扩散成像技术在周围神经病变的应用进展

邹彩云综述 舒政审校



扩散成像技术在周围神经病变的应用进展

邹彩云综述 舒政审校

【摘要】磁共振技术的发展和周围神经损伤机制研究的深入，提高了临床上对周围神经病变诊断的准确性。随着磁共振扩散加权成像、扩散张量成像及扩散张量示踪成像的临床应用，磁共振神经成像已经成为显示周围神经及其病变的客观、无创、无辐射、简便的成像方法。本文就最近几年磁共振扩散成像技术在周围神经疾病的应用进展予以综述。

【关键词】扩散加权成像；扩散张量成像；扩散张量示踪成像；周围神经系统疾病

磁共振扩散成像技术是功能磁共振成像的重要组成部分，主要包括磁共振扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）、扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）及扩散张量示踪成像（diffusion tensor tractography，DTT）等。扩散成像技术根据水分子扩散的高斯假设模型获取焦点神经相关信息，不仅可以弥补过去临床上诊断周围神经系统疾病的局限性［1-2］，还可以根据损伤神经的瓦勒氏（Wallerian）变性，如轴索结构碎裂、神经髓鞘肿胀以及髓鞘板层疏松所导致神经纤维中水分子分布及扩散的改变，定性及定量分析神经病变的范围、程度及预后情况［3-5］。近几年磁共振扩散成像技术已经成为显示周围神经及其病变的客观、无创、无辐射、简便的成像方法。本文就扩散成像技术在周围神经病变的应用研究进展加以综述。

扩散成像技术原理

DWI是基于水分子的微观运动。水分子在不同组织中其扩散能力不同，这种扩散能力的差异可以利用磁共振成像技术转化为图像的灰度信号或其他参数，如反映水分子扩散速度及范围的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值。DWI可以用来反映神经的完整性，但是DWI会受到神经周围脂肪及其他组织影响。磁共振扩散加权神经成像（diffusion weighted-MR neurography，DW-MRN）是在DWI序列的基础上，结合短T1反转恢复脂肪抑制技术、敏感编码技术及平面回波成像技术，根据焦点神经中水分子扩散情况，采用大范围、无间隔的薄层扫描，通过调节不同b值，获得高分辨率的DWI图像和ADC值图，对神经疾病进行形态及功能诊断［6］，该技术对背景信号抑制较DWI更为完全。

DTI是根据理想状态下水分子的高斯分布特征，并在DWI技术的基础上发展起来的神经成像新技术。DTI是通过多次DWI上加6个方向以上的扩散敏感梯度（motion probing gradients，MPGs），可以获得沿纤维束长轴扩散的本征值λ1即λ∥、沿径向方向扩散的λ2及λ3即λ⊥，进而得到DTI参数如平均扩散系数（mean diffusivity，MD）、部分各向异性（fractional anisotropy，FA）、相对各向异性（relative anisotropy，RA）、容积比（volume ratio，VR）及各个方向扩散幅度平均ADC值［7］，可以三维立体定量分析组织内水分子扩散特性。

DTT是基于DTI技术发展起来的一种新型可视化磁共振神经成像技术，结合张量域方法和统计学方法，基于像素-像素基础，利用局部张量数值信息，对DTI在每个优选扩散方向的体素进行纤维束跟踪。DTT技术成像与经典的神经解剖对应很好。有学者［8］发现用DTI及DTT可以直观追踪走形方向各异的纤维束及三维立体观察病变部位纤维束的完整性和连通性，还发现了轴索损伤后神经纤维减少等微观结构的异常变化，比传统MRI提供更多受累神经的信息，为外科术前评估提供更准确的依据。

扩散成像技术的临床应用

1.正常周围神经成像

磁共振扩散成像技术在中枢神经系统疾病诊断的应用非常广泛，研究也趋于精细化，有学者［9］利用不同b值，通过比较信号强度（signal intensity，SI）值及ADC值选择最适合瘤体及周围水肿组织成像的b值。随着扩散技术在临床的成熟应用及磁场强度的增加，磁共振扩散成像技术也逐渐应用于周围神经成像。在周围神经中垂直于神经纤维走行方向的水分子扩散受到完整轴突膜、髓鞘及神经膜等结构的限制，而平行于神经纤维走向的水分子扩散主要受轴突内线粒体、神经丝和微管等亚细胞结构的影响。磁共振扩散成像技术正是利用这种差异将周围神经显示清楚。Zhao等［10］用单向MPGs的DWMRN在3.0T磁共振仪上对47名志愿者和10例患者的四肢神经进行成像，可以三维立体观察长轴的桡神经、尺神经、正中神经、坐骨神经、胫神经和腓总神经，评估焦点神经与周围组织的关系。DTI不仅可以在3.0T高场强磁共振上三维立体地显示神经的解剖形态，还可以更进一步的评估神经的微小结构。由于DTI可以获得比DWI更多的参数，对微小结构定量诊断应用相对广泛。Heckel等［11］用DTI评估30名健康志愿者的腕管内正中神经轴突及髓鞘的完整性，通过与肌电图的电生理学指标对照分析，发现轴向扩散系数（axial diffusivity，AD即λ∥）值可以用来评估轴突的完整性，而径向扩散系数（radial diffusivity，RD即λ⊥）值和FA值可以用评估髓鞘的完整性，为以后临床进一步研究区分轴突及髓鞘损伤提供思路。

2.周围神经卡压性疾病

腕管综合征（carpal tunnel syndrome，CTS）是上肢最常见的周围神经卡压性疾病，也是外科需要经手术治疗的疾患。在常规MRI上仅可以看到腕管综合征患者正中神经肿大，而在DW-MRN上可以三维立体观察正中神经病变处增粗的范围及受压变形程度［12］。还可以用DTI技术通过调节多b值，获得腕管综合征的定量诊断信息。理论上b值越高越接近真实解剖，但是高b值会使图像信噪比降低、清晰度下降。Guggenberger等［13-14］通过设置不同b值（800、1000、1200、1400s/mm2），发现在3.0T磁共振仪上显示正中神经最佳的b值为1000～1400s/mm2，并发现如果FA值＜0.47，ADC值＞1.054×10-3mm2/s则明确诊断腕管综合征。梨状肌综合征是另一种常见外周神经卡压性疾病。Chhabra等［15］用磁共振神经成像技术分析坐骨神经与周围组织及区域骨骼肌形态及信号强度，发现受压的坐骨神经增粗、T2信号更高、神经与组织信号强度比率也增高，区域骨骼肌多表现为脂肪浸润、水肿及萎缩。该实验通过受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic，ROC）分析，发现磁共振神经成像技术提高了对坐骨神经疾病诊断的敏感性和特异性。腓总神经压迫征也是一种常见的外周神经卡压性疾病。前后或左右单向施加MPGs的3.0T DW-MRN序列可以三维立体显示腓总神经，有助于评估受累神经与周围组织的关系，如神经受压移位时需要改变施加MPGs方向进行DW-MRN成像［16］。

3.周围神经创伤性病变

临床上引起周围神经创伤的常见原因有切割伤（刀切、电锯、玻璃）、骨折、产伤的牵拉及医源性损伤。DWI技术操作方便，可以较快获得受损神经的解剖特点，而DTI及DTT技术可以精细定量研究神经受损的再生及预后过程。对于神经创伤性患者应用DW-MRN技术可以显示受损神经的连续性中断及神经周围组织的形态、信号改变等［12］，而应用DTI及DTT可以获得神经大体解剖结构和显微结构两方面信息。前者根据神经形态及走向通过后处理显示病变，后者根据扩散参数分析病变。但在神经损伤中断时，纤维示踪技术不能显示受损神经远端，只能发现局部结构紊乱［17］。Morisakiy等［18］通过比较大鼠坐骨神经损伤后DTI的参数变化和损伤后组织学分析，发现FA值和λ⊥与损伤神经的再生及退化关系密切，并部分解释了神经组织学的改变，提高了DTI对评估神经再生的敏感度。目前应用DTI及DTT有效参数可以动态评估兔子坐骨神经损伤后的再生，分别在损伤后第2、4、6和8周动态观察，根据FA值减小，λ⊥值增加可提示受损神坐骨神经处于退化阶段，而FA值增加，λ⊥值减小则提示处于增生阶段［19］。

4.周围神经肿瘤

外周神经源性肿瘤包括神经鞘瘤、神经纤维瘤及恶性外周神经鞘膜瘤。Cage等［20］用DTI及DTT观察周围神经肿瘤患者术前神经纤维和肿瘤的关系，并经术中病理证实该技术诊断的准确性，为周围神经精细的外科手术提供精确的定位。也有研究应用DW-MRN和手术对照，明确颈部咽旁神经鞘瘤是起源于迷走神经还是交感神经［21］。外周神经源性肿瘤好发于神经走行的解剖学位置或者神经组织丰富的区域。用三维磁共振神经成像技术分别对臂丛多发神经纤维瘤和坐骨神经纤维瘤成像，前者表现为哑铃状、高信号，平均FA值为0.24± 0.33，平均ADC值为（1.542±0.16）mm2/s，神经纤维示踪技术显示为纤维相互缠绕成致密的肿块，后者显示出梭形的高信号及受损范围还能显示椎弓根的情况，FA值增高为左侧0.32，右侧0.38及ADC值为1.8mm2/s［22］。国内有学者［23］研究显示，用DWI技术联合ADC值能为中枢神经细胞瘤和室管膜瘤术前诊断和鉴别提供重要依据。而在研究周围神经肿瘤病变时发现DWI技术的ADC值在良、恶性肿瘤之间的差异没有统计学意义，但是DTI和纤维示踪成像发现FA值降低可以鉴别肿瘤的良恶性［24］。

5.周围神经炎性疾病

免疫性疾病可累及周围神经，常见为慢性炎性脱髓鞘性多发性神经根神经病（chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy，CIDP）、胶原血管疾病（如系统性红斑狼疮、结节性多动脉炎等）、代谢性疾病（糖尿病、淀粉样蛋白变性等）、感染性疾病（如获得性免疫缺陷综合征）等。糖尿病周围神经病变（diabetic peripheral neuropathy，DPN）大多是由于机体代谢途径及相关细胞、生长因子发生异常改变，导致周围神经病理形态结构发生改变，如神经纤维的髓鞘脱失和轴索变性、弥漫性的有髓纤维减少、施万细胞变性增生等［25］。MRI在糖尿病下肢疾病的诊断应用逐渐广泛，已有学者［26］用动态MRI观察糖尿病足治疗前肢体肌肉组织缺血程度以及随访治疗后肢体血流灌注变化。但在糖尿病导致的周围神经病变方面，大部分集中在研究糖尿病患者视神经的变化。有研究分析2型糖尿病合并视神经病变患者和健康人的DTI参数发现，糖尿病视神经病变组视神经的FA值明显降低，MD值、λ∥值、λ⊥值明显升高，在早期糖尿病视神经病变筛查中有一定的应用价值［27］。

局限性及展望

磁共振扩散成像技术诊断周围神经病变已经越来越成熟，但主要应用在周围神经的创伤、肿瘤、卡压等形态学变化相对明显的病变，对免疫性周围神经疾病的应用相对较少，特别是糖尿病导致的下肢周围神经病变，国内外少见报道。此外，目前基于DTI技术已经拓展出了新的非高斯模型扩散技术，如扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）和Q空间成像（Q space imaging，QSI）等。尽管这些技术目前主要应用于中枢神经系统疾病和肾脏、前列腺等体部脏器疾病的诊断［28-29］，但是相信随着技术的优化与进步，未来能够为周围神经系统疾病提供更精准的诊断和评估信息。

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说 明

刊登于本刊2016年第31卷第1期86-88页的《能谱CT扫描水模不同基物质对准确性研究》（第一作者：韩铮）一文，通讯作者为刘静红，E-maio：liujinghong54＠163.com，特此说明！

（本刊编辑部）

·病例报道·

收稿日期：（2015-10-19）

基金项目：蚌埠医学院研究生科研创新计划项目（Byycx1522）

通讯作者：舒政，E-mail：shu6808＠hotmail.com

作者简介：邹彩云（1990-），女，安徽亳州人，硕士研究生，主要从事磁共振影像诊断与研究。

DOI：10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.03.019

【中图分类号】R445.2；R745

【文献标识码】A

【文章编号】1000-0313（2016）03-0278-03

作者单位：233004 安徽，蚌埠医学院