3D MEDIC和3D SPACE 磁共振神经成像在腰骶丛神经根的一致性对比研究

孙 峥 孔 超 鲁世保 陈 海 笪宇威 张 苗 卢 洁 *

(1. 首都医科大学宣武医院放射科, 北京 100053； 2. 磁共振成像脑信息学北京市重点实验室, 北京 100053； 3. 首都医科大学宣武医院骨科, 北京 100053； 4. 首都医科大学宣武医院神经内科, 北京 100053)

磁共振神经成像技术(magnetic resonance neurography，MRN) 可直接、有效地显示腰骶丛神经的走行和形态，突破了传统影像学研究的重点和难点[1]。相比电子计算机断层扫描(computed tomography,CT)对骨折和血肿的显示，MRN对神经与周围软组织的分辨力更高[2]；相比超声对神经根的成像，MRN可清楚显示深部周围神经[3-4]；MRN具备多平面成像能力，无辐射，无创伤，因此应用愈加广泛。评估腰骶丛神经根最常用的两个序列分别是三维多回波数据联合成像 (three dimensional multi-echo data imagine combination with selective water excitation, 3D MEDIC WE)和三维快速自旋回波成像 (three-dimensional sampling perfection with application optimized contrasts by using different flip angle evolution, 3D SPACE STIR) 序列。既往已有多项研究[5-9]结果显示，两序列均可应用于腰骶神经丛的显示和诊断效能比较，但结合临床，两序列针对不同腰骶神经根走行和形态仍缺乏系统性评估其准确性和可重复性的研究。本文试对3组不同神经根形态和走行的患者层层对应分析两序列的一致性，结合临床给出精准医疗的个性化扫描方案。

1 对象与方法

1.1 研究对象

收集2017年9月至2019年12月首都医科大学宣武医院放射科磁共振室接诊的腰骶部受检的55例患者，其中男性35例，女性20例；年龄25～82岁，平均年龄(59.2±8.3)岁。分为3组，单纯性腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation, LDH)组，为20例骨科患者;慢性炎性脱髓鞘性多发性神经根神经病症(chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy, CIDP)组，为15例神经内科患者；正常对照组为主诉为腰痛，经排查腰椎无异常表现的20例正常患者。入院后均由骨科、神经内科医师按症状与查体定位责任节段并记录。纳入及排除标准如下： 骨科患者纳入标准：①入院诊断为腰椎间盘突出症及腰椎管狭窄症；②慢性下腰痛及下肢放射痛(单侧或双侧)病史超过3个月。神经内科患者纳入标准：符合经典型CIDP诊断标准[10]并除外CIDP表型变异[10-11]；全部排除标准：①既往有脊柱手术历史；②腹部存在金属内置物；③有急性或慢性肾病病史；④脊柱肿瘤(原发或转移)患者；⑤幽闭恐惧症患者；⑥其他原因不能耐受磁共振检查的患者。所有患者均在检查前由医师告知相关事宜并签署知情同意书。

1.2 磁共振数据采集

使用德国西门子Trio Tim 3.0T MR成像仪，应用体部线圈行腰骶部检查。患者取仰卧位，先行常规腰椎扫描，扫描范围从胸12椎体上缘至盆腔下缘，常规序列及参数如下：①矢状位T1WI：FOV 310 mm×310 mm，TR/TE 550 ms/9.6 ms，矩阵320 mm×320 mm，层厚4.0 mm，层间距10%，层数11，NEX=2；②矢状位T2WI: FOV 310 mm×310 mm，TR/TE 2 700/97 ms，矩阵320×320，层厚4.0 mm，层间距10%mm，层数11，NEX=2；③轴位T2WI: FOV 210 mm×210 mm，TR/TE 3 400 ms/102 ms，矩阵320×320，层厚4.0 mm，层间距3.6 mm，层数15，NEX=2；④3D MEDIC WE序列：FOV 320 mm×320 mm，TR/TE 30/12 ms，矩阵320×320，层厚1.0mm，层间距0，NEX=1，翻转角15°；⑤随后注射造影剂钆喷酸葡胺对比剂(GD-DTPA，0.2 mL/kg)行增强T2 SPACE STIR序列扫描，重点显示腰骶神经丛。具体参数为：FOV 320 mm×320 mm，TR/TE 3 800 ms/264 ms，TI 160 ms，矩阵320×320，层厚1.0 mm，NEX=1.5。

1.3 图像后处理

1)将3D MEDIC WE和3D SPACE STIR原始图像分别进行10mm厚度最大信号投影(maximum intensity projection，MIP)重建和曲面重建，显示腰骶丛神经及其分支，由两位神经放射医师采用4等级评分标准评估两个序列对腰骶丛神经解剖的显示程度和完整性：0分，图像无法观察；1 分，能观察到部分神经，受周围组织干扰大；2分，中等程度显示神经解剖，周围组织干扰小，不影响观察；3分，充分而清楚、完整地显示神经根与周围组织关系。

2)采用西门子后处理工作站，在3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列原始图像上分别量取L1至S1神经根节前、节后神经信噪比(signal to noise ratio，SNR)，对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)和对比度(contrast ratio，CR)，多次测量取平均值记录并评价。

计算公式为：SNR=SI/SD; CNR=(SIA-SIB)/SD; CR=SIA/SIB。 其中A、B代表不同组织。SI 为相应组织信号强度，SD为同层背景噪声信号强度。

3)分别在3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列上测量L1至S1神经根直径。以L4-L5为例，在腰骶丛神经根冠状位MIP图像上，找到L4-L5椎间盘中心，做平行于椎体上下缘的水平线，双向延长至与双侧L4神经内侧缘相交，以相交点为起点，做垂直于神经走行方向的直线至所测量神经外侧缘为终点，起点至终点所做直线长度即为所测量L4神经的直径，随后依次测量L1至S1全部神经根直径[12]。每例测得数据10个，多次测量并取平均值记录。由两位神经放射医师在10 mm MIP图(或相应负片图像)上独立定量评估3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列显示神经根直径的一致性。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 腰骶丛神经根显示评价情况

① 正常对照组3D MEDIC WE序列总分(2.8±0.6)分，排除2例(10%)1分图像，原因为患者体型较大，噪声明显，超吸收率(specific absorption rate, SAR)而不能得到优质图像；3D SPACE STIR序列总分(2.9±0.6)分，排除1例(5%)1分图像，原因为患者肠道液性内容物较多，且患者为女性，盆腔内见积液，导致神经根显示受干扰。相匹配的17例正常对照纳入定量分析。②CIDP组，3D MEDIC WE序列总分3分，患者神经根形态呈弥漫性对称性增粗，T2W信号显著升高，全部15例获得优质图像；3D SPACE STIR序列总分(2.6±0.8)分，排除3例(20%)因腰大肌同时呈弥漫性炎性渗出，造成图像显示不清的患者。最终纳入12例进行定量分析。③LDH组，3D MEDIC WE序列总分(2.5±0.8)分，其中3例(15%)得到2分，排除2例(10%)1分图像；3D SPACE STIR序列总分(2.4±0.5)分，其中2例(10%)2分图像，排除4例(20%)1分图像，其原因为腹部肠道内容物干扰，神经根显示不清。最终纳入14例进行定量分析(图1)。

图1 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列图像质量评分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序列神经根SNR、CNR和CR比较

① 3D SPACE STIR序列SNR在节前、节后神经根均高于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在神经根/周围肌肉组织成分比较中，高于3D MEDIC WE序列，(37.24±10.65vs6.45±2.61)差异具有统计学意义(P<0.05)；③ 3D SPACE STIR序列的CR在神经根/周围肌肉组织成分比较中高于3D MEDIC WE序列(5.21±1.33vs2.24±0.45)，差异具有统计学意义(P<0.05),详见表1；④3组患者两两比较，CIDP组3D SPACE STIR序列信噪比最高(74.31±13.20)，但差异无统计学意义(P>0.05)；3D MEDIC WE序列SNR、CNR、CR比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。

表1 两种检查序列的SNR、CNR和CR结果及比较Tab.1 Comparison of SNR, CNR and CR results

2.3 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列在神经根直径测量上的一致性

结果显示，正常对照组、CIDP组和LDH组两序列均显示出较高的相关性，其r值分别为0.95、0.99和0.97(P<0.001)(图2)。Bland-Altman进一步评估两序列定量测量时的偏倚，正常对照组[4.11±0.68vs4.86±0.92; bias=(-0.03±0.43) mm，P=0.72]; CIDP组[6.76±1.18vs6.59±1.23; bias=(0.01±0.22) mm,P=0.75]；LDH组[4.27±0.74vs4.02±1.18; bias=(0.04±0.23) mm,P=0.33]; 3组结果均表明两序列偏差无统计学意义(图3)。

图2 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR 序列神经根显示情况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.

图3 3D MEDIC WE和3D SPACE STIR测量神经根直径一致性 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 讨论

本研究系统性比较3组数据、两种腰骶丛神经成像方法的一致性。结果显示3D MEDIC WE和3D SPACE STIR均可在正常神经根(正常组)，病变所致的弥漫性形态增粗神经根(CIDP组)以及间盘突出受挤压变形的神经根(LDH组)的情形下，保持高度的一致性和准确性。因此，临床实践过程可视患者个体差异做出恰当选择，即两序列显示病变侧重点不同，但一定程度上可相互替代或互补。

本文显示两序列对正常人腰骶丛神经根的显示定量统计中差异无统计学意义，SPACE序列的SNR及CNR占优，且结果保持稳定。而对神经根直径的测量，也显示出同样的偏倚结果[bias=(-0.03±0.43) mm，P=0.72]。临床中针对正常人的筛查研究主要侧重于观察神经根走行与形态，因此对图像的定性评价价值更高。影像解剖显示第四腰神经前支余部与第五腰神经前支合成腰骶干，向下经骨盆上口加入骶丛。骶丛由腰骶干、全部骶神经和尾神经的前支组成，位于骶骨及梨状肌的前面[13]。恰因腰骶丛神经走行复杂，临床中才考虑加扫MR 3D序列，可多角度多平面重组，进而得到明确诊断。本文中仅3例正常人未能完成检查，其中2例由于体型较大，磁场射频穿透力有限，3D MEDIC WE噪声显著，1例由于盆腔积液的水信号干扰，造成3D SPACE STIR序列图像质量下降。因此，临床实际操作中首要考虑的因素应为个体因素，如体质量指数、女性盆腔内妇科炎症等。良好的图像可读性(CR)为后续定量测量的可重复性和一致性提供了保障。因此，基于正常患者的筛查两种3D成像方法可相互替代。

随后本文纳入了两组异常形态或走行的腰骶丛神经根患者进一步研究。首先是CIDP组，既往研究[14]表明，此类患者神经髓鞘随病程复发、缓解、再复发的进程发生神经根不断增粗的改变，其神经及髓鞘含水量明显增高。SPACE序列可克服T2信号衰竭效应，降低SAR值，多次采集数据，减少部分容积效应[15]，得到可定量测量的优质图像。此时若应用MEDIC序列，则图像上硬膜囊内脑脊液与神经根呈现等信号，硬膜囊内各条脊神经根无法分辨，只可显示各神经根离开硬膜囊的起始部位及神经根的走行。国内学者研究[16]显示，MEDIC序列较SPACE序列具有较高信噪比和较小的磁敏感伪影，显示解剖结构细节明显占优；但笔者认为，针对CIDP患者，对神经根水肿增粗的评定做出“有或无”的分析，即可为临床提供有利的影像支持。既往有研究[12]曾表明在SPACE序列上显示为高信号的神经还包括硬脊膜和脑脊液，因此神经根真正的定量测量直径应该小于研究中的测量值。本文基于此论点亦进行了验证性研究，发现结合MEDIC序列，其增粗的神经根经两序列测定并无统计学偏差，考虑为未纳入病程的相关性分析。Midroni等[17]曾证实病程越长的患者神经丛增粗越明显，但也未能阐述其炎性所致的神经-血管屏障被破坏后神经根周围水肿的波动性改变，因此，定量分析需进一步扩大样本深入研究。因此，CIDP组神经根检查除正常解剖结构序列外，加扫SPACE序列十分必要。

LDH组：临床中椎间盘突出或膨出的髓核常引起相应部位的神经症状，且鉴别诊断中蛛网膜粘连、神经根(根鞘)炎、囊肿、肿瘤等病变也需要MEDIC序列的辅助诊断[18]。有研究[19]曾报道，体积增大的畸形异位腰骶神经节被误诊为神经鞘瘤，因此，多平面多角度重组显示腰骶神经丛显得尤为重要。3D MEDIC WE序列的特点正是带宽较宽，采集速度快，可抑制动脉搏动伪影，具备高对比度；在减轻磁敏感伪影的同时，提高空间分辨能力；结合脂肪抑制技术，可进一步显著减少卷褶伪影，减轻对B0场均匀度的依赖。这不仅可以显示神经根、神经节、神经干的解剖形态，还可以了解腰骶神经丛损伤、受压程度，术前给予神经根解剖变异和畸形充分的掌控。本研究结果同样证实3D MEDIC WE序列具备一定的可重复性，若应用于LDH患者，MEDIC序列成为首选。

本文研究存在若干局限性，列举如下：①研究样本量较小，缺少个体因素如年龄、性别、体质量指数以及病程等相关性分析；②部分患者在3.0T高场强下，存在脂肪抑制不均匀，噪声偏大的现象。综上所述，3D MEDIC WE和3D SPACE STIR序列在腰骶丛神经根成像中可清晰显示解剖形态，鉴别神经根病变，为临床提供必要的影像诊断依据，两序列一致性较好，可互补或替代应用，应用前景广泛。