脊神经丛MR成像的研究进展

邓燕，王卫卫，刘含秋*

正常人体内共有31对脊神经，其前后根自脊髓发出后在椎间孔处汇合，然后分出前支、后支、交通支及脊膜支，前支是主要的成像对象。其中，仅胸神经前支具有明显的节段性走行和分布，颈段、腰段及骶尾段脊神经前支分别构成4个神经丛，即颈丛、臂丛、腰丛和骶丛，再由神经丛发出分支分布于四肢及盆腔等相应区域。临床常见的脊神经疾病包括炎性疾病、肿瘤以及急性损伤等，这些病变可以通过结合详细的病史资料和各种辅助检查得出诊断结果。电生理检查对远端神经损害的敏感性较高，对近端神经损害的诊断却不太准确；超声可以探查到部位表浅的神经病变，对深部神经疾病的诊断却无能为力；CT可显示较粗大神经的大致形态，但对周围神经的分辨力及对比度显示能力较差；正电子发射体层成像（PET）可以通过分析损伤组织的代谢改变来评估神经损伤，但费用昂贵且有辐射。MRI具有良好的对比度和分辨力，能够实现3D成像并可使用多平面重组（multiplanar reconstruction,MPR）、最大强度投影（maximum intensity projection,MIP）、容积再现（volume rendering,VR）等方式进行影像三维重建，还能使用各种技术实现定量测量，因而是目前脊神经丛成像的主要手段。本文就脊神经丛MR成像展开综述，将依次介绍形态学成像（包括常用的脂肪抑制技术及重T2加权脂肪抑制序列）、定量成像、较新的对比剂成像和显微神经成像等技术。

1 MR形态学成像技术

神经的特定间隙内含水量较邻近肌肉等组织多，因而在T2WI上呈较高信号，而邻近肌肉呈较低信号。采用MRI重T2加权脂肪抑制序列能够突出神经组织的长T2特性并抑制周围的脂肪信号，因此可以实现脊神经丛的MR形态学成像。各种抑脂技术的原理及应用有一定差异，与不同的重T2加权序列结合可以达到不同的成像效果。

1.1 脂肪抑制技术 常见的MRI脂肪抑制技术包括短时反转恢复（short tau inversion recovery，STIR）、频率衰减反转恢复（spectral attenuated inversion recovery，SPAIR）、选择性水激励脂肪抑制技术（principle of selective excitation technique，PROSET）、迭代最小二乘法非对称采集水脂分离（iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and leastsquares estimation，IDEAL）等。STIR技术对液体含量变化敏感，可以清晰显示节后神经的形态及走行，也能灵敏地反映神经水肿等病理状态，且其对磁场均匀性要求不高，因此应用广泛。然而，该技术基于水和脂肪T1弛豫时间的差别，选择性地抑制脂肪信号，这就不可避免地影响了与脂肪T1时间相近的组织，降低了影像信噪比；另外，神经周围小血管及淋巴结构信号未被抑制，这对目标神经的观察产生了较大的干扰。SPAIR是基于水和脂肪进动频率差异的一项脂肪抑制技术，主要应用于脊神经丛远端分支成像。PROSET是一种二项式水激发脂肪抑制技术，能很好地抑制背景脂肪信号，清晰显示脊神经根、神经节及部分节后神经的解剖形态，目前常用于腰骶丛成像。IDEAL采用Dixon水-脂分离技术，在减少伪影的同时能均匀抑制神经周围的脂肪并保持高信噪比，对臂丛及腰骶丛显示良好。

1.2 三维快速自旋回波序列 三维快速自旋回波序列可称为（sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolution,SPACE；西门子公司）、（fast spin echo with an extended echo train acquisition,CUBE；GE公司）、（volume isotropic turbo spin echo acquisition,VISTA；飞利浦公司），目前在临床应用广泛。该序列的优势在于空间分辨力高，射频能量吸收率低，并且可以有效减少静磁场不均匀带来的伪影。为了提高神经与周围组织的对比度，常与SPAIR或者STIR等脂肪抑制技术结合，如常用的三维快速自旋回波短时反转恢复(3D STIR SPACE)序列，其中SPACE序列能进行各向同性采集，允许成像后对神经进行任意曲面的三维重建，而增加的STIR技术能很好地抑制脂肪信号，但周围的小血管和淋巴等结构仍在一定程度上影响神经的显示，必要时可行钆剂增强扫描[1]。

1.3 平衡式稳态自由进动序列 常规平衡式稳态自由进动序列可称为（true-fast imaging with steadystate precession,true-FISP；西门子公司）、（fast imaging employing steady state acquisition,FIESTA；GE公司）、（balance fast field echo,B-FFE，飞利浦公司），在层面选择、相位编码及频率编码3个方向上都施加了重聚焦梯度进行相位补偿，减少了脑脊液的流动伪影。同时，该序列上脑脊液表现为很高的信号，椎管内神经根信号相对较低，因此能得到类似于CT脊髓造影的影像，具有良好的脑脊液-脊髓-神经根对比度。然而，该序列不是单纯的梯度回波序列，相位偏移时容易形成条带状伪影。在此基础上进一步优化可以得到双激发平衡式稳态自由进动（constructive interference in the steady state,CISS；西门子公司）、（fast imaging employing steady state acquisition cycled phases,FIESTA-c；GE公司）序列，该序列通过施加2次不同相位编码方向的射频激励，然后将得到的两组true-FISP影像合二为一，以消除条带状伪影。上述的平衡式稳态自由进动序列都具有高信噪比、高对比度的特征，是评估根性撕脱伤及其他椎管内脊神经疾病的最佳手段，但这些梯度回波序列都很容易受运动伪影的影响[2]。

1.4 三维多回波数据联合成像序列 三维多回波数据联合成像序列又可称为（multiple-echo data image combination，MEDIC；西门子公司）、（coherent oscillatory state acquisition for the manipulation imaging contrast,COSMIC；GE公司）序列，使用一次小角度射频脉冲激发后采集多个梯度回波，然后将这些回波合并，以提高信噪比。该序列影像具有良好的组织对比度，脊神经的节后神经呈高信号，边界清楚、走行连续，椎间盘呈稍高信号，椎体呈低信号。因此，该序列的影像尤其适用于椎间盘突出症引起神经受累的影像学诊断。

1.5 其他 三维神经鞘信号增高并背景抑制弛豫增强的快速采集成像（3D nerve-sheath signal increased with inked rest-tissue rapid acquisition of relaxation imaging，3D SHINKEI）是飞利浦公司的新序列，它联合了SPAIR与运动敏化驱动平衡脉冲，在抑制肌肉和脂肪信号的同时，也能很好地抑制血流快速的动脉血管，因此能突出神经鞘信号以显示神经丛的形态。为了进一步减少腰骶部脑脊液、静脉血及膀胱等信号的影响，Tadenuma等[3]在腰骶丛神经成像过程中使用高信号抑制神经鞘信号增强（high-intensity reduction SHINKEI,HIRE-SHINKEI）技术，愈加突出显示腰骶丛神经结构及走行。Ferrer等[4]在最近的研究中还发现呼吸心脏双触发的3D SHINKEI序列可以显示腹腔神经丛，这在神经成像中是很少见的。

三维双回波稳态水激发（3D double-echo steady-state with water excitation,3D DESS-WE）序列是西门子公司特有的梯度回波序列，既往主要用于骨关节成像，近年来开始被用在神经成像中。其影像信噪比及组织对比度高，脊神经丛显示良好，还能观察神经根与椎间盘的关系，在被检者高度配合下能得到优质影像[5]。

2 MRI定量技术

脊神经丛形态学成像的MRI序列较多，成像质量也越来越高。然而，形态学成像所提供的有关神经损伤的病理以及疾病病程的信息却十分有限，也不能很好地监测神经的再生状态，而定量MRI正好在一定程度上弥补了这些缺陷。形态学成像与定量技术的结合有助于疾病的早期诊断、预后指导和再生评估等。目前应用于脊神经丛的MRI定量成像方法主要包括基于扩散加权技术的序列、T2-mapping/SHINKEI-Quant、磁化转移率（magnetization transfer ratio，MTR）成像等。

2.1 基于扩散加权技术的序列 扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是目前臂丛及腰骶丛神经最常用的定量成像手段，其可靠性及可重复性较高。DTI利用神经纤维内水分子运动的高度各向异性特征进行成像，获取各向异性分数（FA）、表观扩散系数（ADC）等参数值并进行数据分析，当这些值处于正常范围内时，可以认为神经纤维结构完整。而神经因各种原因发生损伤后，轴突膜、髓鞘以及纤维结构破坏并出现水肿等病理改变时，这些参数值会发生相应的改变，且其变化程度还可以反映神经损伤的严重程度或鉴别不同的神经疾病类型[6-7]。此外，DTI的这些参数改变与临床电生理检查有一定的相关性[8]。DTI现在被广泛应用于脊神经丛炎症、肿瘤、牵拉、卡压及撕裂等病变的研究中[9]。扩散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）在DTI的基础上利用计算机后处理软件进行神经三维重建，可以直观显示神经丛的走行，也可以观察到由于各种疾病因素导致的神经受压推移、稀疏、缺损或中断的形态学改变[10]。因此，DTI及DTT在脊神经丛的定量研究中具有重要地位。

扩散峰度成像（diffusional kurtosis imaging，DKI）是在DTI基础上进一步发展而来的技术，DTI成像基于理想状态下水分子扩散运动为高斯模式，而DKI则是基于细胞内外水分子实际扩散方式的非高斯模式。DKI作为神经成像的一种新技术，在发现中枢神经系统各向同性扩散区域（如皮质、基底节和丘脑等）微观结构变化方面比DTI具有更高的敏感性[11]。疾病早期阶段，DKI的平均扩散峰度（MK）值比DTI的FA值更早出现改变。然而，DKI在周围神经中的应用仍然较少，视神经及听神经成像中偶见，在坐骨神经成像中的应用目前也只见于动物实验。Wan等[12]认为DKI在周围神经成像中的应用价值可能不如DTI，且相对于DTI而言，DKI的成像耗时更长。

背景抑制全身扩散加权成像（diffusion weighted whole-body imaging with background body signal suppression，DWIBS），又称“类PET”序列。DWIBS是基于平面回波和扩散加权成像的序列，它能很有效地抑制神经周围的背景信号，从而着重显示臂丛或腰骶丛神经。DWIBS对神经节及节后神经显示清晰。由于臂丛神经相对纤细，周围结构更复杂，脂肪抑制常不均匀，且容易产生伪影，因此在腰骶丛成像中使用较多。

读出分割平面回波扩散加权（readout segmentation of long variable echo-trains diffusion weighted imaging，RESOLVE DWI）序列是一种新的扩散序列，不仅可以获得高质量、高分辨率DWI影像，还可以测量ADC值。Abdulaal等[13]最新的研究表明这个扩散序列可以准确检测和定位骶丛神经异常。

2.2 T2-mapping/SHINKEI-Quant T2-mapping是一种定量分析技术，可以生成T2-mapping伪彩图，通过测量组织的T2值，即横向弛豫时间，反映病变组织自由水含量的变化[14]。这项技术的可重复性很高，目前被广泛用于研究关节软骨和心肌。近来许多学者也用T2-mapping来研究脊神经丛相关疾病，发现损伤侧神经的T2值增高且具有统计学意义，因此推测T2-mapping可能具有提示神经病理改变的潜能，能够在临床诊断中占据一席之地。T2-mapping在测量T2值的同时也可以测量质子密度，但目前这个方法在临床上应用较少，因为质子密度的测量很大程度上依赖MRI信号和相关参数[15]。

SHINKEI序列能对神经丛进行良好的形态学成像，但和大多数方法一样，它无法对神经进行定量成像。近些年成像参数不断改进，SHINKEI-Quant序列也能在形态学成像的同时获得神经组织的T2值。Eguchi等[16]使用SHINKEI-Quant序列对颈椎间盘突出病人的臂丛神经进行成像，在冠状面影像上观察到患侧C7神经肿胀。Hiwatashi等[17]对慢性炎性脱髓鞘性多发性神经根神经病（chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy,CIDP）病人和正常人的腰丛进行SHINKEI-Quant成像，发现CIDP病人的神经明显较正常人粗大，且病人腰丛神经测得的T2值较正常人高。由此看来，SHINKEIQuant成像既能在保证影像不失真的情况下进行形态学成像，又能用作定量手段，因此具有较好的研究前景。但由于这个序列测得的T2值只经过2个回波计算获得，所以会比多回波自旋回波T2-mapping序列测出的T2值偏大。

2.3 MTR成像MTR成像时先使用偏振脉冲激发结合水，使结合水质子部分被饱和，被饱和的结合水再把磁化饱和的状态传递给自由水，这个过程就是磁化转移，使用偏振脉冲前后的组织信号差与使用偏振脉冲前组织信号的比值称为MTR。MTR成像对白质脱髓鞘或髓鞘密度变化敏感，现在主要应用于中枢神经系统脱髓鞘疾病的研究中，并被认为是一个很好的指标[18]。不仅如此，快速、高分辨率的周围神经MTR成像也是可行的。Yiannakas等[19]发现使用临床常规的3 T MRI设备便可以测量健康志愿者腰丛神经的MTR值。Boonsuth等[20]测量中枢多发性硬化（multiple sclerosis,MS）病人腰丛及坐骨神经的MTR值，结果显示坐骨神经MTR值显著降低，这可能提示中枢MS病人脊神经的分支也可以出现脱髓鞘改变。Kollmer等[21]在研究下肢神经MTR值时还发现，在年轻健康志愿者中，下肢神经的MTR值从近端到远端没有明显差异，但随着年龄增长有逐渐降低的趋势。

3 对比剂成像

脊神经丛的MR对比剂成像主要基于损伤部位的免疫反应。在以往的研究中，最主要的分子水平成像对比剂是超顺磁性氧化铁（superperamagnetic iron oxide，SPIO）或超小超顺磁性氧化铁（ultrasmall superperamagnetic iron oxide，USPIO），以及全氟化碳（perfluorocarbon，PFC）。钆氟林M（gadofluorine M，Gf）则是利用神经损伤时血神经屏障破坏或紊乱进行成像。但目前这些对比剂主要用于动物实验。

3.1 SPIO/USPIO具有超顺磁性的SPIO和USPIO能被体内单核巨噬细胞吞噬，在神经炎性反应过程中随巨噬细胞迁移到病变部位。由于其超顺磁效应，病灶MRI成像表现为T1WI高信号和T2WI低信号。USPIO作为一种良好的MRI对比剂，能很好地反映神经损伤后巨噬细胞的浸润情况。Chen等[22]最近的研究以小鼠坐骨神经急性损伤作为模型，使用USPIO增强MRI在体内监测到了神经损伤后巨噬细胞的募集情况。

3.2 PFC PFC也能被活体内巨噬细胞吞噬，然后随巨噬细胞到达神经损伤部位并集聚于此。与SPIO和USPIO不同的是，PFC中19F并非天然存在于软组织内，所以神经损伤部位的PFC成像具有高度特异性，近年来被广泛应用于各种组织或不同疾病的19F MRI分子成像的研究[23]。Weise等[24]在诱导大鼠坐骨神经脱髓鞘后向大鼠体内注入PFC乳剂，5 d后行19F MRI观察到了病灶部位的高信号，离体后的组织学检查也证实病灶区集聚了大量巨噬细胞。因此，PFC也是一种无创监测神经免疫活动的方法。

3.3 Gf Gf是一种钆复合物，在神经炎症成像方面比常规MRI对比剂钆喷酸葡胺敏感性高，能聚集到神经脱髓鞘区域，显示钆喷酸葡胺增强后所不能发现的病变。Gf这种特异性聚集的具体机制尚不明了，被认为和血神经屏障破坏或紊乱有关。在动物实验中，利用Gf对急性或慢性神经炎性脱髓鞘疾病进行成像时，T1WI上病灶表现为明亮的高信号，而随着神经髓鞘的修复再生，其信号逐渐降低。因此Gf具有监测髓鞘再生的能力，但近年来相关研究较少[25]。

4 显微神经成像

显微神经成像是指通过高场强高分辨MRI设备对神经进行成像，在常规横断面自旋回波或梯度回波T2WI影像上即可显示其超微结构，并允许在一定程度上分辨目标神经的成分，如神经外膜和束膜等结构。Bilgen等[26]使用专门设计的表面线圈和9.4 T高场强MRI设备，并配备能够产生强磁场变化的梯度线圈组对离体的正中神经进行成像，展示了高分辨MRI上正中神经的超微结构，与苏木精-伊红染色显示的正中神经显微影像结构具有较高的一致性。Yoon等[27]用3 T和7 T MRI设备对踝关节胫神经进行成像，7 T MRI横断面影像上神经束结构的显示明显较3 T MRI清晰，与周围结构的对比也更加明显。

虽然目前在临床工作中应用高场强的MRI设备不太现实，但Zochowski等[28]提出的一种新的基于深度学习的MRI重建（deep learning-based MR reconstruction，DLRecon）方法可能会提供显微神经成像的新思路。该研究将DLRecon法应用于正中神经、胫神经等脊神经丛远端分支成像的临床评估，发现DLRecon法在很大程度上提高了影像的信噪比以及边缘锐化度，使神经的细微结构显示更清晰。神经成像影像质量的提高或许提示这是一种在3 T MRI设备上实现显微神经成像的替代方法。

5 小结

周围神经成像一直是比较热门的研究方向，脊神经丛是研究的主要着力点。大部分研究都是希望借助MRI这一无创的检查手段，用最短的成像时间实现脊神经损伤的精准诊断，并对神经损伤进行分级和预后评估，甚至对某些未知原因的神经疾病进行病因探索。各种形态学MRI成像序列能够提供神经损害的直接征象，是影像诊断的基础，因此提高MRI的影像质量，得到满意的分辨率及对比度是神经影像诊断永恒的话题。但只有神经出现明显形态学改变时，才能在影像上观察到病变，因此应用定量技术或新型对比剂探索神经的细微结构或疾病早期病理生理变化势在必行，将会是未来研究的重点。新型对比剂提供了一种分子层面成像的方法，目前的研究表明其具有揭示神经炎性反应病理过程的潜能，但尚需更多有力研究的证实。显微神经成像能提供给影像医生肉眼可见的神经细微结构信息，但它依赖于高场强MRI设备。人工智能技术的发展呈不可阻挡之势，近年来也逐渐渗入脊神经丛成像的研究领域，并显示出这项技术在此领域具有的巨大潜力[28-29]，医工结合必将使脊神经丛成像的研究变得更加简易而深刻。