3.0 T磁共振3D-DESS與3D-SPACE對腰骶神經成像的臨床應用價值比較

鄧明，王良，李亮，李拔森，馮朝燕，蔡杰，閔祥德，可贊，馮定義

華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院放射科，武漢 430030

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是無創性腰骶神經(sacral plexus，SP)成像的最佳方法。臨床開展的神經移植、骶神經調節術、神經調控治療神經源性膀胱(neurogenic bladder，NB)相關的神經手術刺激治療[1]，均對SP成像提出較高的要求。因此影像需提供SP正常與病變的解剖(包括粗細、長度、走向)，并幫助臨床醫師對分支神經功能準確定位[2]，進一步對SP病變進行早期治療，防止病變進展為不可逆狀態[3]。目前，臨床上用于顯示神經的成像方法較多，而在實際工作中常需要考慮到檢查的效價與圖像診 斷價值，因此對于優化并合理選擇SP成像檢查尤為重要。可變反轉角三維快速自旋回波(3D sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolutions，3D-SPACE)序列行SP成像已有研究證實，3D-SPACE序列能顯示SP解剖[4-5]與病變關系，但存在諸如毛細血管異常顯影，從而掩蓋神經病變本身信號，影響精確診斷等缺陷。近年來，影像醫師也推薦使用三維雙回波穩態(thre e-dimensional double-echo steady state，3D-DESS)序列行SP成像，但其與SPACE序列比較的研究未見，且缺乏3D-DESS與3D-SPACE序列臨床應用價值的比較，因此筆者試分析其在SP成像中的特點，為臨床神經泌尿學優化和合理選擇神經成像序列提供參考。

1 材料與方法

1.1 病例資料

本研究獲得我院研究倫理委員會的同意。(1)正常志愿者組：選取男、女各5名健康學生作為志愿者，年齡為20～27歲，均行SP的3D-DESS和3D-SPACE序列成像；(2)病例組：納入：①2013年7月至2014年12月在我院以尿頻為首診，患有急性或慢性尿潴留、藥物治療后療效不理想；②常規MRI提示SP根骶管內囊性或實質性占位；③尿動力學和常規B超排除泌尿系器質性病變后而病因仍不明，請求行SP成像；④年齡大于18歲。排出：①患有中樞神經系統疾病；②有關節置換、腰椎及骶尾椎外傷、手術及嚴重腰椎間盤突出病史者；③MRI檢查禁忌癥患者(如帶有血管支架、心臟起搏器)的患者；④無法配合檢查，明顯運動偽影等。所有符合條件患者均具備完整的原始采集圖和最大密度投影(maximal intensity projection，MIP)和多平面重建(multi-planar reconstruction，MPR)圖像。

1.2 圖像采集

采用10名志愿者行MRI，測試2序列的穩定性，并調試到最佳參數。10名志愿者和98例患者均使用德國西門子公司MR Skyra 3.0 Tesla磁共振儀(最大轉換率為200 mT/m·ms和最大梯度場45 mT/m)。SP成像采集時使用32通道腹部相控陣線圈與床底線圈相結合，以臍為定位中心，選擇要腰骶椎定位，上至腰1椎椎體，下至恥骨聯合覆蓋體線圈；利用矢狀面TSE-T2WI定位參考，參數：TR/TE 為2400/115 ms，層厚3 mm，層間距為0 mm，FOV為320 mm×320 mm，矩陣為256×128，激勵次數為2，3D-DESS序列三維冠狀面掃描，在T2WI矢狀面上設定冠狀面與腰骶椎軸向保持一致覆蓋SP區域。3D-DESS參數：TR/TE為1102/3.88 ms，層厚1.2 mm，層間距為0 mm，FOV為300 mm×300 mm，矩陣為256×128，反轉角為25°，帶寬為400 Hz/Px，頻率編碼為左右方向，體素為1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm；3D-SPACE采用與3D-DESS一致的三維冠狀面定位，參數：TR/TE 3000/225 ms，層厚1.2 mm，層間距為0 mm，FOV為300 mm×300 mm，矩陣為256×128，反轉角為150°，帶寬為625 Hz／Px，頻率編碼為左右方向，體素為1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，并行采集方式為GRAPPA，并行采集因子2。其中SPACE采取STIR聯合FS脂肪抑制法(即SPAIR技術)。

1.3 數據采集與分析

3D-DESS與3D-SPACE原始圖像均傳至西門子Syngo VE40B數據處理工作站3D Viewer進行圖像觀察及保存測量相關參數。使用3D Viewer行MIP和MPR處理，MIP采用層厚20 mm，層間距3 mm；所有圖像均采用2名科研經驗大于2年的影像專業研究生作觀察者，并對數據進行收集和處理。為評價SP影像正常及病變解剖特征，本研究均選擇雙側L5神經作參考。另外，為評價兩序列間的差異，選擇測量L5神經節大小作參考。(1)針對志愿者圖像分析：分別對兩序列下的L5神經主觀評價，采用5分標準(1分：顯示不清，完全不能看清楚神經與其周圍解剖結構；2分：可分辨部分神經解剖結構，但圖像存在明顯T2WI效應偽影及模糊的邊界；3分：圖像解剖尚清晰，存在部分T2WI效應偽影干擾；4分：圖像中神經解剖結構較清晰，能看清其走向，與周圍分界清晰，較少干擾，5分：圖像中神經解剖結構非常清晰，完全能看清走向及邊界，無T2WI效應偽影干擾)，對所有病例進行獨立評分，并取其平均分作參考。兩名觀察者分別量取2種序列在志愿者雙側L5神經起止長度及神經節長徑；其次兩名觀察者于2周后使用同樣的方法重復測量，最后取4次的平均值。(2)針對98例病例：兩名觀察者分別觀察記錄所有患者在2序列神經病變的解剖結構、位置、大小、信號特征差異；采用上述5分主觀評分法，評價病變結構的顯示情況，最終將所有數據由第3名擁有5年影像工作經歷的博士研究生將其分別整理和數據校對，針對不一致的評分采用3名觀察者共同判讀，最終達成一致。

1.4 統計學方法

采用SPSS 19.0軟件包處理數據，數據均采用平均值與標準(±s)表示。首先，采用配對t檢驗比較同一序列下雙側L5神經起止長度及L5神經節長徑是否存在差異；其次，分別比較3D-DESS和3D-SPACE序列在L5長短、神經節大小間是否存在差異；采用Mann-Whitney U檢驗比較兩序列在志愿者L5神經影像評分和患者L5病變解剖細節間主觀評分的差別；P＜0.05具有統計學意義。

2 結果

2.1 臨床病例結果

最終滿足以上納入和排出標準的98例患者(男47例，女51例)，年齡范圍為(18～74)歲，平均(62.8±7.52)歲，其中男性為23～74歲，平均(40.4±12.1)歲；女性18～63歲，平均(31.2±15.1)歲，臨床癥狀除尿頻外，還伴隨6例無精癥、21例便秘、15例腹股溝疼痛痛。影像診斷：椎體原發腫瘤1例，椎體轉移瘤3例，椎體退行性變52例，神經束膜囊腫74例，神經纖維瘤病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積液。10名志愿者雙側L5神經長度及神經節大小配對t檢驗中，3D-DESS與3D-SPACE序列均無統計學差異；3D-DESS序列與3D-SPACE在顯示志愿者的L5神經起止長度時具有明顯差異(t值分表為5.45和9.481，P=0.000)，即3D-SPACE明顯長于3D-DESS序列，且該差異具有統計學意義(表1)。兩序列在比較L5神經節長徑時，結果提示兩種序列均無明顯統計學差異(表2)，即雙側L5神經節為標準評價兩序列時，3D-DESS與3D-SPACE序列均無明顯差異(表3)。

表1 3D-DESS序列與3D-SPACE-STIR在志愿者雙側L5神經長度及神經節大小的統計分析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序列與3D-SPACE同一序列在L5神經長度之間的比較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序列與3D-SPACE序列在左右L5神經節大小之間的比較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與3D-SPACE對正常神經和病變解剖主觀評價結果

兩名觀察者在對3D-DESS與3D-SPACE圖像主觀評價中顯示，對于志愿者的正常L5神經解剖評分中，SPACE(4.41±0.67)明顯高于DESS(3.75±0.75)，且此差異具有統計學意義(P=0.036)。根據評分標準，兩序列下圖像質量均能很好地顯示SP的解剖信息，但也存在差異。對于神經病變的顯示評價DESS(4.07±0.83)較SPACE(3.57±0.65)高，但差異不具備統計學差異(P=0.099)，具體如表4。

3 討論

SP病變可能是引起NB病變的因素之一，手術準確切除具有積極意義[3,6]。其次，SP前根刺激器與后根切斷術相結合成為截癱患者恢復排尿功能的一種新的治療選擇[7]。另外，SP成像有助于明確神經源性腫瘤和外傷所 致的神經肌肉萎縮等，并定位病變部位。目前，已經有研究表明，神經損傷導致的肌肉萎縮可以移植粗大的外周神經進入SP治療[8]，因此明確SP病變的定位和定性極為重要，但在實際工作中因SP走向迂曲，較多細小分支且與周圍組織的邊界無固定的解剖結構對比，加上SP周圍存在較多細小的毛細血管(圖1)，因此選擇一種或聯合多種神經成像方法提高診斷準確性尤為迫切。筆者旨在探究3D-DESS與3D-SPACE[9]序列在顯示SP解剖及診斷中的價值。

表4 3D-DESS與3D-SPACE在顯示病變與正常解剖結構圖像主觀評分秩和檢驗結果Tab.4 The comparison of the normal anatomy structures and the pathological structures in 3D-DESS and 3D-SPACE

3.1 3D-SPACE與3D-DESS序列的神經成像基礎比較

圖1 男，27歲，正常志愿者，3D-DESS(A～C)與3D-SPACE(D～F)圖像，清晰顯示雙側L5,S1神經走向、粗細及神經根A，其中DESS序列毛細血管顯影較少，神經與周圍組織對比度更高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.

從兩序列的原理出發，3D-SPACE與3D-DESS序列均具備高分辨力、薄層掃描，能避免部分容積效應；同時也具有高SNR，有利于細微病灶的顯示。3D-SPACE在短時間內完成高清圖像采集[10]，對于部分耐受性較差的患者可實現快速掃描從而獲得高效診斷。3D-DESS在一個TR內采集包含T1WI、T2WI和重T2WI效果，且能夠配合脂肪抑制，形成融合影像[11]，因此在DESS序列上能清晰顯示神經根，較少有毛細血管影響，且其對呼吸運動不敏感，冠狀面采集信號時能獲得較為細膩的神經影像。從臨床實用性出發，在顯示神經走行長度方面，3D-SPACE明顯優于3D-DESS，然而大多數神經病變集中在神經根周圍，較少因末梢神經病變而引起較大病變，因此兩序列均具有臨床實用性，且能滿足大部分臨床診斷。但由于SP周圍存在較多流速較慢的毛細血管顯影和腦脊液搏動影響，加之3D-SPACE對運動敏感，因此在MIP圖像存在較多信號干擾，此時需結合MPR和原始圖像判斷。另外，在顯示解剖細節方面3D-DESS評分較高，神經顯示更清晰，偽影較少，因此針對神經影像的主觀評分也具有顯著差異，即3D-DESS診斷神經根病變時能相對更全面、更具實用性。

圖2 女，32歲，尿頻多年，近一月下蹲抽搐，臨床初步診斷NB，影像診斷雙側L4、L5、S1-S5神經纖維瘤病。圖A、B為常規MRI成像顯示骶管內外及盆壁神經走行區多發異常信號(箭)；圖C～E為3D-DESS序列顯示腰骶叢冠狀面、右側斜位、左側斜位神經根及神經束膜多發異常高信號，其內部分可見穿行其中的低信號神經組織；圖F～H為3D-SPACE序列顯示骶叢冠狀面、右側斜位、左側斜位神經根及神經束膜多發異常T2WI高信號(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與3D-DESS 在SP成像的臨床應用價值比較

SP病變的臨床癥狀較多，也較復雜[2]，且常合并盆內肌肉功能失調，因此在SP成像時常需參考盆腔MRI信息。本研究在排除盆腔內器質性病變后，獲取的SP解剖結構清晰，尤其是3D-DESS顯示神經根病變較好。雙側神經節大小測量結果顯示兩序列在圖像細節顯示方面，均無圖像變形和左右側差異。椎體原發與轉移瘤、神經源性腫瘤[12]及神經束膜囊腫對神經根的直接壓迫都能清晰顯示，但由于SP本身解剖結構偏細小，在慢性缺氧而炎性水腫時兩者均無法對其明確區分。椎管內占位[13]、神經根囊腫會導致不同程度NB進展[14]，且病變位置越低其臨床癥狀越嚴重，治療難度越大[15]，因此關注SP成像時，也應關注較小的S2-S5神經叢，雖然3D-SPACE針對病變邊界及與周圍組織結構的CNR高，尤其是在高信號的腦脊液、等低信號椎間盤的襯托下對比更加明顯，但明顯的T2WI高信號反而掩蓋了較小神經病變。本組結果提示，3D-DESS能夠清晰分辨SP的走向，對SP較大病變的內部顯示較SPACE更清晰(圖2)，因此二者聯合應用在一定程度上能提供對病變結構的認識，同時也能很好提供神經的解剖結構信息。分析兩序列，可以發現在顯示粗大的神經時，3D-SPACE明顯優于3D-DESS，能夠提供細分支細小的神經解剖，而3D-DESS因其能在一定程度上避免重T2WI的影響，對神經根部及出入椎間孔的結構優于3D-SPACE；統計還發現，在大部分病例中，3D-DESS還能觀察到走形于鞘膜內的神經。另外，排尿困難合并不明原因腰骶椎骨髓水腫、盆底肌肉腫脹等，其在SPACE上均呈高信號，與腦脊液和鞘膜內的T2WI高信號混合，進而影響正常SP的觀察[16]，最后影響臨床診斷和治療，因此并不直接推薦單獨使用3D-SPACE序列成像。有研究采用3D-SPACE增強掃描來觀察神經根[9]，其使用的仍是縮短T1的對比劑，對T2影響較弱，但其能輕微縮短T2，使得背景中的毛細血管充盈了縮短T2的對比劑，因而使得SP顯示更加清晰。本研究未采用對比劑，直觀獲得SP的清晰圖像，對于診斷神經根病變足以顯示，但實際工作中仍然在高度懷疑SP復雜病變時，利用T1增強也能提供幫助[17]。

3.3 研究不足及展望

本研究中部分病例合并有盆腔積液等慢性疾病，其SP可能合并慢性炎性水腫，這與正常SP影像不能絕對區分，均可能會影響到影像質量。另外，針對神經束膜囊腫的T2WI高信號與蛋白沉積而形成的玻璃樣變也不能區分，但對于神經根病變的常見病因分析中，SP成像能夠為臨床診斷提供參考，并且兩序列能夠進行多方位MPR和MIP成像，提高了病變的檢出率，也對臨床體格檢查和實驗室檢出陰性的NB患者提供了進一步的檢查方案。其次，本研究僅用L5神經及神經節的影像圖像特征半定量分析，未能針對雙側S1-S5單獨評價，不免存在偏倚，腸道準備也是SP成像質量的一個因素[18-19]。 另外，也有采用IDEAL序列用于外周神經的報道[20]，筆者今后也將SP的膀胱神經再支配作為重點研究。

總之，3D-SPACE與3D-DESS兩序列對神經粗細顯示無差別，雖然3D-DESS序列能顯示的長度有限，但其能清晰顯示腰骶神經根，具有更好的解剖及病灶SNR，同時能兼顧與周圍其他結構的CNR，加之3D-DESS對呼吸運動不敏感和成像時間較短的優勢突出，因此在神經泌尿學方面相對更實用、更準確、且具有潛在的應用價值。

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