高分辨力定量磁共振成像在周圍神經(jīng)病損中的應(yīng)用研究.pdf

1、周圍神經(jīng)病(PN)可直接累及任何一組軸索構(gòu)成神經(jīng)的神經(jīng)細(xì)胞，也可以影響周圍神經(jīng)的解剖通路。致病因素多種多樣，其病變性質(zhì)及程度亦各有不同。復(fù)雜的解剖關(guān)系以及缺乏有效的形態(tài)學(xué)和功能研究方法，使得PN病因診斷困難。磁共振成像(MRI)以其無與倫比的軟組織分辨力和多參數(shù)成像能力應(yīng)被公認(rèn)為研究周圍神經(jīng)的最佳手段，然而目前的影像學(xué)方法雖然對(duì)于部分PN的病因能夠作出定性、定位診斷，但定量評(píng)估以及在反映神經(jīng)支配區(qū)的功能障礙方面尚存在不足。對(duì)于周圍神經(jīng)損

2、傷的檢查診斷和評(píng)定方面，特別是對(duì)于周圍神經(jīng)病變的具體部位、性質(zhì)及程度更是缺乏有效的研究手段和定量分析方法。既往關(guān)于周圍神經(jīng)的MRI研究主要是利用基于自旋回波或梯度回波的T1WI或T2WI結(jié)合脂肪抑制技術(shù)和/或流動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)獲得關(guān)于某些周圍神經(jīng)形態(tài)和走行、正常結(jié)構(gòu)及病變的相關(guān)信息，這些研究方法在實(shí)現(xiàn)特定的神經(jīng)如坐骨神經(jīng)成像方面具有重要意義，但難以實(shí)現(xiàn)細(xì)小神經(jīng)的觀察，尤其是周圍缺乏適當(dāng)組織襯托的神經(jīng)，更為精確的解剖顯示十分困難，且在神經(jīng)受損程

3、度的定量分析方面存在局限性。本課題在充分了解被成像神經(jīng)的組織結(jié)構(gòu)與生物化學(xué)特點(diǎn)的前提下，根據(jù)其神經(jīng)結(jié)構(gòu)及成分以及與周圍組織的毗鄰關(guān)系設(shè)計(jì)和優(yōu)化不同的成像序列以解決周圍神經(jīng)成像的難題，在高分辨力高對(duì)比的周圍神經(jīng)形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上建立定量分析方法，并進(jìn)一步探討該方法在PN早期診斷中的意義。 第一部分周圍神經(jīng)磁共振弛豫特性測(cè)量 本部分是對(duì)周圍神經(jīng)磁共振弛豫特性進(jìn)行研究，為序列設(shè)計(jì)、參數(shù)優(yōu)化和定量分析提供參考依據(jù)。10例健康志愿者，選

4、擇比較粗大且具有代表性的坐骨神經(jīng)股段為研究對(duì)象。每例均行常規(guī)MR掃描，常規(guī)掃描完畢后，執(zhí)行周圍神經(jīng)弛豫特性測(cè)量序列掃描，包括：①T1弛豫時(shí)間測(cè)量：選擇基于自旋回波的可變TI的TSE序列和基于梯度回波序列的3D FLASH序列：②T2弛豫時(shí)間測(cè)量：采用可變TE的CPMG SE序列；③采用梯度回波T1WI序列測(cè)量磁化傳遞率(MTR)；④測(cè)量彌散特性的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)彌散序列：非穩(wěn)態(tài)彌散序列選擇基于EPI的自旋回波彌散加權(quán)序列(DWI)以及彌散張

5、量成像(DTI)序列。穩(wěn)態(tài)彌散序列選擇基于PSIF的梯度回波序列。將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入工作站并對(duì)圖像進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、圖像校正等預(yù)處理。對(duì)于T1、T2以及MTR的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算由image J軟件及相關(guān)插件完成，MTR圖由Spin軟件用同樣的方法生成。DTI序列經(jīng)處理和計(jì)算獲得ADC、FA等參數(shù)值。結(jié)果：坐骨神經(jīng)的平均T1弛豫時(shí)間為972ms，平均T2弛豫時(shí)間為126.4ms，平均MTR為0.16，平均ADC為1.67×10-3m㎡/S，平均FA

6、為0.71。結(jié)果表明：理想的周圍神經(jīng)成像序列應(yīng)該是具有磁化準(zhǔn)備的高分辨高對(duì)比的T2加權(quán)成像序列。 第二部分周圍神經(jīng)磁共振成像脈沖序列設(shè)計(jì)與參數(shù)優(yōu)化 本部分研究目的在于設(shè)計(jì)和優(yōu)化周圍神經(jīng)成像序列，建立直接顯示周圍神經(jīng)且對(duì)比度高、敏感性高的高分辨力成像方法。設(shè)計(jì)的脈沖序列主要有基于穩(wěn)態(tài)的3D高分辨彌散加權(quán)序列(3D DW—SSFP)、IR磁化準(zhǔn)備的節(jié)段K空間回波平面成像序列(Seg—IR—EPI)，序列設(shè)計(jì)以研究目的為基本原

7、則，對(duì)設(shè)計(jì)的序列進(jìn)行驗(yàn)證并與其它周圍神經(jīng)成像序列進(jìn)行比較。 3D DW—SSFP序列驗(yàn)證：包括22例健康志愿者、16例顱神經(jīng)病變患者以及1個(gè)經(jīng)福爾馬林固定的男性頭顱標(biāo)本。常規(guī)頭部MRI掃描完畢后，掃描3DDW—SSFP序列，軸位成像。將獲得的所有3D容積原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ髡旧线M(jìn)行多種圖像后處理，觀察并參照格氏解剖學(xué)圖譜評(píng)價(jià)后處理影像。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：①顱神經(jīng)在3D DW—SSFP序列中的影像學(xué)表現(xiàn)及其顯示情況：②影像質(zhì)量評(píng)價(jià)。

8、 3D DW—SSFP序列與3D TSE序列的比較：包括20例健康志愿者和204例患者。所有志愿者和患者均行常規(guī)MR掃描，常規(guī)掃描完畢后，執(zhí)行3D DW—SSFP序列和3D TSE序列重T2WI成像。在后處理圖像上觀察脊神經(jīng)根在椎管和椎間孔內(nèi)走行及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的顯示情況和在不同方位成像上的MRI表現(xiàn)。比較3DDW—SSFP序列和3D TSE序列在顯示脊神經(jīng)走行及其分支情況之間的差異。 Seg—IR—EPI序列與STIR—TS

9、E序列的比較：包括131例健康志愿者和61例臂叢神經(jīng)病變患者，每例均行頸根部常規(guī)MR掃描以及Seg—IR—EPI序列和STIR—TSE序列成像。觀察后處理的圖像并進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：①臂叢神經(jīng)在Seg—IR—EPI序列和STIR—TSE序列中的影像學(xué)表現(xiàn)；②臂叢節(jié)前神經(jīng)和節(jié)后神經(jīng)在Seg—IR—EPI序列中的顯示情況：③臂叢神經(jīng)損傷在Seg—IR—EPI序列和STIR—TSE序列中的影像學(xué)表現(xiàn)；④影像質(zhì)量評(píng)價(jià)：結(jié)合神經(jīng)在Seg—IR

10、—EPI序列和STIR—TSE序列中的影像學(xué)表現(xiàn)以及運(yùn)動(dòng)偽影、化學(xué)位移偽影、磁敏感度偽影、脂肪抑制均勻性等因素對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。計(jì)算Seg—IR—EPI序列和相應(yīng)的STIR—TSE序列的SNR和CNR，比較二者之間的差異。 結(jié)果：設(shè)計(jì)的3D DW—SSFP序列和Seg—IR—EPI序列均符合序列設(shè)計(jì)要求，序列穩(wěn)定、可靠。3D DW—SSFP序列驗(yàn)證：3D DW—SSFP序列獲得的圖像具有較高的信噪比和良好的顱神經(jīng)與周圍組織

11、對(duì)比，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良。與解剖圖譜的比對(duì)表明，3D DW—SSFP序列能夠準(zhǔn)確顯示各顱神經(jīng)及其行程、神經(jīng)節(jié)以及顱神經(jīng)與周圍結(jié)構(gòu)的毗鄰關(guān)系；顯示顱神經(jīng)腫瘤與顱神經(jīng)的關(guān)系清晰明確。3DDW—SSFP序列對(duì)顱神經(jīng)顯示評(píng)分為1.4±0.3，表明該序列盡管存在少量的偽影，但能夠清晰顯示顱神經(jīng)。3D DW—SSFP序列與3D TSE序列的比較：3D TSE序列重T2WI成像只能顯示脊神經(jīng)及部分1級(jí)分支，而在3D DW—SSFP成像序列上能清楚地觀察到脊

12、神經(jīng)2級(jí)及以下的分支，二者相比有顯著性差異(t=3.8，P<0.05)。Seg—IR—EPI序列與STIR—TSE序列的比較：臂叢神經(jīng)在Seg—JR—EPI序列原始圖像上和STIR—TSE序列上均表現(xiàn)為高信號(hào)，192例臂叢神經(jīng)，Seg—IR—EPI序列通過后處理等方法其節(jié)后部分均能良好且完整的顯示，179例的節(jié)前神經(jīng)也清晰顯示。臂叢神經(jīng)節(jié)前損傷最常見的征象為創(chuàng)傷性脊膜囊腫，節(jié)后損傷的MRI表現(xiàn)包括神經(jīng)連續(xù)性中斷、局部神經(jīng)結(jié)構(gòu)消失、信號(hào)異

13、常，神經(jīng)明顯增粗等。在Seg—IR—EPI序列上可明確病變與臂叢神經(jīng)分支的關(guān)系。Seg—IR—EPI序列在總體圖像質(zhì)量方面優(yōu)于STIR-TSE序列，但偽影較STIR-TSE序列稍多，二者在脂肪抑制均勻性方面無顯著性差異。臂叢神經(jīng)在Seg-IR-EPI序列上的SNRn(2.67±0.48)低于STIR-TSE序列上的SNRn(4.69±1.06，P=0.001)，但臂叢神經(jīng)在Seg-IR-EPI序列上的CNRn(2.02±0.45)優(yōu)于S

14、TIR-TSE序列上的CNRn(1.61±0.67，P=0.042)。結(jié)果表明：本研究所設(shè)計(jì)的序列是可行的，同時(shí)滿足了周圍神經(jīng)成像既要求空間分辨力高，又要求對(duì)比度高的苛刻條件。同時(shí)也表明：周圍神經(jīng)成像應(yīng)根據(jù)不同的部位、不同的功能狀態(tài)選擇不同的序列或序列組合。 第三部分周圍神經(jīng)磁共振成像定量分析方法的建立 本部分研究目的為在高分辮力、高對(duì)比度的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上建立周圍神經(jīng)磁共振成像定量分析的方法。材料與方法同第一部分。將第一部

15、分中梯度回波T1弛豫時(shí)間測(cè)量獲得的相位數(shù)據(jù)導(dǎo)出、并用Spin軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，相位濾波等處理最終生成相位圖，分別選擇0×0、8×8、16×16、32×32、48×48、64×64、96×96等共7種低通濾波內(nèi)核，并通過比較獲得最佳相位所對(duì)應(yīng)的低通濾波內(nèi)核。觀察并分析坐骨神經(jīng)與其它組織在相位圖上的表現(xiàn)；利用自建數(shù)學(xué)模型建立3D DW-SSFP序列b值與ADC值定量計(jì)算方法。結(jié)果：以48×48低通濾波內(nèi)核獲得的相位圖最佳。在相位圖像上，筋膜

16、、關(guān)節(jié)軟骨、神經(jīng)纖維、血管壁、肌肉、韌帶、肌腱等物質(zhì)表現(xiàn)為高信號(hào)，而骨骼、脂肪、關(guān)節(jié)液等則表現(xiàn)為稍低信號(hào)。3D DW-SSFP序列測(cè)得的ADC結(jié)果與EPI序列測(cè)得的結(jié)果類似，方法可行，且分辨力高，圖像質(zhì)量較好。 第四部分高分辨力磁共振成像在周圍神經(jīng)病中的應(yīng)用 本部分主要以探討高分辨力MRI在坐骨神經(jīng)痛中的應(yīng)用價(jià)值作為該方法在實(shí)際應(yīng)用中的代表。對(duì)32例健康志愿者和137例患者。每例均行腰骶椎常規(guī)MR掃描，然后掃描3D DW

17、-SSFP序列，將獲得的所有3D容積原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ髡旧线M(jìn)行多種圖像后處理，觀察并評(píng)價(jià)后處理影像，結(jié)合神經(jīng)在序列中的表現(xiàn)以及偽影等因素對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。對(duì)于腰骶叢病變的分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)包括神經(jīng)壓迫、彎曲、水腫以及信號(hào)改變等。結(jié)果：在3D DW-SSFP序列上可清晰顯示腰骶叢及其分支，神經(jīng)組織表現(xiàn)為高信號(hào)。與正常志愿者比較，病變組中所有病例均能明確病因，可觀察到神經(jīng)受壓或T2信號(hào)強(qiáng)度增高等改變。3D DW—SSFP序列對(duì)腰骶叢神經(jīng)及其