在头颈部MRI中利用PROPELLER和深度学习重建增强图像质量

《European Journal of Radiology Open》：Enhanced image quality in head and neck MRI with PROPELLER and deep learning reconstruction

　　

目的 评估将周期旋转重叠平行线增强重建（PROPELLER）采集技术与基于深度学习的重建（DLR）结合用于头颈部磁共振成像（MRI）中脂肪抑制T₂加权成像（Fs-T₂WI）和扩散加权成像（DWI）的益处。材料与方法 这项回顾性研究纳入了34例接受3.0 T头颈部MRI的患者。成像协议包括基于PROPELLER的Fs-T₂WI和DWI，并与传统多平面快速自旋回波Fs-T₂WI和单次激发回波平面成像DWI进行比较。所有序列均使用DLR算法重建。两名放射科医生独立进行定性评估，采用5点Likert量表评价总体图像质量、病变显著性、解剖描绘和伪影严重程度。定量评估涉及测量病变、邻近肌肉、腮腺和颌下腺的信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）。观察者间一致性使用加权kappa统计量确定，并使用Wilcoxon符号秩检验进行统计比较。结果 与传统序列相比，PROPELLER序列在Fs-T₂WI和DWI的所有评估参数中均显示出显著更高的定性评分（p < 0.001）。Fs-T₂WI的观察者间一致性为中等（0.47–0.53），DWI为良好（0.76–0.83）。定量分析进一步显示，PROPELLER序列具有显著更高的SNR和病变-肌肉CNR（p < 0.001）。结论 PROPELLER采集与DLR的结合显著改善了头颈部MRI的图像质量和病变显著性。该方法有效抑制伪影并改善定量图像指标，从而将其定位为头颈部病变常规临床评估的可靠成像策略。

头颈部磁共振成像（MRI）广泛应用于解剖评估、病变检测、鉴别诊断及病变范围评估。常规采用快速自旋回波（FSE）T₂加权成像（T₂WI）进行结构描绘和病变识别，并常结合脂肪抑制（Fs）技术抑制周围脂肪高信号以提高病变显著性。然而，头颈部解剖复杂，高空间分辨率图像导致信噪比（SNR）降低。增加信号平均次数虽可补偿SNR损失，但会延长采集时间并增加吞咽、舌动及呼吸等运动伪影风险。扩散加权成像（DWI）最常用的读出方式是单次激发回波平面成像（EPI），但EPI对局部静磁场不均匀性高度敏感，导致图像变形和磁敏感伪影，且易受运动影响，妨碍准确评估。周期旋转重叠平行线增强重建（PROPELLER）读出方法可减少运动伪影并保持高SNR，但扫描时间较长，且在DWI中因长回波间隔和回波链数多而出现图像模糊和SNR较低等问题。基于深度学习的重建（DLR）技术能有效降噪，提高或保持SNR并缩短扫描时间。因此，PROPELLER与DLR的结合预期能高效减少头颈部常见运动伪影并提升图像质量。该论文发表于《European Journal of Radiology Open》。

研究人员开展了一项回顾性研究，纳入北海道大学医院34例患者（中位年龄68岁，范围2-85岁），采用3.0 T MRI系统（Discovery MR750w，GE Healthcare）配备GEM头颈线圈。主要技术方法包括：1. PROPELLER采集技术，用于减少运动伪影；2. DLR算法（AIR? Recon DL），噪声减少因子75%；3. 脂肪抑制技术：Fs-T₂WI使用频谱衰减反转恢复（SPAIR），DWI使用化学位移选择脂肪抑制（PROPELLER-DWI）和反转恢复脂肪抑制（EPI-DWI）；4. 定性评估：两位放射科医生采用5点Likert量表独立评价总体图像质量、病变显著性、解剖描绘和伪影严重度；5. 定量评估：测量病变、邻近肌肉、腮腺及颌下腺的感兴趣区（ROI），计算SNR和对比噪声比（CNR）；6. 统计分析：加权kappa系数评估观察者间一致性，Wilcoxon符号秩检验比较组间差异。

研究结果：
患者特征：34例患者中包括舌癌、副神经节瘤、口咽癌等多种肿瘤性病变，以及鼻窦炎、乳突炎等炎性病变。T₂WI数据可用30例，DWI数据可用21例。

定性评估结果：PROPELLER序列在Fs-T₂WI和DWI的所有定性参数（总体图像质量、病变显示度、解剖结构可视化、伪影程度）上均显著优于常规序列（p < 0.001）。Fs-T₂WI的观察者间一致性为中等（加权kappa 0.47-0.53），DWI为良好（0.76-0.83）。代表性图像显示PROPELLER显著减少运动伪影，提高病变边缘和内部结构的清晰度，并在DWI中减少变形和磁敏感伪影。

定量评估结果：PROPELLER序列在病变、肌肉、腮腺、颌下腺的SNR值以及病变-肌肉CNR值上均显著高于常规序列（p < 0.001）。例如，Fs-T₂WI中病变SNR从25.90±21.18提升至40.37±39.20，CNR从37.28±22.57提升至49.81±31.69；DWI中病变SNR从9.95±7.48提升至19.13±13.35，CNR从21.87±26.14提升至38.83±35.04。

讨论总结：PROPELLER技术通过旋转k空间中心区域多次采样，有效校正运动伪影。DLR则提供降噪处理。两者结合可产生高质量图像。在DWI中，PROPELLER基于FSE读出设计，减少磁场不均匀导致的相位误差，从而降低变形和磁敏感伪影，同时DLR补偿PROPELLER的SNR损失。本研究表明，DLR-PROPELLER Fs-T₂WI和DWI在头颈部成像中首次被系统评估，显示出优于常规方法的图像质量。局限性包括样本量小、单中心设计、病变异质性、脂肪抑制方法不一致、ROI放置偏倚及扫描时间延长。尽管如此，该技术值得纳入常规方案。结论：PROPELLER采集与DLR的结合显著改善了头颈部Fs-T₂WI和DWI序列的图像质量，相比标准方法。因此，该技术可能为头颈部病变的临床评估提供可靠的成像方法。