高分辨三維快速擾相梯度回波序列MR成像顯示脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)

陳傳玉 鄧克學(xué) 羅 藝邱 俊 袁姝婭 劉三榮江亞玲

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)附屬第一醫(yī)院南區(qū)影像中心 (安徽 合肥 230036)

脛神經(jīng)、腓總神經(jīng)是坐骨神經(jīng)的兩個終末分支，是下肢肌肉的主要神經(jīng)支配，容易損傷，特別腓總神經(jīng)，其在腓骨頸處位置表淺，腓骨頭骨折或下肢石膏、周圍組織壓迫時最容易損傷。常規(guī)MR序列無法清晰顯示四肢周圍神經(jīng)的解剖及內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu)。目前磁共振神經(jīng)成像多用于顱神經(jīng)及臂叢神經(jīng)顯示，而對于四肢周圍神經(jīng)顯示的磁共振掃描方案尚未在全國范圍內(nèi)普遍。然而我國四肢關(guān)節(jié)損傷發(fā)生率較高，臨床醫(yī)生普遍苦于沒有一種合適的檢查手段，可以真實且清晰顯示周圍神經(jīng)結(jié)構(gòu)損傷。三維快速擾相梯度回波(fast spoiled gradient recalled echo sequences，F(xiàn)SPGR)是一種成熟的磁共振梯度回波序列，已經(jīng)越來越多用于臨床，目前主要應(yīng)用在顱腦T1WI的容積掃描、顱神經(jīng)及軟骨掃描，而用在四肢的周圍神經(jīng)掃描上甚少。四肢周圍神經(jīng)結(jié)構(gòu)纖細(xì)，且容易損傷，目前正需要一種可清晰顯示這類神經(jīng)結(jié)構(gòu)的高分辨成像方式以滿足臨床需要，本研究探討MRI中高分辨3D-FSPGR序列在下肢膝部脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)方面的應(yīng)用，希望可以為今后該序列的廣泛臨床應(yīng)用提供參考價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象本研究為前瞻性研究，隨機收集20名健康志愿者行單側(cè)膝關(guān)節(jié)磁共振掃描。

納入標(biāo)準(zhǔn)：腰部、臀部及下肢表面無異常、功能無障礙；體檢無腰椎、臀部、下肢神經(jīng)受損的相關(guān)癥狀及體征；腰椎、臀部、下肢無外傷史。本研究共納入20名志愿者，男8名、女12名，年齡17~75，38.75±13.443歲；本研究獲得本院醫(yī)學(xué)倫理委員會通過，所有志愿者均簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查方法采用GE Discovery 750W 3.0T磁共振成像儀，采用中柔十六通道膝關(guān)節(jié)專用線圈(GEM Flex Medium Array Coil)，志愿者仰臥位腳先進，線圈中心對準(zhǔn)髕骨下緣，掃描平面平行脛骨平臺關(guān)節(jié)面。掃描序列為軸位3D FSPGR序列，掃描參數(shù)如表1所示，壓脂方式為頻率飽和法。

表1 3D-FSPGR磁共振掃描序列參數(shù)

1.3 圖像分析將掃描獲得軸位3D FSPGR序列圖像傳至GE AW4.6工作站，由兩名磁共振工作年限5年以上診斷醫(yī)師獨立判斷兩種序列對于脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)的顯示率，并對圖像質(zhì)量做出主觀性評分，測量脛神經(jīng)、腓總神經(jīng)的信號(signal intensity，SI)、信號強度比(signal noise ratio，SNR)以及與周圍脂肪的信號噪音比(contrast to noise ratio，CNR)。主觀性評分參照文獻(xiàn)[1]，分為5個等級：0分：圖像有明顯偽影，結(jié)構(gòu)顯示不清，神經(jīng)無法觀察；1分，圖像質(zhì)量差，偽影較重，神經(jīng)顯示模糊；2分：圖像有偽影，但神經(jīng)可辨別，尚可用于診斷；3分：圖像有少量偽影，不影響觀察，神經(jīng)顯示較清晰；4分：圖像質(zhì)量佳，神經(jīng)顯示清晰。SI測量：測量脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)SI：選取股骨髁間窩層面，手動畫取直徑約1mm的ROI，ROI原則盡量選擇腓總神經(jīng)中心位置，不超出神經(jīng)邊緣，避開圖像偽影取。測量周圍脂肪SI:選擇相同層面周圍1cm的脂肪組織，拷貝神經(jīng)ROI相同大小進行測量，原則盡量避開肌肉、血管、偽影。所有SI測量三次取平均值，信號強度比SNR=SI神經(jīng)/SD背景噪聲，對比噪音比CNR=(SI神經(jīng)-SI周圍脂肪)/SD背景噪聲，SD是背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法使用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析，SNR及CNR為計量資料采用(±s)，經(jīng)Shapiro-Wilk檢驗符合正態(tài)分布且方差齊后，采用配對t檢驗，P<0.05為統(tǒng)計學(xué)上有意義；觀察者間一致性采用Kappa統(tǒng)計分析，一致性水平定義如下：κ=<0.20為差，κ=0.21~0.40為一般；κ=0.41~0.60為中等；κ=0.61~0.80為較強，κ=0.81~1.00為強。

2 結(jié) 果

所有志愿者均順利完成單側(cè)膝關(guān)節(jié)軸位3D-FSPGR序列掃描，脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)顯示率均為100%；其圖像表現(xiàn)為脂肪呈明顯的低信號(由于采用脂肪抑制技術(shù))，肌肉呈等信號，骨骼呈明顯的低信號；脛神經(jīng)表現(xiàn)為相對于周圍脂肪的稍高信號，相對于周圍肌肉的稍低信號，腓總神經(jīng)表現(xiàn)為相對于周圍脂肪的稍高信號、周圍肌肉組織的等信號；脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)呈典型的束狀結(jié)構(gòu)，脛神經(jīng)明顯粗于腓總神經(jīng)，其內(nèi)部微細(xì)的神經(jīng)纖維束多于腓總神經(jīng)。3D-FSPGR序列圖像可清晰顯示脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)，圖像質(zhì)量主觀評分較高，均為3分以上，兩個觀察者對脛神經(jīng)圖像質(zhì)量評分為(3.90±0.308 & 3.85±0.366，κ=0.774)，腓總神經(jīng)圖像質(zhì)量評分為(3.80±0.410 & 3.65±0.489，κ=0.634)，兩觀察者圖像質(zhì)量主觀評分一致性較強，如表2所示。腓總神經(jīng)的SNR及CNR高于脛神經(jīng)，SNR(TN:CPN=55.90±14.777 & 78.22±22.937，P=0.000)，CNR(TN:CPN=24.31±8.303 & 46.63±15.523，P=0.000)，P值小于0.05兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義，如表3所示。圖1~圖4分別展示菱形窩上角坐骨神經(jīng)分為脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)層面、股骨髁間窩層面、腓骨頭頸部層面及兩個神經(jīng)在膝關(guān)節(jié)區(qū)域的曲面重建。

表2 圖像質(zhì)量主觀評分及觀察者間一致評估

圖1 ～圖3 分別展示菱形窩上角坐骨神經(jīng)分為脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)層面、股骨髁間窩層面、腓骨頭頸部層面的脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)圖片(左邊A圖為軸位全景圖片、右邊B圖為神經(jīng)局部放大圖片，粗箭頭指向脛神經(jīng)、細(xì)箭頭指向腓總神經(jīng))；圖4 為分別脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)在膝關(guān)節(jié)區(qū)域的曲面重建圖片。

表3 脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)SNR及CNR

3 討 論

脛神經(jīng)和腓總神經(jīng)是坐骨神經(jīng)兩個重要的終末分支，它們在大腿后部下段的腘窩上角延續(xù)自坐骨神經(jīng)。脛神經(jīng)在腘窩中央垂直下降，伴腘血管下行達(dá)腘肌下緣，穿比目魚肌腱弓深處，繼而與脛后動脈并行在小腿淺、深兩層肌中下行，經(jīng)內(nèi)踝后方，更名為脛后神經(jīng)。膝關(guān)節(jié)區(qū)域的脛神經(jīng)損傷較腓總神經(jīng)損傷少見，因其走行較深，周圍有豐富的肌肉脂肪組織，損傷的病因常為囊腫、神經(jīng)鞘瘤或動靜脈瘤等占位性病變引起。脛神經(jīng)損傷后表現(xiàn)為足不能跖屈、內(nèi)翻力弱，跟腱反射和跖反射均消失；由于小腿前、外側(cè)群肌(腓總神經(jīng)支配)拮抗作用，致使足呈背屈及外翻，出現(xiàn)“鉤狀足”畸形，行走時不能以足尖站立，為足跟著地。骨間肌麻痹使足趾呈爪樣。感覺障礙主要在小腿后面、足外側(cè)緣和足底皮膚[2-3]。

腓總神經(jīng)自腘窩中央呈直線形或小弧形走行于股后部、股二頭肌內(nèi)側(cè)緣,至腘窩的外下方與腓骨骨膜相貼，繞腓骨頸外側(cè)向前，進入腓管穿腓骨長肌分為腓淺神經(jīng)和腓深神經(jīng)兩終支。腓總神經(jīng)外側(cè)為股二頭肌肌腱，前內(nèi)側(cè)為腓腸肌外側(cè)頭，后方為腘窩筋膜及髂脛束的移行部。分布范圍是小腿前、外側(cè)肌群和小腿外側(cè)、足背和趾背的皮膚。腓總神經(jīng)損傷較為常見，其損傷原因有腓骨頭頸部骨折及愈合不良、周圍籽骨、腫瘤、腱鞘囊腫等周圍結(jié)構(gòu)的壓迫，或者長期的姿勢不當(dāng)，或者繼發(fā)于坐骨神經(jīng)病變，以及糖尿病等全身性疾病引起周圍神經(jīng)病變等多種原因。該神經(jīng)損傷后臨床表現(xiàn)為足不能背屈、趾不能伸、足下垂并內(nèi)翻，形成“馬蹄內(nèi)翻足”畸形，行走時呈“跨闊步態(tài)”，類似馬步或箭步，小腿前外側(cè)面和足背皮膚有感覺障礙[2-5]。

目前檢查腓總神經(jīng)損傷的方法主要是肌電圖和超聲檢查。肌電圖檢查方面可以表現(xiàn)為運動傳導(dǎo)速度、運動波幅、感覺傳導(dǎo)速度，感覺波幅的異常，其可以反映神經(jīng)電生理相關(guān)指標(biāo)，但缺乏直觀顯示神經(jīng)圖像。超聲檢查檢查?？芍庇^顯示神經(jīng)的形態(tài)及具體病因，但是圖像分辨率不高、操作者依賴性較大、且圖像不夠直觀。目前國內(nèi)磁共振對于四肢周圍神經(jīng)損傷的評估尚局限于神經(jīng)及其周圍占位性病變以及繼發(fā)性取肌肉病變的顯示，尚未涉及直觀顯示神經(jīng)本身的解剖結(jié)構(gòu)。隨著高場磁共振及專業(yè)多通道相控陣關(guān)節(jié)線圈的使用，部分研究者也開始探索使用磁共振在四肢周圍神經(jīng)成像方面的應(yīng)用。國外Paolo F.Felisaz等人使用3D-FSPGR結(jié)合六通道頸動脈線圈成功對5名志愿者的脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)進行的高分辨顯微成像，其研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)掃描切面與神經(jīng)走行垂直時，神經(jīng)圖像分辨率最高及層間干擾最小[6]。本研究與該研究結(jié)果一致，但是其研究使用的頸動脈線圈，掃描時間長，本研究使用專業(yè)多通道相控陣關(guān)節(jié)線圈，激勵次數(shù)為1，掃描時間較其減少一半，依然保持非常高的圖像分辨率，更加適用于患者眾多的國內(nèi)臨床。目前MR成像在周圍神經(jīng)方面的應(yīng)用主要是采用背景抑制擴散加權(quán)序列(diffusion weighted imaging with background suppression，DWIBS)，該序列是基于彌散加權(quán)成像(diあusion weighted imaging，DWI)結(jié)合短反轉(zhuǎn)時間反轉(zhuǎn)恢復(fù)(short TI inversion recovery，STIR)序列的壓脂方式和背景抑制技術(shù)，使得除神經(jīng)以外的其他組織由于背景抑制不能顯示，從而將神經(jīng)凸現(xiàn)為高信號。國內(nèi)趙連新等人使用DWI成像結(jié)合最大密度投影后處理技術(shù)，成功顯示四肢周圍神經(jīng)正常及病變的情況，并發(fā)現(xiàn)在單個反向施加擴散敏感梯度成像效果較好[7-8]。國內(nèi)曹金鳳等人使用DWIBS研究發(fā)現(xiàn)格林巴利綜合癥脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)多表現(xiàn)為走行迂曲、邊緣模糊、信號減低，結(jié)合常規(guī)MR序列可以顯示去神經(jīng)支配骨骼肌病變情況[9]。但是DWIBS技術(shù)顯示周圍神經(jīng)的圖像是基于DWI序列，故圖像分辨率較低，僅能顯示神經(jīng)大致走行，無法清晰顯示神經(jīng)具體解剖形態(tài)及內(nèi)部細(xì)微神經(jīng)纖維束情況，且由于背景抑制使得周圍脂肪、骨骼組織不能同時顯示，需要結(jié)合磁共振成像的其他序列進行診斷。

3D-FSPGR的序列原理以快速梯度回波的脈沖序列為基礎(chǔ)，使用梯度擾相技術(shù)，對整個掃描區(qū)進行層塊數(shù)據(jù)采集時，當(dāng)前一次脈沖的回波采集結(jié)束后，即將進行下一個脈沖激發(fā)前，之前脈沖激發(fā)產(chǎn)生的殘存重聚焦的橫向磁化矢量與新產(chǎn)生的橫向磁化矢量之間會產(chǎn)生干擾，因此在下一次激發(fā)脈沖前，在選層梯度方向施加一個很強的擾相梯度場，對組織中質(zhì)子群的相位進行干擾，是其加快失相位，從而徹底消除前一次脈沖的回波采集后殘存的重聚焦橫向磁化矢量。該技術(shù)是基于梯度回波序列，與自旋回波序列相比，采用小角度(小于90°)脈沖激勵，組織的縱向磁化矢量損失減少，在縱向弛豫上節(jié)省時間，從而縮短序列掃描時間、提高掃描速度，結(jié)合三維容積掃描和高分辨矩陣，進一步提高圖像的信號噪音比及與周圍組織的對比噪音比，再配合脂肪抑制技術(shù)可進一步提高圖像質(zhì)量[10]。基于3D-FSPGR的上述原理，該序列尤其適合四肢周圍神經(jīng)的高分辨成像。

目前國內(nèi)3D-FSPGR序列的臨床應(yīng)用主要集中在腦組織容積掃描和顯示顱神經(jīng)、軟骨等的掃描中[11-14]，將該序列用于周圍神經(jīng)高分辨成像的文獻(xiàn)罕有。隨著高場強磁共振的應(yīng)用及普及，序列掃描的速度及信號噪音比大大提高，使得3D-FSPGR序列圖像在分辨率上得到了很大的提高，而周圍神經(jīng)特別是脛神經(jīng)及腓總神經(jīng)等纖細(xì)的神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)，須高分辨率圖像才能夠較好顯示，而MRI高分辨3D-FSPGR序列掃描圖像正好滿足臨床此類高要求。本研究顯示3D-FSPGR序列能夠高清顯示脛神經(jīng)、腓總神經(jīng)解剖，特別是當(dāng)成像層面長垂直于與神經(jīng)長軸時，神經(jīng)整體解剖甚至其內(nèi)部細(xì)微神經(jīng)纖維束結(jié)構(gòu)顯示的均十分清楚。兩位觀察者對于圖像質(zhì)量的評分較高，均為3分以上，兩個觀察者對脛神經(jīng)、腓總神經(jīng)圖像質(zhì)量評分分別為(3.90±0.308 & 3.85±0.366，κ=0.774)及(3.80±0.410&3.65±0.489，κ=0.634)，兩觀察者圖像質(zhì)量主觀評分一致性較強。本研究還顯示，脛神經(jīng)明顯粗于腓總神經(jīng)，內(nèi)部神經(jīng)纖維束明顯多于腓總神經(jīng)，雖然腓總神經(jīng)明顯纖細(xì)但其SNR及CNR要明顯高于脛神經(jīng)的，SNR(TN:CPN=55.90±14.777 & 78.22±22.937，P=0.000)，CNR(TN:CPN=24.31±8.303 & 46.63±15.523，P=0.000)，p值小于0.05有統(tǒng)計學(xué)意義。腓總神經(jīng)的SNR及CNR高于脛神經(jīng)可能與脛神經(jīng)較粗所含有的內(nèi)部神經(jīng)纖維束較多，神經(jīng)纖維束周圍的低信號神經(jīng)束膜增多，脛神經(jīng)在腘窩區(qū)域走行較為筆直，成像層面與其神經(jīng)長軸垂直，更易引發(fā)部分容積效應(yīng)導(dǎo)致脛神經(jīng)的SNR及CNR減低。

本研究的局限性有：第一，本研究僅僅局限在健康志愿者中進行，尚未涉及脛神經(jīng)、腓總神經(jīng)病變患者的序列掃描和圖像顯示。第二，本研究使用專業(yè)十六通道關(guān)節(jié)柔線圈，線圈寬度有效，一次掃描成像范圍僅局限于膝關(guān)節(jié)區(qū)域，未涉及較長范圍的神經(jīng)掃描。上述不足之處將在今后的研究中進一步探討。

綜上所述，高分辨3D-FSPGR序列可以清晰顯示脛神經(jīng)、腓總神經(jīng)解剖及其內(nèi)部細(xì)微神經(jīng)纖維束，為臨床提供直觀且清晰的圖像展示，該序列圖像質(zhì)量穩(wěn)定、與周圍組織對比良好、掃描時間適中，適合在國內(nèi)臨床推廣應(yīng)用。高分辨3D- FSPGR序列在兼顧常規(guī)磁共振成像對骨骼及軟組織的良好顯示的情況下，還可以高清顯示脛神經(jīng)、腓總神經(jīng)具體解剖形態(tài)，甚至可以顯示其內(nèi)部細(xì)微的神經(jīng)纖維束結(jié)構(gòu)，為臨床診療工作提供最為直觀的圖像參考。