王聰，魯毅，歐陽治強(qiáng)，凌冰冰，曾一真，孫學(xué)進(jìn)

圖1 零回波時(shí)間圖像的后處理。a)原始圖像；b)強(qiáng)度校正；c)負(fù)對(duì)數(shù)變換；d)背景分割。

神經(jīng)根型頸椎病是臨床最常見的頸椎病類型，通常由頸椎間盤退變突出或椎間關(guān)節(jié)骨質(zhì)增生累及相應(yīng)節(jié)段神經(jīng)根所致[1-2]。準(zhǔn)確的影像學(xué)診斷，對(duì)臨床治療方案的選擇和患者預(yù)后至關(guān)重要。MRI已成為評(píng)估神經(jīng)根型頸椎病首選影像學(xué)檢查方法，在評(píng)估椎間盤突出、椎間孔軟組織狹窄和脊髓改變等軟組織病變方面具有顯著優(yōu)勢，但在顯示頸椎椎間孔骨性狹窄方面存在一定的局限性。傳統(tǒng)影像學(xué)檢查需要患者行額外的CT掃描明確診斷，增加了患者檢查流程，并且存在一定的電離輻射影響，不利于復(fù)查。零回波時(shí)間(zero echo time，ZTE)序列是一種磁共振三維短T2成像技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)基于MRI對(duì)骨性結(jié)構(gòu)的檢測，能夠有效采集顱骨、關(guān)節(jié)、牙齒、肺等短T2組織信號(hào)[3-7]。然而，目前ZTE序列在頸椎骨質(zhì)結(jié)構(gòu)改變方面的應(yīng)用仍然較少?；贛RI的頸椎椎間孔骨性狹窄的檢測有可能簡化患者檢查流程，減少相關(guān)電離輻射對(duì)患者的影響。因此，本研究旨在評(píng)估ZTE序列對(duì)頸椎椎間孔骨性狹窄的診斷性能及臨床應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.一般資料

搜集昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院2020年5月-12月符合以下標(biāo)準(zhǔn)的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)臨床及影像學(xué)檢查綜合診斷為神經(jīng)根型頸椎病的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有MRI檢查禁忌證；②無法耐受檢查者；③頸椎術(shù)后者；④頸椎側(cè)彎者。29例神經(jīng)根型頸椎病患者納入研究，其中男13例，女16例；年齡37～78歲，平均56±11歲。

2.檢查方法

采用GE Discovery 750w 3.0T MRI掃描儀，24通道頭頸聯(lián)合線圈。頸椎MRI檢查序列包括：矢狀面FSE T1WI(TR 427 ms，TE 9 ms，回波鏈長度(echo train length，ETL) 3，層厚3 mm，層距0.3 mm，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，NEX 3，矩陣288×224)；矢狀面FSE T2WI(TR 2424 ms，TE 112 ms，ETL 18，層厚3 mm，層距0.3 mm，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，NEX 4，矩陣320×224)和矢狀面壓脂F(xiàn)SE T2WI(TR 2500 ms，TE 98 ms，ETL 18，層厚3 mm，層距0.3 mm，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，NEX 2，矩陣288×192)；橫軸面FSE T2WI(TR 3240 ms，TE 115 ms，ETL 18，層厚3 mm，層距0.5 mm，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，NEX 4，矩陣288×224)。雙斜矢狀面T1WI和T2WI掃描參數(shù)與常規(guī)正矢狀面T1WI和T2WI序列參數(shù)相同，其掃描定位線垂直于雙側(cè)頸神經(jīng)根走形。ZTE序列參數(shù)如下：TE 0 ms，TR 823 ms，翻轉(zhuǎn)角1°，接收帶寬±62.5 kHz，NEX 3，F(xiàn)OV 300 mm×300 mm，采集矩陣320×320，層厚1.2 mm，掃描時(shí)間2 min 55 s。該掃描方案的總掃描時(shí)間為15 min 18 s。

采用聯(lián)影uCT 760 64排128層螺旋CT掃描儀，采用標(biāo)準(zhǔn)頸椎掃描方案，獲取具有各向同性的掃描數(shù)據(jù)， 矩陣512×512，層厚1 mm，螺距0.975，管電壓100 kV，管電流采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)重建算法，骨算法(Bone)。

3.圖像后處理

為了增強(qiáng)ZTE序列圖像中(圖1a)骨組織的顯著性，產(chǎn)生具有類CT對(duì)比度的圖像，在基于MATLAB平臺(tái)上對(duì)其原始圖像進(jìn)行后處理。首先，采用N4偏差校正算法[8]來校正由于接近或遠(yuǎn)離線圈而產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度不均勻(圖1b)；然后，對(duì)圖像的對(duì)比度進(jìn)行反對(duì)數(shù)變換(圖1c)，使骨組織具有正對(duì)比度；最后，應(yīng)用基于直方圖的閾值法去除圖像背景(圖1d)，獲得類似于CT對(duì)比度的圖像。

4.圖像分析

由2名具有豐富經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在不知曉患者臨床資料的情況下，在GE AW4.6后處理工作站上，對(duì)所有MRI和CT圖像進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估，范圍包括C2/3至C7/T1雙側(cè)椎間孔。MRI圖像的評(píng)估在CT圖像評(píng)估前1周完成。作為參考標(biāo)準(zhǔn)，在CT矢狀面上根據(jù)椎間孔的形狀確定是否存在骨性狹窄。正常椎間孔為光滑的橢圓形，當(dāng)椎間盤或小關(guān)節(jié)退變所致骨質(zhì)增生向椎間孔內(nèi)凸起時(shí)，認(rèn)為椎間孔存在骨性狹窄。在CT和ZTE圖像上通過調(diào)節(jié)窗寬窗位，以顯示神經(jīng)根、神經(jīng)周圍脂肪和骨質(zhì)增生。根據(jù)椎間孔狹窄程度、神經(jīng)根周圍脂肪情況和神經(jīng)根的形態(tài)改變對(duì)椎間孔的狹窄程度進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照Park等[9]制定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)如下：0級(jí)，正常，無神經(jīng)周圍脂肪閉塞；1級(jí)，輕度狹窄，輕度神經(jīng)周圍脂肪閉塞(<50%神經(jīng)根圍)，無神經(jīng)根塌陷；2級(jí)，中度狹窄，中度神經(jīng)周圍脂肪閉塞(>50%神經(jīng)根圍)，無神經(jīng)根塌陷；3級(jí)，重度狹窄，重度神經(jīng)周圍脂肪閉塞(>50%神經(jīng)根圍)，伴神經(jīng)根塌陷。意見不一致時(shí)，由兩位醫(yī)師協(xié)商達(dá)成一致。

在ZTE序列中，根據(jù)椎間孔的形狀對(duì)狹窄進(jìn)行評(píng)價(jià)。骨贅在ZTE后處理圖像上顯示為高信號(hào)，并且與椎體的皮質(zhì)和髓質(zhì)相連續(xù)，椎間盤和周圍脂肪組織呈低信號(hào)，以此區(qū)分骨贅和周圍軟組織(圖2、3)。

圖2 女，38歲，頸部疼痛3年余。影像學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)椎間孔骨性狹窄。a)ZTE；b)T2WI；c)T1WI；d)斜矢狀面T2WI；e)斜矢狀面T1WI；f)CT。在ZTE圖像上可以清楚的顯示椎間孔骨質(zhì)邊緣。在T1WI和T2WI像上，椎間孔的骨質(zhì)邊緣較模糊。 圖3 男，47歲，頸部輻射性疼痛，雙側(cè)上肢麻木。中、重度椎間孔骨性狹窄累及右側(cè)C4至C7椎間孔，影像學(xué)表現(xiàn)與臨床癥狀一致。a)ZTE；b)T2WI；c)T1WI；d)斜矢狀面T2WI；e)斜矢狀面T1WI；f)CT。白色箭頭所指為狹窄的椎間孔。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 23.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。以CT作為參照標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各序列檢測椎間孔狹窄的敏感度和特異度。采用Kappa分析法評(píng)估各MRI序列與CT對(duì)椎間孔骨性狹窄評(píng)估結(jié)果的一致性，以及2名評(píng)價(jià)者之間的一致性，Kappa值≤0.40，一致性差；0.41≤Kappa值≤0.75，一致性較好；Kappa值≥0.76，一致性好。采用配對(duì)χ2檢驗(yàn)比較ZTE與常規(guī)MRI序列敏感度和特異度的差異。采用Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)將各MRI序列的狹窄嚴(yán)重程度評(píng)分與CT進(jìn)行比較， 以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

以CT為參照標(biāo)準(zhǔn)，在348個(gè)頸椎椎間孔中，共檢測出68個(gè)椎間孔存在骨性狹窄(圖2、3)。在本研究人群中，椎間孔骨性狹窄的總體患病率為86%(4名受試者在CT上未檢測到骨性狹窄)。ZTE檢出60個(gè)，斜矢狀面T2WI序列檢出40個(gè)，斜矢狀面T1WI序列檢出35個(gè)，T2WI序列檢出21個(gè)，T1WI序列檢出18個(gè)(表1)。

表1 各序列評(píng)估椎間孔骨性狹窄的診斷效能

ZTE與CT對(duì)椎間孔骨性狹窄的評(píng)估結(jié)果有很好的一致性，Kappa值為0.85。斜矢狀面T1WI和T2WI與CT的一致性較好，Kappa值分別為0.58和0.57。正矢狀面T1WI和T2WI與CT的一致性差，Kappa值均為0.30。與常規(guī)的T1WI和T2WI序列相比，ZTE的敏感度顯著提高(P均<0.001)，特異度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

ZTE與CT的嚴(yán)重程度評(píng)分間無顯著差異(Z=0，P=1)，見圖4。正矢狀面T1WI、T2WI和斜矢狀面T1WI、T2WI序列的評(píng)分與CT相比有顯著差異(Z值分別為-5.652、-4.268、-5.342、-3.099，P均<0.001)。多數(shù)狹窄椎間孔被評(píng)為輕度(1級(jí))，少數(shù)被評(píng)為中度或重度(n=12)。中、重度狹窄在常規(guī)T1WI和T2WI序列上有被低估的趨勢，在正矢狀面T1WI和T2WI序列各發(fā)現(xiàn)1個(gè)中度狹窄，在斜矢狀面T1WI和T2WI序列上分別發(fā)現(xiàn)1個(gè)和2個(gè)中度狹窄。相比之下，ZTE序列正確識(shí)別了10個(gè)中、重度椎間孔狹窄，將2個(gè)中度狹窄低估為輕度狹窄。

圖4 不同成像技術(shù)對(duì)椎間孔狹窄的嚴(yán)重程度評(píng)分。ZTE對(duì)嚴(yán)重程度的評(píng)分與CT差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。斜位T1WI、斜位T2WI和T1WI、T2WI序列評(píng)分與CT差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001)。

CT的評(píng)價(jià)者間一致性最好，Kappa值為0.80。ZTE序列的評(píng)價(jià)者間一致性好 Kappa值為0.78。斜位T1WI和T2WI序列的評(píng)價(jià)者間一致性表現(xiàn)較好(Kappa值分別為0.44、0.48)。正矢狀面T1WI和T2WI序列的評(píng)價(jià)者間一致性較差(Kappa值分別為0.26、0.18)。

討 論

神經(jīng)根型頸椎病是臨床最常見的頸椎病類型，其致病原因大致有兩種，椎間盤退變突出以及椎體骨質(zhì)增生導(dǎo)致的椎間孔狹窄。準(zhǔn)確的影像學(xué)評(píng)估對(duì)臨床治療方案的選擇及患者的預(yù)后尤為重要[9]。目前的影像學(xué)檢查主要包括普通X線、CT和MRI。斜位X線[10]和CT檢查[11]能夠?qū)ψ甸g孔的骨性狹窄情況進(jìn)行評(píng)估，已在臨床廣泛應(yīng)用，但是對(duì)于椎間盤、椎旁韌帶、神經(jīng)根和脊髓等軟組織的辨別能力有限。MRI檢查具有良好的軟組織分辨率和任意層面成像等特點(diǎn)，通常是評(píng)估椎間盤退變、椎間孔軟組織狹窄和脊髓改變的首選檢查方法，并且無電離輻射。然而，MRI檢查在對(duì)骨組織等短T2組織成像方面存在一定的局限性。

受回波時(shí)間的限制，常規(guī)序列無法有效采集短T2組織信號(hào)。常規(guī)MRI序列的信號(hào)采集，首先需要對(duì)自旋質(zhì)子進(jìn)行脈沖激發(fā)，而后通過相位重聚脈沖或梯度場的切換產(chǎn)生信號(hào)，再利用梯度場對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行編碼和采集。該過程使常規(guī)序列的回波時(shí)間較長(>2 ms)，大于骨皮質(zhì)(約為390 μs)等短T2組織信號(hào)的衰減時(shí)間[12]，所以常規(guī)序列無法有效采集短T2組織信號(hào)。因此，目前MRI的臨床應(yīng)用主要集中在中、長T2信號(hào)，對(duì)于短T2信號(hào)的應(yīng)用受到一定的限制，造成部分組織信號(hào)的缺失[13]。

ZTE序列是近年來開發(fā)的一種快速、穩(wěn)定、低噪聲的三維短T2成像序列[14-15]。該序列創(chuàng)造性的運(yùn)用先編碼后激發(fā)的信號(hào)采集模式，即在激發(fā)脈沖前開啟梯度場，激發(fā)脈沖施加后直接采集自由感應(yīng)衰減(free induction decay，F(xiàn)ID)信號(hào)，突破了常規(guī)MRI序列在回波時(shí)間方面的限制，使回波時(shí)間接近于零。同時(shí)，采用純頻率編碼的徑向K空間填充方式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)了最大K空間填充速度，減小了信號(hào)采集時(shí)間的延遲。所以，ZTE序列能夠在短T2組織信號(hào)完全衰減前對(duì)其進(jìn)行信號(hào)采集，實(shí)現(xiàn)了短T2組織的顯像。有研究報(bào)道，ZTE技術(shù)在顯示骨腫瘤性骨質(zhì)破壞方面可以提供與CT相類似的骨質(zhì)細(xì)節(jié)[16]。此外，多項(xiàng)研究證實(shí)了骨關(guān)節(jié)ZTE序列掃描的臨床應(yīng)用價(jià)值。Breighner等[3-4]探討了ZTE序列在評(píng)價(jià)肩關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)病變及其形態(tài)學(xué)中的應(yīng)用，結(jié)果顯示ZTE序列與CT結(jié)果有顯著的一致性，提示ZTE序列可作為CT的替代檢查。

本研究以CT作為參照標(biāo)準(zhǔn)，探討ZTE序列與常規(guī)T1WI、T2WI序列的正矢狀面和斜矢狀面對(duì)神經(jīng)根型頸椎病患者椎間孔骨性狹窄的檢出情況。結(jié)果顯示，ZTE對(duì)椎間孔骨性狹窄的評(píng)估結(jié)果與CT的一致性最高(Kappa值=0.85)，檢出敏感度為88.2%，明顯高于常規(guī)T1WI、T2WI序列(表1)；狹窄椎間孔的嚴(yán)重程度評(píng)分在ZTE序列與CT間無明顯差異，對(duì)12個(gè)中、重度狹窄椎間孔的評(píng)價(jià)中，ZTE可準(zhǔn)確評(píng)估其中10個(gè)，與CT結(jié)果相近。該結(jié)果提示ZTE序列可作為CT檢查的替代方法，與先前類似研究結(jié)果一致[3-4,7]。而常規(guī)T1WI、T2WI序列檢測椎間孔骨性狹窄的敏感度較低，并且有低估狹窄嚴(yán)重程度的趨勢，主要是由于常規(guī)序列分辨率較低，層厚較厚，更容易受部分容積效應(yīng)的影響，而且本研究中狹窄的椎間孔大部分為輕度狹窄，增加了評(píng)估的困難。對(duì)椎間孔骨性狹窄的檢測結(jié)果中，各序列的特異度均很高，這是由于正常椎間孔數(shù)量較多所致。此外，與正矢狀面T1WI、T2WI序列相比，斜矢狀面掃描檢測椎間孔骨性狹窄的敏感度較高，與Park等[9,17]研究結(jié)果一致，這主要因?yàn)轭i椎間孔的走形與人體冠狀面呈一定夾角，斜矢狀面掃描可更加直觀的顯示椎間孔的完整輪廓。雖然雙斜矢狀面提高了檢出敏感度，但仍與ZTE序列有較大差異，并且雙斜矢狀面的掃描定位較復(fù)雜，掃描時(shí)間增加了6分多鐘，因此其通常不作為常規(guī)掃描方案。相反，由于ZTE序列在掃描時(shí)需預(yù)先開啟梯度場，無法再進(jìn)行層面選擇，使該序列成為固有的三維掃描序列，其定位簡單，掃描數(shù)據(jù)可進(jìn)行多平面重組(multi-planar reformatting，MPR)，便于觀察椎間孔形態(tài)。而且ZTE序列結(jié)構(gòu)簡單，掃描時(shí)間較短，本研究中ZTE序列可在3 min內(nèi)完成頸椎掃描。此外，ZTE序列在整個(gè)掃描過程中梯度場只進(jìn)行微調(diào)，降低了掃描噪聲，成像性能更加穩(wěn)定，在一定程度上提高了患者的舒適度[14,18]。由此可見，ZTE序列在一定程度上彌補(bǔ)了常規(guī)MRI檢查的不足，可作為CT檢查的潛在替代方法，盡管目前該序列的對(duì)比度較為單一，但其與常規(guī)序列相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)僅通過MRI檢查對(duì)患者骨質(zhì)結(jié)構(gòu)和軟組織病變的全面評(píng)估，簡化患者檢查流程，同時(shí)減少相關(guān)電離輻射對(duì)患者的影響，利于患者復(fù)查。然而，由于ZTE序列的實(shí)現(xiàn)需要具備較高性能的梯度和射頻系統(tǒng)支持，目前的設(shè)備通常難以實(shí)現(xiàn)，在一定程度上限制了該序列的應(yīng)用。

本研究的不足之處包括樣本量較小、雙斜矢狀面掃描定位存在一定偏差。為了減小掃描誤差，在本研究中所有雙斜矢狀面掃描定位前，先在患者CT圖像上利用MPR確定其掃描定位線，然后在MRI掃描時(shí)進(jìn)行定位，當(dāng)部分患者的椎間孔無法在同一個(gè)層面顯示時(shí)，著重顯示存在狹窄的椎間孔。ZTE序列掃描中線圈覆蓋的范圍較定位范圍稍小，造成頸椎下端信號(hào)強(qiáng)度較低。為了不影響圖像質(zhì)量，本研究中適當(dāng)縮小ZTE序列的FOV，減少線圈范圍對(duì)圖像質(zhì)量的影響。

以CT作為參照標(biāo)準(zhǔn)，ZTE序列能夠可靠地檢出神經(jīng)根型頸椎病患者頸椎間孔骨性狹窄，較常規(guī)T1WI和T2WI序列具有更高的敏感度。因此，ZTE序列有可能簡化相關(guān)患者的檢查流程，實(shí)現(xiàn)僅通過MRI一站式檢查即可完成對(duì)頸椎的全面評(píng)估，減少相關(guān)電離輻射對(duì)患者的影響，具有一定的臨床研究價(jià)值。