錢海峰 吳曉 徐萬里 宣浩波 胡明芳

3.0T磁共振擴(kuò)散張量成像在腰椎間盤突出診治中的應(yīng)用

錢海峰 吳曉 徐萬里 宣浩波 胡明芳

目的 探討3.0T磁共振擴(kuò)張量成像（DTI）在椎間盤突出中的應(yīng)用。方法 回顧30例腰椎間盤突出患者和30例健康志愿者的磁共振平掃和DTI資料，測量兩組L3～S1雙側(cè)神經(jīng)根的表現(xiàn)擴(kuò)散系數(shù)（ADC）、部分各向異性（FA）及纖維來示蹤成像（DTT）顯示神經(jīng)根走行情況，比較椎間盤突出患者受壓神經(jīng)根與非受壓神經(jīng)根、健康志愿者正常神經(jīng)根ADC值、FA值的差異。結(jié)果 健康志愿者正常神經(jīng)根及腰椎間盤突出患者受壓神經(jīng)根與非受壓神經(jīng)根的ADC值、FA值分別為（2.248±0.048）×10-3mm2/s、（2.751±0.052）×10-3mm2/s、（2.255±0.044）×10-3mm2/s和0.207±0.015、0.178±0.019、0.209±0.011。受壓神經(jīng)根的ADC值明顯高于非受壓神經(jīng)根和正常神經(jīng)根，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.01），而受壓神經(jīng)根的平均FA值明顯低于非受壓神經(jīng)根和正常神經(jīng)根，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.01）。DTT清晰顯示神經(jīng)根正常走行及受壓改變。結(jié)論 3.0T磁共振DTI技術(shù)ADC值、FA值在腰椎間盤突出致神經(jīng)根受壓時有明顯改變，DTT技術(shù)能夠直觀多方位顯示神經(jīng)根走行，對臨床診斷和術(shù)前定位有指導(dǎo)意義。

磁共振成像 擴(kuò)散張量成像 腰骶叢 椎間盤突出

椎間盤突出是臨床常見疾病，發(fā)病時脊椎活動受限，產(chǎn)生神經(jīng)根受壓癥狀，可有放射性痛。然而，其在常規(guī)MRI上的表現(xiàn)與臨床神經(jīng)根受壓癥狀常不一致，這使臨床診斷和治療缺乏客觀依據(jù)[1]。磁共振擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）及纖維束示蹤成像（diffusion tensor tractography，DTT）技術(shù)是基于擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weight imaging，DWI）發(fā)展而來的一項(xiàng)新技術(shù)，從三維立體角度分解、量化彌散的各向異性數(shù)據(jù)，能更加精細(xì)、準(zhǔn)確地顯示組織微結(jié)構(gòu)，并在活體顯示纖維束的方向及完整性[2-3]。目前，DTI及DTT技術(shù)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用已成熟，但在椎間盤突出致腰骶叢神經(jīng)根受壓中的應(yīng)用國內(nèi)外較少報(bào)道[4-5]。筆者對DTI及DTT技術(shù)在椎間盤突出致腰骶叢神經(jīng)根受壓的應(yīng)用作了研究，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 資料和方法

1.1 一般資料 收集2014年1月至2015年3月在我院行術(shù)前磁共振平掃及DTI檢查且手術(shù)證實(shí)為腰椎間盤突出的患者30例，男18例，女12例，年齡37～53歲，中位年齡45歲；其中單側(cè)神經(jīng)根受壓22例（左后型突出12例、右后型突出10例）、雙側(cè)神經(jīng)根受壓8例（正中型突出8例）。收集同期我院健康志愿者30例，均無放射性腿痛及其他臨床表現(xiàn)，無腰部手術(shù)史；男16例，女14例，年齡39～51歲，中位年齡46歲。所有患者及志愿者檢查前均簽署知情同意書。兩組間性別、年齡的比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

1.2 檢查方法 采用美國GE公司Discovery MR 750 3.0T超導(dǎo)型磁共振儀，以體部32通道線圈為表面接收線圈。掃描方位及序列包括：（1）矢狀位自旋回波（spin echo，SE）T1WI：重復(fù)時間（repetition time，TR）500ms、回波時間（echo time，TE）6.3ms，視野（field of view，F(xiàn)OV）32cm×32cm，矩陣 320×256，激勵次數(shù)（Number of Excitation，NEX）=2，層厚4mm，層間距1mm，回波鏈長度為6。（2）矢狀位快速自旋回波（fast spin echo，F(xiàn)SE）T2WI：TR 3 000ms、TE 90ms，F(xiàn)OV 32cm× 32cm，矩陣256×256，NEX=2，層厚4mm，層間距1mm，回波鏈長度為12。（3）軸位FSE T2WI：TR 3 200ms、TE 109ms，F(xiàn)OV 20cm×20cm，矩陣320×224，NEX=2，層厚4mm，層間距1mm，回波鏈長度為12。（4）軸位DTI掃描：采用單次激發(fā)自旋回波-回波平面序列（single-shot spin echo-echo plain imagine，SS-SEEPI），擴(kuò)散敏感梯度取25個方向，b值=0、600s/mm2，TR 8 000ms、TE 85ms，F(xiàn)OV 24cm×24cm，矩陣96×192，層厚 4mm，層間距 0mm，STIR壓脂，掃描時間5min12s。掃描范圍L3～S1神經(jīng)根。

1.3 圖像分析 DTI數(shù)據(jù)存儲在GE AW4.6圖像后處理工作站，利用Functool（GE Healthcare）軟件中DTI數(shù)據(jù)分析軟件包定量分析腰骶叢神經(jīng)根的表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）值、各向異性（fraction anisotropy，F(xiàn)A）值，并以DTT技術(shù)顯示L3～S1神經(jīng)根，共4個節(jié)段8根。測量神經(jīng)根ADC值及FA值時，感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）選擇在每根神經(jīng)根相應(yīng)椎間孔上端層面（即椎間孔內(nèi)開口處），手動勾畫的ROI面積為20～50mm2，以盡量避免部分容積效應(yīng)對數(shù)據(jù)結(jié)果的影響；同時FA值閾值設(shè)為下限0.1，上限0.4，以避免腦脊液、周圍肌肉組織肌纖維束、空腔臟器內(nèi)水分及其他信號干擾。由經(jīng)過培訓(xùn)的放射科高年資醫(yī)師在同一節(jié)段神經(jīng)根內(nèi)重復(fù)手動勾畫ROI 3次，取3次測量結(jié)果的平均值，分別記錄為該節(jié)段平均ADC值和FA值，以降低因手動勾畫感興趣區(qū)造成的漏畫和噪音誤差。取健康志愿者所有神經(jīng)根的ROI測量結(jié)果的平均值，為正常神經(jīng)根的ADC值和FA值；取腰椎間盤突出患者所有受壓神經(jīng)根（或非受壓神經(jīng)根）的ROI測量結(jié)果的平均值，為受壓神經(jīng)根（或非受壓神經(jīng)根）的ADC值和FA值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用MedCalc 12.7.0統(tǒng)計(jì)軟件。非正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)表示，組間比較采用非參數(shù)秩和檢驗(yàn)；正態(tài)分布的計(jì)量資料以表示，健康志愿者的L3～S1不同節(jié)段神經(jīng)根ADC值和FA值的比較采用方差分析，兩兩比較采用SNK法；健康志愿者的L3～S1同一節(jié)段左右側(cè)神經(jīng)根ADC值和FA值的比較采用配對樣本t檢驗(yàn)；椎間盤突出患者受壓神經(jīng)根與非受壓神經(jīng)根、非受壓神經(jīng)根與正常神經(jīng)根的ADC值和FA值的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 健康志愿者DTI檢查結(jié)果 測量得出，30例健康志愿者L3～S1神經(jīng)4個節(jié)段共240根正常神經(jīng)根，同一節(jié)段正常神經(jīng)根左右側(cè)的平均ADC值和FA值，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），詳見表1。測得L3～S1正常神經(jīng)根的ADC值和FA值平均值分別為（2.248± 0.048）×10-3mm2/s和 0.207±0.015。各個節(jié)段的平均ADC值和 FA值分別為（2.253±0.049）×10-3mm2/s、（2.241±0.048）×10-3mm2/s、（2.242±0.041）×10-3mm2/s、（2.263±0.045）×10-3mm2/s和0.205±0.012、0.207±0.015、0.206±0.013、0.209±0.011，任意兩節(jié)段間的平均ADC值和FA值組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

表1 30例健康志愿者L3～S1同一節(jié)段神經(jīng)根左右側(cè)的平均ADC值和FA值

2.2 腰椎間盤突出患者DTI檢查結(jié)果 手術(shù)證實(shí)30例腰椎間盤突出患者中單側(cè)神經(jīng)根受壓22例，其中左后型突出12例（L3節(jié)段2例，L4節(jié)段3例，L5節(jié)段4例，S1節(jié)段3例）、右后型突出10例（L3節(jié)段1例，L4節(jié)段3例，L5節(jié)段4例，S1節(jié)段2例）；雙側(cè)神經(jīng)根受壓8例（正中型突出8例，L4節(jié)段3例，L5節(jié)段4例，S1節(jié)段1例），共測量受壓神經(jīng)根38根，非受壓神經(jīng)根202根。測得受壓神經(jīng)根的平均ADC值和FA值分別為（2.751±0.052）×10-3mm2/s和0.178±0.019；非受壓神經(jīng)根的平均ADC值和FA值分別為（2.255±0.044）× 10-3mm2/s和0.209±0.011。腰椎間盤突出患者受壓神經(jīng)根的平均ADC值明顯高于非受壓神經(jīng)根、健康志愿者正常神經(jīng)根，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；而受壓神經(jīng)根的平均FA值明顯低于非受壓神經(jīng)根、健康志愿者正常神經(jīng)根，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。非受壓神經(jīng)根的平均ADC值和FA值與健康志愿者正常神經(jīng)根比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

2.3 DTT技術(shù)顯示神經(jīng)根走行及受壓改變 30例腰椎間盤突出患者及30例健康志愿者的DTI圖像均無嚴(yán)重偽影或運(yùn)動相關(guān)信號缺失，神經(jīng)根DTT技術(shù)顯示L3～S1雙側(cè)神經(jīng)根的纖維束解剖結(jié)構(gòu)。30例健康志愿者中有26例的4節(jié)段未受壓神經(jīng)根可清晰顯示，神經(jīng)根連續(xù)、完整，走行自然，符合正常解剖（圖1，見插頁）；4例出現(xiàn)解剖變異，其中1例為L4神經(jīng)雙側(cè)與L5神經(jīng)部分相連匯入腰骶干，3例為L4神經(jīng)單側(cè)與L5神經(jīng)部分相連匯入腰骶干。30例腰椎間盤突出患者中受壓神經(jīng)根出現(xiàn)單側(cè)或雙側(cè)神經(jīng)根受壓移位、部分纖維束中斷等表現(xiàn)；20例顯示單一節(jié)段單側(cè)神經(jīng)根受壓移位（L3神經(jīng)3例，L4神經(jīng)5例，L5神經(jīng)7例，S1神經(jīng)5例）；8例顯示單一節(jié)段雙側(cè)神經(jīng)根受壓移位（L4神經(jīng)3例，L5神經(jīng)4例，S1神經(jīng)1例），2例顯示單一節(jié)段單側(cè)神經(jīng)根部分纖維束中斷、部分移位（L4神經(jīng)1例，L5神經(jīng)1例）（圖2，見插頁）。30例腰椎間盤突出患者中，28例解剖結(jié)構(gòu)正常，2例出現(xiàn)解剖變異，其中1例為L4神經(jīng)單側(cè)與L5神經(jīng)部分相連匯入腰骶干，1例為L4神經(jīng)單側(cè)匯人腰叢和骶叢。

3 討論

3.1 腰骶叢神經(jīng)DTI技術(shù)在腰椎間盤突出應(yīng)用的基礎(chǔ) DTI技術(shù)是一種基于彌散加權(quán)的磁共振神經(jīng)成像（magnetic resonance neurography，MRN）技術(shù)，主要通過抑制血管信號從而提高周圍神經(jīng)的顯示效果，更加清晰顯示神經(jīng)纖維的走行信息；并通過ADC值和FA值量化分析神經(jīng)內(nèi)水質(zhì)子的彌散情況，因而具有評價周圍神經(jīng)微觀結(jié)構(gòu)和功能的潛能。近年來的一些研究已證實(shí)DTI技術(shù)在周圍神經(jīng)系統(tǒng)的定量評估是可行的[6-7]。正常情況下，由于髓鞘的限制，沿著神經(jīng)長軸方向的質(zhì)子彌散速度是垂直于神經(jīng)方向質(zhì)子彌散速度的3倍，稱為各向異性；當(dāng)發(fā)生椎間盤突出壓迫神經(jīng)根時，軸漿流動受阻、近端靜脈瘀血和遠(yuǎn)端神經(jīng)發(fā)生華勒變性，導(dǎo)致軸突與鞘膜之間的間隙增寬，彌散向量增加，引起ADC值增大和FA下降[8]。在本研究中，健康志愿者L3～S1同一節(jié)段的左右側(cè)神經(jīng)根的FA值和ADC值，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），這與前期的一些研究[3-4，8]是相一致的；但L3～S1不同節(jié)段間平均ADC值和FA值是否存在差異則有爭議，Balbi等[8]認(rèn)為L5～S1神經(jīng)根的FA值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，認(rèn)為平均ADC值和FA值大小與MRI檢查時采用的梯度場方向數(shù)目、象素大小、b值大小等有關(guān)。本研究中健康志愿者的L3～S1不同節(jié)段間平均ADC值和FA值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），但時寅等[4]在健康志愿者的L3～S1不同節(jié)段間FA值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的，并認(rèn)為與各節(jié)段神經(jīng)本身的解剖生理差異、神經(jīng)走行區(qū)域不同、周圍組織對信號產(chǎn)生的干擾，如骨盆、椎體等骨質(zhì)產(chǎn)生的磁敏感偽影有關(guān)。

本研究中，腰椎間盤突出患者受壓神經(jīng)根的ADC值則明顯高于患者非受壓神經(jīng)根和健康志愿者正常神經(jīng)根的ADC值（P＜0.01），F(xiàn)A值明顯低于患者非受壓神經(jīng)根和健康志愿者的FA值（P＜0.01），而健康志愿者的正常神經(jīng)根平均ADC值、FA值和患者非受壓神經(jīng)根的平均ADC值、FA值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），說明ADC值增大和FA下降可以量化評估由椎間盤突出致神經(jīng)根受壓而造成腰骶叢神經(jīng)的慢性損傷。需要說明的是，各種不同的神經(jīng)病理改變，如外傷、炎癥、腫瘤及卡壓等均可造成ADC值增大和FA值降低，因此，定量的DTI數(shù)據(jù)分析必須結(jié)合常規(guī)MRN檢查中神經(jīng)形態(tài)學(xué)表現(xiàn)，并參考臨床信息綜合分析。

3.2 DTT顯示腰骶叢神經(jīng)走行信息的價值 DTT技術(shù)可在活體中顯示神經(jīng)纖維束的方向和完整性，但對于MRI硬件有較高要求，與1.5T MRI相比，3.0T MRI的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）明顯提高，幾乎是其2倍，從而改善正常解剖結(jié)構(gòu)和病灶的顯示，對液體的顯示更敏感。本研究中采用多通道相控陣表面線圈（32通道）改善了大FOV信號接收并獲得高SNR的圖像，采用并行采集技術(shù)提高了時間分辨率，縮短掃描時間；通過加大加速因子使大矩陣成像速度加快，并可降低圖像模糊度，減少圖像變形。納入本研究的30例健康志愿者和30例腰椎間盤突出患者的DTT重建圖像均無嚴(yán)重偽影或運(yùn)動相關(guān)信號缺失，顯示的正常解剖神經(jīng)纖維走行自然，纖維束連續(xù)、光整，并可清晰觀察到腰骶叢神經(jīng)的解剖變異，通過多角度、多方向顯示神經(jīng)根走行，顯示其他一些常規(guī)MRI序列無法顯示的解剖細(xì)節(jié)[9]，可為臨床醫(yī)師提供立體的解剖，有助于術(shù)前制定手術(shù)路徑方案。另外，DTT通過融合背景圖像，可以顯示神經(jīng)解剖定位，但存在圖像分辨率不高、SNR差等缺陷；但通過融合其他3D序列，如三維容積動態(tài)多時相掃描（3D-liver acquisition with volume acceleration，3D-LAVA）作為背景圖像，則可以更加清晰顯示背景，準(zhǔn)確定位神經(jīng)纖維束。

3.3 本研究的展望與存在的局限性 通過本研究的開展，對于DTI與DTT技術(shù)在腰骶叢神經(jīng)應(yīng)用可以進(jìn)一步展望。首先，已有動物模型實(shí)驗(yàn)顯示[11]，周圍神經(jīng)FA值增加與運(yùn)動、感覺功能的恢復(fù)相關(guān)，能夠顯示近端神經(jīng)再生的早期征象，而且要比再生的運(yùn)動單元到達(dá)區(qū)域肌肉之前早得多。因此，盡管該實(shí)驗(yàn)未在人體進(jìn)行，但可以預(yù)想未來通過神經(jīng)纖維術(shù)前、術(shù)后FA值的改變，縱向隨訪評價周圍神經(jīng)退變和再生[12]。其次，DTT通過融合增強(qiáng)的3D-LAVA序列，可以在橫斷、冠狀、矢狀位的背景融合圖像上同時顯示立體解剖的神經(jīng)纖維束和血管結(jié)構(gòu)，對臨床手術(shù)避免損傷神經(jīng)、血管結(jié)構(gòu)有指導(dǎo)意義。

本研究也存在一些局限性。首先，研究的樣本量不夠大，對統(tǒng)計(jì)結(jié)果可能存在偏倚，需進(jìn)一步收集病例分析L3～S1不同節(jié)段不同受壓程度的受壓神經(jīng)根FA值的改變。其次，在勾畫ROI時，不可避免的存在偏差，尤其是不同部位的ROI測量值可能有區(qū)別，時寅等[4]測量健康志愿者神經(jīng)根內(nèi)口和外口的FA值有差異，并認(rèn)為是受到腦脊液波動偽影的影響。因此，在作為隨訪評估時盡量選用相同機(jī)型、采用相同方法掃描、固定相同部位ROI有助于降低FA值的誤差。第三，較低b值不能產(chǎn)生足夠的圖像對比度，不利于神經(jīng)纖維的辨別，而較高的b值會造成圖像SNR降低，不利于纖維束示蹤[12-13]。本研究中，采用Chhabra等[10]建議的b值取在600s/mm2，未能與Li等[5]采用b值1 000s/mm2進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化比較，有待進(jìn)一步比較研究。

綜上所述，應(yīng)用DTI及DTT技術(shù)可以定量分析神經(jīng)受壓改變，有助于客觀顯示神經(jīng)纖維束走行。

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Application of MR diffusion tensor imaging in diagnosis of lumbar disc herniation

QIAN Haifeng,WU Xiao,XU Wanli,et al. Department of Radiology,Huzhou Central Hospital,Huzhou 313000,China

【 Abstract】 Objective To assess the application of MRI diffusion tensor imaging(DTI)in diagnosis of lumbar disc herniation. Methods MR examination and DTI were performed in 30 patients of lumbar disc herniation and 30 healthy volunteers. The mean fractional anisotropy(FA)and apparent diffusion coefficient(ADC)values ofL3,L4,L5 and S1 nerves in both sides were calculated by DTI,and these nerves were observed by diffusion tensor tractography(DTT). Results The ADC and FA value ofthe normal spinal nerve roots in healthy volunteers and those of the compressed and uncompressed spinal nerve roots in patients were (2.248±0.048)×10-3mm2/s,(2.751±0.052)×10-3mm2/s,(2.255±0.044)×10-3mm2/s and 0.207±0.015,0.178±0.019, 0.209±0.011.The ADC values of the compressed spinal nerve roots were significantly lower,and the FA values were significantly higher than those ofthe uncompressed and normalspinalnerve roots(P＜0.01).Conclusion The ADC and FA values at MR DTIof the compressed spinal nerve roots are significantly changed in patients with lumbar disc herniation.The lumbar plexus nerve roots can be visualized clearly by using DTT,and it may helpfulin preoperative localization ofthe lesions.

Magnetic resonance imaging Diffusion tensor imaging Lumbar plexus Disc herniation

2015-09-16）

（本文編輯：嚴(yán)瑋雯）

湖州市科技局項(xiàng)目（2014GY20）

313000 湖州市中心醫(yī)院放射科

錢海峰，E-mail：qhf0572@163.com