ZTE成像技术评估神经根型颈椎病椎间孔骨性狭窄的价值

王聪，鲁毅，欧阳治强，凌冰冰，曾一真，孙学进

图1 零回波时间图像的后处理。a)原始图像；b)强度校正；c)负对数变换；d)背景分割。

神经根型颈椎病是临床最常见的颈椎病类型，通常由颈椎间盘退变突出或椎间关节骨质增生累及相应节段神经根所致[1-2]。准确的影像学诊断，对临床治疗方案的选择和患者预后至关重要。MRI已成为评估神经根型颈椎病首选影像学检查方法，在评估椎间盘突出、椎间孔软组织狭窄和脊髓改变等软组织病变方面具有显著优势，但在显示颈椎椎间孔骨性狭窄方面存在一定的局限性。传统影像学检查需要患者行额外的CT扫描明确诊断，增加了患者检查流程，并且存在一定的电离辐射影响，不利于复查。零回波时间(zero echo time，ZTE)序列是一种磁共振三维短T2成像技术，可实现基于MRI对骨性结构的检测，能够有效采集颅骨、关节、牙齿、肺等短T2组织信号[3-7]。然而，目前ZTE序列在颈椎骨质结构改变方面的应用仍然较少。基于MRI的颈椎椎间孔骨性狭窄的检测有可能简化患者检查流程，减少相关电离辐射对患者的影响。因此，本研究旨在评估ZTE序列对颈椎椎间孔骨性狭窄的诊断性能及临床应用价值。

材料与方法

1.一般资料

搜集昆明医科大学第一附属医院2020年5月-12月符合以下标准的患者。纳入标准：经临床及影像学检查综合诊断为神经根型颈椎病的患者。排除标准：①有MRI检查禁忌证；②无法耐受检查者；③颈椎术后者；④颈椎侧弯者。29例神经根型颈椎病患者纳入研究，其中男13例，女16例；年龄37～78岁，平均56±11岁。

2.检查方法

采用GE Discovery 750w 3.0T MRI扫描仪，24通道头颈联合线圈。颈椎MRI检查序列包括：矢状面FSE T1WI(TR 427 ms，TE 9 ms，回波链长度(echo train length，ETL) 3，层厚3 mm，层距0.3 mm，FOV 240 mm×240 mm，NEX 3，矩阵288×224)；矢状面FSE T2WI(TR 2424 ms，TE 112 ms，ETL 18，层厚3 mm，层距0.3 mm，FOV 240 mm×240 mm，NEX 4，矩阵320×224)和矢状面压脂FSE T2WI(TR 2500 ms，TE 98 ms，ETL 18，层厚3 mm，层距0.3 mm，FOV 240 mm×240 mm，NEX 2，矩阵288×192)；横轴面FSE T2WI(TR 3240 ms，TE 115 ms，ETL 18，层厚3 mm，层距0.5 mm，FOV 220 mm×220 mm，NEX 4，矩阵288×224)。双斜矢状面T1WI和T2WI扫描参数与常规正矢状面T1WI和T2WI序列参数相同，其扫描定位线垂直于双侧颈神经根走形。ZTE序列参数如下：TE 0 ms，TR 823 ms，翻转角1°，接收带宽±62.5 kHz，NEX 3，FOV 300 mm×300 mm，采集矩阵320×320，层厚1.2 mm，扫描时间2 min 55 s。该扫描方案的总扫描时间为15 min 18 s。

采用联影uCT 760 64排128层螺旋CT扫描仪，采用标准颈椎扫描方案，获取具有各向同性的扫描数据， 矩阵512×512，层厚1 mm，螺距0.975，管电压100 kV，管电流采用自动管电流调制技术，标准重建算法，骨算法(Bone)。

3.图像后处理

为了增强ZTE序列图像中(图1a)骨组织的显著性，产生具有类CT对比度的图像，在基于MATLAB平台上对其原始图像进行后处理。首先，采用N4偏差校正算法[8]来校正由于接近或远离线圈而产生的信号强度不均匀(图1b)；然后，对图像的对比度进行反对数变换(图1c)，使骨组织具有正对比度；最后，应用基于直方图的阈值法去除图像背景(图1d)，获得类似于CT对比度的图像。

4.图像分析

由2名具有丰富经验的放射科医师在不知晓患者临床资料的情况下，在GE AW4.6后处理工作站上，对所有MRI和CT图像进行独立评估，范围包括C2/3至C7/T1双侧椎间孔。MRI图像的评估在CT图像评估前1周完成。作为参考标准，在CT矢状面上根据椎间孔的形状确定是否存在骨性狭窄。正常椎间孔为光滑的椭圆形，当椎间盘或小关节退变所致骨质增生向椎间孔内凸起时，认为椎间孔存在骨性狭窄。在CT和ZTE图像上通过调节窗宽窗位，以显示神经根、神经周围脂肪和骨质增生。根据椎间孔狭窄程度、神经根周围脂肪情况和神经根的形态改变对椎间孔的狭窄程度进行评分，评分标准参照Park等[9]制定的评价标准，标准如下：0级，正常，无神经周围脂肪闭塞；1级，轻度狭窄，轻度神经周围脂肪闭塞(<50%神经根围)，无神经根塌陷；2级，中度狭窄，中度神经周围脂肪闭塞(>50%神经根围)，无神经根塌陷；3级，重度狭窄，重度神经周围脂肪闭塞(>50%神经根围)，伴神经根塌陷。意见不一致时，由两位医师协商达成一致。

在ZTE序列中，根据椎间孔的形状对狭窄进行评价。骨赘在ZTE后处理图像上显示为高信号，并且与椎体的皮质和髓质相连续，椎间盘和周围脂肪组织呈低信号，以此区分骨赘和周围软组织(图2、3)。

图2 女，38岁，颈部疼痛3年余。影像学检查未发现椎间孔骨性狭窄。a)ZTE；b)T2WI；c)T1WI；d)斜矢状面T2WI；e)斜矢状面T1WI；f)CT。在ZTE图像上可以清楚的显示椎间孔骨质边缘。在T1WI和T2WI像上，椎间孔的骨质边缘较模糊。 图3 男，47岁，颈部辐射性疼痛，双侧上肢麻木。中、重度椎间孔骨性狭窄累及右侧C4至C7椎间孔，影像学表现与临床症状一致。a)ZTE；b)T2WI；c)T1WI；d)斜矢状面T2WI；e)斜矢状面T1WI；f)CT。白色箭头所指为狭窄的椎间孔。

5.统计学分析

采用SPSS 23.0进行统计学分析。以CT作为参照标准，计算各序列检测椎间孔狭窄的敏感度和特异度。采用Kappa分析法评估各MRI序列与CT对椎间孔骨性狭窄评估结果的一致性，以及2名评价者之间的一致性，Kappa值≤0.40，一致性差；0.41≤Kappa值≤0.75，一致性较好；Kappa值≥0.76，一致性好。采用配对χ2检验比较ZTE与常规MRI序列敏感度和特异度的差异。采用Wilcoxon符号秩和检验将各MRI序列的狭窄严重程度评分与CT进行比较， 以P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

以CT为参照标准，在348个颈椎椎间孔中，共检测出68个椎间孔存在骨性狭窄(图2、3)。在本研究人群中，椎间孔骨性狭窄的总体患病率为86%(4名受试者在CT上未检测到骨性狭窄)。ZTE检出60个，斜矢状面T2WI序列检出40个，斜矢状面T1WI序列检出35个，T2WI序列检出21个，T1WI序列检出18个(表1)。

表1 各序列评估椎间孔骨性狭窄的诊断效能

ZTE与CT对椎间孔骨性狭窄的评估结果有很好的一致性，Kappa值为0.85。斜矢状面T1WI和T2WI与CT的一致性较好，Kappa值分别为0.58和0.57。正矢状面T1WI和T2WI与CT的一致性差，Kappa值均为0.30。与常规的T1WI和T2WI序列相比，ZTE的敏感度显著提高(P均<0.001)，特异度差异无统计学意义(P均>0.05)。

ZTE与CT的严重程度评分间无显著差异(Z=0，P=1)，见图4。正矢状面T1WI、T2WI和斜矢状面T1WI、T2WI序列的评分与CT相比有显著差异(Z值分别为-5.652、-4.268、-5.342、-3.099，P均<0.001)。多数狭窄椎间孔被评为轻度(1级)，少数被评为中度或重度(n=12)。中、重度狭窄在常规T1WI和T2WI序列上有被低估的趋势，在正矢状面T1WI和T2WI序列各发现1个中度狭窄，在斜矢状面T1WI和T2WI序列上分别发现1个和2个中度狭窄。相比之下，ZTE序列正确识别了10个中、重度椎间孔狭窄，将2个中度狭窄低估为轻度狭窄。

图4 不同成像技术对椎间孔狭窄的严重程度评分。ZTE对严重程度的评分与CT差异无统计学意义(P>0.05)。斜位T1WI、斜位T2WI和T1WI、T2WI序列评分与CT差异均有统计学意义(P均<0.001)。

CT的评价者间一致性最好，Kappa值为0.80。ZTE序列的评价者间一致性好 Kappa值为0.78。斜位T1WI和T2WI序列的评价者间一致性表现较好(Kappa值分别为0.44、0.48)。正矢状面T1WI和T2WI序列的评价者间一致性较差(Kappa值分别为0.26、0.18)。

讨 论

神经根型颈椎病是临床最常见的颈椎病类型，其致病原因大致有两种，椎间盘退变突出以及椎体骨质增生导致的椎间孔狭窄。准确的影像学评估对临床治疗方案的选择及患者的预后尤为重要[9]。目前的影像学检查主要包括普通X线、CT和MRI。斜位X线[10]和CT检查[11]能够对椎间孔的骨性狭窄情况进行评估，已在临床广泛应用，但是对于椎间盘、椎旁韧带、神经根和脊髓等软组织的辨别能力有限。MRI检查具有良好的软组织分辨率和任意层面成像等特点，通常是评估椎间盘退变、椎间孔软组织狭窄和脊髓改变的首选检查方法，并且无电离辐射。然而，MRI检查在对骨组织等短T2组织成像方面存在一定的局限性。

受回波时间的限制，常规序列无法有效采集短T2组织信号。常规MRI序列的信号采集，首先需要对自旋质子进行脉冲激发，而后通过相位重聚脉冲或梯度场的切换产生信号，再利用梯度场对产生的信号进行编码和采集。该过程使常规序列的回波时间较长(>2 ms)，大于骨皮质(约为390 μs)等短T2组织信号的衰减时间[12]，所以常规序列无法有效采集短T2组织信号。因此，目前MRI的临床应用主要集中在中、长T2信号，对于短T2信号的应用受到一定的限制，造成部分组织信号的缺失[13]。

ZTE序列是近年来开发的一种快速、稳定、低噪声的三维短T2成像序列[14-15]。该序列创造性的运用先编码后激发的信号采集模式，即在激发脉冲前开启梯度场，激发脉冲施加后直接采集自由感应衰减(free induction decay，FID)信号，突破了常规MRI序列在回波时间方面的限制，使回波时间接近于零。同时，采用纯频率编码的径向K空间填充方式对信号进行采集，实现了最大K空间填充速度，减小了信号采集时间的延迟。所以，ZTE序列能够在短T2组织信号完全衰减前对其进行信号采集，实现了短T2组织的显像。有研究报道，ZTE技术在显示骨肿瘤性骨质破坏方面可以提供与CT相类似的骨质细节[16]。此外，多项研究证实了骨关节ZTE序列扫描的临床应用价值。Breighner等[3-4]探讨了ZTE序列在评价肩关节和髋关节病变及其形态学中的应用，结果显示ZTE序列与CT结果有显著的一致性，提示ZTE序列可作为CT的替代检查。

本研究以CT作为参照标准，探讨ZTE序列与常规T1WI、T2WI序列的正矢状面和斜矢状面对神经根型颈椎病患者椎间孔骨性狭窄的检出情况。结果显示，ZTE对椎间孔骨性狭窄的评估结果与CT的一致性最高(Kappa值=0.85)，检出敏感度为88.2%，明显高于常规T1WI、T2WI序列(表1)；狭窄椎间孔的严重程度评分在ZTE序列与CT间无明显差异，对12个中、重度狭窄椎间孔的评价中，ZTE可准确评估其中10个，与CT结果相近。该结果提示ZTE序列可作为CT检查的替代方法，与先前类似研究结果一致[3-4,7]。而常规T1WI、T2WI序列检测椎间孔骨性狭窄的敏感度较低，并且有低估狭窄严重程度的趋势，主要是由于常规序列分辨率较低，层厚较厚，更容易受部分容积效应的影响，而且本研究中狭窄的椎间孔大部分为轻度狭窄，增加了评估的困难。对椎间孔骨性狭窄的检测结果中，各序列的特异度均很高，这是由于正常椎间孔数量较多所致。此外，与正矢状面T1WI、T2WI序列相比，斜矢状面扫描检测椎间孔骨性狭窄的敏感度较高，与Park等[9,17]研究结果一致，这主要因为颈椎间孔的走形与人体冠状面呈一定夹角，斜矢状面扫描可更加直观的显示椎间孔的完整轮廓。虽然双斜矢状面提高了检出敏感度，但仍与ZTE序列有较大差异，并且双斜矢状面的扫描定位较复杂，扫描时间增加了6分多钟，因此其通常不作为常规扫描方案。相反，由于ZTE序列在扫描时需预先开启梯度场，无法再进行层面选择，使该序列成为固有的三维扫描序列，其定位简单，扫描数据可进行多平面重组(multi-planar reformatting，MPR)，便于观察椎间孔形态。而且ZTE序列结构简单，扫描时间较短，本研究中ZTE序列可在3 min内完成颈椎扫描。此外，ZTE序列在整个扫描过程中梯度场只进行微调，降低了扫描噪声，成像性能更加稳定，在一定程度上提高了患者的舒适度[14,18]。由此可见，ZTE序列在一定程度上弥补了常规MRI检查的不足，可作为CT检查的潜在替代方法，尽管目前该序列的对比度较为单一，但其与常规序列相结合，可实现仅通过MRI检查对患者骨质结构和软组织病变的全面评估，简化患者检查流程，同时减少相关电离辐射对患者的影响，利于患者复查。然而，由于ZTE序列的实现需要具备较高性能的梯度和射频系统支持，目前的设备通常难以实现，在一定程度上限制了该序列的应用。

本研究的不足之处包括样本量较小、双斜矢状面扫描定位存在一定偏差。为了减小扫描误差，在本研究中所有双斜矢状面扫描定位前，先在患者CT图像上利用MPR确定其扫描定位线，然后在MRI扫描时进行定位，当部分患者的椎间孔无法在同一个层面显示时，着重显示存在狭窄的椎间孔。ZTE序列扫描中线圈覆盖的范围较定位范围稍小，造成颈椎下端信号强度较低。为了不影响图像质量，本研究中适当缩小ZTE序列的FOV，减少线圈范围对图像质量的影响。

以CT作为参照标准，ZTE序列能够可靠地检出神经根型颈椎病患者颈椎间孔骨性狭窄，较常规T1WI和T2WI序列具有更高的敏感度。因此，ZTE序列有可能简化相关患者的检查流程，实现仅通过MRI一站式检查即可完成对颈椎的全面评估，减少相关电离辐射对患者的影响，具有一定的临床研究价值。