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压缩感知磁共振成像技术在中枢神经系统疾病中的应用进展

方丽燕刘虎乔洪梅陈园张静静

[关键词]?压缩感知；磁共振成像；加速因子；中枢神经系统疾病

[中图分类号]?R445.2；R841??????[文献标识码]?A????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.04.027

中枢神经系统疾病包括多发性硬化症（multiple?sclerosis，MS）、脑肿瘤、脑动脉瘤和烟雾病（moyamoya?disease，MMD）等。从解剖学和生理学角度看，中枢神经系统与其他部位的病变有所不同，中枢神经系统病变的位置与功能障碍关系密切，同一种病变发生于不同部位时的临床表现和预后不同、不同性质的病变也可能获得相同的预后[1]。

1??CS技术的基本原理

如果MRI数据表现为噪声（非相干混叠）且图像稀疏，可使用非线性重建方法恢复完整图像。非线性重建技术需满足两个条件：变换域中图像的稀疏度和重建与采集数据具有一致性。第一个条件通过要求重建图像是稀疏的（或在变换域中是稀疏的），使得混叠伪影能够与图像中的实际信号分离；第二个条件确保重建不会为使最终图像稀疏而使用任意数据替换实际采集的数据。应用CS技术有3个条件：信号具有稀疏性或系数变换、不相干欠采样数据、非线性重建[5]。CS可通过仅应用空间变换加速静态图像，或在重建加速动态数据时联合应用并行成像（parallel?imaging，PI）技术，以进一步增加数据缩减因子并提高图像质量[6-7]。

2??CS技术在中枢神经系统疾病中的应用

2.1??MS

MS病变主要累及白质，斑块呈多灶性分布，形状不规则但边界十分清晰。MRI是诊断MS的主要手段。在增强MRI检查中，病灶的数量、大小、分布情况及强化程度都随着时间和（或）病情的变化而变化。

3D?T1加权成像（T1?weighted?imaging，T1WI）可较好地评估脑部结构，定量测量脑容积，为MS等疾病的诊断提供更多有价值的信息。与2D加权成像相比，3D加权成像的扫描时间更长[8]。研究显示，3D?T1WI可在保证图像质量的同时缩短扫描时间[9-11]。Duan等[9]通过主观评价和基于体素的形态测量方法确定结合CS技术的3D?T1WI快速场回波（turbo?field?echo，TFE）序列的最佳加速因子（accelerated?factor，AF）。应用3.0T磁共振扫描仪对10例MS患者行常规和结合CS的3D?T1WI?TFE序列扫描，CS的AF分别取3、4.5和6，并由2名放射科医生对图像的整体质量、信噪比、伪影及病变边缘或黑白质边缘的锐利度进行评估，再通过基于体素的分析评估图像质量、调查MS患者的萎缩模式。结果显示无加速度的参考序列与CS?AF为3或4.5的图像质量无显著差异。当AF为3时，相比其他AF具有更高的组内相关系数。通过基于体素的形态测量定量评估发现，大多数MS患者大脑区域的组内相关系数较高，与正常人相比，MS患者的颞叶和内侧扣带皮层表现出萎缩征象，表明应用CS加速序列测量大脑体积具有可行性，且在当前的参数下，AF为3是加速3D?T1WI?TFE的最佳AF，可减少约65%的扫描时间，图像可用于影像学诊断。

液体衰减反转恢复（fluid?attenuated?inversion?recovery，FLAIR）序列在MS检测中较为关键，其可显示脑室下、视神经及脑室旁的白质损伤情况。3D?FLAIR序列可提高MS患者脑部病变的检测质量，但其采集时间较长。Toledano-Massiah等[12]将CS技术应用于3D?FLAIR，与常规序列进行比较。应用3.0T磁共振扫描仪行常规和结合CS的3D?FLAIR序列扫描，采集矢状位，PI加速度自动校准重建笛卡尔成像因子为2，分别评估图像的信噪比、对比度噪声比及在腦室周围、脑旁、幕下及视神经区域可见的MS病灶数量，测量每个序列的白质损伤体积。结果显示二者的图像质量和检测到的MS病灶数量相似，病灶总数和脑室周围及幕下病变几乎完全一致，周围及视神经病变基本一致；3D?FLAIR序列联合CS技术取AF为1.3时，可在减少扫描时间的同时确保MS斑块检测的诊断性能。

2.2??脑肿瘤

脑肿瘤是除脑血管病以外中枢神经系统最常见的疾病。MRI可对脑肿瘤的形态、功能及血流动力学状态进行评估。Vranic等[13]将CS技术应用于脑肿瘤患者，比较结合CS技术和常规序列的图像质量。应用联合CS的3D?T1WI扰相梯度回波（spoiled?gradient?echo，SPGR）序列（AF为1.7）或3D?T2加权成像（T2?weighted?imaging，T2WI）FLAIR（AF为1.3）序列扫描，结果显示其扫描时间分别缩短35%和25%，且图像质量相当。

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