基于磁共振弥散张量成像与多种后处理方法的上肢神经形态学研究

摘要

第一部分:基于磁共振弥散张量成像与最大信号强度投影后处理的腕部神经三维显示
　　目的:利用最大信号强度投影(MIP)后处理方法重建磁共振弥散张量成像(DTI)扫描所得原始图像，以实现腕部神经的3D立体展示;比较在不同扫描方案（不同弥散方向数目）下所测得的弥散数据以及3D神经成像效果的差异。
　　材料和方法:图像采集应用GE公司生产的Signa HDxt3.0T磁共振扫描仪，8通道腕关节专用线圈完成。本研究共招募10名年轻健康志愿者（双侧腕关节）进行DTI扫描，扫描的弥散方向数设定为6个方向(DTI6)和25个方向(DTI25)两组。MIP后处理时选择2种DTI原始图像进行处理:(1)属于单一方向（垂直于神经）的图像;(2) T2-weighted trace图像。各向异性分数(FA)和表观弥散系数(ADC)采用多位点进行测量:正中神经在远侧尺桡关节，豌豆骨，钩状骨平面(分别命名为M1，M2，M3)进行测量;尺神经在远侧尺桡关节，豌豆骨平面(分别命名为U1，U2)进行测量。这些测试位点的弥散数据（FA值与ADC值）在DTI6和DTI25之间进行比较。2位影像科医师分别随机、独立地对获得的志愿者的3D神经图像按照自设的量表进行评分。另外，5名腕管综合征患者（6侧患腕），6名腕部神经切割伤患者（6侧患腕）以及1名腕部正中神经神经纤维瘤患者被招募进行相同DTI扫描和后处理。
　　结果:在6个方向与25个方向扫描方式下，单一方向原始图像的MIP重建和T2-weighted trace图像的MIP重建均能清楚立体地显示腕部神经。对于DTI6与DTI25弥散数据，除了在豌豆骨水平处的尺神经的FA值有差异(p=0.03)外，其余测试位点的FA值与ADC值均无显著统计学差异。关于3D神经成像评分，每种原始图像MIP重建方法在DTI6与DTI25间没有显著差异。单一方向MIP重建成像评分明显高于T2-weighted trace(p＜0.01)，得益于前者有更高的神经信号强度。对于神经病变案例的观察，单一方向MIP重建可以直观地观察到病变神经的形态学异常;对于神经离断伤随访，观察到的离断神经远端形态学和信号强度变化符合神经再生情况。
　　结论:6个方向和25个方向DTI扫描获得的单一方向和T2-weighted trace原始图像经由MIP重建均能清晰地显示腕部神经;正中神经的FA值和ADC值在6个方向扫描所得DTI数据中能被准确测量;采用6个方向扫描和MIP重建是一种评价周围神经的高效方法。
　　第二部分:基于腕部磁共振弥散张量成像数据的两种容积再现重建方法对腕部神经立体显示效果的比较
　　目的:磁共振弥散张量成像(DTI)扫描后，对获得的原始数据进行两种方法的后处理，即单一方向容积再现(VR)重建，与抑制各向同性组织信号的单向编码成像减影技术(SUSHI)处理后再进行VR重建，获得腕部周围神经的立体显示，并比较他们之间在成像质量、噪声水平、噪声去除难度方面的差别。
　　材料和方法:图像采集应用GE公司生产的Signa HDxt3.0T磁共振扫描仪，8通道腕关节专用线圈完成。该项研究对来自于10名健康志愿者的20例腕部，来自5名腕管综合征的6侧患腕以及6名腕部神经切割伤患者的6侧患腕，进行了6个方向和25个方向的DTI扫描（命名为DTI6和DTI25），扫描后进行单一方向和SUSHI处理后的VR重建，2名观察者分别随机、独立地对于志愿者的3D神经成像质量、噪声水平以及去除噪声的难易程度依据我们设计的评分量表进行评分。
　　结果:在DTI6和DTI25中，经单一方向VR重建后，所有腕部的神经均能被立体地显示出来，神经显示清楚，信号强度高，但噪声较多。在DTI25中经SUSHI处理后VR重建，腕部各条神经显示清楚，神经信号值优良，未见明显衰减。在DTI6中经SUSHI处理后VR重建发现部分尺神经(7/20)减影后信号强度在局部有所丢失。单一方向VR重建与SUSHI处理后VR重建成像质量对于正中神经无显著差异，对于DTI6中的尺神经有显著差异(p＜0.05)。SUSHI处理后噪声明显减少，而且噪声变得稀松，不与神经连接，更容易去除。对腕部神经切割伤患者的随访发现，SUSHI处理后VR重建可以清楚显示瘢痕内部再生神经的形态。
　　结论:对25个方向扫描的DTI原始数据进行单一方向VR重建与SUSHI处理后VR重建均能清晰显示腕部的神经，SUSHI处理能去除绝大部分噪声，是一种有效的去除噪声的工具，并极适用于观察瘢痕内部神经再生情况。
　　第三部分:基于磁共振弥散张量成像与多种后处理方法的肘部神经立体显示及其应用
　　目的:探索采用舒适度较高的柔性线圈进行肘部磁共振弥散张量成像(DTI)扫描后获得原始资料，运用三种后处理方法——单一方向容积再现(VR)、最大信号强度投影(MIP)重建，纤维追踪，获得肘部周围神经的立体显示，并比较VR、MIP与纤维追踪方法显示神经效果的差异和相关性，探讨单一方向VR、MIP后处理方法的应用价值。
　　材料和方法:共有12名健康志愿者(24肘部)被招募进行肘部DTI扫描，磁共振扫描仪为西门子公司生产的Siemens Magenetom Verio3.0T扫描仪，线圈为西门子4通道柔性线圈(Flex small4)，扫描弥散方向数目为20，隶属于单一方向（前后方向，垂直于神经）的原始图像被导入工作站进行VR和MIP重建，所有DTI扫描数据被导入西门子磁共振工作站进行纤维追踪后处理。由2名观察者依照自设的评分量表依据目标神经能否完全显示对VR、MIP和纤维追踪成像质量进行随机、独立的评分。对于同一条神经的评分，单一方向VR、MIP和纤维追踪之间采用Friedman检验，当p值小于0.05时认为有显著统计学差异。利用组内相关系数分析比较三种后处理方法对于每条神经评分的相关性。两观察者之间和同一观察者不同时间点之间的评分一致性由Kappa统计方法进行分析。另有1名肘管综合征患者和1名尺神经卡压患者（10年前因肘部尺神经损伤行修复术并肌下前置术）被招募进行肘部DTI扫描，并进行多种后处理（GE Signa HDxt3.0T磁共振扫描仪，膝关节线圈，扫描参数与后处理方法同第一、二部分），以确定这些方法对于病变神经形态描述是否准确。
　　结果:24肘部测试结果显示，通过上述三种后处理方法均可达到肘部周围神经的立体显示。单一方向VR、MIP后处理方式较纤维追踪更容易完成。对于每条神经成像质量，单一方向VR、MIP重建与纤维追踪评分无明显差异。三种后处理方法成像质量评分之间的相关性通过组内相关系数(ICC)分析得出结果，提示三者之间存在明显相关（ICC值为0.709-0.901），即关于相同个体三种后处理方法的评分具有一致性。两观察者之间和同一观察者不同时间点评分一致性的Kappa分析提示一致性为良好-优异(κ值为0.674-0.909)。通过单一方向VR、MIP重建能立体直观地观察到肘管综合征患者尺神经在肘管部受压变扁平等形态学改变，以及尺神经前置卡压患者尺神经肌下段卡压变细、成角明显的表现。
　　结论:DTI扫描后的原始图像进行VR、MIP、纤维追踪三种后处理方法均能得到肘部周围神经的立体显示效果。VR、MIP后处理方式可以作为相对复杂的纤维追踪法的预览工具，在纤维追踪进行前评价DTI原始图片质量是否满意。应用单一方向VR、MIP重建可以较二维图像更直观地观察病变神经整体形态。