ZTE成像技術評估神經根型頸椎病椎間孔骨性狹窄的價值

王聰，魯毅，歐陽治強，凌冰冰，曾一真，孫學進

圖1 零回波時間圖像的后處理。a)原始圖像；b)強度校正；c)負對數變換；d)背景分割。

神經根型頸椎病是臨床最常見的頸椎病類型，通常由頸椎間盤退變突出或椎間關節骨質增生累及相應節段神經根所致[1-2]。準確的影像學診斷，對臨床治療方案的選擇和患者預后至關重要。MRI已成為評估神經根型頸椎病首選影像學檢查方法，在評估椎間盤突出、椎間孔軟組織狹窄和脊髓改變等軟組織病變方面具有顯著優勢，但在顯示頸椎椎間孔骨性狹窄方面存在一定的局限性。傳統影像學檢查需要患者行額外的CT掃描明確診斷，增加了患者檢查流程，并且存在一定的電離輻射影響，不利于復查。零回波時間(zero echo time，ZTE)序列是一種磁共振三維短T2成像技術，可實現基于MRI對骨性結構的檢測，能夠有效采集顱骨、關節、牙齒、肺等短T2組織信號[3-7]。然而，目前ZTE序列在頸椎骨質結構改變方面的應用仍然較少。基于MRI的頸椎椎間孔骨性狹窄的檢測有可能簡化患者檢查流程，減少相關電離輻射對患者的影響。因此，本研究旨在評估ZTE序列對頸椎椎間孔骨性狹窄的診斷性能及臨床應用價值。

材料與方法

1.一般資料

搜集昆明醫科大學第一附屬醫院2020年5月-12月符合以下標準的患者。納入標準：經臨床及影像學檢查綜合診斷為神經根型頸椎病的患者。排除標準：①有MRI檢查禁忌證；②無法耐受檢查者；③頸椎術后者；④頸椎側彎者。29例神經根型頸椎病患者納入研究，其中男13例，女16例；年齡37～78歲，平均56±11歲。

2.檢查方法

采用GE Discovery 750w 3.0T MRI掃描儀，24通道頭頸聯合線圈。頸椎MRI檢查序列包括：矢狀面FSE T1WI(TR 427 ms，TE 9 ms，回波鏈長度(echo train length，ETL) 3，層厚3 mm，層距0.3 mm，FOV 240 mm×240 mm，NEX 3，矩陣288×224)；矢狀面FSE T2WI(TR 2424 ms，TE 112 ms，ETL 18，層厚3 mm，層距0.3 mm，FOV 240 mm×240 mm，NEX 4，矩陣320×224)和矢狀面壓脂FSE T2WI(TR 2500 ms，TE 98 ms，ETL 18，層厚3 mm，層距0.3 mm，FOV 240 mm×240 mm，NEX 2，矩陣288×192)；橫軸面FSE T2WI(TR 3240 ms，TE 115 ms，ETL 18，層厚3 mm，層距0.5 mm，FOV 220 mm×220 mm，NEX 4，矩陣288×224)。雙斜矢狀面T1WI和T2WI掃描參數與常規正矢狀面T1WI和T2WI序列參數相同，其掃描定位線垂直于雙側頸神經根走形。ZTE序列參數如下：TE 0 ms，TR 823 ms，翻轉角1°，接收帶寬±62.5 kHz，NEX 3，FOV 300 mm×300 mm，采集矩陣320×320，層厚1.2 mm，掃描時間2 min 55 s。該掃描方案的總掃描時間為15 min 18 s。

采用聯影uCT 760 64排128層螺旋CT掃描儀，采用標準頸椎掃描方案，獲取具有各向同性的掃描數據， 矩陣512×512，層厚1 mm，螺距0.975，管電壓100 kV，管電流采用自動管電流調制技術，標準重建算法，骨算法(Bone)。

3.圖像后處理

為了增強ZTE序列圖像中(圖1a)骨組織的顯著性，產生具有類CT對比度的圖像，在基于MATLAB平臺上對其原始圖像進行后處理。首先，采用N4偏差校正算法[8]來校正由于接近或遠離線圈而產生的信號強度不均勻(圖1b)；然后，對圖像的對比度進行反對數變換(圖1c)，使骨組織具有正對比度；最后，應用基于直方圖的閾值法去除圖像背景(圖1d)，獲得類似于CT對比度的圖像。

4.圖像分析

由2名具有豐富經驗的放射科醫師在不知曉患者臨床資料的情況下，在GE AW4.6后處理工作站上，對所有MRI和CT圖像進行獨立評估，范圍包括C2/3至C7/T1雙側椎間孔。MRI圖像的評估在CT圖像評估前1周完成。作為參考標準，在CT矢狀面上根據椎間孔的形狀確定是否存在骨性狹窄。正常椎間孔為光滑的橢圓形，當椎間盤或小關節退變所致骨質增生向椎間孔內凸起時，認為椎間孔存在骨性狹窄。在CT和ZTE圖像上通過調節窗寬窗位，以顯示神經根、神經周圍脂肪和骨質增生。根據椎間孔狹窄程度、神經根周圍脂肪情況和神經根的形態改變對椎間孔的狹窄程度進行評分，評分標準參照Park等[9]制定的評價標準，標準如下：0級，正常，無神經周圍脂肪閉塞；1級，輕度狹窄，輕度神經周圍脂肪閉塞(<50%神經根圍)，無神經根塌陷；2級，中度狹窄，中度神經周圍脂肪閉塞(>50%神經根圍)，無神經根塌陷；3級，重度狹窄，重度神經周圍脂肪閉塞(>50%神經根圍)，伴神經根塌陷。意見不一致時，由兩位醫師協商達成一致。

在ZTE序列中，根據椎間孔的形狀對狹窄進行評價。骨贅在ZTE后處理圖像上顯示為高信號，并且與椎體的皮質和髓質相連續，椎間盤和周圍脂肪組織呈低信號，以此區分骨贅和周圍軟組織(圖2、3)。

圖2 女，38歲，頸部疼痛3年余。影像學檢查未發現椎間孔骨性狹窄。a)ZTE；b)T2WI；c)T1WI；d)斜矢狀面T2WI；e)斜矢狀面T1WI；f)CT。在ZTE圖像上可以清楚的顯示椎間孔骨質邊緣。在T1WI和T2WI像上，椎間孔的骨質邊緣較模糊。 圖3 男，47歲，頸部輻射性疼痛，雙側上肢麻木。中、重度椎間孔骨性狹窄累及右側C4至C7椎間孔，影像學表現與臨床癥狀一致。a)ZTE；b)T2WI；c)T1WI；d)斜矢狀面T2WI；e)斜矢狀面T1WI；f)CT。白色箭頭所指為狹窄的椎間孔。

5.統計學分析

采用SPSS 23.0進行統計學分析。以CT作為參照標準，計算各序列檢測椎間孔狹窄的敏感度和特異度。采用Kappa分析法評估各MRI序列與CT對椎間孔骨性狹窄評估結果的一致性，以及2名評價者之間的一致性，Kappa值≤0.40，一致性差；0.41≤Kappa值≤0.75，一致性較好；Kappa值≥0.76，一致性好。采用配對χ2檢驗比較ZTE與常規MRI序列敏感度和特異度的差異。采用Wilcoxon符號秩和檢驗將各MRI序列的狹窄嚴重程度評分與CT進行比較， 以P<0.05為差異具有統計學意義。

結 果

以CT為參照標準，在348個頸椎椎間孔中，共檢測出68個椎間孔存在骨性狹窄(圖2、3)。在本研究人群中，椎間孔骨性狹窄的總體患病率為86%(4名受試者在CT上未檢測到骨性狹窄)。ZTE檢出60個，斜矢狀面T2WI序列檢出40個，斜矢狀面T1WI序列檢出35個，T2WI序列檢出21個，T1WI序列檢出18個(表1)。

表1 各序列評估椎間孔骨性狹窄的診斷效能

ZTE與CT對椎間孔骨性狹窄的評估結果有很好的一致性，Kappa值為0.85。斜矢狀面T1WI和T2WI與CT的一致性較好，Kappa值分別為0.58和0.57。正矢狀面T1WI和T2WI與CT的一致性差，Kappa值均為0.30。與常規的T1WI和T2WI序列相比，ZTE的敏感度顯著提高(P均<0.001)，特異度差異無統計學意義(P均>0.05)。

ZTE與CT的嚴重程度評分間無顯著差異(Z=0，P=1)，見圖4。正矢狀面T1WI、T2WI和斜矢狀面T1WI、T2WI序列的評分與CT相比有顯著差異(Z值分別為-5.652、-4.268、-5.342、-3.099，P均<0.001)。多數狹窄椎間孔被評為輕度(1級)，少數被評為中度或重度(n=12)。中、重度狹窄在常規T1WI和T2WI序列上有被低估的趨勢，在正矢狀面T1WI和T2WI序列各發現1個中度狹窄，在斜矢狀面T1WI和T2WI序列上分別發現1個和2個中度狹窄。相比之下，ZTE序列正確識別了10個中、重度椎間孔狹窄，將2個中度狹窄低估為輕度狹窄。

圖4 不同成像技術對椎間孔狹窄的嚴重程度評分。ZTE對嚴重程度的評分與CT差異無統計學意義(P>0.05)。斜位T1WI、斜位T2WI和T1WI、T2WI序列評分與CT差異均有統計學意義(P均<0.001)。

CT的評價者間一致性最好，Kappa值為0.80。ZTE序列的評價者間一致性好 Kappa值為0.78。斜位T1WI和T2WI序列的評價者間一致性表現較好(Kappa值分別為0.44、0.48)。正矢狀面T1WI和T2WI序列的評價者間一致性較差(Kappa值分別為0.26、0.18)。

討 論

神經根型頸椎病是臨床最常見的頸椎病類型，其致病原因大致有兩種，椎間盤退變突出以及椎體骨質增生導致的椎間孔狹窄。準確的影像學評估對臨床治療方案的選擇及患者的預后尤為重要[9]。目前的影像學檢查主要包括普通X線、CT和MRI。斜位X線[10]和CT檢查[11]能夠對椎間孔的骨性狹窄情況進行評估，已在臨床廣泛應用，但是對于椎間盤、椎旁韌帶、神經根和脊髓等軟組織的辨別能力有限。MRI檢查具有良好的軟組織分辨率和任意層面成像等特點，通常是評估椎間盤退變、椎間孔軟組織狹窄和脊髓改變的首選檢查方法，并且無電離輻射。然而，MRI檢查在對骨組織等短T2組織成像方面存在一定的局限性。

受回波時間的限制，常規序列無法有效采集短T2組織信號。常規MRI序列的信號采集，首先需要對自旋質子進行脈沖激發，而后通過相位重聚脈沖或梯度場的切換產生信號，再利用梯度場對產生的信號進行編碼和采集。該過程使常規序列的回波時間較長(>2 ms)，大于骨皮質(約為390 μs)等短T2組織信號的衰減時間[12]，所以常規序列無法有效采集短T2組織信號。因此，目前MRI的臨床應用主要集中在中、長T2信號，對于短T2信號的應用受到一定的限制，造成部分組織信號的缺失[13]。

ZTE序列是近年來開發的一種快速、穩定、低噪聲的三維短T2成像序列[14-15]。該序列創造性的運用先編碼后激發的信號采集模式，即在激發脈沖前開啟梯度場，激發脈沖施加后直接采集自由感應衰減(free induction decay，FID)信號，突破了常規MRI序列在回波時間方面的限制，使回波時間接近于零。同時，采用純頻率編碼的徑向K空間填充方式對信號進行采集，實現了最大K空間填充速度，減小了信號采集時間的延遲。所以，ZTE序列能夠在短T2組織信號完全衰減前對其進行信號采集，實現了短T2組織的顯像。有研究報道，ZTE技術在顯示骨腫瘤性骨質破壞方面可以提供與CT相類似的骨質細節[16]。此外，多項研究證實了骨關節ZTE序列掃描的臨床應用價值。Breighner等[3-4]探討了ZTE序列在評價肩關節和髖關節病變及其形態學中的應用，結果顯示ZTE序列與CT結果有顯著的一致性，提示ZTE序列可作為CT的替代檢查。

本研究以CT作為參照標準，探討ZTE序列與常規T1WI、T2WI序列的正矢狀面和斜矢狀面對神經根型頸椎病患者椎間孔骨性狹窄的檢出情況。結果顯示，ZTE對椎間孔骨性狹窄的評估結果與CT的一致性最高(Kappa值=0.85)，檢出敏感度為88.2%，明顯高于常規T1WI、T2WI序列(表1)；狹窄椎間孔的嚴重程度評分在ZTE序列與CT間無明顯差異，對12個中、重度狹窄椎間孔的評價中，ZTE可準確評估其中10個，與CT結果相近。該結果提示ZTE序列可作為CT檢查的替代方法，與先前類似研究結果一致[3-4,7]。而常規T1WI、T2WI序列檢測椎間孔骨性狹窄的敏感度較低，并且有低估狹窄嚴重程度的趨勢，主要是由于常規序列分辨率較低，層厚較厚，更容易受部分容積效應的影響，而且本研究中狹窄的椎間孔大部分為輕度狹窄，增加了評估的困難。對椎間孔骨性狹窄的檢測結果中，各序列的特異度均很高，這是由于正常椎間孔數量較多所致。此外，與正矢狀面T1WI、T2WI序列相比，斜矢狀面掃描檢測椎間孔骨性狹窄的敏感度較高，與Park等[9,17]研究結果一致，這主要因為頸椎間孔的走形與人體冠狀面呈一定夾角，斜矢狀面掃描可更加直觀的顯示椎間孔的完整輪廓。雖然雙斜矢狀面提高了檢出敏感度，但仍與ZTE序列有較大差異，并且雙斜矢狀面的掃描定位較復雜，掃描時間增加了6分多鐘，因此其通常不作為常規掃描方案。相反，由于ZTE序列在掃描時需預先開啟梯度場，無法再進行層面選擇，使該序列成為固有的三維掃描序列，其定位簡單，掃描數據可進行多平面重組(multi-planar reformatting，MPR)，便于觀察椎間孔形態。而且ZTE序列結構簡單，掃描時間較短，本研究中ZTE序列可在3 min內完成頸椎掃描。此外，ZTE序列在整個掃描過程中梯度場只進行微調，降低了掃描噪聲，成像性能更加穩定，在一定程度上提高了患者的舒適度[14,18]。由此可見，ZTE序列在一定程度上彌補了常規MRI檢查的不足，可作為CT檢查的潛在替代方法，盡管目前該序列的對比度較為單一，但其與常規序列相結合，可實現僅通過MRI檢查對患者骨質結構和軟組織病變的全面評估，簡化患者檢查流程，同時減少相關電離輻射對患者的影響，利于患者復查。然而，由于ZTE序列的實現需要具備較高性能的梯度和射頻系統支持，目前的設備通常難以實現，在一定程度上限制了該序列的應用。

本研究的不足之處包括樣本量較小、雙斜矢狀面掃描定位存在一定偏差。為了減小掃描誤差，在本研究中所有雙斜矢狀面掃描定位前，先在患者CT圖像上利用MPR確定其掃描定位線，然后在MRI掃描時進行定位，當部分患者的椎間孔無法在同一個層面顯示時，著重顯示存在狹窄的椎間孔。ZTE序列掃描中線圈覆蓋的范圍較定位范圍稍小，造成頸椎下端信號強度較低。為了不影響圖像質量，本研究中適當縮小ZTE序列的FOV，減少線圈范圍對圖像質量的影響。

以CT作為參照標準，ZTE序列能夠可靠地檢出神經根型頸椎病患者頸椎間孔骨性狹窄，較常規T1WI和T2WI序列具有更高的敏感度。因此，ZTE序列有可能簡化相關患者的檢查流程，實現僅通過MRI一站式檢查即可完成對頸椎的全面評估，減少相關電離輻射對患者的影響，具有一定的臨床研究價值。