三维真稳态进动快速成像序列联合扩散张量神经纤维束示踪成像在腰椎间盘突出症中的应用

徐 睿，康新国，何 玺，刘宗才，曾宪春*

(1.贵州省人民医院放射科，2.疼痛科，贵州 贵阳 550002)

腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation， LDH)为临床常见病，也是导致腰腿疼痛最常见的原因，成年人中LDH发病率约为50%[1]。常规MR矢状位及轴位扫描仅可评估蛛网膜下腔、脊髓及神经根受压移位情况，难以显示腰骶神经根的解剖形态及走行，更不能进行神经根定量分析，判定LDH患者坐骨神经痛责任神经根的能力有限，且存在假阳性情况[2]。三维真稳态进动快速成像(three-dimensional true fast imaging with steady-state precession， 3D-True FISP)序列MR可重建并显示神经根的解剖形态及走行[3]。扩散张量神经纤维束示踪成像(diffusion tensor tractography， DTT)是在DTI基础上发展而来，可提供外周神经细微结构的显示和定量分析[4-5]。本研究联合应用3D-True FISP序列及DTT进行图像融合[6]，通过观察纤维束走行、形态及定量分析，明确坐骨神经痛责任神经根，探讨3D-True FISP序列联合DTT指导LDH临床诊疗的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2016年1月—2017年12月以单侧坐骨神经痛症状就诊于我院的LDH患者40例(病变组)，其中男27例，女13例，年龄20～65岁，平均(42.1±5.8)岁；既往均无脊髓创伤史、椎管占位性病变史及手术史。同期选取40名性别、年龄与LDH患者匹配的健康志愿者作为对照组，男27名，女13名，年龄23～59岁，平均(39.3±4.8)岁；均无腰痛或坐骨神经痛史，无神经系统损害史、外伤史及手术史，无MR检查禁忌证。本研究经我院医学理论委员会批准，所有受试者均了解本研究目的及内容，并签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 MR检查 采用Siemens Verio 3.0T超导型MR扫描仪，TIM线圈。常规行矢状位T1W、T2W及轴位T2W扫描后，进行3D-Ture FISP序列扫描及DTT。3D-Ture FISP序列采用冠状位扫描，TR 10 ms，TE 40 ms，层厚0.6 mm，层间隔0，视野160 mm×160 mm，矩阵384×384，翻转角30°，相位采样75%，切片采样57%，水激发脂肪抑制。DTI采用单次激发回波平面成像(Echo planar imaging， EPI) 序列，轴位扫描，12个扩散敏感梯度方向，TR 4 500 ms，TE 64 ms，层厚4 mm，层间距0，视野280 mm×280 mm，b=800 s/mm2。

1.2.2 图像后处理及数据测量 将原始图像数据传至Siemens专用图像后处理工作站。采用Neuro 3D软件，手动标记神经根，重建获DTT图像，并与3D-True FISP序列图像进行融合。选取L4～S1椎体水平神经根层面，手动选取ROI。病变组将ROI放置于神经根受压最明显处，使双侧ROI大小及形态一致，分别记录FA及ADC值，连续测量3次，取平均值。对照组ROI测量部位、范围、次数与病变组相同。基于融合图像观察神经根的形态、走行，并结合FA及ADC值定量分析，判定LDH患者坐骨神经痛责任神经根。

1.3 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件。计量资料均以(±s)表示，采用配对t检验比较对照组左侧与右侧神经根FA及ADC值的差异，如双侧间差异无统计学意义，则取双侧平均值作为对照组神经根FA及ADC值，并比较病变组患侧与对侧神经根FA及ADC值的差异；采用独立样本t检验比较病变组患侧神经根FA及ADC值与对照组间的差异及病变组对侧神经根FA及ADC值与对照组间的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

病变组及对照组3D-True FISP序列与DTT融合图像均可清晰显示神经根形态及走行情况(图1～3)。病变组40例LDH患者中，L4-5椎间盘突出17例、L5-S1椎间盘突出23例；共累及神经根51条，11个病变椎间盘同时累及同侧上、下邻近的2条神经根，29个病变椎间盘仅累及同侧1条邻近的神经根，其余189条神经根未受累。病变组37例LDH影像学检查判定坐骨神经痛责任神经根与其临床症状相符，3例与临床症状不符。对照组共对L4～S1椎体水平双侧240条神经根进行了FA及ADC值测量。

2.1 对照组左侧与右侧神经根FA及ADC值比较 对照组L4～S1椎体水平同层面双侧神经根FA及ADC值差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。对照组最终FA值为0.346±0.042，ADC值为(1.296±0.080)mm2/s。

表1 对照组不同椎体水平双侧神经根FA及ADC值比较(±s)

表1 对照组不同椎体水平双侧神经根FA及ADC值比较(±s)

椎体水平FA值左侧神经根右侧神经根t值P值ADC值(mm2/s)左侧神经根右侧神经根t值P值L40.343±0.0550.330±0.0521.7300.0991.280±0.0911.282±0.0850.8700.395L50.346±0.0020.338±0.0281.3270.2001.300±0.0861.305±0.0761.2930.212S10.338±0.0270.343±0.0320.8530.4041.312±0.9501.295±0.1000.6770.506

图2 患者男，41岁，LDH，左下肢疼痛伴间歇性跛行3月余 A、B.常规MR矢状位(A)及轴位(B)T2WI，L4-5及L5-S1椎间盘信号减低，L4-5椎间盘膨出，L5-S1椎间盘左后方突出(箭)； C.3D-Ture FISP序列冠状位图像，L5-S1椎间盘左后突出，压迫左侧L5、S1椎体水平神经根(箭)； D～F.3D-Ture FISP序列与DTT融合图，冠状位(D)、斜冠状位(E)及解剖背景抑制后冠状位(F)图像显示左侧L5、S1椎体水平神经根受压、变形(箭)，结合FA及ADC值变化，认定其为责任神经根

图3 健康志愿者，男，23岁 A.3D-Ture FISP序列冠状位图像，于L4～S1椎体水平双侧神经根进行ROI勾画； B.DTT图像； C.3D-Ture FISP序列与DTT融合图，清晰显示神经根解剖形态及走行

2.2 病变组患侧与对侧神经根FA及ADC值比较 病变组患侧及对侧神经根FA值分别为0.253±0.021及0.339±0.013，ADC值分别为(1.743±0.089)mm2/s及(1.297±0.075)mm2/s；患侧神经根FA值明显低于对侧(t=0.806，P=0.038)，ADC值明显高于对侧(t=0.866，P=0.040)。

2.3 病变组与对照组神经根FA及ADC值比较 病变组患侧FA值明显低于对照组(t=0.963，P=0.043)，ADC值明显高于对照组(t=0.921，P=0.042)。病变组对侧神经根FA值(t=1.441，P=0.201)、ADC值(t=1.304，P=0.212)与对照组间差异均无统计学意义。

3 讨论

椎间盘突出易压迫相应神经根造成腰腿痛。LDH以L4-5、L5-S1椎间盘为好发部位，且L4～S1椎体水平神经根发生卡压的概率高达95%[7]。椎间盘突出导致下肢症状的主要原因是神经根的炎性反应与刺激[8]。神经根受压后，其屏障破坏，细胞水肿、缺血，引发沃勒变性和神经内膜破裂，白介素、肿瘤坏死因子等物质促使前列腺素E2分泌增多，从而发生疼痛。如何直观地观察腰骶部神经根及其病变是影像诊断学的热点问题之一。常规MRI难以在单一平面内完整显示神经根全貌；通过3D-Ture FLSP序列可清晰、完整地显示腰骶部神经根[9]，但只能从形态学上观察神经根形态、走行及病变，不能定量评估病变时神经根的变化。通过DTI技术可量化评价神经根炎性反应。 DTT是DTI应用的扩展，经后处理软件对神经纤维束成像[6]，FA及ADC值可从不同方面反映LDH的病理生理过程[10]，其中FA值变化可能是由于轴突变性或再生所致[11]，而ADC值变化原因可能为神经水肿和沃勒变性[12]。

本研究将3D-True FISP序列图像与DTT图像融合，从形态学上观察神经根的走行及受压移位情况，直观勾画ROI，并定量测量其FA及ADC值，结果显示对照组双侧神经根FA及ADC值差异均无统计学意义，与Zhang等[12]针对健康人群的研究结果基本一致，表明通过测量健康人目标椎体水平其中一侧神经根的FA及ADC值，即可了解其对侧神经根的相关情况。本研究结果显示，病变组受压神经根与自身对侧同平面神经根相比FA值降低、ADC值增高，病变组患侧FA及ADC值与对照组相比也表现出相同的趋势且差异均有统计学意义，表明基于3D-True FISP序列与DTT融合图像可在直观显示神经根形态、走行及病变情况的同时，通过测量受压神经根FA及ADC值判定LDH患者坐骨神经痛的责任神经根，与Sakai等[13-14]关于受压神经根与正常神经根FA值、ADC值的研究结果一致。但本研究中病变组受压神经根的FA及ADC值与既往研究[13-14]报道稍有出入，可能与MR设备、扫描参数、图像质量、测量方法及部分容积效应等因素有关。

本研究中，病变组3例LDH患者的临床症状与影像学检查判定的坐骨神经痛责任神经根不一致，原因可能包括两方面：①患者受检时腹式呼吸幅度偏大；②患者腰骶角较大，尚待进一步研究。

本研究的主要不足之处在于样本数偏少，且未采集治疗后病变神经根的影像学资料并予以分析，有待进一步观察。

总之，3D-Ture FLSP序列联合DTT技术可清楚显示神经根解剖形态及走行并进行量化分析，从而较为准确地判定LDH患者坐骨神经痛的责任神经根，为临床诊治提供影像学参考依据，可作为常规MRI的有效补充。