3.0 T磁共振3D-DESS与3D-SPACE对腰骶神经成像的临床应用价值比较

邓明，王良，李亮，李拔森，冯朝燕，蔡杰，闵祥德，可赞，冯定义

华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科，武汉 430030

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是无创性腰骶神经(sacral plexus，SP)成像的最佳方法。临床开展的神经移植、骶神经调节术、神经调控治疗神经源性膀胱(neurogenic bladder，NB)相关的神经手术刺激治疗[1]，均对SP成像提出较高的要求。因此影像需提供SP正常与病变的解剖(包括粗细、长度、走向)，并帮助临床医师对分支神经功能准确定位[2]，进一步对SP病变进行早期治疗，防止病变进展为不可逆状态[3]。目前，临床上用于显示神经的成像方法较多，而在实际工作中常需要考虑到检查的效价与图像诊 断价值，因此对于优化并合理选择SP成像检查尤为重要。可变反转角三维快速自旋回波(3D sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolutions，3D-SPACE)序列行SP成像已有研究证实，3D-SPACE序列能显示SP解剖[4-5]与病变关系，但存在诸如毛细血管异常显影，从而掩盖神经病变本身信号，影响精确诊断等缺陷。近年来，影像医师也推荐使用三维双回波稳态(thre e-dimensional double-echo steady state，3D-DESS)序列行SP成像，但其与SPACE序列比较的研究未见，且缺乏3D-DESS与3D-SPACE序列临床应用价值的比较，因此笔者试分析其在SP成像中的特点，为临床神经泌尿学优化和合理选择神经成像序列提供参考。

1 材料与方法

1.1 病例资料

本研究获得我院研究伦理委员会的同意。(1)正常志愿者组：选取男、女各5名健康学生作为志愿者，年龄为20～27岁，均行SP的3D-DESS和3D-SPACE序列成像；(2)病例组：纳入：①2013年7月至2014年12月在我院以尿频为首诊，患有急性或慢性尿潴留、药物治疗后疗效不理想；②常规MRI提示SP根骶管内囊性或实质性占位；③尿动力学和常规B超排除泌尿系器质性病变后而病因仍不明，请求行SP成像；④年龄大于18岁。排出：①患有中枢神经系统疾病；②有关节置换、腰椎及骶尾椎外伤、手术及严重腰椎间盘突出病史者；③MRI检查禁忌症患者(如带有血管支架、心脏起搏器)的患者；④无法配合检查，明显运动伪影等。所有符合条件患者均具备完整的原始采集图和最大密度投影(maximal intensity projection，MIP)和多平面重建(multi-planar reconstruction，MPR)图像。

1.2 图像采集

采用10名志愿者行MRI，测试2序列的稳定性，并调试到最佳参数。10名志愿者和98例患者均使用德国西门子公司MR Skyra 3.0 Tesla磁共振仪(最大转换率为200 mT/m·ms和最大梯度场45 mT/m)。SP成像采集时使用32通道腹部相控阵线圈与床底线圈相结合，以脐为定位中心，选择要腰骶椎定位，上至腰1椎椎体，下至耻骨联合覆盖体线圈；利用矢状面TSE-T2WI定位参考，参数：TR/TE 为2400/115 ms，层厚3 mm，层间距为0 mm，FOV为320 mm×320 mm，矩阵为256×128，激励次数为2，3D-DESS序列三维冠状面扫描，在T2WI矢状面上设定冠状面与腰骶椎轴向保持一致覆盖SP区域。3D-DESS参数：TR/TE为1102/3.88 ms，层厚1.2 mm，层间距为0 mm，FOV为300 mm×300 mm，矩阵为256×128，反转角为25°，带宽为400 Hz/Px，频率编码为左右方向，体素为1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm；3D-SPACE采用与3D-DESS一致的三维冠状面定位，参数：TR/TE 3000/225 ms，层厚1.2 mm，层间距为0 mm，FOV为300 mm×300 mm，矩阵为256×128，反转角为150°，带宽为625 Hz／Px，频率编码为左右方向，体素为1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，并行采集方式为GRAPPA，并行采集因子2。其中SPACE采取STIR联合FS脂肪抑制法(即SPAIR技术)。

1.3 数据采集与分析

3D-DESS与3D-SPACE原始图像均传至西门子Syngo VE40B数据处理工作站3D Viewer进行图像观察及保存测量相关参数。使用3D Viewer行MIP和MPR处理，MIP采用层厚20 mm，层间距3 mm；所有图像均采用2名科研经验大于2年的影像专业研究生作观察者，并对数据进行收集和处理。为评价SP影像正常及病变解剖特征，本研究均选择双侧L5神经作参考。另外，为评价两序列间的差异，选择测量L5神经节大小作参考。(1)针对志愿者图像分析：分别对两序列下的L5神经主观评价，采用5分标准(1分：显示不清，完全不能看清楚神经与其周围解剖结构；2分：可分辨部分神经解剖结构，但图像存在明显T2WI效应伪影及模糊的边界；3分：图像解剖尚清晰，存在部分T2WI效应伪影干扰；4分：图像中神经解剖结构较清晰，能看清其走向，与周围分界清晰，较少干扰，5分：图像中神经解剖结构非常清晰，完全能看清走向及边界，无T2WI效应伪影干扰)，对所有病例进行独立评分，并取其平均分作参考。两名观察者分别量取2种序列在志愿者双侧L5神经起止长度及神经节长径；其次两名观察者于2周后使用同样的方法重复测量，最后取4次的平均值。(2)针对98例病例：两名观察者分别观察记录所有患者在2序列神经病变的解剖结构、位置、大小、信号特征差异；采用上述5分主观评分法，评价病变结构的显示情况，最终将所有数据由第3名拥有5年影像工作经历的博士研究生将其分别整理和数据校对，针对不一致的评分采用3名观察者共同判读，最终达成一致。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0软件包处理数据，数据均采用平均值与标准(±s)表示。首先，采用配对t检验比较同一序列下双侧L5神经起止长度及L5神经节长径是否存在差异；其次，分别比较3D-DESS和3D-SPACE序列在L5长短、神经节大小间是否存在差异；采用Mann-Whitney U检验比较两序列在志愿者L5神经影像评分和患者L5病变解剖细节间主观评分的差别；P＜0.05具有统计学意义。

2 结果

2.1 临床病例结果

最终满足以上纳入和排出标准的98例患者(男47例，女51例)，年龄范围为(18～74)岁，平均(62.8±7.52)岁，其中男性为23～74岁，平均(40.4±12.1)岁；女性18～63岁，平均(31.2±15.1)岁，临床症状除尿频外，还伴随6例无精症、21例便秘、15例腹股沟疼痛痛。影像诊断：椎体原发肿瘤1例，椎体转移瘤3例，椎体退行性变52例，神经束膜囊肿74例，神经纤维瘤病1例，骶管脂肪瘤12例；其中51例女性患者中有28例合并不同程度盆腔积液。10名志愿者双侧L5神经长度及神经节大小配对t检验中，3D-DESS与3D-SPACE序列均无统计学差异；3D-DESS序列与3D-SPACE在显示志愿者的L5神经起止长度时具有明显差异(t值分表为5.45和9.481，P=0.000)，即3D-SPACE明显长于3D-DESS序列，且该差异具有统计学意义(表1)。两序列在比较L5神经节长径时，结果提示两种序列均无明显统计学差异(表2)，即双侧L5神经节为标准评价两序列时，3D-DESS与3D-SPACE序列均无明显差异(表3)。

表1 3D-DESS序列与3D-SPACE-STIR在志愿者双侧L5神经长度及神经节大小的统计分析Tab.1 The comparison of the length of L5 nerve fi bers and the size of L5 ganglions in 3D-DESS and 3D-SPACE

表2 3D-DESS序列与3D-SPACE同一序列在L5神经长度之间的比较Tab.2 The comparison of the length of L5 nerve fi bers of the left side and the right side in 3D-DESS and 3D-SPACE,respectively

表3 3D-DESS序列与3D-SPACE序列在左右L5神经节大小之间的比较Tab.3 The comparison of the size of L5 ganglions of the left side and the right side in 3D-DESS and 3D-SPACE,respectively

2.2 3D-DESS与3D-SPACE对正常神经和病变解剖主观评价结果

两名观察者在对3D-DESS与3D-SPACE图像主观评价中显示，对于志愿者的正常L5神经解剖评分中，SPACE(4.41±0.67)明显高于DESS(3.75±0.75)，且此差异具有统计学意义(P=0.036)。根据评分标准，两序列下图像质量均能很好地显示SP的解剖信息，但也存在差异。对于神经病变的显示评价DESS(4.07±0.83)较SPACE(3.57±0.65)高，但差异不具备统计学差异(P=0.099)，具体如表4。

3 讨论

SP病变可能是引起NB病变的因素之一，手术准确切除具有积极意义[3,6]。其次，SP前根刺激器与后根切断术相结合成为截瘫患者恢复排尿功能的一种新的治疗选择[7]。另外，SP成像有助于明确神经源性肿瘤和外伤所 致的神经肌肉萎缩等，并定位病变部位。目前，已经有研究表明，神经损伤导致的肌肉萎缩可以移植粗大的外周神经进入SP治疗[8]，因此明确SP病变的定位和定性极为重要，但在实际工作中因SP走向迂曲，较多细小分支且与周围组织的边界无固定的解剖结构对比，加上SP周围存在较多细小的毛细血管(图1)，因此选择一种或联合多种神经成像方法提高诊断准确性尤为迫切。笔者旨在探究3D-DESS与3D-SPACE[9]序列在显示SP解剖及诊断中的价值。

表4 3D-DESS与3D-SPACE在显示病变与正常解剖结构图像主观评分秩和检验结果Tab.4 The comparison of the normal anatomy structures and the pathological structures in 3D-DESS and 3D-SPACE

3.1 3D-SPACE与3D-DESS序列的神经成像基础比较

图1 男，27岁，正常志愿者，3D-DESS(A～C)与3D-SPACE(D～F)图像，清晰显示双侧L5,S1神经走向、粗细及神经根A，其中DESS序列毛细血管显影较少，神经与周围组织对比度更高Fig.1 Male,twenty-seven years old,a volunteer,3D-SPACE was signifi cantly superior to 3D-DESS in the demonstration of SP nerve fi bers.

从两序列的原理出发，3D-SPACE与3D-DESS序列均具备高分辨力、薄层扫描，能避免部分容积效应；同时也具有高SNR，有利于细微病灶的显示。3D-SPACE在短时间内完成高清图像采集[10]，对于部分耐受性较差的患者可实现快速扫描从而获得高效诊断。3D-DESS在一个TR内采集包含T1WI、T2WI和重T2WI效果，且能够配合脂肪抑制，形成融合影像[11]，因此在DESS序列上能清晰显示神经根，较少有毛细血管影响，且其对呼吸运动不敏感，冠状面采集信号时能获得较为细腻的神经影像。从临床实用性出发，在显示神经走行长度方面，3D-SPACE明显优于3D-DESS，然而大多数神经病变集中在神经根周围，较少因末梢神经病变而引起较大病变，因此两序列均具有临床实用性，且能满足大部分临床诊断。但由于SP周围存在较多流速较慢的毛细血管显影和脑脊液搏动影响，加之3D-SPACE对运动敏感，因此在MIP图像存在较多信号干扰，此时需结合MPR和原始图像判断。另外，在显示解剖细节方面3D-DESS评分较高，神经显示更清晰，伪影较少，因此针对神经影像的主观评分也具有显著差异，即3D-DESS诊断神经根病变时能相对更全面、更具实用性。

图2 女，32岁，尿频多年，近一月下蹲抽搐，临床初步诊断NB，影像诊断双侧L4、L5、S1-S5神经纤维瘤病。图A、B为常规MRI成像显示骶管内外及盆壁神经走行区多发异常信号(箭)；图C～E为3D-DESS序列显示腰骶丛冠状面、右侧斜位、左侧斜位神经根及神经束膜多发异常高信号，其内部分可见穿行其中的低信号神经组织；图F～H为3D-SPACE序列显示骶丛冠状面、右侧斜位、左侧斜位神经根及神经束膜多发异常T2WI高信号(箭)Fig.2 Female,thirty-two years old,the demonstrations of the normal anatomy structures and the pathological structures in 3D-DESS and 3D-SPACE.Images(A,B)fi ndings show abnormal signal in SP; 3D-DESS show much high signal in SP(arrows)from images numbered(C—E); The same fi ndings are also shown in 3D-SPACE(F—H).

3.2 3D-SPACE与3D-DESS 在SP成像的临床应用价值比较

SP病变的临床症状较多，也较复杂[2]，且常合并盆内肌肉功能失调，因此在SP成像时常需参考盆腔MRI信息。本研究在排除盆腔内器质性病变后，获取的SP解剖结构清晰，尤其是3D-DESS显示神经根病变较好。双侧神经节大小测量结果显示两序列在图像细节显示方面，均无图像变形和左右侧差异。椎体原发与转移瘤、神经源性肿瘤[12]及神经束膜囊肿对神经根的直接压迫都能清晰显示，但由于SP本身解剖结构偏细小，在慢性缺氧而炎性水肿时两者均无法对其明确区分。椎管内占位[13]、神经根囊肿会导致不同程度NB进展[14]，且病变位置越低其临床症状越严重，治疗难度越大[15]，因此关注SP成像时，也应关注较小的S2-S5神经丛，虽然3D-SPACE针对病变边界及与周围组织结构的CNR高，尤其是在高信号的脑脊液、等低信号椎间盘的衬托下对比更加明显，但明显的T2WI高信号反而掩盖了较小神经病变。本组结果提示，3D-DESS能够清晰分辨SP的走向，对SP较大病变的内部显示较SPACE更清晰(图2)，因此二者联合应用在一定程度上能提供对病变结构的认识，同时也能很好提供神经的解剖结构信息。分析两序列，可以发现在显示粗大的神经时，3D-SPACE明显优于3D-DESS，能够提供细分支细小的神经解剖，而3D-DESS因其能在一定程度上避免重T2WI的影响，对神经根部及出入椎间孔的结构优于3D-SPACE；统计还发现，在大部分病例中，3D-DESS还能观察到走形于鞘膜内的神经。另外，排尿困难合并不明原因腰骶椎骨髓水肿、盆底肌肉肿胀等，其在SPACE上均呈高信号，与脑脊液和鞘膜内的T2WI高信号混合，进而影响正常SP的观察[16]，最后影响临床诊断和治疗，因此并不直接推荐单独使用3D-SPACE序列成像。有研究采用3D-SPACE增强扫描来观察神经根[9]，其使用的仍是缩短T1的对比剂，对T2影响较弱，但其能轻微缩短T2，使得背景中的毛细血管充盈了缩短T2的对比剂，因而使得SP显示更加清晰。本研究未采用对比剂，直观获得SP的清晰图像，对于诊断神经根病变足以显示，但实际工作中仍然在高度怀疑SP复杂病变时，利用T1增强也能提供帮助[17]。

3.3 研究不足及展望

本研究中部分病例合并有盆腔积液等慢性疾病，其SP可能合并慢性炎性水肿，这与正常SP影像不能绝对区分，均可能会影响到影像质量。另外，针对神经束膜囊肿的T2WI高信号与蛋白沉积而形成的玻璃样变也不能区分，但对于神经根病变的常见病因分析中，SP成像能够为临床诊断提供参考，并且两序列能够进行多方位MPR和MIP成像，提高了病变的检出率，也对临床体格检查和实验室检出阴性的NB患者提供了进一步的检查方案。其次，本研究仅用L5神经及神经节的影像图像特征半定量分析，未能针对双侧S1-S5单独评价，不免存在偏倚，肠道准备也是SP成像质量的一个因素[18-19]。 另外，也有采用IDEAL序列用于外周神经的报道[20]，笔者今后也将SP的膀胱神经再支配作为重点研究。

总之，3D-SPACE与3D-DESS两序列对神经粗细显示无差别，虽然3D-DESS序列能显示的长度有限，但其能清晰显示腰骶神经根，具有更好的解剖及病灶SNR，同时能兼顾与周围其他结构的CNR，加之3D-DESS对呼吸运动不敏感和成像时间较短的优势突出，因此在神经泌尿学方面相对更实用、更准确、且具有潜在的应用价值。

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