腰骶丛神经根成像中T2 3D SPACE序列的技术优化研究

徐 勇 肖智博 秦 颖 余泽平 马 娟 吕富荣

腰骶神经丛是复杂的周围神经系统结构，主要为下肢提供运动和感觉神经支配。它易受各种创伤、炎症、代谢和肿瘤过程的直接或间接影响，这些影响可能导致腰骶丛神经病变，且这些病变远不如其他局灶性周围神经系统部位的疾病常见。因此，其诊断和治疗在很大程度上取决于全面彻底的临床评估［1］。目前，磁共振神经成像（magnetic resonance neurography，MRN）作为一种分辨率高、多参数成像、可进行多种后处理等特点的无创检查技术，对电诊断检查具有一定的补充和辅助意义，在外周神经和对神经病变的显示上的优势更加明显，且已广泛应用于外周神经的成像 上，主 要 包 括3D SPACE （Siemens），CUBE（GE），VISTA（Philips）等三维高分辨率序列［2-3］。以三维自旋回波（TSE）序列为基础的3D SPACE 序列，常常联合短反转时间反转恢复（short TI inversion recovery，STIR）脂肪抑制（FS）技术，因其成像特点［4］，已成为外周神经成像及其相关疾病诊断中的常用序列［3.5］。该序列在腰骶丛神经根成像中有一定应用，但该序列扫描时间长，远高于常规扫描［6］，且神经（特别是细小分支）受周围组织干扰较大，易影响临床诊断与治疗［7］，而常规使用的STIR脂肪抑制方式虽压脂效果好但信噪比较低［8］。因此本文旨在探讨T2 3D SPACE 序列在腰骶丛神经根成像中的应用以及对序列中的具体参数进行修改，即改进T2 3D SAPCE序列，期望减少腰骶丛神经根周围背景信号的干扰，提高图像对比度的同时缩短扫描时间，达到扩大序列临床应用范围及稳定序列的目的。

方 法

1.临床资料

本研究经重庆医科大学附属第一医院伦理委员会批准（项目批文：20222101），并同意免除知情同意书。本研究共招募46名正常志愿者来我院进行磁共振扫描。其中男性14 名，女性32 名，年龄22～45 岁，平均（25.28±4.22）岁。纳入标准：①自愿接受磁共振扫描；②既往无神经系统疾病，无脊髓手术史、创伤史等，无明显临床神经系统检查阳性体征；③常规腰骶椎磁共振检查未见明显阳性征象；排除标准：①有严重心、肝、肾疾病者；②存在磁共振检查禁忌证或者检查过程中不配合者；③有精神疾病无法沟通者。

2.检查方法

所有志愿者检查前均接受磁共振检查相关事宜的知识宣讲。所有检查均在德国西门子3.0 T Skyra超导型磁共振成像仪上完成，志愿者采取头先进、仰卧位方式进床，使用18 通道体线圈覆盖于扫描区域。所有志愿者均行常规T2 3D SPACE 序列（以下简称方法A）、优化后T2 3D SPACE 序列（以下简称方法B）扫描。方法A 扫描参数：TR=3 000 ms，TE=198 ms，视野=380 mm×320 mm，加速因子=127，并行采集因子=2，层厚=1.0 mm，激励次数=1.4，使用STIR 联合FS方式，冠状位，TA=356 s。方法B扫描参数：TR=3 300 ms，TE=220 ms，视野=380 mm×320 mm，加速因子=241，并行采集因子=2，层厚=1.2 mm，激励次数=1.4，使用频率选择性绝热反转恢复（spectral attenuated inversion recovery，SPAIR）的脂肪抑制方式，并采用双反转黑血方式，冠状位，TA=229 s。

3.图像后处理

扫描结束后，将扫描数据上传到西门子后处理工作站进行后处理。后处理内容包括最大强度投影（maximum intensity projection，MIP）、多平面重组（multiplanar reformation，MPR）、曲面重建（curve plane reconstruction，CPR）等。其中薄层MIP 的层厚是20 mm，层间距是2 mm。

4.图像评价

对2 种扫描方法获取的腰骶丛神经根的MIP 图像进行图像质量的主观评价和定量参数测量，邀请2 名专业医师对腰骶丛神经根的显示情况和半定量参数独立进行评价和测量，并进行一致性分析，一致性较差的，则由2名医师共同协商探讨，最终取2次测评的平均值作为最终统计数据。根据扫描范围和研究目的，在图像质量-神经显示评分上采用2种评分方法：

（1）第4 腰神经至第4 骶神经评价指标［9］。4 分：神经纤维连续、边界锐利、束状细微结构可见；3分：神经纤维连续、边界较锐利、束状细微结构不可见；2 分：神经纤维连续、边界模糊、束状细微结构不可见；1分：神经纤维不可辨认。

（2）坐骨神经评价指标［10］。2分：神经周围无干扰，显示良好；1 分：神经周围有一定干扰，显示一般；0分：神经周围干扰大，显示不清，噪声严重。

腰骶丛神经根半定量分析：在显示最清晰的第5腰神经根的MIP图上进行测量。在其冠状面选取显示最清晰层面，并由2 名医师按以下方式独立测量半定量参数：最大限度避开周围背景组织（血管、淋巴结等），在第5 腰神经根右侧勾画3 个感兴趣区（ROI），分别放置在神经根节中、节前、节后区域，在其左侧勾画1 个ROI，放置在神经根节中区域。在腰大肌两侧勾画2 个ROI，尽量避开血管、神经区域。在图像区域外的两侧各勾画2 个ROI（图1）。以上所有ROI面积均为0.15 cm2，第5 腰神经根的节中信号强度选取两侧ROI 信号强度（Mean）的平均值，节前信号强度选取右侧ROI 信号强度（Mean），节后信号强度选取右侧ROI 信号强度（Mean），腰大肌的信号强度选取两侧ROI 信号强度（Mean）的平均值，背景噪声值（空气信号值）选取区域外两侧ROI信号强度标准差（SD）的平均值。将所获得数据按以下公式进行 计 算［11］： SNR=0.655× （Mean神经信号/SD空气信号）；CNR= （Mean神经信号-Mean组织信号）/SD空气信号； CR=（Mean神经信号-Mean组织信号）/（Mean神经信号+Mean组织信号）。

图1 半定量参数数据ROI勾画方式与位置

图2 神经显像图像质量

图3 方法A（优化前）、方法B（优化后）第5腰神经根各节SNR、CNR神经-肌肉、CR神经-肌肉值比较的分边小提琴图

图4 神经显像半定量评价

5.统计学分析

使用SPSS 25.0 统计学软件对数据进行统计学分析。图像质量的主观评价：①采用组内相关系数（ICC）检验2次测量数据的一致性；②采用Wilcoxon检验比较方法A、B 对神经根的显示差异。神经根半定量分析：①采用ICC 分析2 次测量数据的一致性分析；②采用配对t检验比较方法A、B的第5腰神经根的节中、节前和节后SNR、CNR神经-肌肉、CR神经-肌肉差异。P＜0.05表示差异具有统计学意义。

结 果

1.图像质量的主观评价

（1）方法A 与方法B 在第4、第5 腰神经，第1、第2、第3、第4 骶神经，坐骨神经的一致性检验中，其ICC 值均大于0.75。从结果上看，认为2 名医师在方法A、方法B主观评价上的一致性高（表1）。

表1 优化测量前（方法A）后（方法B）序列主观评价一致性分析

（2）方法A、B 在神经显示评分比较中，在第4、第5 腰神经，第1、第2、第3、第4 骶神经，坐骨神经的评分上均无统计学差异。

（3）方法A、B 成像图像的同窗宽窗位比较中，方法A 背景组织干扰神经显示有86.96%（40/46），方法B 背景组织干扰神经显示有43.48% （20/46）（表2）。从上述结果看，2 种方法在神经显示上无明显差异，但方法B 的背景组织干扰较少（图2）。

表2 序列优化前（方法A）后（方法B）神经显示评价比较

2.神经根的半定量分析

（1）方法A 与方法B 中，第5 腰神经的神经根节中、节前、节后和肌肉信号强度及背景噪声值的ICC值均大于0.75。结果（表3）显示，2名医师在方法A与方法B成像图像上测量的半定量参数值一致性高。

表3 优化测量前（方法A）后（方法B）图像各半定量一致性分析

（2）方法B 成像的第5 腰神经根的节中、节前、节后的SNR 值、CNR神经-肌肉值、CR神经-肌肉值均大于方法A，且方法A、B 在以上测量参数的比较中，差异均有统计学意义（P=0.000），详见表4 和图3。从上述结果看，方法B成像的神经根节中、节前、节后的SNR 值、CNR神经-肌肉值、CR神经-肌肉值均高于方法A，认为方法B 成像的神经根信噪比、对比度均高于方法A（图4）。

表4 序列优化前（方法A）后（方法B）第5腰神经根SNR、CNR神经-肌肉、CR神经-肌肉值比较

讨 论

本研究主要通过修改TR、TE、脂肪抑制方式、血液抑制方式等参数对腰骶丛神经根冠状位T2 3D SPACE 序列进行优化研究，并就图像质量的主观评价和神经根的半定量分析与常规T2 3D SPACE 序列进行比较。研究结果表明优化后的T2 3D SAPCE 序列扫描时间缩短了127 s，神经根的信噪比、对比度、背景信号抑制更优。本研究首次将黑血技术应用在腰骶丛神经根T2 3D SAPCE 成像序列上，对腰骶丛神经根成像序列的临床应用具有较高的指导意义，能够为临床提供一个更有效的扫描方案。

1.序列扫描时间

本研究发现通过优化加速因子（turbo factor）参数可有效缩短序列的扫描时间，而此参数一般等同于回波链长度，并且因3D SPACE 的原理导致所允许设置的回波链长度较大，因此可将加速因子值设定较高。常规T2 3D SPACE 的扫描时间为356 s，优化后T2 3D SPACE 序列的扫描时间为229 s，较优化前缩短了127 s，减少了因患者不耐受导致的图像伪影，也减少了扫描时间，提高了日常工作效率。

2.图像质量的主观评价

在对图像质量的分析中，本研究发现常规T2 3D SAPCE 序列成像的腰骶丛神经根周围有较多血管、淋巴等背景信号的干扰，这符合Carpenter 等［7］研究中的发现。而优化后T2 3D SPACE 序列在神经显示评分上与常规T2 3D SPACE 相比，差异无统计学意义，这表明在扫描时间缩短后，优化后T2 3D SPACE 序列仍能清晰显示出神经根的形态与走行，且神经根周围背景信号的干扰有所减少。巴伟丽等［12］通过对比3D SPACE 序列和3D DESS WE 序列在腰椎间盘突出症中的诊断效能，发现3D SPACE 序列由于周边血管的干扰，导致该序列在腰椎间盘突出症的诊断应用上受到限制。而本研究通过序列优化减少了神经周围血管的干扰，扩大了T2 3D SPACE 序列的临床应用范围。本研究主要采用了黑血技术（dark blood），此技术［13］一般应用于心脏黑血扫描，其主要原理是施加一次非层面选择脉冲后，再施加一次层面选择反转脉冲，配合心电触发、屏气配合，通过2 次反转实现血液抑制，这在心脏心肌黑血扫描中应用较为广泛。优化后T2 3D SPACE 序列成像图像上抑制了大血管的显示，且神经周围的小血管和淋巴结等背景组织也受到了不同程度的抑制，从而减少了背景信号的干扰。在过往研究中，未见有研究将黑血技术应用于腰骶丛神经根的T2 3D SPACE 成像序列上。

3.神经根的半定量分析

在针对图像测量数据的分析中发现，优化后的T2 3D SPACE 序列成像的神经根节中、节前、节后的SNR、CNR神经-肌肉、CR神经-肌肉值均高于常规T2 3D SPACE 序列，两者比较有统计学差异，表明优化后T2 3D SPACE 序列成像的神经根信噪比、对比度比常规T2 3D SPACE 序列更高。本研究增加了加速因子，缩短扫描时间的同时会降低图像信噪比，增加模糊效应。为消除此影响，本研究主要采用SPAIR 脂肪抑制代替STIR 脂肪抑制，增加TR、TE 值和层厚的方法。

（1）SPAIR 脂肪抑制方式是将频率选择与反转恢复相结合，自动计算反转时间，并使用绝热脉冲进行反转。有研究［8］表明，SPAIR 脂肪抑制方式的信噪比、对比噪声比均高于STIR 脂肪抑制方式，且可与上述中的黑血技术联合使用，实现三反转黑血技术，对于血液信号的抑制更好［14］。但此脂肪抑制方式对主磁场敏感性较高，大视野范围内容易受磁场影响导致脂肪抑制不均，在本研究中部分图像出现边缘脂肪抑制不均的情况，但对神经的显示与观察无影响。在通过磁共振原理学习和后期试验中发现更改SPAIR参数模式，即用腹盆腔模式代替自定义模式，可以改善主磁场不均匀导致的边缘脂肪抑制不均的情况。腹盆腔模式采用了更大的带宽，且选择频率选择范围更接近于水峰，可以将大范围内的脂肪抑制得更加彻底。

（2）水的T2 弛豫时间长，导致人体中含水组织的T2值远大于其他组织，在重T2WI序列，其他组织的横向磁化矢量几乎完全衰减，其信号强度很低甚至几乎没有信号，而含水组织T2 值很长仍保持较大的横向磁化矢量，其信号强度呈明显的高信号，因此可使用超长的TR、TE值提高图像的对比［15］。

（3）层厚（slice thickness）采用1.2 mm，与常规1.0 mm 比较，通过增加层厚来增加扫描体素，从而增加了图像的信噪比，同时也降低了图像的空间分辨率。本研究中并未采用较大的频率编码方向上的视野，且在图像质量评价中，优化前后神经显示的清晰度差异无统计学意义，层厚增加导致空间分辨率降低并未给神经显示的清晰度带来明显改变。同时增加了相位编码参考线（reference line PE） 提高图像信噪比。

本研究存在3 个局限性：第一，通过三反转黑血技术实现血液信号抑制的效果并不十分明显。且通过研究发现，神经根周围的小血管和淋巴组织确实会干扰神经的显示与观察。在平扫中实现神经周围背景信号的有效抑制仍有待进一步的研究优化。第二，本研究没有使用优化后的T2 3D SPACE 序列进行病理神经的扫描，因此无法评论其区分正常神经与病理神经的能力程度，这是一个有待后续进一步开展研究的内容。第三，本研究并未进行腰骶丛神经细小分支的显示和比较，对于细小分支的清晰显示有待进一步研究。

综上所述，优化后的T2 3D SPACE 序列可大大缩短扫描时间，提高神经根的信噪比和对比度，减少神经根周围背景组织的干扰，较清晰地显示神经根的走行，这不仅扩大了临床应用，为临床提供一个更好、更有效的检查方案，也证明黑血技术应用在腰骶丛神经根T2 3D SPACE 成像序列上具有优势与指导意义。下一步的研究要着重于优化后的T2 3D SPACE 序列在临床上的应用，对神经根周围的小血管进行更有效抑制以及对腰骶丛神经细小分支的显示。