基于扩散加权的磁共振成像技术在腰脊神经的应用研究

摘要

腰脊神经走行迂曲复杂，受周围肌肉、骨骼和脂肪等影响，缺乏良好的组织对比，成像困难。腰脊神经相关疾病如椎间盘突出、蛛网膜囊肿和结核等发病率较高，会产生相应的神经根症状，临床医生希望作出准确的定位、定性诊断，就需要更直观的图像和具有评判意义的定量影像数据支持。
　　本文主要从以下几方面进行了论述:
　　第一部分 基于扩散加权的磁共振腰脊神经成像技术的参数优化
　　目的：
　　1.探讨不同扩散敏感因子（b-value，b值）和层厚对DWIBS图像质量的影响，以期获得理想的腰脊神经DWIBS成像参数。
　　2.探讨不同扩散敏感梯度方向数(number of diffusion gradient directions，NDGD)对DTI图像质量的影响，以期获得理想的腰脊神经DTI成像参数。
　　方法：
　　对10名成人志愿者，使用Philips Achieva3.0T TX双源磁共振扫描仪，成像序列包括常规序列（矢状面T1WI、T2WI、横断面T2WI）和研究序列（横断面DWIBS、DTI）。DWIBS序列选用两个不同的参数，每个参数取3个值，进行排列组合后扫描，即不同b值（600s/mm2,800s/mm2,1000s/mm2）和不同层厚（2mm,3mm,4mm）搭配，一共产生9个序列的图像，对图像进行主观评价和客观评价。DTI序列采用由DWIBS序列优化出的b值和层厚，再分别选取6、15、32个方向的扩散敏感梯度方向数进行成像，共产生3个序列的图像，对图像进行主观评价和客观评价。对不同b值及不同层厚下的SNR、CNR，采用方差分析，两两比较采用LSD检验。主观图像质量评价，采用非参数检验多样本比较的Friedman M检验，两两比较采用q（SNK）检验。检验水准以p<0.05为有统计学意义。
　　结果：
　　1.不同层厚相同b值条件下SI神经之间无明显差异（P>0.05）。相同层厚不同b值条件下SI神经之间有统计学差异（P<0.05），随着b值的增加SI神经有增加的趋势；层厚2mm时，两两比较b=600s/mm2的SI神经与1000s/mm2之间差异有统计学意义（P=0.016)；层厚3mm时，两两比较b=600s/mm2的SI神经与800s/mm2、1000s/mm2之间差异均有统计学意义（P=0.004、0.000)；层厚4mm时，两两比较b=600s/mm2的SI神经与800s/mm2、1000s/mm2之间差异均有统计学意义（P=0.018、0.023)。
　　在b=600、1000s/mm2时，相同b值不同层厚条件下SNR之间无明显差异（P>0.05），但随着层厚的增加SNR有增加的趋势；相同层厚不同b值条件下SNR之间无统计学差异（P>0.05），但随着b值的增加SNR有降低的趋势；在b=800s/mm2时，两两比较层厚2mm的SNR与层厚4mm之间差异有统计学意义（P=0.014)，层厚2mm的SNR与层厚3mm差异无统计学意义（P=0.201），层厚3mm与层厚4mm的SNR差异无统计学意义（P=0.199）。
　　相同b值不同层厚条件下CNR之间无明显差异（P>0.05），但随着层厚的增加CNR有增加的趋势；相同层厚不同b值条件下CNR之间无统计学差异（P>0.05），但随着b值的增加CNR有降低的趋势。
　　2.DWIBS序列图像主观评分之间有统计学差异（P<0.05）；两两比较当b=600s/mm2时，层厚2mm主观评分与3mm、4mm之间差异均有统计学意义（P<0.05)；两两比较当b=800s/mm2和b=1000s/mm2时，层厚2mm、3mm、4mm之间主观评分差异均有统计学意义（P<0.05)。层厚2mm、4mm时不同b值条件下主观评分之间有统计学差异（P<0.05）；两两比较当层厚2mm，b=600s/mm2主观评分与b=800s/mm2及b=1000s/mm2之间差异均有统计学意义（P<0.05)，b=800s/mm2主观评分与b=1000s/mm2之间差异无统计学意义（P=0.255）；两两比较当层厚3mm，b=1000s/mm2主观评分与b=600s/mm2及b=800s/mm2之间差异均有统计学意义（P<0.05)，b=600s/mm2主观评分与b=800s/mm2之间差异无统计学意义（P=0.255）。
　　3.三种不同扩散敏感梯度方向数DTI序列的FA及ADC值无统计学差异（P>0.05）但FA值及ADC值在敏感梯度方向数为6时，标准差较15及32方向大，说明稳定性不及15及32方向。
　　4.2位专家用双盲法对FA参数图像质量进行主观评价，虽无统计学差异（P>0.05），但是32方向的评分均数低于6方向和15方向。
　　结论：
　　1.当b=800s/mm2，层厚3mm时，DWIBS图像具有较高的信噪比和对比噪声比，原始图像能进行较好的各向同性三维重建，是较好的DWIBS成像参数；
　　2.当b=800s/mm2，层厚3mm，扩散敏感梯度选择15个方向时，DTI原始图像质量较好，在ADC图和FA图上能测得较稳定的ADC值和FA值。
　　第二部分 基于扩散加权的磁共振成像技术对腰脊神经的显示
　　目的：
　　将基于扩散加权的DWIBS、DTI序列与目前应用较为成熟的PROSET序列对照，探索其对腰脊神经显像的可行性。
　　方法：
　　对67名腰椎间盘突出症患者，使用Philips Achieva3.0T TX双源磁共振仪进行检查，成像序列包括常规序列（矢状面T1WI、T2WI、横断面T2WI）和研究序列（横断面DWIBS、DTI，冠状面PROSET）。DWIBS进行MIP后处理，DTI进行DTT后处理，PROSET进行MPR后处理，三序列对照，2位专家根据图像质量由好到差分别评为4分、3分、2分、1分，对脊神经显示情况进行主观评价。通过常规序列图像，评价67例患者，共计335个腰椎间盘，评价Pm分级Ⅳ至V级椎间盘的分布及个数。以确定本文第三部分的研究对象。判断三种序列成像质量的主观评分构成比是否相同，主观图像质量评价评分，采用非参数检验多样本比较的Friedman M检验，两两比较采用q（SNK）检验。检验水准以p<0.05有统计学意义。
　　结果：
　　1.2位专家对DWIBS、DTI、PROSET三种序列产生的脊神经图像质量的主观评分，构成比差异有统计学意义。三种序列图像质量评分平均秩次分别为2.25、1.46、2.29。经统计学分析，组间有统计学差异（P<0.05)，DWIBS与PROSET之间无统计学差异（P=0.632）,DTI与DWIBS、PROSET均有统计学差异（P<0.05)，DWIBS、PROSET序列图像评分优于DTI。
　　2.测量335个椎间盘，Pm分级中重度（IV-V）占65个，其中L4/5突出31个（47.7％）,L5/S1突出占26个（40%）。
　　结论：
　　1.DWIBS与DTI序列均能用于腰脊神经成像，DWIBS和PROSET序列对腰脊神经解剖形态的显示优于DTI；
　　2.腰椎间盘突出好发部位为腰4/5和腰5/骶1椎间盘。
　　目的：
　　评估中重度（Pm分级Ⅳ-Ⅴ级）腰椎间盘突出患者的腰4脊神经根受压情况，受累脊神经根表观扩散系数（apparent diffusion coefficient,ADC）和部分各向异性分数（fractional anisotropy,FA）的特点。
　　方法：
　　选取31个Pm分级Ⅳ-Ⅴ级的腰4/5椎间盘突出的患者，另外随机选择15名正常成人志愿者，使用Philips Achieva3.0T TX双源磁共振扫描仪，成像序列包括常规序列（矢状面T1WI、T2WI、横断面T2WI）和研究序列（横断面DTI）。测量DTI序列中正常志愿者双侧腰4脊神经根的ADC和FA值取均值；测量患者正常侧和受压侧腰4脊神经根的ADC和FA值（如果患者双侧腰4脊神经根受压，则取较重测和腰5脊神经正常侧）。对三组ADC值及FA值比较，采用方差分析，两两比较采用LSD检验；对有统计学意义的指标绘制ROC曲线，计算曲线下面积，确定阈值，计算灵敏度、特异度。检验水准以p<0.05有统计学意义。
　　结果：
　　1.受压腰4神经根、患者未受压腰4神经根及正常神经根ADC值、FA值三组比较有统计学差异，两两比较受压腰4神经根与患者未受压腰4神经根及正常神经根ADC值及FA值均有统计学差异(P<0.05)，患者未受压腰4神经根与正常神经根ADC值及FA值无统计学差异(P=0.950、0.501)。
　　2.以ADC值及FA值判断脊神经根有无受压，绘制ROC曲线，曲线下面积分别为0.927、0.914。当ADC值为1.365×10-3mm2/s时，灵敏度为83%、特异度为87%；当FA值为0.299时，灵敏度为87%、特异度为80%。
　　3.L4/5受压脊神经根的ADC值与FA有较好的相关性，ADC值升高的同时，FA值下降。
　　结论：
　　通过对DTI序列中ADC值和FA值的测量，评价腰脊神经受压的情况，受压腰脊神经的ADC值升高，FA值降低。

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中文摘要

英文摘要

中英文缩略词对照表

前言

第一部分 基于扩散加权的磁共振腰脊神经成像技术的参数优化

引言

一、材料与方法

二、结果

三、讨论

参考文献

第一部分附图

第二部分 基于扩散加权的磁共振成像技术对腰脊神经的显示

引言

一、材料与方法

二、结果

三、讨论

参考文献

第二部分附图

第三部分 磁共振扩散张量成像在腰椎间盘突出症中的应用

引言

一、材料与方法

二、结果

三、讨论

参考文献：

第三部分附图

综述:腰脊神经磁共振成像进展

在读期间发表论文和参加科研工作情况说明

致谢