR检查禁忌证的健康成年志愿者行头部MR扫描，其中男16名、女9名，年龄20～75岁，中位年龄24.0岁。本研究经医院伦理委员会批准(批准号：PJ-KS-KY-2021-121)，检查前受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips Ingenia CX 3.0T MR扫描仪、32通道头部线圈采集头部MRI。分别以常规敏感性编码(sensitivity encoding, SENSE)技术(相位加速因子3)及CS技术(加速因子为4、6、8、10)采集头部矢状位3D快速梯度回波T1WI，TR 8.1 ms，TE 3.7 ms，FA 8°，层厚1 mm，层间距1 mm，FOV 180 mm×219 mm×180 mm，体素1 mm×1 mm×1 mm，NEX 1，矩阵180×199×180，获得3D-T1WISENSE3和3D-T1WICS4、3D-T1WICS6、3D-T1WICS8及3D-T1WICS10，扫描时间分别为380、280、181、136及109 s。

1.3 图像质量分析

1.3.1 客观评价 将图像导入Philips后处理工作站(IntelliSpace Portal, ISP)行轴位及冠状位重建，分别于轴位图像同层面双侧尾状核灰质及胼胝体膝、压部和颅脑顶部白质信号均匀处放置面积20～30 mm2的圆形ROI，测量其信号强度(signal intensity, SI)及标准差(standard deviation, SD)，连续测量3层，取平均值，将胼胝体白质SI记作SIWM，尾状核灰质SI记为SIGM；以颅脑顶部白质SD为噪声信号强度(noise signal intensity, NSI)，计算图像信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和对比噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR)：SNR=SIWM/NSI；CNR=(SIWM-SIGM)/NSI。

1.3.2 主观评价 由2名具有5年以上头部影像学诊断经验的副主任医师以盲法采用5分法[4]进行主观评价：1分，灰、白质完全显示不清，脑沟、脑回边缘难以分辨，伪影及噪声极明显，细节无法辨认，无法诊断；2分，灰、白质显示不清，脑沟、脑回边界模糊，伪影明显，噪声较大，细节较难辨认，无法诊断；3分，灰、白质显示较清晰，脑沟、脑回边界尚锐利，图像略有伪影，噪声一般，大部分细节可辨认，能满足诊断需求，极少数图像无法评价；4分，灰、白质显示较清晰，脑沟、脑回边界较锐利，无伪影，噪声较小，图像均能评价；5分，灰、白质及细节显示清晰，脑沟、脑回边界锐利，无伪影及噪声，解剖结构形态清楚，能准确评价。

1.4 VBM分析 采用MRIcorn软件(https://people.cas.sc.edu/rorden/mricron/dcm2nii.html)dcm2nii工具将图像由DICOM格式转换为NIfTI格式。于Matlab R2018b平台上采用统计参数图软件包(statistical parametric mapping software, SPM12)(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)中的计算解剖学工具箱(computational anatomy toolbox, CAT12)(http://dbm.neuro.uni-jena.de/catl2/)对图像进行预处理[5]：①以胼胝体前后联合为原点，行手动AC校正；②以蒙特利尔神经研究所(Montreal neurological institute, MNI)为标准模板进行配准；③校正偏置场；④设置体素重采样大小为1.5 mm3；⑤将平滑参数半高全宽设置为8 mm；⑥检查图像质量。之后进行VBM分析，获得全脑体积(total intracranial volume, TIV)、灰质体积(gray matter volume, GMV)、白质体积(white matter volume, WMV)及脑脊液体积(cerebrospinal fluid volume, CSFV)。

1.5 统计学分析 采用SPSS 24.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，以中位数(上下四分位数)表示不符合者，组间比较采用单因素方差分析(两两比较采用LSD-t法)或Friedman检验。以Kappa检验分析2名观察者图像质量主观评分结果的一致性：Kappa≤0.20为一致性极差，0.20

2 结果

2.1 图像质量

2.1.1 客观评价 3D-T1WISENSE3、3D-T1WICS4、3D-T1WICS6、3D-T1WICS8及3D-T1WICS10的SNR和CNR总体差异均有统计学意义(P均<0.001，表1)。3D-T1WICS4的SNR、CNR均高于3D-T1WISENSE3(P均<0.05)，3D-T1WICS6与3D-T1WISENSE3的SNR、CNR差异均无统计学意义(P均>0.05)，3D-T1WICS8、3D-T1WICS10的SNR、CNR均较3D-T1WISENSE3降低(P均<0.05)；CS图像中，SNR及CNR随加速因子增加而降低(P均<0.05)。见表1。

表1 各3D-T1WI成像质量客观评价和主观评分结果比较(n=25)

2.1.2 主观评价 2名观察者对3D-T1WISENSE3、3D-T1WICS4、3D-T1WICS6、3D-T1WICS8及3D-T1WICS10的主观评分的一致性较好(Kappa=0.684、0.719、0.687、0.800、0.734，P均<0.05)，故对其中1名观察者的评估结果进行分析；5组图像主观评分总体差异有统计学意义(P<0.05)，两两比较，3D-T1WICS4及3D-T1WICS6的主观评分与3D-T1WISENSE3差异无统计学意义(P均>0.05)，3D-T1WICS8及3D-T1WICS10的主观评分均低于3D-T1WISENSE3(P均<0.05)，CS图像的主观评分结果随加速因子增加而降低(P均<0.05)。见表1。

2.2 VBM分析 不同3D-T1WI的TIV、GMV、WMV及CSFV差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表2及图1。

表2 基于不同3D-T1WI的VBM分析结果比较(cm3，n=25)

3 讨论

基于3D-T1WI的VBM能在体素水平分析脑解剖学结构，对诊断及鉴别诊断精神分裂症、终末期肾病、帕金森病和早期阿尔兹海默病等具有较高临床价值[6-8]。3D-T1WI多采用容积激发采集，且至少有两个方向的相位编码，扫描时间较长，可致老年人、婴幼儿及认知功能障碍、意识障碍等患者难以配合完成检查；提高扫描速度有利于临床广泛开展VBM。

利用CS技术能在保证成像质量的前提下缩短扫描时间。针对不同检查部位及不同扫描序列[9-10]，所用CS加速因子不一；且提高加速因子虽可明显缩短扫描时间，但可致图像SNR显著下降，使得如何适当选择CS加速因子称为临床MR检查中受到重点关注的问题[11]，而在头部3D-T1WI中，还需在满足诊断要求的同时不影响VBM参数。

临床多以相位加速因子为3的常规SENSE[12]技术采集3D-T1WI。本研究采用不同加速因子CS技术(加速因子为4、6、8、10)采集3D-T1WI，发现随加速因子增加，图像SNR、CNR及主观评分逐渐降低；相比3D-T1WISENSE3，3D-T1WICS4客观评价更佳，且扫描时间缩短为280 s；3D-T1WICS6客观评价及主观评分结果与3D-T1WISENSE3差异无统计学意义，而扫描时间缩短为181 s；3D-T1WICS8和3D-T1WICS10的客观评价及主观评分均低于3D-T1WISENSE3，诊断性能差，可能导致漏诊小病灶。以上结果表明，CS技术虽可缩短扫描时间，但其基于采样数据稀疏和非线性重建特性可影响图像的对比度及空间分辨力，故应针对具体部位及序列适当选择CS加速因子。

本研究基于上述不同3D-T1WI进行VBM分析，TIV、GMV、WMV及CSFV差异均无统计学意义，表明图像SNR虽随CS加速因子增加而降低，但对其VBM分析结果的影响并不显著[13-14]；利用CS技术采集3D-T1WI时，CS6为最佳加速因子，可在同时满足成像质量和VBM精准测量的前提下提高扫描速度。

综上所述，采集头部3D-T1WI时，应用CS6能在保证图像质量且不影响VBM结果的前提下缩短扫描时间；CS6为最佳加速因子。本研究的主要局限性：①仅以可重复性较好的CAT-12软件行VBM分析，缺乏相应对比；②样本量少，且均为健康志愿者，有待后续纳入中枢神经系统疾病患者，针对特定脑结构进一步深入观察。