MB SENSE技术在腰骶丛神经弥散张量成像中的应用

MB SENSE技术在腰骶丛神经弥散张量成像中的应用

张楠1,宋清伟1,刘爱连1,苗延巍1,张浩南1,宋宇1,王家正2,沈智威2

1. 大连医科大学附属第一医院 放射科,辽宁 大连 116058;2. 飞利浦 临床科研部,江苏 苏州 215000

[摘 要]目的 探讨磁共振多层同时成像技术(MultiBand SENSE,MB SENSE)在腰骶丛神经弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)中的应用价值。方法 招募13名健康志愿者(年龄范围11~70岁,平均33.42±16.51岁)在3T MRI上进行常规DTI扫描(SENSE 1.6)和MB SENSE的DTI扫描(MB SENSE 2和3)。利用弥散张量纤维束造影(Diffusion Tensor Tractography,DTT)清晰地显示整个腰根神经,并在DTI图像上测量腰骶丛神经(两侧L3~S1)的平均各向异性分数(Fractional Anisotropy,FA)值。然后,将不同腰骶丛神经SENSE 1.6、MB SENSE 2、MB SENSE 3的FA值采用Friedman检验进行比较。结果 同一腰节段左右侧神经无差异(P>0.05),而且不同腰骶丛神经FA值在SENSE 1.6、MB SENSE 2、MB SENSE 3中的差异无统计学意义(P=0.498、0.451、0.373、0.125、0.189、0.886、0.379、0.614)。基于SENSE 1.6和MB SENSE 2的腰根神经L3至S1的全长使用DTT可清晰显示,而基于MB SENSE 3的神经束远端较差。而且,MB SENSE技术DTI比传统DTI扫描时间缩短50%。结论 基于MB SENSE技术的弥散张量成像可以显示和提供人体腰骶丛的定量信息。本研究建议采用MB SENSE 2对正常腰骶丛神经进行扫描。

[关键词]磁共振多层同时成像技术;腰骶丛神经;各向异性分数;弥散张量成像

引言

无症状的腰骶椎椎间盘退变和突出是临床常见的疾病,会造成患者腰腿疼痛[1],腰椎孔狭窄往往会造成严重的下肢疼痛,但传统的磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)已产生26%的假阳性率[2]。因此该疾病的诊断是困难的。弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)可以提供有价值的结构信息,可能成为评估腰骶丛神经的创新工具。然而,DTI对周围神经组织的研究由于样本量较小,图像质量容易受到腹部器官运动的影响,且扫描时间较长,尚未被广泛采用[3]。磁共振多层同时成像技术(MultiBand SENSE,MB SENSE)同时获取多个层面,对图像质量影响较小,在保持足够的解剖覆盖的情况下,可以获得较大的时间分辨率[4-6]。该技术在国内还没有研究应用于腰骶椎神经,国外仅有Norimoto等[7]将MB SENSE技术应用于腰骶丛神经DTI扫描,但其对定量值的测量和最优加速因子的选择尚未定论。本研究的目的是探究MB SENSE技术对健康志愿者腰骶丛神经DTI扫描的影响,以期为临床设计出更高效的腰骶丛神经影像检查方法,提高该疾病的检出率和准确性。

1 材料和方法

1.1 临床资料

本研究招募13名健康志愿者,年龄范围11~70岁,平均(33.42±16.51)岁,3名男性。本研究经医院伦理委员会批准,所有患者均被告知并书面同意参与本研究。

1.2 仪器与方法

采用飞利浦3.0T MRI扫描仪(Ingenia CX,Philips Healthcare,the Netherlands),32通道腹部线圈,对所有志愿者行DTI扫描。成像参数如下:TR/TE=2900/64 ms,FOV 288 mm×288 mm,层厚3 ms,间隔0,b值=0和800 s/mm2,梯度方向数15,翻转90°,层数55、矩阵96×66。常规扫描设置SENSE 1.6,应用MB SENSE技术设置MB SENSE 2和3,采集时间分别为7 min 55 s、3 min 57 s和1 min 57 s。

1.3 数据测量及分析

利用弥散张量纤维束造影(Diffusion Tensor Tractography,DTT)可以清晰地显示整个骶丛神经L3至S1的长度。在DTI图像上测量各向异性分数(Fractional Anisotropy,FA)值,在两侧腰骶丛神经根(S1~L3)放置两个感兴趣区(Region of Interst,ROI),放置在椎间孔近端和远端,ROI大小为25±10 mm2,取平均FA值。

1.4 统计分析

采用Shpiro-Wilk检验分析数据的正态性,用Friedman检验比较各节段腰椎神经根间的差异。将不同加速因子SENSE 1.6、MB SENSE 2、MB SENSE 3腰骶丛神经的各向异性分数FA值用Friedman检验进行比较。

2 结果

2.1 腰骶椎神经FA值

由表1可知,同一腰骶椎节段左右侧神经无差异,而且不同腰骶丛神经FA值在SENSE 1.6、MB SENSE 2、MB SENSE 3中的差异无统计学意义(P>0.05)。

2.2 神经束DTT显示结果

以一位24岁女性健康志愿者的神经束检查结果为例,基于SENSE 1.6、MB SENSE 2、MB SENSE 3的弥散张量成像技术显示结果,见图1~3。

图1 基于SENSE 1.6的弥散张量成像技术显示结果

注:健康志愿者,女,24岁。a. 神经纤维束造影结果;b. 最大密度投影;c. FT和T2WI FFE的结合;d. ROI放置图。

图2 基于MB SENSE 2的弥散张量成像技术显示结果

注:健康志愿者,女,24岁。a. 神经纤维束造影结果;b. 最大密度投影;c. FT和T2WI FFE的结合;d. ROI放置图。

图3 基于MB SENSE 3的弥散张量成像技术显示结果

注:健康志愿者,女,24岁。a. 神经纤维束造影结果;b. 最大密度投影;c. FT和T2WI FFE的结合;d. ROI放置图。箭头所示的L5和L4神经纤维的远端没有很好地显示出来。

3 讨论

腰骶区检查在临床上包括电生理和脊髓造影、CT扫描等,但灵敏度有局限[8-9]。MRI作为非侵入性成像技术变成腰骶丛神经根检查的首选,且证实其敏感性和特异性比电生理检查更好。其中DWI基于测量水分子的布朗运动提供组织微观结构信息,而DTI是基于测量水分子沿六个或更多梯度方向的扩散[10]。除了常规DWI检测的平均扩散系数,DTI还可以进一步提供关于各向异性分数,FA和扩散方向信息。已有研究证实DTI对腰骶丛神经诊断有帮助[11],可以检测到神经组织中神经纤维束中的水分子定向运动,为神经组织提供更加丰富的信息。但是腰骶丛神经DTI在技术上受以下因素影响:神经走行区邻近椎体和骨盆的磁敏感伪影、腹部器官运动和脑脊液及化学移位伪影、腰骶神经根直径较小、扫描时间长易产生运动伪影等。因此引入高分辨率的DTI实现更准确的腰椎神经可视化成为诊断病变的需要[12]。在之前的研究中,曾尝试用小视野对腰神经进行高分辨率成像。与传统方法相比,DTI结合小视野可以清晰地成像颈脊髓[13]和腰神经[14],并能准确测量FA和ADC值。

表1 腰骶椎神经FA值分析结果

项目 S1-L S1-R L5-L L5-R L4-L L4-R L3-L L3-R SENSE 1.6 0.30±0.07 0.28±0.06 0.30±0.06 0.28±0.06 0.31±0.08 0.32±0.07 0.33±0.04 0.31±0.07 MB SENSE 2 0.28±0.04 0.29±0.06 0.32±0.06 0.32±0.05 0.36±0.07 0.32±0.08 0.36±0.07 0.32±0.07 MB SENSE 3 0.31±0.06 0.29±0.08 0.35±0.07 0.33±0.09 0.32±0.07 0.33±0.05 0.36±0.06 0.33±0.06 P值 0.498 0.451 0.373 0.125 0.189 0.886 0.379 0.614

MB SENSE技术采用多个射频脉冲同时激励多个层面,不减少采样数量,提高了扫描速度[15],为实现DTI在腰骶丛神经扫描方面提供了新思路。在之前的研究中该技术已经应用于乳腺[16]、肝脏[17]、心肌[18],发现可大幅提升成像质量,加快成像速度。但该技术在国内还没有应用于腰骶椎神经,这是本文的创新点。

国外仅有Norimoto等[7]针对不同梯度方向进行腰骶丛神经DTI研究,扫描只使用了MB SENSE 2,没有对不同加速因子进行比较。所以本研究设置了两个不同的加速因子2和3,比较不同MB SENSE加速因子对图像和定量数据的影响。首先,MB SENSE技术DTI比传统DTI扫描时间缩短50%,大大减少了扫描时间,提高了扫描效率,解决了之前研究发现的DTI扫描时间长病人不耐受产生运动伪影的问题[19]。研究还发现基于SENSE 1.6和MB SENSE 2的腰骶丛神经L3至S1的全长DTT可清晰显示,而MB SENSE 3的神经束远端较差。Feinberg等[20]发现MB SENSE的加大会增加截断效应也与本研究结果一致。所以本研究推荐选用MB SENSE 2作为腰骶丛DTI扫描的加速因子,扫描时间3 min 57 s,临床患者可以耐受。

对于DTI的定量数据FA值方面,FA值表示活体组织内水分子各向异性成分所占比例,可以反映神经根受压程度[19],其准确性直接影响DTI扫描成功与否。本研究显示同一腰椎节段左右侧神经FA值无差异,说明MB SENSE技术的数据稳定性好。不同腰骶丛神经FA值在SENSE 1.6、MB SENSE 2、MB SENSE 3间的无差异,证明该技术在腰骶丛DTI扫描中是可行的,不影响定量数据的准确性,不影响临床影像诊断。

本研究的局限性:腰骶丛神经走形复杂,可能出现神经示踪缺失的假象,应该扩大样本量进一步减少该现象可能对结果的影响;对腰骶丛神经疾病的患者该技术是否可行,需要进一步研究。

4 结论

综上所述,MB SENSE技术应用于腰骶丛神经DTI扫描可行,大大加快了扫描速度,且定量数据稳定。研究推荐MB SENSE 2为最佳加速因子,可实现高效的DTI扫描,为临床腰骶丛神经影像检查提供更优越的条件,为腰骶丛神经的研究和诊断打下良好技术基础。

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Application of MB SENSE Technique in Diffusion Tensor Imaging of Lumbosacral Plexus

ZHANG Nan1, SONG Qingwei1, LIU Ailian1, MIAO Yanwei1, ZHANG Haonan1, SONG Yu1, WANG Jiazheng2, SHEN Zhiwei2

1. Department of Radiology, The First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian Liaoning 116085, China;2. Clinical Science, Philips Healthcare, Suzhou Jiangsu 215000, China

Abstract: Objective To explore the application value of MultiBand SENSE (MB SENSE) in the lumbosacral plexus nerve diffusion tensor imaging (DTI). Methods Thirteen healthy volunteers (aged 11-70 years, mean 33.42± 16.51 years) were recruited for DTI scan (SENSE 1.6) and DTI scan (MB SENSE 2, 3) on 3T MRI. Diffusion tensor tractography (DTT) was used to clearly display the whole lumbosacral nerve, and the average FA value of lumbosacral plexus (L3-S1) was measured on DTI images. Then, the fractional anisotropy (FA) values of different lumbosacral plexus nerve SENSE 1.6, MB SENSE 2, MB SENSE 3 were compared by Friedman test. Results There was no significant difference between left and right nerves in the same lumbar segment (P>0.05), and the FA values of different lumbosacral plexus nerves in SENSE 1.6, MB SENSE 2, MB SENSE 3 had no statistical significance (P=0.498, 0.451, 0.373,0.125, 0.189, 0.886, 0.379, 0.614). The full length of L3 to S1 of lumbar root nerve based on SENSE 1.6 and MB SENSE 2 can be clearly displayed by DTT,while the distal end of nerve bundle based on MB SENSE 3 was poor. Moreover, the scan time of MB sense DTI was 50% shorter than that of traditional DTI. Conclusion Diffusion tensor imaging based on MB SENSE technology can display and provide quantitative information of human lumbar fascicles. In this study, we suggest that MB SENSE 2 should be used to scan the normal lumbosacral plexus.

Key words: MultiBand SENSE; lumbosacral plexus nerve; fractional anisotropy; diffusion tensor imaging

[中图分类号]R445.2

[文献标识码]A

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2020.10.015

[文章编号]1674-1633(2020)10-0075-03

收稿日期:2020-07-02

通信作者:宋清伟,教授,主要研究方向为磁共振影像技术。

通信作者邮箱:songqw1964@163.com

本文编辑 韩莹