uAIFI 平台北医三院临床科研分享（一）：ACS 加速助力膝关节磁共振检查时间节省 75%！

▌编者按

新时代呼吁新发展、新作为。2021年，北医三院与联影开展战略合作，携手推动创新机制建设，为临床医学与科研创新、产业转化，树立业界新标杆。本系列旨在报道北医三院袁慧书教授团队基于联影磁共振 uAIFI 技术平台围绕肌骨、脊柱、产前等领域的研究成果。

本研究基于联影医疗高性能全身科研型 3.0T 磁共振，证实了 ACS（AI-assisted Compressed Sensing，智能光梭成像技术） 在膝关节成像方面的优越性能，在保持图像质量的前提下，扫描时间缩短约 75%！该研究成果日前发表于放射学领域国际权威期刊《European Radiology》[1]。放射科博士研究生王奇政为文章第一作者，放射科医疗副主任郎宁教授为通讯作者。

▌研究背景

膝关节磁共振检查是评估膝关节软组织损伤，如半月板撕裂、前十字韧带撕裂、软骨缺损等的重要手段。然而，由于磁共振检查时间较长，不仅限制了每台设备的日检查量，还增加了患者因疼痛或焦虑出现移动而造成图像伪影的概率。传统的磁共振快速成像方法，如压缩感知、并行成像和半傅立叶技术，均已被广泛应用于日常的临床扫描中。但是，在高加速的场景下，传统磁共振快速成像方法往往会造成一定程度的图像质量损失。因此，如果能在保证图像诊断价值的前提下缩短扫描时间，将极大提高 MRI 在膝关节疾病评估中的效率和临床应用价值。

ACS 无缝融合人工智能、压缩感知、并行成像和半傅立叶四大类加速技术，综合全面利用了所有先验知识，以全方位的信息整合，实现了超高加速倍数扫描场景下欠采样数据的高质量恢复。在 ACS 中，即使超高倍加速的情况下，神经网络亦能显著抑制图像伪影，实现高质量成像。

本研究应用两种加速技术 ACS 与 PI（Parallel imaging，并行成像）对有不同病因的膝关节病患者进行磁共振扫描，比较两者在扫描时间、图像质量、诊断可靠性方面的性能，探索 ACS 在膝关节磁共振成像中的应用潜力。

▌材料与方法

在该项研究中，北京大学第三医院放射科团队纳入 2022 年 3 月至 2022 年 9 月期间 130 例不同病因的膝关节 MRI 患者，排除 10 个不符合条件的扫描（6 个扫描序列不完整，4 个扫描技术参数不正确），共 150 张膝关节 MR 图像符合本研究条件。本研究没有排除有膝关节镜手术史的参与者，除非其出现有较严重伪影，同时，8 名有既往前交叉韧带置换术的参与者被纳入研究。每例患者都进行了标准的 8 分钟 2D 快速自旋回波序列（FSE）并行成像检查和两套 ACS 加速扫描方案（3.5 分钟和 2 分钟）。研究工作流程如图 1 所示。

图1. 研究流程图

▌研究成果

定量评估比较：通过边缘上升距离（ERD，数值越低，图像质量越好）和信噪比（SNR）对图像质量进行评估。结果显示：（1）在图像清晰度评估中，与 PI 方案相比，3.5 分钟和 2 分钟 ACS 方案在矢状位 T1WI、横断位和冠状位 PDF 序列上的 ERD 值均降低。尽管 ACS 方案中的 ERD 数值降低，但是在矢状位 PDF 序列的 3.5 分钟 ACS 方案、2 分钟 ACS 方案和 PI 方案中没有显著差异。（2）尽管两种 ROI（股骨骨髓和膝前脂肪垫）SNR 值不相同，骨髓的SNR值更高，但是在所有的 4 个序列中，ACS 方案显著优于传统的 PI 方案。综上，ERD 和 SNR 的定量测量结果表明，ACS 方案显示出更优的图像质量。

图2. 定量评估比较。（A）不同扫描方案之间的边缘上升距离（ERD）和（B-C）股骨骨髓（BM）及膝前脂肪垫（IPFP）信噪比的值。从左到右的相同颜色的方框分别为 8 分钟 PI 协议、3.5 分钟 ACS 协议和 2 分钟 ACS 协议。无论是 3.5 分钟还是 2 分钟的 ACS 协议，与 PI 协议相比都显示出降低的 ERD 值。在所有四个序列中，ACS 协议均优于传统的PI协议，在两个 ROI（BM和IPFP）中均优于传统的 PI 协议。ERD 和 SNR 的定量测量的组合显示了 ACS 协议扫描产生更好的图像质量

诊断效能：三位具有丰厚经验的放射科医师独立诊断所有磁共振图像，与关节镜诊断结果相比：（1）MRI 评估半月板撕裂(内侧/外侧)的总体敏感性在8 min PI、3.5 min ACS 和 2 min ACS 时分别为 95.7% / 84.6%、82.6% / 84.6% 和 82.6% / 96.8%，三种方案的特异性均为 100%；（2）检测到真正的前交叉韧带撕裂，PI方案比 ACS 方案（3.5 min ACS：86.7%， 2 min ACS：73.3%）更敏感（93.3%），但比 ACS 方案（3-5 min ACS：100%，2 min ACS：96.6%）特异性低（89.7%）；（3）对于软骨缺损，三种方案的诊断性能（敏感性 / 特异性）差异不显著（8 min PI：92.0% / 78.9%；3.5 min ACS：88.0% / 84.2%，2 min ACS：88.0% / 84.2%）。综上，ACS 组半月板撕裂、前十字韧带撕裂和软骨缺损的检出率与标准并行采集成像相当，ACS 方法在检测膝关节异常方面达到了与PI相同的诊断可靠性。图 3 提供了 PI 和 ACS 的图像示例。

图3. 一名 23 岁男性前交叉韧带（ACL）重建术后的 MRI。从左到右，分别为矢状面 T1WI，质子密度加权脂肪抑制（PDFS）矢状位、冠状位和轴位快速自旋回波（FSE）图像

▌研究展望

本研究验证了 ACS 在膝关节成像上的巨大临床应用潜力，对于提升日常工作量和缩短患者等待时间具有重要意义。未来 ACS 将助力提高更大的患者群体和多样的临床环境中的可靠性和临床效用，改善患者的诊疗效果，使更多患者从中受益。

参考资料

[1] Wang, Q., Zhao, W., Xing, X., Wang, Y., Xin, P., Chen, Y., Zhu, Y., Xu, J., Zhao, Q., Yuan, H., & Lang, N. (2023). Feasibility of AI-assisted compressed sensing protocols in knee MR imaging: a prospective multi-reader study. European radiology, 10.1007/s00330-023-09823-6. Advance online publication.