MR扩散加权成像对腰脊神经的成像价值分析

赵洪波，吴雪高，徐美玲，朱冬青，刘士远

（海军军医大学附属长征医院影像医学与核医学科，上海 200003）

0 引言

腰脊神经走行迂曲复杂，受周围肌肉、骨骼和脂肪等影响，缺乏良好的组织对比，成像困难，常规MRI难以显示腰脊神经的全貌。近年来，将基于扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）的DWIBS序列和DTI序列应用于腰脊神经成像的研究越来越多[1-2]。DWIBS序列是由常规DWI序列结合敏感编码（sensitivityencoding，SENSE）、短T1反转恢复（short T1inversion recovery，STIR）等新技术发展起来的新成像序列，经过三维重建后能以高信号立体显示腰脊神经[3]。DTI序列也是DWI的拓展，经过扩散张量纤维示踪成像（diffusion tensor tractography，DTT）处理后可以直观显示腰脊神经的解剖形态和走行[4]。PROSET序列是基于频率及空间选择性激励技术的一种较新的MRI技术，主要用于腰脊神经、关节软骨和胰腺的成像，有学者[5-6]对其作了大量的分析研究，认为它是一种较理想的腰脊神经显像序列。以上3种序列在腰脊神经的显示上各有优势，但鲜有将其进行对照的研究。本研究旨在通过评价这3种序列对腰脊神经的成像效果，讨论各自的优缺点，探讨其应用于临床的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

随机选择2018年5—11月间在我院就诊的67例腰椎间盘突出症患者，其中男35例、女32例，年龄 19～75岁，平均年龄（50±16）岁。根据 Pfirrmann（Pm）标准对椎间盘进行分级。入选标准：年龄大于18岁，有腰痛病史，PmⅢ、Ⅳ级，无外伤、肿瘤和感染病史。排除标准：幽闭恐惧症，体内金属植入物术后或其他MRI检查禁忌证者。本研究经医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 方法

使用Philips Achieva 3.0T TX双源MRI扫描仪，线圈为16 Channel Torso XL coil。以第五腰椎为定位中心，扫描常规序列（矢状面T1WI、T2WI序列，横断面T2WI序列）和研究序列（横断面DWIBS、DTI序列，冠状面PROSET序列）。研究序列所用参数现分别介绍如下。

横断面DWIBS序列：SS SE-EPI序列，重复时间（repetition time，TR）9 000 ms，反转时间（inversion time，TR）250 ms，回波时间（echo time，TE）69ms，层数 40，层厚 3.0mm，层间距 0，扩散敏感系数（b值）为0和800s/mm2。

横断面DTI序列：SS SE-EPI序列，TR 4 255 ms，TE 50 ms，层数 40，层厚 3.0 mm，层间距 0，b值 800 s/mm2，扩散敏感梯度方向数15。DTT参数：扩散各向异性（fractional anistropy，FA）阈值0.15，最大角度30°，最小纤维束长度10 mm。

冠状面PROSET序列：3D-FFE序列，TR 8.5 ms，TE 4.6 ms，翻转角 8°，层数 50，层厚 1.25 mm，层间距 0，矩阵 216×216。

1.3 图像评价

DWIBS序列进行最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）后处理，DTI序列进行 DTT 后处理，PROSET序列进行多平面重建（multi-plannar reconstruction，MPR）后处理，2位影像专家对重建后的腰脊神经图像情况进行主观评分，根据图像质量由好到差分别评为4分、3分、2分、1分。4分：腰脊神经及神经节显示清晰，边缘锐利，神经与背景组织对比良好；3分：腰脊神经及神经节显示清晰，边缘锐利，神经与背景组织对比欠佳；2分：腰脊神经及神经节显示较清晰，边缘略有模糊，神经与背景组织对比欠佳；1分：腰脊神经及神经节显示不良，难以辨认，神经与背景组织对比差。

1.4 统计学分析

使用SPSS 16.0软件进行统计分析，首先使用Kolmogorov-Smirnov检验对数据行正态检验，正态分布的数据用均数±标准差表示，非正态分布的数据用中位数（Median）表示，计数资料用率表示；采用卡方检验判断3种序列成像质量的主观评分构成比是否相同；主观图像质量评价采用非参数检验多样本比较的Friedman M检验，两两比较采用q（SNK）检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 影像学表现

67例腰椎间盘突出症患者顺利完成常规及研究序列扫描，DWIBS、DTI和PROSET 3种序列均能显示腰脊神经，且对病变的显示基本一致，但它们的成像又各具特点，如图1所示。

图1 腰脊神经MRI图

2.2 图像质量评价

3种研究序列成像质量经2位专家评审，评分构成比结果见表1、图2。

表1 3种序列成像质量的主观评分构成比[n（%）]

图2 3种序列成像质量的主观评分构成比图

DWIBS、DTI、PROSET 3 种序列图像质量评分平均秩次分别为2.25、1.46、2.29。经统计学分析，组间有统计学差异（P＜0.05），DWIBS与 PROSET 之间无统计学差异（P=0.632），DTI与 DWIBS、PROSET 之间均有统计学差异（P＜0.05），DWIBS、PROSET 序列图像评分优于DTI序列。详见表2。

表2 3种序列图像主观评分分

3 讨论

常规MRI中，腰脊神经信号与腰大肌信号接近，以等信号为主，对比分辨力低，难以显示神经根病变。DWIBS序列图像经MIP重建后，腰脊神经呈高信号，神经节呈更高信号，背景组织信号抑制均匀、充分；DTI序列原始数据经“diffusion registration”（扩散注册）功能进行涡流伪影、运动伪影校正及图像配准后，行DTT重建得到以像素为单位的神经的模拟形态和走行[7]；神经、肌肉和血管等组织在PROSET序列上呈较高信号，骨骼为低信号，脂肪组织信号被抑制，椎旁脂肪包裹的腰脊神经根显示清楚，位于肌肉间隙的腰脊神经则难以清晰显示。

DWIBS序列是基于DWI序列发展起来的新序列，融合了以下3种技术：一是平面回波成像（echo planar imaging，EPI）。运用单次激发 EPI，极快的采集速度基本“冻结”了生理运动，避免了呼吸和不自主运动伪影的产生。但EPI序列对磁场不均匀很敏感，易产生化学位移伪影。二是STIR技术。用于抑制脂肪组织的信号，突显被脂肪包裹的神经信号。抑制图像背景的同时令图像信噪比略有下降。三是SENSE技术[8]。利用较高的局部梯度磁场，使用多通道线圈并行采集数据，增加了K空间内采集位置的距离，减少了K空间采样密度，加快了成像速度，同时还能减小EPI的加速因子，减小图像变形。有研究发现，前后单一方向施加扩散敏感梯度比常规3～6个方向成像效果更好、成像速度更快[9]。DWIBS序列在腰脊神经成像中的显著优势是优异的神经-周围组织对比和对腰脊神经的三维显示。在Philips-EWS工作站对原始图像进行MIP重建后，去除背景中的高信号干扰影，腰脊神经和神经节呈高信号突出显示。以往，DWIBS序列对周围神经成像的研究多用1.5T MRI扫描仪[10]，本研究应用的是3.0T MRI扫描仪扫描，可在更短时间内提供更高信噪比和更高空间分辨力的成像。主观评价中DWIBS序列得分略低于PROSET序列，主要原因是为了提高时间分辨力及减小图像变形，降低了采集矩阵，从而损失了空间分辨力，使得腰脊神经和神经节边缘显示不够锐利。

DTI序列也是DWI序列的拓展，它是目前唯一能在活体显示神经纤维束走行方向、排列及髓鞘化的非侵入性检查方法[2]。施加6个或以上的扩散敏感梯度方向以探测水分子的扩散方向和强度，方向数的增加可提高探测的准确度，同时也会增加扫描时间，本研究选用15个扩散敏感梯度方向。DTI序列原始图像经DTT处理后得到纤维束示踪图，能直观显示纤维束的走行，生成的彩色张量图通过红、蓝、绿3种颜色来反映纤维束走行方向的信息。腰脊神经纤维交叉少，重建时受数学模型误差的影响远小于颅脑DTT，本研究中将DTT图像与PROSET图像融合[如图1（d）所示]，两者对腰脊神经纤维束走行显示的一致性也证实了此判断。DTT基于像素的连续性模拟重建导致其对神经节的显示不佳。在对图像的主观评价中，DTI序列得分最低[（2.30±0.817）分]，且与另外两序列均有统计学差异（P＜0.05），这与其对神经节的显示不佳有关。DTI序列的更大优势是通过对扩散参数的测量，进而对组织内在结构变化作出定量评估[11]，其形态学显像只是对其原始图像进行处理后得到的一种新的腰脊神经成像方法。

PROSET序列是在3D-FFE序列中运用空间和频率选择性激励脉冲，选择性地激励水或脂肪中的氢质子，从而得到水或脂肪像。其基本原理是：氢质子所处化学环境不同，受周围电子云的干扰不同，其化学位移也不相同，从而成像。它可以清晰显示神经根鞘的外形、硬膜囊及腰脊神经节内段的形态结构，该序列对磁场均匀度敏感，易产生条纹状磁敏感伪影，会对受压腰脊神经根的定位诊断产生一定影响。PROSET序列可以薄层扫描（层厚1.25 mm），高分辨力成像（矩阵216×216），经过MPR可以多角度观察腰脊神经的形态及病变情况，是目前应用较为成熟的腰脊神经成像序列[12-13]。本研究中该序列主观评价得分明显优于DTI序列，与DWIBS序列对腰脊神经的显示无统计学差异。

DWIBS和PROSET序列均能对腰脊神经进行很好的显示（P=0.632），但从扫描时间上看，优化后的DWIBS序列仅用3 min 18 s就能显示腰1至骶1脊神经全貌，而PROSET序列扫描时间为4 min 57 s，优化后的DTI序列扫描时间为11min[14]。DWIBS序列在成像质量和成像速度的综合评价上更优。PROSET序列有较高的组织分辨力，对腰脊神经周围组织结构的显示更清楚，可作为DWIBS序列的有益补充。DTI序列不失为一种创新的腰脊神经成像方法，它的最大优势是对组织内在结构的定量评估，在对神经功能评价方面更有价值[15]。

本研究的不足之处在于，缺少客观指标对图像质量进行评价。下一步研究可将术中所得腰脊神经的直径、长度等解剖数据与影像数据进行对照，以评价不同成像序列对神经解剖结构显示的可靠性。

综上所述，基于扩散加权成像技术的MRI对腰脊神经的显示有其独特优势，DWIBS和PROSET序列在对腰脊神经的形态学显像上更具优势，DWIBS序列在对腰脊神经全貌的显示上占优，DTI序列对腰脊神经内部结构的定量评估独具价值。3种序列有效弥补了常规MRI序列在腰脊神经成像中的不足，为临床工作提供了有效的影像学依据。