3D MEDIC和3D SPACE 磁共振神經(jīng)成像在腰骶叢神經(jīng)根的一致性對比研究

孫 崢 孔 超 魯世保 陳 海 笪宇威 張 苗 盧 潔 *

(1. 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科, 北京 100053； 2. 磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100053； 3. 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院骨科, 北京 100053； 4. 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科, 北京 100053)

磁共振神經(jīng)成像技術(shù)(magnetic resonance neurography，MRN) 可直接、有效地顯示腰骶叢神經(jīng)的走行和形態(tài)，突破了傳統(tǒng)影像學(xué)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。相比電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography,CT)對骨折和血腫的顯示，MRN對神經(jīng)與周圍軟組織的分辨力更高[2]；相比超聲對神經(jīng)根的成像，MRN可清楚顯示深部周圍神經(jīng)[3-4]；MRN具備多平面成像能力，無輻射，無創(chuàng)傷，因此應(yīng)用愈加廣泛。評估腰骶叢神經(jīng)根最常用的兩個(gè)序列分別是三維多回波數(shù)據(jù)聯(lián)合成像 (three dimensional multi-echo data imagine combination with selective water excitation, 3D MEDIC WE)和三維快速自旋回波成像 (three-dimensional sampling perfection with application optimized contrasts by using different flip angle evolution, 3D SPACE STIR) 序列。既往已有多項(xiàng)研究[5-9]結(jié)果顯示，兩序列均可應(yīng)用于腰骶神經(jīng)叢的顯示和診斷效能比較，但結(jié)合臨床，兩序列針對不同腰骶神經(jīng)根走行和形態(tài)仍缺乏系統(tǒng)性評估其準(zhǔn)確性和可重復(fù)性的研究。本文試對3組不同神經(jīng)根形態(tài)和走行的患者層層對應(yīng)分析兩序列的一致性，結(jié)合臨床給出精準(zhǔn)醫(yī)療的個(gè)性化掃描方案。

1 對象與方法

1.1 研究對象

收集2017年9月至2019年12月首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科磁共振室接診的腰骶部受檢的55例患者，其中男性35例，女性20例；年齡25～82歲，平均年齡(59.2±8.3)歲。分為3組，單純性腰椎間盤突出癥(lumbar disc herniation, LDH)組，為20例骨科患者;慢性炎性脫髓鞘性多發(fā)性神經(jīng)根神經(jīng)病癥(chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy, CIDP)組，為15例神經(jīng)內(nèi)科患者；正常對照組為主訴為腰痛，經(jīng)排查腰椎無異常表現(xiàn)的20例正常患者。入院后均由骨科、神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師按癥狀與查體定位責(zé)任節(jié)段并記錄。納入及排除標(biāo)準(zhǔn)如下： 骨科患者納入標(biāo)準(zhǔn)：①入院診斷為腰椎間盤突出癥及腰椎管狹窄癥；②慢性下腰痛及下肢放射痛(單側(cè)或雙側(cè))病史超過3個(gè)月。神經(jīng)內(nèi)科患者納入標(biāo)準(zhǔn)：符合經(jīng)典型CIDP診斷標(biāo)準(zhǔn)[10]并除外CIDP表型變異[10-11]；全部排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往有脊柱手術(shù)歷史；②腹部存在金屬內(nèi)置物；③有急性或慢性腎病病史；④脊柱腫瘤(原發(fā)或轉(zhuǎn)移)患者；⑤幽閉恐懼癥患者；⑥其他原因不能耐受磁共振檢查的患者。所有患者均在檢查前由醫(yī)師告知相關(guān)事宜并簽署知情同意書。

1.2 磁共振數(shù)據(jù)采集

使用德國西門子Trio Tim 3.0T MR成像儀，應(yīng)用體部線圈行腰骶部檢查?；颊呷⊙雠P位，先行常規(guī)腰椎掃描，掃描范圍從胸12椎體上緣至盆腔下緣，常規(guī)序列及參數(shù)如下：①矢狀位T1WI：FOV 310 mm×310 mm，TR/TE 550 ms/9.6 ms，矩陣320 mm×320 mm，層厚4.0 mm，層間距10%，層數(shù)11，NEX=2；②矢狀位T2WI: FOV 310 mm×310 mm，TR/TE 2 700/97 ms，矩陣320×320，層厚4.0 mm，層間距10%mm，層數(shù)11，NEX=2；③軸位T2WI: FOV 210 mm×210 mm，TR/TE 3 400 ms/102 ms，矩陣320×320，層厚4.0 mm，層間距3.6 mm，層數(shù)15，NEX=2；④3D MEDIC WE序列：FOV 320 mm×320 mm，TR/TE 30/12 ms，矩陣320×320，層厚1.0mm，層間距0，NEX=1，翻轉(zhuǎn)角15°；⑤隨后注射造影劑釓噴酸葡胺對比劑(GD-DTPA，0.2 mL/kg)行增強(qiáng)T2 SPACE STIR序列掃描，重點(diǎn)顯示腰骶神經(jīng)叢。具體參數(shù)為：FOV 320 mm×320 mm，TR/TE 3 800 ms/264 ms，TI 160 ms，矩陣320×320，層厚1.0 mm，NEX=1.5。

1.3 圖像后處理

1)將3D MEDIC WE和3D SPACE STIR原始圖像分別進(jìn)行10mm厚度最大信號投影(maximum intensity projection，MIP)重建和曲面重建，顯示腰骶叢神經(jīng)及其分支，由兩位神經(jīng)放射醫(yī)師采用4等級評分標(biāo)準(zhǔn)評估兩個(gè)序列對腰骶叢神經(jīng)解剖的顯示程度和完整性：0分，圖像無法觀察；1 分，能觀察到部分神經(jīng)，受周圍組織干擾大；2分，中等程度顯示神經(jīng)解剖，周圍組織干擾小，不影響觀察；3分，充分而清楚、完整地顯示神經(jīng)根與周圍組織關(guān)系。

2)采用西門子后處理工作站，在3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列原始圖像上分別量取L1至S1神經(jīng)根節(jié)前、節(jié)后神經(jīng)信噪比(signal to noise ratio，SNR)，對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)和對比度(contrast ratio，CR)，多次測量取平均值記錄并評價(jià)。

計(jì)算公式為：SNR=SI/SD; CNR=(SIA-SIB)/SD; CR=SIA/SIB。 其中A、B代表不同組織。SI 為相應(yīng)組織信號強(qiáng)度，SD為同層背景噪聲信號強(qiáng)度。

3)分別在3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列上測量L1至S1神經(jīng)根直徑。以L4-L5為例，在腰骶叢神經(jīng)根冠狀位MIP圖像上，找到L4-L5椎間盤中心，做平行于椎體上下緣的水平線，雙向延長至與雙側(cè)L4神經(jīng)內(nèi)側(cè)緣相交，以相交點(diǎn)為起點(diǎn)，做垂直于神經(jīng)走行方向的直線至所測量神經(jīng)外側(cè)緣為終點(diǎn)，起點(diǎn)至終點(diǎn)所做直線長度即為所測量L4神經(jīng)的直徑，隨后依次測量L1至S1全部神經(jīng)根直徑[12]。每例測得數(shù)據(jù)10個(gè)，多次測量并取平均值記錄。由兩位神經(jīng)放射醫(yī)師在10 mm MIP圖(或相應(yīng)負(fù)片圖像)上獨(dú)立定量評估3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列顯示神經(jīng)根直徑的一致性。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 腰骶叢神經(jīng)根顯示評價(jià)情況

① 正常對照組3D MEDIC WE序列總分(2.8±0.6)分，排除2例(10%)1分圖像，原因?yàn)榛颊唧w型較大，噪聲明顯，超吸收率(specific absorption rate, SAR)而不能得到優(yōu)質(zhì)圖像；3D SPACE STIR序列總分(2.9±0.6)分，排除1例(5%)1分圖像，原因?yàn)榛颊吣c道液性內(nèi)容物較多，且患者為女性，盆腔內(nèi)見積液，導(dǎo)致神經(jīng)根顯示受干擾。相匹配的17例正常對照納入定量分析。②CIDP組，3D MEDIC WE序列總分3分，患者神經(jīng)根形態(tài)呈彌漫性對稱性增粗，T2W信號顯著升高，全部15例獲得優(yōu)質(zhì)圖像；3D SPACE STIR序列總分(2.6±0.8)分，排除3例(20%)因腰大肌同時(shí)呈彌漫性炎性滲出，造成圖像顯示不清的患者。最終納入12例進(jìn)行定量分析。③LDH組，3D MEDIC WE序列總分(2.5±0.8)分，其中3例(15%)得到2分，排除2例(10%)1分圖像；3D SPACE STIR序列總分(2.4±0.5)分，其中2例(10%)2分圖像，排除4例(20%)1分圖像，其原因?yàn)楦共磕c道內(nèi)容物干擾，神經(jīng)根顯示不清。最終納入14例進(jìn)行定量分析(圖1)。

圖1 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列圖像質(zhì)量評分Fig.1 3D MEDIC WE and 3D SPACE STIR sequence image qualityA: 3D MEDIC WE sequence was used to evaluate the image quality of the three groups. Normal control group (0 score: 0； 1 score: 2； 2 score: 0； 3 score: 18); CIDP group (0,1,2 score: 0； 3 score: 15); LDH group (0 score: 0； 1 score: 2； 2 score: 3； 3 score 15); B: 3D SPACE STIR sequence was used to evaluate the image quality of the same three groups: normal control group (0 score: 0； 1 score: 1； 2 score: 0； 3 score: 19); CIDP group (0 score: 0； 1 score: 3； 2 score: 0； 3 score: 12); LDH group (0 score: 0； 1 score: 4； 2 score: 2； 3 score: 14). 3D MEDIC WE: three dimensional multi-echo data imagine combination with selective water excitation; 3D SPACE STIR: three-dimensional sampling perfection with application optimized contrasts by using different flip angle evolution; LDH: lumbar disc herniation; CIDP: chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy.

2.2 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列神經(jīng)根SNR、CNR和CR比較

① 3D SPACE STIR序列SNR在節(jié)前、節(jié)后神經(jīng)根均高于3D MEDIC WE序列(62.22±11.57vs12.61±4.35)和(43.34±6.70vs11.78±8.2)，(P<0.05)。②3D SPACE STIR序列CNR在神經(jīng)根/周圍肌肉組織成分比較中，高于3D MEDIC WE序列，(37.24±10.65vs6.45±2.61)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；③ 3D SPACE STIR序列的CR在神經(jīng)根/周圍肌肉組織成分比較中高于3D MEDIC WE序列(5.21±1.33vs2.24±0.45)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),詳見表1；④3組患者兩兩比較，CIDP組3D SPACE STIR序列信噪比最高(74.31±13.20)，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；3D MEDIC WE序列SNR、CNR、CR比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1 兩種檢查序列的SNR、CNR和CR結(jié)果及比較Tab.1 Comparison of SNR, CNR and CR results

2.3 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列在神經(jīng)根直徑測量上的一致性

結(jié)果顯示，正常對照組、CIDP組和LDH組兩序列均顯示出較高的相關(guān)性，其r值分別為0.95、0.99和0.97(P<0.001)(圖2)。Bland-Altman進(jìn)一步評估兩序列定量測量時(shí)的偏倚，正常對照組[4.11±0.68vs4.86±0.92; bias=(-0.03±0.43) mm，P=0.72]; CIDP組[6.76±1.18vs6.59±1.23; bias=(0.01±0.22) mm,P=0.75]；LDH組[4.27±0.74vs4.02±1.18; bias=(0.04±0.23) mm,P=0.33]; 3組結(jié)果均表明兩序列偏差無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖3)。

圖2 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR 序列神經(jīng)根顯示情況Fig.2 Display of nerve roots in 3D MEDIC WE and 3D SPACE STIR sequences3D MEDIC WE and 3D SPACE STIR sequences in the nerve roots of normal control group, LDH group and CIDP group.A-C: The normal lumbosacral plexus 3D SPACE, 3D MEDIC and 3D SPACE VRT reconstruction images; D: The LDH patient 3D SPACE image, red dotted frame means magnification show the ganglion details, E: The 3D MEDIC image, the green dotted line frame magnifies and clearly shows the ganglion details (white arrow); F-J: The CIDP patient 3D SPACE sequence images, negatives image and VRT reconstruction image, the patient’s nerve root showed diffuse thickening; 3D MEDIC WE: three dimensional multi-echo data imagine combination with selective water excitation; 3D SPACE STIR: three-dimensional sampling perfection with application optimized contrasts by using different flip angle evolution; LDH: lumbar disc herniation; CIDP: chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy.

圖3 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR測量神經(jīng)根直徑一致性 Fig.3 Consistency analysis of nerve root diameter measured by 3D MEDIC WE and 3D SPACE STIR sequencesThere was a high correlation between the two sequences in nerve root measurement (normal group: r=0.95; CIDP group: r=0.99; LDH group: r=0.97; P<0.001) (A, B, C). While D,E,F showed two series of measurement bias. 3D MEDIC WE: three dimensional multi-echo data imagine combination with selective water excitation; 3D SPACE STIR: three-dimensional sampling perfection with application optimized contrasts by using different flip angle evolution; LDH: lumbar disc herniation; CIDP: chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy.

3 討論

本研究系統(tǒng)性比較3組數(shù)據(jù)、兩種腰骶叢神經(jīng)成像方法的一致性。結(jié)果顯示3D MEDIC WE和3D SPACE STIR均可在正常神經(jīng)根(正常組)，病變所致的彌漫性形態(tài)增粗神經(jīng)根(CIDP組)以及間盤突出受擠壓變形的神經(jīng)根(LDH組)的情形下，保持高度的一致性和準(zhǔn)確性。因此，臨床實(shí)踐過程可視患者個(gè)體差異做出恰當(dāng)選擇，即兩序列顯示病變側(cè)重點(diǎn)不同，但一定程度上可相互替代或互補(bǔ)。

本文顯示兩序列對正常人腰骶叢神經(jīng)根的顯示定量統(tǒng)計(jì)中差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，SPACE序列的SNR及CNR占優(yōu)，且結(jié)果保持穩(wěn)定。而對神經(jīng)根直徑的測量，也顯示出同樣的偏倚結(jié)果[bias=(-0.03±0.43) mm，P=0.72]。臨床中針對正常人的篩查研究主要側(cè)重于觀察神經(jīng)根走行與形態(tài)，因此對圖像的定性評價(jià)價(jià)值更高。影像解剖顯示第四腰神經(jīng)前支余部與第五腰神經(jīng)前支合成腰骶干，向下經(jīng)骨盆上口加入骶叢。骶叢由腰骶干、全部骶神經(jīng)和尾神經(jīng)的前支組成，位于骶骨及梨狀肌的前面[13]。恰因腰骶叢神經(jīng)走行復(fù)雜，臨床中才考慮加掃M(jìn)R 3D序列，可多角度多平面重組，進(jìn)而得到明確診斷。本文中僅3例正常人未能完成檢查，其中2例由于體型較大，磁場射頻穿透力有限，3D MEDIC WE噪聲顯著，1例由于盆腔積液的水信號干擾，造成3D SPACE STIR序列圖像質(zhì)量下降。因此，臨床實(shí)際操作中首要考慮的因素應(yīng)為個(gè)體因素，如體質(zhì)量指數(shù)、女性盆腔內(nèi)婦科炎癥等。良好的圖像可讀性(CR)為后續(xù)定量測量的可重復(fù)性和一致性提供了保障。因此，基于正?；颊叩暮Y查兩種3D成像方法可相互替代。

隨后本文納入了兩組異常形態(tài)或走行的腰骶叢神經(jīng)根患者進(jìn)一步研究。首先是CIDP組，既往研究[14]表明，此類患者神經(jīng)髓鞘隨病程復(fù)發(fā)、緩解、再復(fù)發(fā)的進(jìn)程發(fā)生神經(jīng)根不斷增粗的改變，其神經(jīng)及髓鞘含水量明顯增高。SPACE序列可克服T2信號衰竭效應(yīng)，降低SAR值，多次采集數(shù)據(jù)，減少部分容積效應(yīng)[15]，得到可定量測量的優(yōu)質(zhì)圖像。此時(shí)若應(yīng)用MEDIC序列，則圖像上硬膜囊內(nèi)腦脊液與神經(jīng)根呈現(xiàn)等信號，硬膜囊內(nèi)各條脊神經(jīng)根無法分辨，只可顯示各神經(jīng)根離開硬膜囊的起始部位及神經(jīng)根的走行。國內(nèi)學(xué)者研究[16]顯示，MEDIC序列較SPACE序列具有較高信噪比和較小的磁敏感偽影，顯示解剖結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)明顯占優(yōu)；但筆者認(rèn)為，針對CIDP患者，對神經(jīng)根水腫增粗的評定做出“有或無”的分析，即可為臨床提供有利的影像支持。既往有研究[12]曾表明在SPACE序列上顯示為高信號的神經(jīng)還包括硬脊膜和腦脊液，因此神經(jīng)根真正的定量測量直徑應(yīng)該小于研究中的測量值。本文基于此論點(diǎn)亦進(jìn)行了驗(yàn)證性研究，發(fā)現(xiàn)結(jié)合MEDIC序列，其增粗的神經(jīng)根經(jīng)兩序列測定并無統(tǒng)計(jì)學(xué)偏差，考慮為未納入病程的相關(guān)性分析。Midroni等[17]曾證實(shí)病程越長的患者神經(jīng)叢增粗越明顯，但也未能闡述其炎性所致的神經(jīng)-血管屏障被破壞后神經(jīng)根周圍水腫的波動(dòng)性改變，因此，定量分析需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本深入研究。因此，CIDP組神經(jīng)根檢查除正常解剖結(jié)構(gòu)序列外，加掃SPACE序列十分必要。

LDH組：臨床中椎間盤突出或膨出的髓核常引起相應(yīng)部位的神經(jīng)癥狀，且鑒別診斷中蛛網(wǎng)膜粘連、神經(jīng)根(根鞘)炎、囊腫、腫瘤等病變也需要MEDIC序列的輔助診斷[18]。有研究[19]曾報(bào)道，體積增大的畸形異位腰骶神經(jīng)節(jié)被誤診為神經(jīng)鞘瘤，因此，多平面多角度重組顯示腰骶神經(jīng)叢顯得尤為重要。3D MEDIC WE序列的特點(diǎn)正是帶寬較寬，采集速度快，可抑制動(dòng)脈搏動(dòng)偽影，具備高對比度；在減輕磁敏感偽影的同時(shí)，提高空間分辨能力；結(jié)合脂肪抑制技術(shù)，可進(jìn)一步顯著減少卷褶偽影，減輕對B0場均勻度的依賴。這不僅可以顯示神經(jīng)根、神經(jīng)節(jié)、神經(jīng)干的解剖形態(tài)，還可以了解腰骶神經(jīng)叢損傷、受壓程度，術(shù)前給予神經(jīng)根解剖變異和畸形充分的掌控。本研究結(jié)果同樣證實(shí)3D MEDIC WE序列具備一定的可重復(fù)性，若應(yīng)用于LDH患者，MEDIC序列成為首選。

本文研究存在若干局限性，列舉如下：①研究樣本量較小，缺少個(gè)體因素如年齡、性別、體質(zhì)量指數(shù)以及病程等相關(guān)性分析；②部分患者在3.0T高場強(qiáng)下，存在脂肪抑制不均勻，噪聲偏大的現(xiàn)象。綜上所述，3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列在腰骶叢神經(jīng)根成像中可清晰顯示解剖形態(tài)，鑒別神經(jīng)根病變，為臨床提供必要的影像診斷依據(jù)，兩序列一致性較好，可互補(bǔ)或替代應(yīng)用，應(yīng)用前景廣泛。