兩種不同磁共振線圈對肘部正常尺神經(jīng)擴散張量成像的影響

王林， 徐俊峰， 龔沈初， 姜洪標(biāo)， 陳海濤， 何書

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·影像技術(shù)學(xué)·

兩種不同磁共振線圈對肘部正常尺神經(jīng)擴散張量成像的影響

王林， 徐俊峰， 龔沈初， 姜洪標(biāo)， 陳海濤， 何書

目的：探討使用膝關(guān)節(jié)專用線圈(Ex)和表面陣列線圈(Fl)對肘部正常尺神經(jīng)擴散張量(DTI)成像的影響。方法：分別使用Ex線圈和Fl線圈采集31名志愿者肘部尺神經(jīng)圖像并建立擴散示蹤圖(DTT)。比較兩種線圈成像時，尺神經(jīng)各向異性分?jǐn)?shù)(FA值)、表觀擴散系數(shù)(ADC值)、神經(jīng)纖維束長度和DTI圖像質(zhì)量的差異。結(jié)果：共分析了50例尺神經(jīng)。使用Ex線圈和Fl線圈時，肘部尺神經(jīng)的FA值、ADC值均無明顯統(tǒng)計學(xué)差異(P值分別為0.482、0.263)，且兩者尺神經(jīng)DTT評分相當(dāng)(P值分別為0.615、0.704)，而Ex線圈采集的DTI圖像質(zhì)量優(yōu)于Fl線圈(P=0.004)，DTT尺神經(jīng)纖維束較長(P=0.000)。結(jié)論：使用Ex線圈和Fl線圈對肘部尺神經(jīng)DTI成像時均能獲得穩(wěn)定可靠的擴散測量參數(shù)，但Ex線圈得到的圖像質(zhì)量更高。

磁共振成像； 尺神經(jīng)； 肘

磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一項以擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)為基礎(chǔ)的MR功能成像技術(shù)，最初用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)以顯示腦白質(zhì)纖維束，近年來，該技術(shù)亦逐步應(yīng)用于周圍神經(jīng)成像和疾病診斷[1-4]。DTI可通過測量各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)、表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)等擴散參數(shù)對神經(jīng)作定量分析，還可通過建立擴散示蹤圖(diffusion tensor tractography,DTT)以直觀顯示神經(jīng)的三維立體影像[5]。相對于表面陣列線圈而言，專用的關(guān)節(jié)線圈有助于提高常規(guī)MR周圍神經(jīng)成像的圖像質(zhì)量，但受制于其固有的形狀、體積，可能無法適用于關(guān)節(jié)活動受限的患者。不同類型的線圈對于周圍神經(jīng)擴散張量成像是否存在影響目前尚不明了。本研究分別使用西門子表面陣列線圈和膝關(guān)節(jié)專用線圈對健康志愿者肘部尺神經(jīng)行DTI成像，并進行分析比較，現(xiàn)報道如下。

材料與方法

1.研究對象

經(jīng)南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院科學(xué)研究倫理委員會批準(zhǔn)，將31例21 ～42歲(平均24.7歲)的健康志愿者納入研究(其中男12例，女19例)，所有志愿者均簽署知情同意書。既往有肘關(guān)節(jié)骨折史或可能累及肘部的慢性疾病史、近期有肘部疼痛、腫脹、感覺或運動異常，體格檢查發(fā)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)功能異常者均被排除在外。通過篩選，共60個肘關(guān)節(jié)接受MR檢查，其中男性肘關(guān)節(jié)22個，女性肘關(guān)節(jié)38個；左右肘各30個。

2.MR掃描

使用西門子3.0T Verio MR采集圖像，成像線圈分別為4通道表面陣列線圈(Flex Small，F(xiàn)l，Siemens，德國)和單通道膝關(guān)節(jié)線圈(TxRx CP Extremity,Ex,Siemens,德國)。受試者均為仰臥位。Fl線圈成像時，受檢側(cè)肘關(guān)節(jié)呈旋后位，置于身體一側(cè)，盡量將關(guān)節(jié)緊貼線圈，并使肘關(guān)節(jié)中心位于線圈中央，周圍予沙袋固定。Ex線圈成像時，受檢側(cè)上肢舉過頭頂，肘部伸直呈旋前位，將肘關(guān)節(jié)置于線圈中央，予沙袋固定。同一肘關(guān)節(jié)使用不同線圈成像的兩次間隔時間小于2h，且成像參數(shù)保持一致。采集序列及參數(shù)如下：軸面脂肪抑制TSE T2WI序列，TR 5000 ms，TE 68 ms，層厚3 mm，層間距0 mm，視野180 mm×180 mm；軸面雙回波穩(wěn)態(tài)進動 (dual-echo steady state, DESS)序列，TR 14.16 ms，TE 5 ms，層厚0.6 mm，層間距0.12 mm，視野180 mm×160 mm；單次激發(fā)多平面回波DTI序列，TR 9400 ms，TE 75 ms，b=0/1000 s/mm2，擴散梯度方向數(shù)20，層厚3 mm，層間距0 mm，視野180 mm×64 mm，Average 3。Fl線圈成像時不使用并行采集技術(shù)。

3.數(shù)據(jù)測量

由兩名具有10年肌骨系統(tǒng)影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)師(觀察者A、B)在Syngo MR后處理工作站中對圖像進行測量分析，兩名醫(yī)師對使用何種線圈采集MR圖像均不知情。擴散參數(shù)、DTI圖像質(zhì)量和尺神經(jīng)纖維束長度測量由觀察者A完成，對DTT重組尺神經(jīng)圖像的主觀評分由觀察者A、B分別獨立完成。對于MR圖像質(zhì)量無法滿足評估需要的肘關(guān)節(jié)經(jīng)兩名觀察者協(xié)商一致后予以剔除。

擴散參數(shù):按Philipp等[6]的方法，以DESS圖像為參照，將DTI圖像與T2WI圖像融合(圖1)，以肱骨內(nèi)上髁尺神經(jīng)溝中點作為肘管的中心層面，分別在近端、遠(yuǎn)端距該中心層面1.2 cm和肘管的中心3個層面上，沿尺神經(jīng)內(nèi)側(cè)緣手工勾勒感興趣區(qū)(region of interest,ROI)，測量其FA值、ADC值以及尺神經(jīng)和肱肌的信號強度(signal intensity,SI)。

DTI圖像質(zhì)量:在3個測量層面FOV內(nèi)四周空氣區(qū)域設(shè)置同樣大小的ROI并測量其信號強度的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation,SD)，取其均值作為該層面背景信號的標(biāo)準(zhǔn)差(SD背景)，按以下公式計算該層面的對比噪聲比(contrast to noise ratio,CNR)：CNR=|SI尺神經(jīng)-SI肱肌|/SD背景。取3個測量層面FA值、ADC值和CNR各自的均值作為最終測量結(jié)果進行統(tǒng)計學(xué)分析。

DTT：使用相同的后處理參數(shù)建立尺神經(jīng)擴散示蹤圖，其后處理參數(shù)如下：每體素長度采樣數(shù)2，步長0.63 mm，F(xiàn)A閾值0.200，偏轉(zhuǎn)角閾值30.00°。記錄神經(jīng)纖維束的長度，并按以下標(biāo)準(zhǔn)對尺神經(jīng)進行主觀評分[2]：0分，無法追蹤，無可辨認(rèn)的纖維束；1分，DTT質(zhì)量很差，僅顯示一些較粗的纖維束；2分，DTT質(zhì)量差，多數(shù)神經(jīng)無法反映其解剖特征；3分，圖像質(zhì)量中等，能反映解剖特征，但神經(jīng)纖維稀疏或異常走行纖維較多；4分，圖像質(zhì)量較好，能完美反映解剖特征，但神經(jīng)顯示密度略不滿意或有少量異常走行纖維；5分，圖像質(zhì)量極佳，圖像能完美反映解剖特征，無異常走行的神經(jīng)纖維(圖2)。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理。使用配對t檢驗比較兩種線圈成像時尺神經(jīng)FA值、ADC值、纖維束長度及DTI圖像CNR的差異，如在使用某一種線圈時無法測量上述任一參數(shù)，則將該肘關(guān)節(jié)兩種線圈的測量結(jié)果全部剔除。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient,ICC)比較使用同一線圈時不同觀察者間主觀評分的一致性，ICC>0.80為一致性良好，0.61～0.80為中等，0.60～0.41為一般，ICC<0.40為一致性較差[7]。使用秩和檢驗比較不同線圈成像時兩名觀察者對DTT圖像主觀評分的差異性。P≤0.05認(rèn)為有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

使用Fl線圈和Ex線圈成像時，分別有5例、3例DTI圖像因幾何變形明顯而無法測量FA值、ADC值和CNR；使用兩種線圈成像時，各有1例因運動偽影嚴(yán)重致DTT圖像重組失敗，不能測量尺神經(jīng)長度，均予剔除。最終對共50例尺神經(jīng)圖像進行了測量分析。尺神經(jīng)各參數(shù)的測量結(jié)果見表1。使用不同線圈成像時，尺神經(jīng)FA值、ADC值未見明顯差異(P值分別為0.482、0.263)，而DTI圖像CNR間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.004)，結(jié)合均數(shù)比較，使用Ex線圈所得圖像的CNR高于Fl線圈。使用Fl線圈和Ex線圈成像時，不同觀察者間主觀評分的一致性良好(ICC分別為0.914、0.904)；且尺神經(jīng)DTT圖像的主觀評分間無明顯差異(P值分別為0.615、0.740)，而不同線圈下追蹤測得的神經(jīng)纖維束長度則存在統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.000)，結(jié)合均數(shù)比較，使用Ex線圈追蹤得到的神經(jīng)纖維束長度長于Fl線圈。

表1 不同線圈成像時尺神經(jīng)DTI測量結(jié)果

討 論

DTI技術(shù)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，其可通過測量FA值、ADC值等擴散參數(shù)，對病變進行診斷和定量分析，近來該技術(shù)越來越多的應(yīng)用于周圍神經(jīng)病變(如腕管綜合征等)的顯示和診斷[1-4]?？赡苡绊慏TI定量測量的因素眾多，不少學(xué)者已就b值和擴散梯度方向數(shù)對DTI成像的影響進行了研究[2、8-9]。在成像參數(shù)相同的前提下，不同成像線圈對圖像質(zhì)量、周圍神經(jīng)擴散參數(shù)定量測量、DTT重組等是否存在影響目前尚不明確。本研究就同一MR機型使用不同成像線圈對周圍神經(jīng)DTI成像的影響進行了比較分析。

圖1 Fl線圈、Ex線圈采集同一志愿者的肘部尺神經(jīng)DTI圖像。白圈所示為尺神經(jīng)。使用Ex線圈所得圖像信號更均勻，對背景噪聲抑制更好。a) Fl線圈采集的FA圖； b) 融合圖像； c) Ex線圈采集的FA圖; d) 融合圖像。圖2 同一志愿者肘部尺神經(jīng)DTT圖像，白箭所示為尺神經(jīng)。a) 使用Fl線圈采集，尺神經(jīng)纖維束密度略稀疏，局部可見少量走行異常的纖維束(箭)，評分為4分； b) 使用Ex線圈采集，尺神經(jīng)光滑連續(xù)，無明顯異常走行的神經(jīng)纖維，評分為5分。

多通道陣列線圈可使用并行采集技術(shù)以縮短成像時間，其圖像以空間信號噪聲比變化較大為特征，噪聲水平在很大程度上取決于所使用的接收線圈的敏感性，且隨并行采集加速因子增大而增大[10]。因此，本研究中Fl線圈成像時，不使用并行采集技術(shù)以獲得最佳的圖像質(zhì)量，同時使得CNR的比較更加真實可靠。本研究結(jié)果顯示，使用關(guān)節(jié)專用線圈的DTI圖像質(zhì)量優(yōu)于表面陣列線圈，兩者CNR差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.004)。這一結(jié)果與兩種線圈的物理特性和成像原理有關(guān)，Ex線圈采用了信號“自發(fā)自收”的技術(shù)，相對于專職接收信號的Fl線圈而言，其得到的信號強度更高，且對背景噪聲的抑制效果更好，從而更容易獲得較理想的圖像質(zhì)量。但關(guān)節(jié)線圈多依據(jù)關(guān)節(jié)形態(tài)制作，線圈形狀固定，可能無法適用于關(guān)節(jié)活動受限的患者，而Fl線圈受檢者體驗更為舒適且所得圖像更易與正常解剖位置保持一致。

FA值和ADC值均為常用的DTI定量測量參數(shù)，ADC值反映了組織內(nèi)水分子擴散的幅度和范圍[5]，F(xiàn)A值更進一步反映了組織各向異性的差異，其不隨坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)方向變化而改變，相對于ADC值而言更加穩(wěn)定可靠[9]。金征宇等[11]使用不同MR對水模進行成像比較，表明不同廠家、不同場強、不同梯度切換率等硬件指標(biāo)對ADC值沒有影響，從而認(rèn)為ADC值是反映組織性質(zhì)的客觀指標(biāo)。高佳音等[12]利用不同MR設(shè)備對正常人腹部臟器ADC值測量的結(jié)果卻顯示，不同廠家、不同場強MR測得肝、脾實質(zhì)的ADC值間存在統(tǒng)計學(xué)差異。本研究結(jié)果顯示，不同成像線圈對肘部尺神經(jīng)FA值和ADC值的測量并無影響(P值分別為0.482、0.263)。相對于腹部臟器而言，周圍神經(jīng)受呼吸運動等干擾因素的影響較小，有利于兩次成像結(jié)果的定量比較。對于因關(guān)節(jié)活動受限而無法使用關(guān)節(jié)專用線圈的患者，也可使用Fl線圈對周圍神經(jīng)擴散參數(shù)進行定量測量。

DTT為一種基于擴散張量數(shù)據(jù)，可直觀顯示神經(jīng)纖維束形態(tài)、走行的成像方法，亦可對神經(jīng)纖維束長度等進行定量測量[13]。不同b值和擴散梯度方向數(shù)量均可影響DTT的重組[2，5，8，9]。與DWI類似，DTI成像時選擇的b越高，圖像幾何變形越明顯，越不利于生成DTT。Ohanaa等[2]認(rèn)為受試者神經(jīng)的解剖結(jié)構(gòu)也可影響DTT的難易程度，如神經(jīng)過細(xì)或走行迂曲，則易致DTT生成困難。同時，檢查過程中患者肘部位置改變也可能導(dǎo)致DTT重組失敗。本研究使用兩種不同線圈均可生成尺神經(jīng)DTT，盡管Ex線圈追蹤得到的神經(jīng)纖維束長度長于Fl線圈(P=0.000)，但兩者主觀評分間無明顯差異(兩名觀察者主觀評分P值分別為0.615、0.740)。

綜上所述，使用不同的磁共振線圈對肘部尺神經(jīng)DTI成像存在部分影響。推薦使用關(guān)節(jié)專用線圈以獲得更好的圖像質(zhì)量，但對于無法使用關(guān)節(jié)線圈的患者，使用表面陣列線圈也能獲得穩(wěn)定的肘部尺神經(jīng)FA值和ADC值。

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Effects of two different magnetic resonance coils on the diffusion tensor imaging of normal ulnar nerve in the elbow

WANG Lin,XU Jun-feng,GONG Shen-chu,et al.

Department of Radiology,the Second Affiliated Hospital of Nantong University,Nantong 226001,China

Objective:To investigate the effects of the dedicated knee coil (Ex) and the phased-array surface coil (Fl) on the diffusion tensor imaging (DTI) of normal ulnar nerve in the elbow.Methods:Two different coils (Ex and Fl) were used to acquire ulnar nerve images in the elbows among 31 healthy volunteers,and the diffusion tensor tractography (DTT) was established.The differences of fractional anisotropy (FA),apparent diffusion coefficient (ADC),length of the ulnar nerve fibers and DTI image quality were evaluated when different coils were applied.Results:Fifty ulnar nerves were analyzed.With Ex coils and FI coils,none of the FAs,ADCs or DTT scores of the ulnar nerve showed any significant differences (P=0.482,0.263,0.615 and 0.704).When using the Ex coil,the image quality of DTI was superior to ones using Fl coil (P=0.004),and the ulnar nerve fibers were longer on DTI (P=0.000).Conclusion:Both Ex and Fl coils can provide stable diffusion parameters of ulnar nerve in the elbow,while the image quality of Ex is superior to that of Fl.

Magnetic resonance imaging; Ulnar nerve; Elbow

226001 江蘇，南通市南通大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科

王林(1982-)，男，江蘇南通人，碩士，講師，主治醫(yī)師，主要從事肌骨系統(tǒng)影像診斷工作。

龔沈初，E-mail：gongshenchu@msn.com

R445.2; R322.85; R323.71

A

1000-0313(2016)10-0996-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.10.021

2015-12-15

2016-03-18)