DTI、DWI及后處理技術在判斷腫瘤與周圍神經關系中的應用價值

傅麗暉 丁文全 梁良 周進龍

周圍神經相關腫瘤包括神經起源及非神經起源兩類，神經起源的腫瘤主要為良性腫瘤，如神經鞘瘤及神經纖維瘤；非神經起源的腫瘤主要為神經周圍的肌肉、血管、骨等起源但對神經造成壓迫的腫瘤[1]。切除周圍神經相關腫瘤對手術精密度要求較高，術中誤傷神經可能會導致患者出現不可逆的功能障礙，如感覺缺失、運動功能喪失，因此術前需充分了解腫瘤與神經的關系，以盡量避免術中損傷神經。對于周圍神經相關腫瘤的術前評價，傳統方法主要依賴于癥狀、體格檢查、電生理檢查等間接評估，在這基礎上如能從形態學上直觀顯示腫瘤與目標神經間的關系，對手術方案的制定有指導意義。磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）以其較高的軟組織分辨力、多種功能成像及后處理技術被公認為是研究周圍神經形態學的最佳手段[2]。本研究利用神經的各向異性特點，采用彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、彌散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）及多種后處理技術，三維立體顯示周圍神經及腫瘤的全貌，實現術前無創評估周圍神經與腫瘤間的關系。

1 對象和方法

1.1 對象 選取寧波市醫療中心李惠利醫院2017年1月至2019年12月臨床及常規MRI檢查診斷為周圍神經相關腫瘤患者26例（患者組）及健康體檢者20例（健康對照組）?；颊呓M男19例，女7例；年齡34～67歲，中位年齡47.5歲；其中腫瘤發生于肘部8例，臂叢區9例，腕部7例，臀部2例；所有患者均表現為相關神經支配的肢體不同程度麻木、無力，其中有4例出現所支配骨骼肌萎縮改變。肌電圖檢查所有患者均提示目標周圍神經（即周圍神經起源腫瘤的載瘤神經或非周圍神經起源但被腫瘤所壓迫的神經）支配區的運動或感覺支異常。健康對照組男12例，女8例；年齡28～62歲，中位年齡42歲。兩組對象性別、年齡等一般資料比較差異均無統計學意義（均P＞0.05）。將健康對照組按上述5個部位各選4例進行相同序列DTI及DWI掃描。本研究經寧波市醫療中心李惠利醫院倫理委員會審查通過，所有研究對象均簽署知情同意書。

1.2 方法 采用GE公司3.0T DISCOVERY MR750掃描儀，選擇相應部位線圈，取舒適體位固定目標關節并置于磁體中心區，掃描范圍包括病變上下各約5～10cm。掃描序列包括25個方向DTI序列、兩次單方向DWI序列，分別為彌散梯度前后（anterior-posterior direction，AP）方向及上下（superior-inferior direction，SI）方向。掃描參數：DTI采用自旋回波-平面回波成像序列掃描，掃描參數為：重復時間（repetition time，TR）：8 000ms，回波時間（echo time，TE）：92ms，層數：40～58 層，層厚：2mm，層間距：0mm，激勵次數：4 次，翻轉角：90°，平面重建矩陣：256×256，彌散系數 b 值：1 000s/mm2，掃描彌散方向數目設置為25個方向。DWI采用平面回波成像序列，軸位 AP 方向（DWIAP），TR：4 000ms，TE：63.10ms，帶寬：1953Hz/Px，視野：28，翻轉角：90°，激勵次數：18 次，b值：800s/mm2，層厚3mm，層間距：0mm，彌散敏感梯度方向選擇AP方向；DWI軸位SI方向（DWISI）：所有參數與掃描定位與DWIAP一致，彌散敏感梯度方向選SI方向。

掃描結束后，利用工作站后處理軟件將DTI序列中選取垂直于神經方向的原始數據進行最大密度投影（maximal intensity projection，MIP）重建，并行任一角度觀察。DWIAP與DWISI的原始數據相減生成新序列DWISUSHI（subtraction of unidirectionally encodedimages for euppression of heavily isotropic objects，SUSHI），將DWISUSHI數據進行MIP重建，并行任一角度觀察，如果存在一些高信號噪聲（如靜脈、淋巴結），應去除這些噪聲以使神經更加易于被觀察。

1.3 圖像質量評分 對26例患者的DTI及DWISUSHIMIP重建圖像進行主觀量化評價，評分量表設置參考Zhao等[3]研究設計方案，評價是否能完整立體顯示目標神經和腫塊，以及神經信號強弱，分值0～3分，0分：目標神經及腫塊顯示不清，無法分辨；1分：能完整顯示目標神經及腫塊，神經信號強度較弱；2分：能完整顯示目標神經及腫塊，神經信號強度良好；3分：能完整顯示目標神經及腫塊，神經信號強度優異。去噪聲效果評分基于噪聲的多少及分布進行分析，分值0～4分，0分：噪聲與神經混合，不能辨別出神經；1分：噪聲很多且分散，如不去除噪聲側影響神經讀片；2分：噪聲較多，較集中，當旋轉至特定角度時因為遮擋而影響神經讀片；3分：噪聲稍多，但即使不去除噪聲，對神經讀片影響也不明顯；4分：噪聲很少，不影響神經讀片。由2位高年資影像科診斷醫生對所有患者進行隨機、獨立完成MIP圖像重建，并對圖像質量進行評分并記錄。

1.4 目標神經彌散表觀系數值（apparent diffusion coef-ficient，ADC）的測量及比較 利用工作站后處理軟件對本研究46例研究對象的DWIAP原始圖像進行ADC值測量，采用手動法繪制多個感興趣區（ROI）進行測量，ROI范圍盡可能取神經最大截面但不能超出神經范圍，患者的測量層面為目標神經病變區上下1～2cm范圍內測量6次，并取平均值；健康對照組對掃描范圍內目標神經進行測量，方法同前，ADC值單位為mm2/s。

1.5 統計學處理 采用SPSS 19.0統計軟件。非正態分布的計量資料以中位數（四分位間距）表示，組間比較采用配對樣本Wilcoxon秩和檢驗；正態分布的計量資料以表示，組間比較采用t檢驗。評分一致性采用Kappa分析，Kappa值＜0.4為一致性差，0.4≤Kappa值≤0.6為一致性中等，0.6＜Kappa值≤0.8為一致性良好，0.8＜Kappa值≤1.0為一致性好。各患者組與健康對照組間的ADC值比較采用兩獨立樣本t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩種不同掃描及后處理方法術前診斷符合率 26例患者術后病理診斷顯示周圍神經起源21例（神經鞘瘤14例，神經纖維瘤5例，惡性神經纖維瘤2例），非周圍神經起源5例（肌纖維瘤1例，骨軟骨瘤1例，血管瘤2例，囊腫1例）。術前DTI判斷腫瘤為目標周圍神經起源19例，非目標周圍神經起源4例，無法判斷3例，術后對照病理診斷符合率88.4%（23/26）；DWI術前判斷腫瘤為目標周圍神經起源21例，非目標周圍神經起源5例，術后對照病理診斷符合率100%（26/26），見圖1-3。

圖1 患者，女，66歲。右肘正中神經鞘瘤MRI圖像（a：軸位T2WI脂肪抑制序列，顯示右肘正中神經走行區一混雜高信號腫塊；b：DWISUSHIMIP重建圖像顯示腫塊與正中神經相連，術前診斷正中神經鞘瘤，與術后病理一致）

圖2 患者，男，56歲。右肘尺神經區滑膜囊腫MRI圖像[a：軸位T2WI脂肪抑制序列顯示尺神經走行區一囊性占位；b：MIP重建圖像顯示腫塊與尺神經相鄰，尺神經能完整顯示（白箭頭），且與腫塊間存在間隙，術前診斷腫塊為非尺神經起源囊性占位，與病理相符]

圖3 患者，男，52歲。左側臂叢神經惡性神經鞘瘤MRI圖像（a：顯示左側多支臂叢神經近端增粗，并見一混雜T2WI信號腫塊，b：DWISUSHIMIP重建圖像，顯示腫塊區臂叢神經結構破壞，顯示不清，術前診斷臂叢神經起源惡性腫瘤，與病理相符）

2.2 圖像質量評分 所有患者DWISUSHIMIP重建圖像質量較好，去噪聲效果良好，能同時三維立體顯示目標神經及腫塊，病變與神經關系清晰可辨；而單方向DTI的MIP重建圖像背景噪聲較重，3例患者目標神經因噪聲干擾分辨困難，導致病變與神經關系無法判斷。DWISUSHI與DTI的MIP兩種后處理方法在神經及腫塊是否全程顯示及信號強度評分、去噪聲效果評分均值見表1，兩觀察者之間評分一致性較好，Kappa值分別為0.804及0.845。DWISUSHI的MIP重建圖像在神經是否全程顯示及去噪聲效果評分均明顯高于單方向DTI，差異有統計學意義（P＜0.05）。

表1 神經成像質量評分結果

2.3 各組間ADC值比較 目標神經起源組平均ADC值為（1.75±0.154）×10-3mm2/s，非目標神經起源組平均ADC 值為（1.24±0.087）×10-3mm2/s，健康對照組平均ADC 值為（1.18±0.087）×10-3mm2/s，見圖 4-5。目標神經起源組與健康對照組神經ADC值差異有統計學意義（P＜0.01）；非目標神經起源組與健康對照組差異無統計學意義（P＞0.05）；目標神經起源組與非目標神經起源組差異有統計學意義（P＜0.05）。

圖4 男，38歲。健康自愿者肘部尺神經ADC圖像（所測尺神經ADC值為1.1×10-3mm2/s）

圖5 患者，男，67歲。左肘部尺神經鞘瘤ADC圖像[腫塊（白箭頭所示）與尺神經相連，尺神經ADC值為1.67×10-3mm2/s]

3 討論

MRI具有無創、高分辨率等特性，已廣泛用于周圍神經損傷、卡壓、腫瘤等病變的診斷及術后隨訪[4]。DTI成像原理是基于神經內水分子的擴散運動具有各向異性特點，在正常生理情況下，神經內的水分子受神經髓鞘等微結構的限制，垂直于神經方向的水分子擴散速度遠小于平行于神經方向的水分子。當周圍神經遭受損傷、牽拉或發生神經源性腫瘤時，神經纖維出現不同程度受損中斷及沃勒變性，由于神經內環境遭到破壞，水分子的擴散運動便失去各向異性的特點，DTI能通過檢測神經內各個方向水分子布朗運動的微觀變化來立體顯示神經的形態學改變[5-7]。

由于DTI掃描時間較長（一般需采集20個以上方向），且圖像后處理操作繁瑣，需逐層標記進行追蹤才能實現纖維束的立體顯影，對較細小的神經很難進行準確追蹤，因此學者們一直在探索一種簡易、客觀的重建方法。Skorpil等[8]在2007年報道應用MIP后處理方法，重建坐骨神經DTI掃描所得的單一方向的原始圖像，自動獲得神經立體圖像。他們發現垂直于神經方向的數據重建后得到的神經信號最強，而平行于神經方向的DTI數據重建后神經信號最弱。本研究DTI掃描采集25個方向，選取垂直于神經方向的原始數據進行MIP重建，自動生成三維立體圖像，目標神經及腫塊均顯示為高信號，由于神經周圍組織如血管、淋巴結在磁場內亦因彌散受限亦呈現高信號，因此神經周圍的背景噪聲較重，需進行手動切割去除背景噪聲，再進行立體、多角度觀察。術前DTI判斷腫瘤為目標神經起源19例，非目標神經起源4例，3例因噪聲較重，神經及腫塊不能完整顯示，因此無法判斷，術后對照病理診斷符合率88.4%。本組中3例圖像噪聲較重者均為年齡較大的患者，筆者分析是由于DTI掃描時間較長，患者因較長時間體位固定不適產生細微運動偽影，從而影響圖像質量。

DWI能通過擇優選取幾個彌散敏感梯度方向，縮短掃描時間，適當增加采集次數，因而能在較短時間內獲得高質量、高信噪比的三維重建圖像。Takahara等[9]在DWI的基礎上創造了一種新的后處理方法，命名為抑制各向同性組織信號的單向編碼成像減影技術（SUSHI）。分別采集AP方向及與體軸平行的SI方向得到DWIAP及DWISI兩組原始DWI數據，將DWIAP的原始數據減去DWISI，所得數據即為DWISUSHI，再將DWISUSHI進行MIP重建即可呈現只含神經的立體影像。在AP彌散敏感梯度方向上掃描時生成包括神經和周圍組織在均呈現高信號，在SI方向彌散敏感梯度上，由于神經的各向異性水平明顯高于周圍組織，水分子的彌散水平明顯高于周圍組織，掃描所得的圖像DWISI內神經呈現低信號，而周圍組織的信號值與AP方向上接近，兩者相減后能自動將神經周圍的背景噪聲大部分去除，剩余噪聲變得疏松，不與神經相連，使得目標神經及腫塊清晰可見。本研究利用該方法術前判斷腫塊與神經間的關系與術后病理對照，準確率達100%。此外，本研究對20例健康體檢者及26患者的DWIAP數據利用工作站后處理軟件進行ADC值的測量，ADC值能反應神經內水分子的布朗運動能力，ADC值越高則神經內水分子擴散能力越強，反之亦然。我們發現正常人及非神經起源組的目標神經因結構完整，水分子擴散運動在AP方向上運動強度較弱，因而平均ADC值較低，而神經起源組的患者因其神經纖維結構破壞或因長時間壓迫導致神經沃勒變性，水分子失去髓鞘等微結構的限制擴散強度增加，平均ADC值升高，這一結果與包洪靖等[10]報道的研究結果一致，該研究認為腕管綜合征患者正中神經的ADC值亦明顯升高。因此ADC值能直觀地反映神經是否損傷，且能量化神經損傷的程度，并且可應用于對周圍神經損傷、術后修復的無創監測[11-12]。

本研究采用上述兩種掃描及重建方法，我們發現兩種方法均能較好地立體顯示目標神經及腫塊，我們對兩種重建方法所得到的圖像質量進行評價，DTI單方向MIP重建圖像因背景噪聲較重，在神經與腫塊是否全程顯示、信號強度評分及去噪聲效果評分均低于DWISUSHI，我們認為DWISUSHI的MIP重建總體圖像質量更好，術前對神經及病變的顯示更清晰、精準；于此同時，DWI掃描時間較短（2次采集時間共約6min），僅為DTI的所需時間的一半左右，減輕了患者因長時間體位固定的不適，較大可能地避免因患者運動偽影所致的掃描失敗。神經起源的良性腫瘤主要為神經纖維瘤或神經鞘瘤（本組共19例），兩者均具有良性腫瘤的MRI特征，而神經鞘瘤因容易出現腫塊內部囊變，MRI信號往往不均勻。在DTI及DWI三維圖像上，神經鞘瘤常位于神經的偏側方（偏心性），而神經纖維瘤主要表現為載瘤神經穿行于其中，呈現“神經出入征”改變[13]。2例惡性神經纖維瘤或纖維瘤病，表現為腫塊信號混雜，載瘤段神經因結構破壞，與腫塊混為一體無法分辨。另外5例非神經起源的腫塊，其目標神經的走行、信號及ADC值均表現正常，腫塊與目標神經分界清晰且有一定的距離。

磁共振DTI單方向及DWISUSHIMIP重建圖像能立體、直觀地顯示周圍神經，對術前判斷周圍神經與腫瘤間的關系有較大價值，DWISUSHI重建圖像質量優良，且掃描時間較短，提高工作效率，因此在臨床實際工作中DWISUSHI掃描及后處理方法具有較大的優勢。本研究不足之處是MR線圈未達到最優化，樣本量較少，今后需要更多的病例研究來探索最優化的MRI神經成像及后處理方法。