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不同强度AIFI重建技术在上腹部MRI检查中的应用刘晖，问雷涛，闫建峰西安高新医院放射科，陕西西安710075通讯作者：刘晔()【摘要】目的研究不同强度基于人工智能的滤波和插值图像(AIFD重建技术在上腹部磁共振成像(MRI)检查生#中的应用价值。方法回顾性分析2019年5月个2020年5月由玄王迎逃收治的66例上腹部MRI检住患者的临床资料，将资料处理后按照不同处理方法分为常规滤波电建组(n=22)、AIFl申建组(n=22)以及AIFl和漉波同时承建组(n=22),观察并比较三组患者的图像锐利度和图像峰值信噪比以及图像对比度、图像噪声、图像质量、图像清晰度评分。结果常规滤波重建组、AIH重建组(强度I、2、3、4、5)以及AIR划沈波同时承建组(AIFl强度2联合中等强度滤波及AlFl强度3联合中等强度泄波)图像锐利度与原始图像比较具有一定优势，其中AIFl重建组AIFl强度4、AIFI也3虑波同时重建组AIFl强度3联合中等强度源波图像锐利度分别为(045±0.l0)dB、(0.52±0.16)dB,均明显高于常规滤波重建组的(029±0.05)dB,且AIFI3滤波同时重建组AIFI强度3联合中等强度灌波图像锐利度为(0.52±0.16)dB,明度高于AIFl重建组强度1、2、3、4、5的(O.32±O.O7)dB.(0.35±0.08)dB、(0.37±0.09)dB、(O.45±O.IO)dB(0.40±0.ll)dB,差异力仃统计学意义(P<005)常规流波重建组、AlFl重建组(强度1、2、3、4、5)以及AlFIb别滤波同时重建组(AlFI强度2联合中等强度滤波及AIFI强度3联合中等强度滤波)图像对比度、图像噪声、图像质量、图像清晰度均显著优于原始图像，且AIFl重建组强度3、AIFI和滤波同时重建组AIFI强度2和AIFl强度3的图像对比度评分分别为(3.95±0.18)分、(4.1l10.21)分、(4.I3±0.22)分，均明显恒于常规滤波重建组的(3.37±O.I2)分，AlH重建组强度4、AIH型滋波同时由建组AIH强度2和AlFI强度3联合的图像噪声评分分别为(399±018)殳、(4.01±0.20)分、(4.02±0.21)分，明显"于常规滤波重建组的(3.89±()2)分，AIFI口滤波同时重建组AIH强度2和AIFI强度3的图像质量评分分别为(4.08±021)金、(4.14±0.22)分,明显而于常规涌波重建组的(3.48±0.l4)分,AIFI重建组强度4的图像清晰度评分为(3.99±0.19)分.明显于常规滤波重建组的(3.38±O13)分，差异均有统计学意义(P<0.05)结论中高强度AIFl重建技术的降噪表现与常规滤波比较表现更优，是种前景良好的降噪技术，其在腹部MRl中的最优参数Tl加权成像(TlWI)为AlFl强度3与常规滤波组合，双回波序列和T2加权成像(T2WI)为AlFl强度4。【关键词】磁共振成像：人工智能:滤波；图像降噪:腹部磁共振成像；Tl加权成像；T2加权成像Theapplicationvalueofartificialintelligence-basedlteringandinterpolatedimage(AIFI)reconstructiontechnologywithdifferentstrengthsinupperabdominalmagneticresonanceimaging(MRI)examinationofpatients1.uHuiWen.LeitaoYanJianfengDepartmentofRadiology.Xi'anHigh-techHospilal(710075)AbstractObjective:TCStUdytheapplicationValUeCfa门ificialintelligence-basedf11leringandinterpolatedimage(AIFI)reconsruclionIeChnOlOaVWithdifferentinensiiesinUDDerabdominalmagneticresonanceimaging(MRl)examination.Methods:Theclinicaldataof66patientsundergoingupperabdominalMRIexaminationsadmittedtoXi'anHigh-techHOSDitaIHFf>hfromMay2019toMay2020wereretrospectivelyanalyzed,AfIerPrOCeSSingIhedata,lheWeredividedinloConVenliOnalfillerreconsircliongroup(n=22).AlFlreconslruciongroup(n=22)andAIFlandfilterSimU山ancousreconslrUCliongroup(n=22)UCCordingIodiffcrcnlProCCSsingmethods.TheimageSharPneSSandPeakSignalnoiseOfthethreegrouDsOfDaIientS,lheratioandimagecontrast,inmgenoise,imagequality,andimagesharpnessscoreswereobservedandcompared.Results:Conventionalfilterreconstructiongroup,AIFIreconstructiongroup(intensityI,2,3,4.5)andAIFIjmdifiltersimultaneousreconstructiongroup(AIFIintensity2combinedwithmediumintensityfilteringandAIFIintensity3combinedwithmediumintensityfiltering)imagesharpnessandoriginalimagethecomparisonhascertainadvantages,theAIFIreconstructiongroupAlFIintensity4,AIFI,andfilteringsimultanusreconstructiongroupAIFIintensity3combinedwithmediumintensityfilteringimagesharpnessarerespectively(0.45±0.10)dBand(O.52±O.I6)dB,whicharesignificantlyhigherthanthe(0.29±0.05)dBoftheconventionalfilteredreconstructiongroup,andtheAIFIintensity3combinedwiththemediumintensityfilteroftheAIFIandthesimultaneousreconstructiongroupoftheAIFIimagesharpness(0.52±0.16)dBissignificantlyhigherthantheIFIreconstructiongroupintensityI,2,3,4,5(0.32±0.07)dB,(O.35±O.O8)dB,(O.37±O.O9)dB,(0.45±0.10)dB,(0.40±0.11)dB.thedifferencewasstatisticallysignificant(P<0.05),Conventionalfilterreconstructiongroup.AIFIreconstructiongroup(intensityI,2,3,4,5)andAIFIandfiltersimultaneousreconstructiongroup(AIFIintensity2intensityfilteringandAIFIintensity3intensityltering)imagecontrast,imagenoise,theimagequalityandimageclarityWCrCsignificantlyhigherthantheoriginalimage,andtheimagecontrastscoresofAIFIreconstructiongroupintensity3,AIFIandlteringsimultaneousreconstructiongroupAIFIintensity2intensityfilteringandAIFIintensity3intensityfilteringWere(3.95±0.18)points,(4.11±().21)points,(4.I3±O.22)points,whichWCrCSignifkanUybetterthanthe(3.37±0.12)pointsoftheconventionalfilterreconstructiongroup,AIFIreconstrctiongroupstrength4,AIFIandfilteringsimultaneousreconstructiongroupAIFIstrength2,theimagenoisescoresofintensityltcringandAIFiintensity3intensityfilteringWCrC(3.99±0.!8)points,(4.01±0.20)points,(4.02±0.21)points,whichweresignificantlyhi)herthanthe(3.89±0.12)pointsoftheconventionalfilterreconstructiongroup,theimagequalityscoresofAIFI.AIFIandfilteringsimultaneousreconstructiongroupAIFIintensity2intensityfilteringandAIFIintensity3intensityfilteringWere(4.08±0.21)pointsand(4.I4±O.22)points,whichWereSignifiCanUyhigherthanthoseoftheconventionalfilterreconstructiongroup(3.48±0.14)points,theimageclarityscore(3.99±0.19)points)ofAIFIreconstructiong11)upintensity4wassignicantlyhigherthan(3.38±0.13)pointsofconventionalfilterreconstructiongroup,thedifferencewasstatisticallysignicant(P<0.05),Conclusion:ThenoisereductionperformanceofmediumandhighintensityAIFIreconstructiontechnologyisbetterthanthatofconventionalfiltering,itisapromisingnoisereductiontechnology,theoptimalparameterTlweightedimaging(TlWI)inabdominalMRIisthecombinationofAIFIintensity3andconventionalfiltering,andthedualechosequenceandT2weightedimaging(T2WI)areAIFIintensity4.KeywordsMagnetiCresonanceimaging:filtering:imagenoisereduction:abdominalmagneticresonanceimaging:Tlweightedimaging:T2weightedimaging近年来，磁共振成像(MagneliCReSonanCe成aging,MRl)逐渐成为临床诊断的主要方法之一，其诊断主要依据图像成像质量J有研究指出，更好的MRl图像质量能显著提高解剖结构的精确度和可视化，进而提高诊断准确度，提高各类疾病的早期诊断川。临床增加采集次数是提高图像信噪比的常用方法，但该方法会延长采集时间，应用于腹部MRI会增加呼吸运动伪影，影响诊断结果431。基于人工智能的流波和插值图像(artificialinie11igencebasedfilteringandinterpolation.IFI)重建技术是一种在不延长采集时间、不损害图像质量前提下通过学习去除噪声获得高质量图像的技术，结合大量解剖结构MRI图像和数据，可有效实现图像高分辨率网。本研究旨在探究不同强度AlFl重建技术在上腹部MRl检查患者中的应用价值，以寻找其在图像降噪中的最优参数。现报道如下二1资料与方法1.1 TMM4回顾性分析2019年5月组2020年5月。主“近Ik"收治的66例上腹部MRI检台患者的临床资料。纳入标准：MRl图像无明显运动伪影者：经MRl扫描腹部者；MRl扫描方案含1.2所述序列者；病历资料完整，且能够随访调查者。排除标准：MRI原始图像数据被清除者：2扫描范围未扫描到上腹部全部器官者；存在其他伪影者：病历资料不完整者。所有患者的临床资料按照不同处理方法分为常规漉波垂建组(n=22)、AIFI4建组(n=22)及AlFI和海波同时审建组(n=22),其中常规滤波承建组中男性12例,女件坨例年龄2579岁，平均(39.25±1.66)岁；AlFl重建组中男性Il例，女性Il例：年龄2474岁，平均(39.12±l52)岁：AlFl和滤波同时垂建组中男性13例，女性9例；年龄2577岁，平均(3922±159)岁。本研究经区院区望伦理委员会回£批准。检查方法1.zL图像扫描方法采用上海联影医疗科技股份有限公司生产的型号为uMR588的I.5T磁共振扫描仪及其配套的脊柱线圈和体线圈”患者取仰卧位，头先进，使用呼吸门控，梯度回波Tl加权成像(TIWI)序列:成像视野为247mmx285mm,层间距为30mm,层厚为6.5mm,翻转角为60°,回拨时间/重熨时间为.8msZ232ms,扫描时间为28s。快速自旋回波T2加权成像(T2WI)序列：成像视野为247mmx230mm,层间距为20mm,层厚为6.5mm,翻转角为90°,回拨时间/重复时间为2600m99.2ms,扫描时间为39s。梯度回波双回波序列：成像视野为40OmmX320mm,层间距为30mm,层厚为6.5mm,蹈转角为60°,回拨时间/重复时间为117.6ms2.27ms,扫描时间为29s,1.2.2图像重建方法(1)AIFl重建：使用基于解码和编码的卷积神经网络模型训练后的重建技术对图像扫描的三组序列进行重建，由于该技术覆盖大量不同解剖结构的MRI图像和数据，因此在选择时选择所有强度(1、2、3、4、5)重建并对原始图像进行保存，其中强度S3为低AIFl强度，强度24为高AIFl强度。(2)常规滤波重建：将图像扫描得到的三组原始数据进行滤波重建，滤波根据腹部组织信号特点选择中等强度，滤波重建包含边缘平滑、增强、降噪，其中边缘平滑使用相干灌波器进行，增强根据线型结构强度使用非锐化的经典掩模方法进行，降噪使用非局部均值的方法进行。3)AIFk滤波同时重建：预实验结果显示强度或高或低，垂建后图像质量与单一滤波、AIH重建无显著差异，因此在重建时选择AIFI强度2联合中等强度滤波及AIFI强度3联合中等强度滤波两种组合方案重建图像两组。1.ZJ-图像评估方法_r选取三种重建方法重建后图像中包含肝脏最大横截面积的层面，并计算客观图像质量指标。由于重建后所得图像经处理后背景噪声分布与人体组织内的噪声差异较大，因此在实际操作中应对背景信息图像进行去除，而使用图像锐利度和图像峰值信噪比来评价分辨率及降噪性能。图像峰值信噪比=IoIgf2mMSE,其中MSE为使用无法参考图像的噪声方差估计方法所得均方误差，fg为最大图像灰度值；图像锐利度为图像在频域中的有效信号占比例。经2名10年及以上工作经验的放射科医生采用盲法分别对图像质量进行评估并最终达成一致意见，评估工具使用4分量表：优秀：4分；良好：3分；一般：2分：差：1分，评估内容为图像对比度、图像噪声、图像质量、图像清晰度。”观察指标（1）比较:组患者的图像锐利度和图像峰值信噪比：（2）比似:组患者的图像对比度、图像噪声、图像质量、图像清晰度评分C1.4 统计学方法应用SPSS19.0软件进行数据分析LJ计量资料均符合正态分布，以上；邀±Mill（X±s）表示，多组间比较采用方差分析，两两比较采用LSD-t检验以P<005为差异具有统计学意义。2结果2.1 三组患者的图像锐利度和图像峰值信噪比比较常规滤波审建组、AlFl审建组（强度1,2、3、4、5）以及AIFI制滤波同时重建组（AIFI强度2联合中等强度漉波及AIFI强度3联合中等强度滤波）图像峰值信噪比与原始图像比较具有一定优势，差异均仃统计学意义<P<0.05）,且AIH重建组的图像峰值信噪比随强度增强而增加,但三组间比较.差异无统计学意义（P>0.05）；常规滤波重建组、AIH重建组（强度1、2、3、4、5）以及AlFl卫滤波同时重建（AIFl强度2联合中等强度述波及AIFI强度3联合中等强度滤波）组图像锐利度与原始图像比较也具有一定优势，WjjWr义（P<0.05）,其中AIFI重建组AIFI强度4、AIFI也滤波同时重建组AIFI强度3联合中等强度源波图像锐利度明显高于常规滤波电建组，且AlFl可滤波同时重建组AIH强度3联合中等强度滤波图像锐利度口于AlFl重建组，差异有统计学意义（P<0.05）见表1。表11组患查的图像锐利度和图像峰值信噪比比较（X±s）组别例数图像锐利度图像峰值信噪比（dB）原始图像组660.14±0.0332.43±2.I9常规滤波承建组220.29±0.05a36.29±3.37aAIFI重建组1220.32±0.07a36.48±3.4la2O.35±O.O8a37.l8±3.45a30.37±0.09a37.22±3.47a4045±0.1037.62±338a50.40±0.11a38.02±3.41aAIFlI滤波同时重建组2220.41±0.15a38.29±3.46a3O.52±O.16abc38.32±3.51aF值134.98116.091P值().(MX)().041法二与原始图像组比皎，aP<0.05;与常规滤波重建组比较,bP<0.05:与AIFl重建组比鼓，tP<0.05<.2.2 三组电置的图像对比度、图像噪声、图像质量、图像清晰度评分比较常规滤波重建组、AIFl重建组（强度1、2、3、4、5）以及AlFl轨滤波同时重建组（AIFl强度2联合中等强度滤波及AIFl强度3联合中等强度就波）图像对比度、图像噪声、图像质量、图像清晰度均显著优于原始图像，且AIFI重建组强度3、AIFI型滤波同时垂建组AIH强度2联合中等强度滋波和AlFl强度3联合中等强度滤波在图像对比度中明显优于常规滤波承建组，AIFI重建组强度4、AIFIHl滤波同时重建组AIFl强度2联合中等强度消波和AIFI强度3联合中等强度滤波在图像噪声中明显优于常规滤波重建组，AIFI的滤波同时重建组AIFI强度2联合中等强度滤波和AIFI强度3联合中等强度滤波在图像质量中明显优了常规滤波重建组，AlFl重建组强度4在图像清晰度明显优于常规漉波重建组，差异均有统计学意义(P<0.05)一见表2。不同图像重建方法降噪性能见图L表2三组图像对比度、图像噪声、图像质量、图像清晰度评分比较(又±s,分)组别例数图像对比度图像噪声图像质量图像清晰度原始图像组663.O2±O.1I3.01±0.113.03±().I33.01±0.12常规港波承建组223.37±O.12a3.89±0.12a3.48±0.14a3.38±O.13aAl4重建组1223.7l±O.I4u3.42±0.14a3.7O±O.I5a3.72±O.I4a23.69±0.15a3.73±0.16a3.75±0.16a3.75±0.15a33.95±0.18b3.85±0.17a3.80+0.17*3.80+0.16»43.84±O.I6a3.99±O.I8ab3.83±O.I8a3.99±0.19ab53.82±0.17a3.87±0.19a3.85±0.19a3.82±0.17aAFI型通波同时重建组2224.11±0.2Iafc4.0I±0.204.08±0.21ab3.87±O.2Qa34.13±0.22ab4.02±0.2Iab4.14±0.22ab3.88±0.22aF值27.43925.93015.85720.388P值QiQQIQQol0.0450.009注：与原始图像组比较,aP<0.05:与常规泄波重建组比狡，bP<0.05;与AlFl重建组比我,cP<0.05.图1不同图像，建方法降噪性能注：A,原始图像：B,常规滤波重建图像：C,AlFl重建图像；D,AIFl和流波同时重建图像“AlFl和滤波同时市建图像降噪效果最佳，且在突IH对比度和降低噪声、显示细节（双回波序列中图像更清晰、血管显示也更清晰，图D中的白色箭头）方而优势显著。3讨论MRI是目前临床应用较广的种成像模式，可通过提供多种参数全面评估组织特征准确定量和定性数据，将其应用于腹部检查不仅无电离辐射还具有高对比噪声比。基础序列Tl能检测高蛋白含量、出血、脂肪等，使用梯度回波则可获得双回波图像，从而检测上腹部肝脏病变等；T2序列能检测液体含量等，可有效区分囊样局灶性和实性病变凶。但该检测方法极易受到呼吸运动影响，使得采集时间延长，难以保障最终图像分辨率和图像质量。因此，临床发现一种降低噪声、提高图像信噪比的检查方法对于精确显示组织解剖结构、提升诊断准确度具有重要意义。常规流波降噪主要通过非局部均值流波算法进行,但因为图像存在大量相似图像块等冗余信息，位置常发生变化，然而灰度信心却极其相近，因此在计算时常出现加权核函数分配不均、律法时间复杂度高、边缘纹理模糊等问题，最终影响降噪效果吠。AIH重建技术主要通过人工智能学习技术、执行任务、处理模型的方式，在学习中不断优化参数"I其在降低图像噪声方面优势显著。本研究中，将临床原始数据作为对照，通过比较常规滤波技术和不同强度AIFI年建技术间的图像锐利度和图像峰值信噪比、图像对比度、图像噪声、图像质况:、图像清晰度降噪牲链,探究不同强度AIFI重建技术在上腹部MRI检查患者中的应用价值，并寻找其在图像降噪中的最优参数。综上质述，中高强度AIFI重建技术的降噪表现与常规涌波比较表现更优，是种前景良好的降噪技术，其在腹部MRl中的最优参数Tl加权成像（TlWD为AIFI强度3与常规港波组合，双回波序列和T2加权成像（T2WI）为AIFl强度4参考文献*.格式的：居中）潘鸿一磁共振iPAT并行采集技术在腹部MRI中的运用J.一青岛医药卫生，010,_42：197-198.12_酉晓轩.一腹部磁共振弥散加权成像技术在对肝脏良恶性肿瘤鉴别中的应用J.一当代医学，2019,25（3）:.145-146.3_屈昭藕扩散加权成像及磁敏感加权成像在肝脏良恶性病变诊断中的应用DL河南的1：一郑州大学,_2017.SHAoL,ZHANGOL.LoNGTF.Clul.OUanliuIliVCASSCSSmCnlOfFUndUSTCSSCHatCdDCnSilVandAssociatedFaeIOrSinFUndUSImageSUSingAnifieialIntelligenceJ.TmnSlViSSCiTeChnoL202L10(9):23,5吴疆,一尤飞蒋平基于回归分析和主成分分析的噪声方差估计方法U一电子与信息学报.2018,40(5):.1195-1201.6_戴珠.肖昌炎.一图像频域分析与相关性度量相结合的叠层纸张数量检测J._中国图象图形学报“2016,21(12):.1644-1651.7_李勇孔祥泉王成伟,一等.一宝石能谱CT不同比例ASlR在改善冠状动脉单能量图像质设中的初步应用四._临床放射学杂志NOl5,_34(6):_984-987.8 TherapeuticExercise:Foundations.EvidencesandClinicalReasoninginHiysiotherapyPractice:Rome,Italy.ProceedingsoftheInternationalScientificConferenceAIFI2017(J.ArchPhysiothen12019.9(11)：179 胡长松.基于模糊聚类的脑部MRI医学图像分割算法的研究与实现D.四川：电子科技人学.2014.UOl周子又，刘奇，任静.基于MRI脑肿瘤的滤波方法与分割技术对比研究IJL中国医学影像学杂志.2015.23(7):553-556.560.I1IIl,()1)1Vl.1,(；H()S1.l.(III).S.elal.Arlitui.llncllcica!<lMaciiv1rnr,:ANCWDiSrUDIivCForCCinOrthOPaCdiCSJI.IndianJOrthop.2020.54(2):109-122.121FORTUINAS.PHILlPSBWJ.VANDERLEESTMMGAnSie&FmWin.BartW.J.Ph"jp,MaFoe-M.-G;-Van-derjeet,.eal.Magneticresonanceimagingatultra-highmagneticfieldstrength:Aninvivoassessmentofnumber,sizeanddistributionofpelviclymphnodesJLPLoSOnc；.2020,J5(7):e.131VALEVIeIENENR,VARYTEG,ZAKAREVlClENEJNOmed(IRimaVaIeYidenaGu(XklVaIMAJoIitaZakaFevitienLetal._UseofMagneticResonanceImaginginEvaluatingFetalBrainandAbdomenMalformationsduringPregnancyJJ.Medicina(KaunasX1.2019,.55(2):.55.1141徐旭,彭婉琳,张金戈.等.甚丁人工智能的漉波和插值图像重建算法在腹部磁共振图像降噪中的价值UL四川大学学报(医学版).202L52(2):293299151MATOSAPP.DEBARRoSDUARTEL.CASTROPTAna-Pala-PRh<Mal0WiaBa-deBarn>DuartePedroTeiKeiraCnSlro,_eial.EvaluationoftheIetalabdomenbymagneticresonanceimaging.Part1:malformationsoftheabdominalcavityJJ.RadiolBrasi-2018,.51(2):_112-118.