微精选

1.受试者：首先，进行了一项初步研究，包括从 3 名参与者收集的数据，以使放射科医生熟悉所有研究方案并完善评估标准。随后，16名受试者被纳入主要研究，共19位。

流程图：

2.MRI 采集协议

标准 2D TSE 协议 （PAT 2）、DL 增强加速 2D TSE 协议（PAT 2 × SMS 2）和加速 3D SRR DL 增强 2D Dixon TSE 协议（PAT 3 × SMS 2）

临床和研究方案概述，说明了一名患有持续膝盖疼痛的 25 岁女性患者志愿者的右膝。MRI 未检测到病变。本研究中使用的用于膝关节综合检查的 MRI 方案是：标准 2D TSE（PAT 2，A-E）、DL 增强型 2D TSE（PAT 2 × SMS 2，F-J）和基于 DL 增强型 2D Dixon TSE 数据的 3D SRR 协议（PAT 3 × SMS 2，K-O）。运动伪影可以在 J（黑色箭头）中观察到，而 SRR 图像（例如，K、M 和 N）在相位编码（即头到脚）方向上显示锯齿伪影（白色箭头），这反过来又不妨碍临床决策。SAG，矢状面;COR，冠状;AX，轴向;PD，质子密度加权;IW，中间加权;T1，T1加权;T2，T2加权;FS，脂肪抑制;WO，纯水;IP，同相。

临床方案：（并行采集）

所有受试者均使用基于临床标准的 2D TSE 方案进行成像，包括轴向和冠状T1 加权 FS、冠状 T1 加权、矢状 PD 加权和 T2 加权 FS 采集，采集时间为 11 分 23 秒。该临床方案结合了 2 倍面内 PI 加速（即 PAT 2）

对比组方案1：（并行采集+多层面同时采集+DL去噪）

用西门子医疗的研究软件包（参考 ID：1062_iTSE）扫描受试者，以下简称“WIP”序列，实现 DL 重建的 4 倍加速 2D TSE 成像（即 PAT 2 × SMS 2 具有基于 DL 的去噪和基于 DL 的面内 SRR，进一步表示为 DL 增强）采集时间： 6 分 24 秒，基于 DL 增强型 2D Dixon TSE 数据的 3D SRR 协议（PAT 3 × SMS 2）

对比组方案2：

对于于加速3D SRR研究方案，WIP序列的Dixon功能被启用，可以通过单次采集生成多个对比度。从2个采集的对比度（即同相和异相）和2个在线重建对比度（即纯水和纯脂肪）中，保留同相和纯水图像用于后续的通平面SRR，如图3所示，以便与临床2D对比度直接比较。使用6个旋转的DL增强加速2D IW Dixon TSE采集（每个采集均使用PAT 3×SMS 2、基于DL的去噪和基于DL的面内SRR采集）执行贯穿平面维度的SRR，总扫描时间为6分24秒。与2D研究方案持续时间相匹配。随后的重复仅因围绕相位编码轴旋转增量30度（即180°/N度，N = 6，旋转采集次数）而不同。使用先前发表的SRR方法，使用总变分正则化和联合刚性扫描间运动估计/校正26,32，重建体素大小为0.35×0.35×2 mm3的同相和纯水图像，以0.35×0.35×0.35 m3的各向同性体素网格，

一名 31 岁男性患者志愿者的右膝的 DL 增强 2D Dixon TSE 和 3D SRR Dixon TSE 图像，由于运动后持续的膝关节疼痛和肿胀而转诊进行临床膝关节 MRI。DL 增强型 2D Dixon TSE 技术允许在单次采集期间获取 2 种对比度，即同相和相反相位图像。根据这些获得的对比度，可以重建纯水和纯脂肪图像。在本研究中，二维同相图像和纯水图像被用作SRR算法的输入。矢状面 2D 采集的三个代表性切片（定义为绕相位编码轴旋转 0°）以矢状面、冠状面和轴向方向显示，旁边是它们相应的超分辨率重建版本

图像评估：

每位患者的所有 MRI 数据都经过假名化，并分为 3 次单独检查。来自所有患者的随机组织的 2D 和 3D SRR 检查（即主要研究中总共 48 个数据集）由 2 名肌肉骨骼 （MSK） 放射科医生独立评估，他们具有 21 年（PVD，读者 A）和 2 年（FB，读者 B）在 MSK 成像方面有经验。他们对受试者的临床信息不知情，从图像质量、解剖可见性和诊断信心方面评估了所有数据。此外，一位具有 5 年 MSK MRI 经验的生物医学工程师（CS，阅读器 C）独立评估了图像质量。每个读者进行两次评估，重复阅读之间至少间隔 4 周。读数在分辨率为 5 MP 的 PACS 监视器（Barco，Kortrijk，比利时）上以标准化方式进行。读者可以使用他们喜欢的窗口和级别设置，以及在喜欢的地方使用放大和多平面重建模式。

图像质量变量和特定解剖结构的可见性使用 5 分李克特量表进行分级（1 = 解剖结构无诊断性/完全模糊;2 = 存在干扰相关临床问题的劣质/严重伪影;3 = 质量足够/存在一些可能干扰相关临床问题的伪影;4 = 质量良好/存在不干扰相关临床问题的伪影极少;5 = 质量优秀/不存在伪影）。评估了以下图像特征：整体图像质量、主观信噪比、FS 的均匀性、流体亮度、各种伪影的存在与图像重建过程相关的伪影，不包括锯齿 [即重建伪影]、运动、混叠、化学位移和脉动伪影）、边缘清晰度、对比度分辨率和部分体积效应。能见度评估考虑的解剖结构是内侧半月板 （MM） 和外侧半月板 （LM）、髌股和股胫关节软骨、前交叉韧带 （ACL） 和后交叉韧带 （PCL）、内侧和外侧副韧带、伸肌肌腱、股四头肌和腓肠肌以及骨骼（股骨、胫骨、腓骨、髌骨）。MSK放射科医生（读者A和B）记录了膝关节内部紊乱的存在和位置，包括高级别软骨缺损（即根据外桥分类的3级和4级）、处半月板撕裂、处韧带撕裂、处肌腱或肌肉以及骨损伤。 此外，他们通过额外的 5 分李克特量表（1 = 绝对正常;2 = 可能正常;3 = 模棱两可;4 = 可能异常;5 = 绝对异常）为他们的诊断分配了一个置信水平。在不同位置存在多个软骨缺损的情况下，仅考虑显性高级别病变。如果纤维不连续性超过 50%，则记录韧带和肌腱撕裂。此外，单次或多次/合并发生的骨髓水肿、皮质骨折和软骨下骨折被定义为骨损伤。

完成所有读数后，MSK 放射科医生组织了一份共识读数，其中包含所有可用的 MRI 数据（包括作为参考标准的临床 2D TSE）和患者的临床结果。该共识读数可作为结构异常 MR 评估的参考标准。仅2例行膝关节镜检查的患者，以关节镜报告为参考标准。

标准 2D TSE 协议 （PAT 2）、DL 增强加速 2D TSE 协议（PAT 2 × SMS 2）和加速 3D SRR DL 增强 2D Dixon TSE 协议（PAT 3 × SMS 2）成功应用于所有患者，无需因重大伪影而重复测量。加速的 2D 和 3D DL 增强方案比临床标准 2D TSE 方案快 44%（即 6 分 24 秒对 11 分 23 秒）。

1. 图像质量:

根据所有三位阅片人的评价，标准2D序列与DL增强2D序列的整体图像质量均达良好至优秀水平。仅阅片人B认为标准2D序列图像质量显著优于DL增强2D序列（P < 0.01）。3D SRR Dixon序列的整体图像质量获阅片人A评为良好，阅片人B评为合格，阅片人C评为差至合格。对于阅片人B和C而言，标准2D序列的图像质量显著优于3D SRR Dixon序列（分别为P < 0.001和P < 0.01）。所有阅片人对边缘锐利度的评价趋势与整体图像质量基本一致。各序列的主观信噪比均被普遍认为良好，仅阅片人C认为DL增强2D图像的信噪比显著优于标准2D图像（P < 0.01）。

在对比分辨率、液体亮度及脂肪抑制均匀性方面，所有阅片人对各序列的评分均达良好至优秀。但阅片人A认为Dixon技术的脂肪抑制效果优于标准2D序列采用的脂肪饱和技术（P < 0.05）。关于伪影评估：所有阅片人观察到2D序列中运动伪影极少或不存在。3D SRR Dixon图像未直接评估运动伪影（因采用集成运动估计的超分辨率重建技术，此类伪影被纳入重建伪影范畴）。虽然2D序列几乎未记录到重建伪影或混叠伪影，但所有阅片人均在3D SRR Dixon图像中观察到此类伪影（图4）。这导致标准2D序列与3D SRR Dixon序列在重建图像质量（阅片人A的P < 0.01，阅片人B/C的P < 0.001）和混叠伪影存在情况（所有阅片人P < 0.001）方面存在显著差异。两位阅片人还发现两种2D序列的重建质量存在显著差异（阅片人B的P < 0.001）。所有阅片人一致确认各序列均无带状伪影，化学位移效应极其轻微。据所有阅片人评估，两种2D序列中仅存在轻微搏动伪影和部分容积效应，而3D SRR图像中这些伪影更少。对于阅片人B和C而言，3D SRR Dixon序列在伪影减少方面显著优于标准2D序列（分别为P < 0.001和P < 0.01）。

图4.  一名44岁男性患者左膝出现交锁症状。2D T2加权脂肪抑制序列、2D水相序列及3D超分辨率重建（SRR）水相矢状面图像均显示髌骨和滑车软骨缺损（小黑箭头）。在DL增强2D Dixon TSE（即SRR输入数据）和3D SRR Dixon TSE图像中，由于相位过采样不足可观察到混叠伪影（白箭头）。这些伪影在3D SRR水相图像中尤为明显，但经评估不影响临床诊断价值。DL增强2D TSE序列因采用更高程度的相位过采样，通常未出现混叠伪影。在3D SRR同相位图像中，可见跨越髌腱和股四头肌腱的线状伪影（大黑箭头），该伪影被判定为重建伪影。此外，3D SRR Dixon TSE图像中伸肌肌腱区域呈现模糊外观，导致一位阅片人给出较低诊断信心度。

2.膝关节结构的解剖可见性

3.诊断置信度

总的来说，阅片 A 和 B 对使用 3 种研究方案中的任何一种评估正常和异常膝关节结构同样有信心。然而，对于软骨和肌腱的评估，当使用 3D SRR Dixon 数据而不是标准 2D 协议时，阅 B 记录的明确诊断百分比较低。这仅对肌腱的评估具有重要意义（P < 0.01）。

所有骨损伤和韧带病变（ACL 紊乱）都被所有读者正确识别，并且具有所有方案的最高确定性。仅对于 1 名患者，阅片 A 没有报告 3D SRR Dixon 方案的股骨软骨下骨折。伴有周围骨髓水肿的软骨下骨折的例子如图 5 所示。此外，图6显示了急性膝关节外伤后的2种代表性ACL损伤，其中所有2D FS和3D SRR纯水图像都很好地描绘了ACL纤维的不连续性，而重新格式化的矢状旁和冠状旁3D SRR图像可以改善病变位置和伸展的可视化。

图5. 18岁男性患者滑雪外伤的左膝。在所有 2D T1 加权和 3D SRR 同相冠状视图以及 2D IW FS 和 3D SRR 纯水图像上都可以很好地观察到胫骨外侧平台处伴有周围骨髓水肿的非移位软骨下骨折。尽管使用了不同的脂肪抑制技术，但后者仍显示出相当的对比。

图6，A一名 57 岁女性患者的左膝和 B，一名 41 岁女性患者的左膝（均为滑雪外伤）。患者 A 的 2D 矢状面 T2 加权 FS 和 3D SRR 纯水图像显示远端 ACL 损伤（黑色箭头）。患者 B 的图像显示近端 ACL 撕裂（白色箭头），与矢状面和冠状面标准 2D 和 DL 增强的 2D 图像相比，在重新格式化的矢状旁和冠状旁 3D SRR 纯水图像（底行）上更能直观地显示。2D 和 3D SRR 轴向图像同样很好地描绘了撕裂（白色箭头）。

查看半月板损伤，共识确认的 9 个病变中有 7 个由两位读者使用所有方案记录。随后通过关节镜确认的MM撕裂的示例如图7A所示。在第二次阅读期间，两位阅片者在所有图像中都遗漏了一次小的径向 LM 撕裂，但在第一次阅读期间，使用标准 2D 协议（被阅片 B 评分为可能异常）和 3D SRR Dixon 协议（被阅片 A 和 B 评分为绝对异常）观察到。另一个细微的径向 LM 病变被阅片 A 完全遗漏，而另一个读者则通过所有方案观察到它。除了共识证实的半月板病变外，还记录了 4 例临床疑似 MM 损伤病例，仅在 3D SRR Dixon 图像上可见。在这 4 个病例中的 3 个病例中，只有 1 名阅片发现了病变（一次读者 A，两次读者 B），而在另一种情况下，两个读者都发现了 3D SRR Dixon 协议的异常。2 例可疑 MM 病变，在 3D SRR Dixon MRI 上模棱两可，在 2D 参考图像上无法确认，1 例由半月板荷叶边引起，37 和 1 例 MM 病变在参考 2D 上显得模棱两可，但在 3D SRR Dixon 图像上显示为明确的 3 级撕裂。后一种情况如图7B所示。

图7. A、一名患有慢性膝关节疼痛的50岁女性患者的左膝。B、一名 57 岁女性患者的左膝，最近有滑雪相关膝关节损伤。患者 A 的 2D 冠状和轴向 IW FS 和 3D SRR 纯水图像显示半月板内侧撕裂延伸至半月板根部附近（黑色箭头）。该病变经关节镜证实。对于患者 B，3D SRR 纯水图像显示明确的 3 级内侧半月板撕裂迹象（细白色箭头），而在 2D 矢状面 T2 加权 FS 和 2D 冠状 IW FS 图像（粗白色箭头）上则模棱两可。此外，3D SRR 冠状图像很好地描绘了后内侧半月板根部插入（白色星号）。

尽管软骨评估的置信度评分范围更广（即 56.2%–100%，表 5），但所有读者都通过所有方案确定了 11 个软骨病变中的 8 个。图8显示了所有协议都很好地描述的关节软骨缺损的两个例子。不一致的病例包括 2 个经共识确认的病灶，这些病灶被读者 B 完全遗漏，但读者 A 分别记录在标准 2D 和 DL 增强的 2D 图像上。第三个病变没有被读者 A 记录下来，而读者 B 使用每种方案检测到它。

图8.A，一名 51 岁女性患者的左膝，B，一名 31 岁男性患者的右膝，均出现慢性膝关节疼痛。患者 A 的矢状图像显示股骨外侧髁后部的软骨分层。这在 2D（DL 增强）T2 加权 FS 图像上与 3D SRR 纯水图像上同样明显区分。对于患者 B，在 2D IW FS 和 3D SRR 纯水轴向图像上都可以很好地观察到肩部滑车软骨缺损。

4.读者间和读者内协议

一般来说，使用 3 种方案中的任何一种评估膝关节内部紊乱的读者

间和读者内一致性是相当可观的，几乎完美，κ 值范围在 0.67 和 1.00 之间。

关于软骨的评估，DL 增强 2D 的读者间一致性很大，标准 2D 和 3D SRR Dixon 方案的读者间一致性几乎完美（κ 值分别为 0.79、0.98 和 0.87）。对于所有方案，两个读者对软骨评估的读者内一致性几乎完美（阅片 A 的 κ 值为 0.89–0.94，阅片 B 的 κ 值为 0.90–0.99）。对于半月板的评估，3D SRR Dixon（κ 值为 0.70–0.80）和标准 2D 图像上的 LM（κ 值为 0.80）的读者间一致性是显着的。对于标准 2D 图像上的 MM（κ 值为 0.99）和 DL 增强的 2D 方案（κ 值为 0.87–1.00）来说，它几乎是完美的。两种 2D 方案的读者内半月板评估一致性均较高，但对于 3D SRR Dixon 方案，读者内部一致性仍然相当大，几乎完美（读者 A 的 κ 值为 0.80–0.89，读者 B 的 κ 值为 0.67–0.75）。在评估 ACL 时没有发现读者差异，导致总体 κ 值为 1.00。最后，对于所有方案，读者间对骨损伤的一致性几乎完美 （0.86–1.00），而读者 A 的读者内部一致性（κ 值为 0.73–0.86）总体低于读者 B 的读者内部一致性（κ 值为 0.99–1.00）。

结论

总之，所提出的DL增强的4倍加速2D TSE协议提供了与标准2D协议相似的图像质量和诊断性能。此外，DL 增强的 6 倍加速 2D Dixon TSE MRI 的 3D SRR 可用于多对比 3D 膝关节 MRI，因为它提供与标准 2 倍加速 2D 膝关节 MRI 相当的诊断性能。然而，需要进一步解决重建和混叠伪影，以保证软骨、肌腱和骨骼的可靠可视化。与传统的 2 倍加速常规 2D TSE 膝关节 MRI 相比，2D 和 3D SRR DL 增强方案的检查速度提高了 44%，从而为更高效的临床 2D 和 3D 膝关节 MRI 开辟了新途径。