基于圖集的磁共振擴(kuò)散張量成像對(duì)正常健康人群頸髓定量研究

戎景玉

（南昌市第一醫(yī)院影像中心 江西 南昌 330008）

擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術(shù)是在擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種擴(kuò)散成像方法。通過在微觀尺寸上追蹤水分子擴(kuò)散來評(píng)估脊髓的微結(jié)構(gòu)定量信息。

以往研究中多使用的感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）覆蓋了整個(gè)脊髓橫截面或手動(dòng)勾畫ROI測(cè)量DTI 具體參數(shù)，但可重復(fù)性差。脊髓專用處理工具包（spinal cord toolbox，SCT）軟件可以精細(xì)區(qū)分相關(guān)細(xì)小解剖區(qū)域[1]。本研究擬在運(yùn)用DTI 技術(shù)結(jié)合SCT 軟件處理，測(cè)量白質(zhì)纖維束DTI 指數(shù)分?jǐn)?shù)各向異性（fractional aniostropy，F(xiàn)A）值，探究正常人頸髓DTI 指標(biāo)的正常范圍及不同纖維束間各指標(biāo)分布規(guī)律。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 一般資料

健康者15 例均無脊髓壓迫癥狀和影像改變，均無神經(jīng)系統(tǒng)疾相關(guān)病史并神經(jīng)系統(tǒng)檢查正常。

在進(jìn)行本研究前，所有受試者均已被如實(shí)告知本研究?jī)?nèi)容與方法、相關(guān)注意事項(xiàng)，并簽署知情同意書。本研究醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集采用GE Signa HDxt 3.0T 磁共振掃描儀。

3D T1WI 序列參數(shù)：三維穩(wěn)態(tài)損毀梯度回返采集序列（3D-SPGR）：TE1.9ms，層厚1.0mm，矩陣320×256，視野30×30mm，NEX 1.00，總時(shí)長(zhǎng)約10min19s。

T2*WI 序列參數(shù)：運(yùn)用多回波梯度回波序列（MERGE）：TR400ms，TE5ms，層厚5mm，視野288×192mm，NEX 2，總時(shí)間長(zhǎng)約5min14s。

DTI 序列參數(shù)：Ax DTI 11 ASSET：TE=79.2ms，TR=7000ms，b 值600s/mm2，擴(kuò)散敏感梯度方向取11，層厚5mm，視野20×20mm，矩陣96×96，層厚5mm，NEX 4，時(shí)間長(zhǎng)約5min43s。

1.3 基于圖集脊髓白質(zhì)纖維束處理

使用脊髓工具箱（SCT 4.0.0-beta.0 版）[1]對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理和分析：

（1）3D T1WI 圖像下脊髓的分割；

（2）配準(zhǔn)到預(yù)先存在的模板（圖1）：

（3）DTI 運(yùn)動(dòng)校準(zhǔn)；

（4）模板配準(zhǔn)到DTI：

脊髓被分割以后，把PAM50_T2 模版配準(zhǔn)到它。再使用之前配準(zhǔn)的模板T2*WI,具有灰質(zhì)形態(tài)信息配準(zhǔn)。

（5）DTI 參數(shù)計(jì)算：

C3-6 各節(jié)段纖維束FA 值。使用最大后驗(yàn)概率圖方法計(jì)算纖維束DTI 指標(biāo)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 統(tǒng)計(jì)（IBM SPSS Statistics 25）軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，使用組間組內(nèi)方差分析比較不同節(jié)段間白質(zhì)纖維束以及同一節(jié)段不同纖維束FA 值是否有差異，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)意義。

2 結(jié)果

2.1 臨床資料

受試者樣本量15 例，男性6 例，女性9 例，年齡21～63 歲，平均年齡45.65±12.05 歲，無頸髓相關(guān)癥狀，常規(guī)影像檢查頸椎脊髓無異常。

2.2 白質(zhì)纖維束DTI 參數(shù)分析

2.2.1 對(duì)照組內(nèi)不同節(jié)段FA 值分析

正常頸髓不同水平節(jié)段白質(zhì)FA 值有差異（P＜0.05）,同水平不同纖維束之間亦有差異，大部分纖維束區(qū)域隨脊髓向下延續(xù)呈逐漸減低趨勢(shì)，但部分脊髓束則相反（如脊髓小腦束）。（圖2）

表1 不同節(jié)段相應(yīng)纖維束區(qū)域FA 值（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

不同水平脊髓束方差分析：F=6.022，P=0.001 ＜0.05；同水平節(jié)段不同束方差分析：F=26.028，P=0.000 ＜0.05。

3 討論

SCT 提供了概率性脊髓MR 圖集模板，可用于分割、建模和統(tǒng)計(jì)分析。據(jù)Taso M 等[2]研究在GM 和WM 概率圖集上分別觀察到高達(dá)90%和100%的值?；诟怕蕡D集模板研究，可自動(dòng)化分割脊髓灰白質(zhì)，圖集配準(zhǔn)后自動(dòng)測(cè)量不同纖維束的指標(biāo)，在脊髓微結(jié)構(gòu)研究中具有優(yōu)勢(shì)。Cadotte DW[3]等發(fā)現(xiàn)在磁共振成像允許范圍內(nèi)的彎曲或伸展并不影響椎體和脊髓節(jié)段的相對(duì)位置。

本組研究結(jié)果表明大多數(shù)纖維束FA 值從上至下呈逐漸減低趨勢(shì)，這與以往其他一些學(xué)者[4-7]的研究相似。其原因可能為頸髓下段較上段纖維束稀疏，軸突外間隙較大，間隙內(nèi)結(jié)構(gòu)擴(kuò)散狀態(tài)使FA 值降低。另外以往軸突組織學(xué)觀察顯示為圓柱形結(jié)構(gòu)，但是最近的3D 電子顯微鏡研究表明，軸突可能沒有理想的圓柱體形狀[8]，這種軸突形態(tài)影響上下節(jié)段FA 值的一致性。但也存在特殊情況，脊髓小腦前束FA 值從上頸髓至下頸髓呈逐漸增高，而且其FA值在上頸髓低于其它纖維束，這點(diǎn)在以往無法區(qū)分纖維束的DTI 脊髓研究中難以發(fā)現(xiàn)?？傮w來說這些發(fā)現(xiàn)都可能跟不同纖維束直徑、髓鞘結(jié)構(gòu)、纖維周圍結(jié)構(gòu)，如星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和血管等分布情況有關(guān)。

本研究存在一定的局限性：由于本實(shí)驗(yàn)樣本量有限，我們的數(shù)據(jù)會(huì)受到樣本偏差的影響，SCT 使用的驗(yàn)證數(shù)據(jù)是有限的。正常頸髓DTI 定量指數(shù)相關(guān)規(guī)律對(duì)進(jìn)一步評(píng)估頸髓微結(jié)構(gòu)病變情況提供一定參考價(jià)值。