两种不同磁共振线圈对肘部正常尺神经扩散张量成像的影响

王林， 徐俊峰， 龚沈初， 姜洪标， 陈海涛， 何书



·影像技术学·

两种不同磁共振线圈对肘部正常尺神经扩散张量成像的影响

王林， 徐俊峰， 龚沈初， 姜洪标， 陈海涛， 何书

目的：探讨使用膝关节专用线圈(Ex)和表面阵列线圈(Fl)对肘部正常尺神经扩散张量(DTI)成像的影响。方法：分别使用Ex线圈和Fl线圈采集31名志愿者肘部尺神经图像并建立扩散示踪图(DTT)。比较两种线圈成像时，尺神经各向异性分数(FA值)、表观扩散系数(ADC值)、神经纤维束长度和DTI图像质量的差异。结果：共分析了50例尺神经。使用Ex线圈和Fl线圈时，肘部尺神经的FA值、ADC值均无明显统计学差异(P值分别为0.482、0.263)，且两者尺神经DTT评分相当(P值分别为0.615、0.704)，而Ex线圈采集的DTI图像质量优于Fl线圈(P=0.004)，DTT尺神经纤维束较长(P=0.000)。结论：使用Ex线圈和Fl线圈对肘部尺神经DTI成像时均能获得稳定可靠的扩散测量参数，但Ex线圈得到的图像质量更高。

磁共振成像； 尺神经； 肘

磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一项以扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)为基础的MR功能成像技术，最初用于中枢神经系统以显示脑白质纤维束，近年来，该技术亦逐步应用于周围神经成像和疾病诊断[1-4]。DTI可通过测量各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)等扩散参数对神经作定量分析，还可通过建立扩散示踪图(diffusion tensor tractography,DTT)以直观显示神经的三维立体影像[5]。相对于表面阵列线圈而言，专用的关节线圈有助于提高常规MR周围神经成像的图像质量，但受制于其固有的形状、体积，可能无法适用于关节活动受限的患者。不同类型的线圈对于周围神经扩散张量成像是否存在影响目前尚不明了。本研究分别使用西门子表面阵列线圈和膝关节专用线圈对健康志愿者肘部尺神经行DTI成像，并进行分析比较，现报道如下。

材料与方法

1.研究对象

经南通大学第二附属医院科学研究伦理委员会批准，将31例21 ～42岁(平均24.7岁)的健康志愿者纳入研究(其中男12例，女19例)，所有志愿者均签署知情同意书。既往有肘关节骨折史或可能累及肘部的慢性疾病史、近期有肘部疼痛、肿胀、感觉或运动异常，体格检查发现肘关节功能异常者均被排除在外。通过筛选，共60个肘关节接受MR检查，其中男性肘关节22个，女性肘关节38个；左右肘各30个。

2.MR扫描

使用西门子3.0T Verio MR采集图像，成像线圈分别为4通道表面阵列线圈(Flex Small，Fl，Siemens，德国)和单通道膝关节线圈(TxRx CP Extremity,Ex,Siemens,德国)。受试者均为仰卧位。Fl线圈成像时，受检侧肘关节呈旋后位，置于身体一侧，尽量将关节紧贴线圈，并使肘关节中心位于线圈中央，周围予沙袋固定。Ex线圈成像时，受检侧上肢举过头顶，肘部伸直呈旋前位，将肘关节置于线圈中央，予沙袋固定。同一肘关节使用不同线圈成像的两次间隔时间小于2h，且成像参数保持一致。采集序列及参数如下：轴面脂肪抑制TSE T2WI序列，TR 5000 ms，TE 68 ms，层厚3 mm，层间距0 mm，视野180 mm×180 mm；轴面双回波稳态进动 (dual-echo steady state, DESS)序列，TR 14.16 ms，TE 5 ms，层厚0.6 mm，层间距0.12 mm，视野180 mm×160 mm；单次激发多平面回波DTI序列，TR 9400 ms，TE 75 ms，b=0/1000 s/mm2，扩散梯度方向数20，层厚3 mm，层间距0 mm，视野180 mm×64 mm，Average 3。Fl线圈成像时不使用并行采集技术。

3.数据测量

由两名具有10年肌骨系统影像诊断经验的医师(观察者A、B)在Syngo MR后处理工作站中对图像进行测量分析，两名医师对使用何种线圈采集MR图像均不知情。扩散参数、DTI图像质量和尺神经纤维束长度测量由观察者A完成，对DTT重组尺神经图像的主观评分由观察者A、B分别独立完成。对于MR图像质量无法满足评估需要的肘关节经两名观察者协商一致后予以剔除。

扩散参数:按Philipp等[6]的方法，以DESS图像为参照，将DTI图像与T2WI图像融合(图1)，以肱骨内上髁尺神经沟中点作为肘管的中心层面，分别在近端、远端距该中心层面1.2 cm和肘管的中心3个层面上，沿尺神经内侧缘手工勾勒感兴趣区(region of interest,ROI)，测量其FA值、ADC值以及尺神经和肱肌的信号强度(signal intensity,SI)。

DTI图像质量:在3个测量层面FOV内四周空气区域设置同样大小的ROI并测量其信号强度的标准差(standard deviation,SD)，取其均值作为该层面背景信号的标准差(SD背景)，按以下公式计算该层面的对比噪声比(contrast to noise ratio,CNR)：CNR=|SI尺神经-SI肱肌|/SD背景。取3个测量层面FA值、ADC值和CNR各自的均值作为最终测量结果进行统计学分析。

DTT：使用相同的后处理参数建立尺神经扩散示踪图，其后处理参数如下：每体素长度采样数2，步长0.63 mm，FA阈值0.200，偏转角阈值30.00°。记录神经纤维束的长度，并按以下标准对尺神经进行主观评分[2]：0分，无法追踪，无可辨认的纤维束；1分，DTT质量很差，仅显示一些较粗的纤维束；2分，DTT质量差，多数神经无法反映其解剖特征；3分，图像质量中等，能反映解剖特征，但神经纤维稀疏或异常走行纤维较多；4分，图像质量较好，能完美反映解剖特征，但神经显示密度略不满意或有少量异常走行纤维；5分，图像质量极佳，图像能完美反映解剖特征，无异常走行的神经纤维(图2)。

4.统计学分析

使用SPSS 22.0统计学软件进行统计学处理。使用配对t检验比较两种线圈成像时尺神经FA值、ADC值、纤维束长度及DTI图像CNR的差异，如在使用某一种线圈时无法测量上述任一参数，则将该肘关节两种线圈的测量结果全部剔除。使用组内相关系数(intra-class correlation coefficient,ICC)比较使用同一线圈时不同观察者间主观评分的一致性，ICC>0.80为一致性良好，0.61～0.80为中等，0.60～0.41为一般，ICC<0.40为一致性较差[7]。使用秩和检验比较不同线圈成像时两名观察者对DTT图像主观评分的差异性。P≤0.05认为有统计学意义。

结 果

使用Fl线圈和Ex线圈成像时，分别有5例、3例DTI图像因几何变形明显而无法测量FA值、ADC值和CNR；使用两种线圈成像时，各有1例因运动伪影严重致DTT图像重组失败，不能测量尺神经长度，均予剔除。最终对共50例尺神经图像进行了测量分析。尺神经各参数的测量结果见表1。使用不同线圈成像时，尺神经FA值、ADC值未见明显差异(P值分别为0.482、0.263)，而DTI图像CNR间差异有统计学意义(P=0.004)，结合均数比较，使用Ex线圈所得图像的CNR高于Fl线圈。使用Fl线圈和Ex线圈成像时，不同观察者间主观评分的一致性良好(ICC分别为0.914、0.904)；且尺神经DTT图像的主观评分间无明显差异(P值分别为0.615、0.740)，而不同线圈下追踪测得的神经纤维束长度则存在统计学差异(P=0.000)，结合均数比较，使用Ex线圈追踪得到的神经纤维束长度长于Fl线圈。

表1 不同线圈成像时尺神经DTI测量结果

讨 论

DTI技术在中枢神经系统应用广泛，其可通过测量FA值、ADC值等扩散参数，对病变进行诊断和定量分析，近来该技术越来越多的应用于周围神经病变(如腕管综合征等)的显示和诊断[1-4]。可能影响DTI定量测量的因素众多，不少学者已就b值和扩散梯度方向数对DTI成像的影响进行了研究[2、8-9]。在成像参数相同的前提下，不同成像线圈对图像质量、周围神经扩散参数定量测量、DTT重组等是否存在影响目前尚不明确。本研究就同一MR机型使用不同成像线圈对周围神经DTI成像的影响进行了比较分析。

图1 Fl线圈、Ex线圈采集同一志愿者的肘部尺神经DTI图像。白圈所示为尺神经。使用Ex线圈所得图像信号更均匀，对背景噪声抑制更好。a) Fl线圈采集的FA图； b) 融合图像； c) Ex线圈采集的FA图; d) 融合图像。图2 同一志愿者肘部尺神经DTT图像，白箭所示为尺神经。a) 使用Fl线圈采集，尺神经纤维束密度略稀疏，局部可见少量走行异常的纤维束(箭)，评分为4分； b) 使用Ex线圈采集，尺神经光滑连续，无明显异常走行的神经纤维，评分为5分。

多通道阵列线圈可使用并行采集技术以缩短成像时间，其图像以空间信号噪声比变化较大为特征，噪声水平在很大程度上取决于所使用的接收线圈的敏感性，且随并行采集加速因子增大而增大[10]。因此，本研究中Fl线圈成像时，不使用并行采集技术以获得最佳的图像质量，同时使得CNR的比较更加真实可靠。本研究结果显示，使用关节专用线圈的DTI图像质量优于表面阵列线圈，两者CNR差异具有统计学意义(P=0.004)。这一结果与两种线圈的物理特性和成像原理有关，Ex线圈采用了信号“自发自收”的技术，相对于专职接收信号的Fl线圈而言，其得到的信号强度更高，且对背景噪声的抑制效果更好，从而更容易获得较理想的图像质量。但关节线圈多依据关节形态制作，线圈形状固定，可能无法适用于关节活动受限的患者，而Fl线圈受检者体验更为舒适且所得图像更易与正常解剖位置保持一致。

FA值和ADC值均为常用的DTI定量测量参数，ADC值反映了组织内水分子扩散的幅度和范围[5]，FA值更进一步反映了组织各向异性的差异，其不随坐标系旋转方向变化而改变，相对于ADC值而言更加稳定可靠[9]。金征宇等[11]使用不同MR对水模进行成像比较，表明不同厂家、不同场强、不同梯度切换率等硬件指标对ADC值没有影响，从而认为ADC值是反映组织性质的客观指标。高佳音等[12]利用不同MR设备对正常人腹部脏器ADC值测量的结果却显示，不同厂家、不同场强MR测得肝、脾实质的ADC值间存在统计学差异。本研究结果显示，不同成像线圈对肘部尺神经FA值和ADC值的测量并无影响(P值分别为0.482、0.263)。相对于腹部脏器而言，周围神经受呼吸运动等干扰因素的影响较小，有利于两次成像结果的定量比较。对于因关节活动受限而无法使用关节专用线圈的患者，也可使用Fl线圈对周围神经扩散参数进行定量测量。

DTT为一种基于扩散张量数据，可直观显示神经纤维束形态、走行的成像方法，亦可对神经纤维束长度等进行定量测量[13]。不同b值和扩散梯度方向数量均可影响DTT的重组[2，5，8，9]。与DWI类似，DTI成像时选择的b越高，图像几何变形越明显，越不利于生成DTT。Ohanaa等[2]认为受试者神经的解剖结构也可影响DTT的难易程度，如神经过细或走行迂曲，则易致DTT生成困难。同时，检查过程中患者肘部位置改变也可能导致DTT重组失败。本研究使用两种不同线圈均可生成尺神经DTT，尽管Ex线圈追踪得到的神经纤维束长度长于Fl线圈(P=0.000)，但两者主观评分间无明显差异(两名观察者主观评分P值分别为0.615、0.740)。

综上所述，使用不同的磁共振线圈对肘部尺神经DTI成像存在部分影响。推荐使用关节专用线圈以获得更好的图像质量，但对于无法使用关节线圈的患者，使用表面阵列线圈也能获得稳定的肘部尺神经FA值和ADC值。

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Effects of two different magnetic resonance coils on the diffusion tensor imaging of normal ulnar nerve in the elbow

WANG Lin,XU Jun-feng,GONG Shen-chu,et al.

Department of Radiology,the Second Affiliated Hospital of Nantong University,Nantong 226001,China

Objective:To investigate the effects of the dedicated knee coil (Ex) and the phased-array surface coil (Fl) on the diffusion tensor imaging (DTI) of normal ulnar nerve in the elbow.Methods:Two different coils (Ex and Fl) were used to acquire ulnar nerve images in the elbows among 31 healthy volunteers,and the diffusion tensor tractography (DTT) was established.The differences of fractional anisotropy (FA),apparent diffusion coefficient (ADC),length of the ulnar nerve fibers and DTI image quality were evaluated when different coils were applied.Results:Fifty ulnar nerves were analyzed.With Ex coils and FI coils,none of the FAs,ADCs or DTT scores of the ulnar nerve showed any significant differences (P=0.482,0.263,0.615 and 0.704).When using the Ex coil,the image quality of DTI was superior to ones using Fl coil (P=0.004),and the ulnar nerve fibers were longer on DTI (P=0.000).Conclusion:Both Ex and Fl coils can provide stable diffusion parameters of ulnar nerve in the elbow,while the image quality of Ex is superior to that of Fl.

Magnetic resonance imaging; Ulnar nerve; Elbow

226001 江苏，南通市南通大学第二附属医院影像科

王林(1982-)，男，江苏南通人，硕士，讲师，主治医师，主要从事肌骨系统影像诊断工作。

龚沈初，E-mail：gongshenchu@msn.com

R445.2; R322.85; R323.71

A

1000-0313(2016)10-0996-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.10.021

2015-12-15

2016-03-18)