本發(fā)明涉及磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于磁共振擴(kuò)散張量成像的脊神經(jīng)根病變定量評價方法。

背景技術(shù)：

脊神經(jīng)根擴(kuò)散張量成像(diffusiontensorimaging,dti）為神經(jīng)結(jié)構(gòu)的重建提供了一種有效無創(chuàng)傷的檢測手段，能夠用于脊神經(jīng)根損傷情況下神經(jīng)纖維束紊亂、破壞、變形的測量。

現(xiàn)在脊神經(jīng)dti成像方法尚缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而且目前的脊神經(jīng)根dti成像方法多選擇感興趣區(qū)為病變脊神經(jīng)根處，常規(guī)的感興趣區(qū)是通過肉眼觀察脊神經(jīng)根的位置來選擇，選擇方法主觀性強(qiáng)、可重復(fù)性差。層厚、擴(kuò)散方向和b值的選擇則缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而擴(kuò)散方向越多，成像時間越長；b值越大，圖像信噪比越差，并且沒有現(xiàn)有技術(shù)對脊神經(jīng)根結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行量化評價。

dti成像對神經(jīng)根纖維束的示蹤成像需要借助軟件實現(xiàn)。關(guān)于纖維束示蹤的算法軟件有兩種，一種是確定性跟蹤，另一種是概率性跟蹤。概率性跟蹤能夠估計纖維走向的不確定性，對于解決像素內(nèi)纖維交叉問題有一定幫助，但是這種算法需要采集較多梯度方向的dti圖像，會明顯增加掃描時間，不但增加時間成本，而且患者也很難耐受長時間的檢查，并且由于數(shù)據(jù)多，計算量大，數(shù)據(jù)處理繁瑣。確定性跟蹤相對來說可以使用較少的梯度方向?qū)崿F(xiàn)，節(jié)約時間，而且計算較快、簡便，但是對于像素內(nèi)纖維束互相交叉的情況無法解決，但目前尚無定論哪種更適合脊神經(jīng)根的成像，沒有現(xiàn)有技術(shù)針對于這方面的研究進(jìn)行過報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好、成像時間短并可以對神經(jīng)根的結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行量化分級的基于磁共振擴(kuò)散張量成像的脊神經(jīng)根病變定量評價方法，

為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種基于磁共振擴(kuò)散張量成像的脊神經(jīng)根病變定量評價方法,其包括如下步驟：

步驟1：首先進(jìn)行矢狀位t2wi和軸位t2wi序列掃描，發(fā)現(xiàn)病變脊神經(jīng)根位置，對病變平面進(jìn)行軸位dti掃描，dti采用3.0tmri單次激發(fā)自旋回波平面成像序列（singleshot-spinechoplanarimagingsequence），獲得擴(kuò)散張量圖像數(shù)據(jù)；

步驟2：確定脊神經(jīng)根磁共振擴(kuò)散張量成像的感興趣區(qū)，感興趣區(qū)的選擇方法如下：感興趣區(qū)(regionofinterest,roi)選擇左右兩側(cè)椎間孔區(qū)域，使兩側(cè)的roi呈對稱分布，且面積大小趨近一致，具體方法為，先畫沿椎體正中位置的豎直線，然后，找到通過椎間孔中心位置的斜線，兩側(cè)斜線應(yīng)對稱，即與豎直線呈同樣夾角。然后在斜線上畫出與之垂直的線段4條，長為2±0.1mm，中心點位于斜線上，每條線段的間距為3±0.1mm，最內(nèi)側(cè)線段與椎管硬膜囊的距離亦為3±0.1mm，將斜線與硬膜囊交點及各線段端點順次連接起來，即為感興趣區(qū)；

步驟3：數(shù)據(jù)處理，計算所畫感興趣區(qū)內(nèi)的纖維束的數(shù)目及得出纖維示蹤圖，基于確定性跟蹤的纖維束算法的volumeone軟件；

步驟4：脊神經(jīng)根結(jié)構(gòu)量化評價。

優(yōu)選地，在步驟1中，dti采用tr/te：2300/75.5ms,層厚5mm沒有層間距,256×256矩陣，fov38×38mm。

優(yōu)選地，在步驟1中，dti采用b值為0和600s/mm²，6個方向。

優(yōu)選地，在步驟1中，矢狀位t2wi參數(shù)：tr2500ms，te108.9ms；軸位t2wi參數(shù)：tr2440ms，te120.8ms。

優(yōu)選地，在步驟3中，各向異性（fractionalanisotropy，fa）閾值為0.18。

優(yōu)選地，步驟4中的量化評價方法為將纖維束形態(tài)分為完整和不完整、分支多和分支少，完整且分支多為2分，完整但分支少為1分，分支多但不完整亦為1分，不完整且分支少為0分，所述的分支多為大于等于5個，所述的分支少為小于5個。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：

本發(fā)明通過客觀、準(zhǔn)確選擇脊神經(jīng)根擴(kuò)散張量成像的感興趣區(qū)，確保擴(kuò)散張量成像可重復(fù)性好，通過纖維束示蹤直觀測量脊神經(jīng)根的結(jié)構(gòu)和功能，并對其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行量化分級，提供一種可行的脊神經(jīng)根病變定量評價方法，為臨床檢測提供了新的評價標(biāo)準(zhǔn)。

纖維束示蹤結(jié)果與感興趣區(qū)的選擇和fa閾值設(shè)定有關(guān)。本申請將椎間孔區(qū)域作為纖維束示蹤成像的感興趣區(qū)，是因為椎間盤膨出/突出導(dǎo)致神經(jīng)根受壓總是出現(xiàn)在這一區(qū)域，因此這個區(qū)域的脊神經(jīng)根情況能表明是否出現(xiàn)了神經(jīng)根病變。fa是表示擴(kuò)散各向異性的數(shù)值，fa值越大，說明擴(kuò)散的各向異性信號越強(qiáng)，當(dāng)fa=0時，表明完全等方向擴(kuò)散，當(dāng)fa=1時，表明只沿某一方向擴(kuò)散。但是，fa值測量會受到纖維束交叉影響。在纖維束交叉的部位，fa值減小，程序有可能選擇與解剖學(xué)無關(guān)的纖維束實施追蹤或者停止跟蹤。在進(jìn)行纖維跟蹤的時候，需要設(shè)定某一fa閾值，即表示fa值小于該值時停止進(jìn)行纖維束追蹤。因此，本申請經(jīng)過探索選擇閾值為0.18。試驗結(jié)果證實這一閾值是有效的。

通過實驗驗證，通過采用dti單次激發(fā)自旋回波平面成像序列，設(shè)定b值為600，擴(kuò)散方向為6個，并精確勾畫感興趣區(qū)，設(shè)定fa閾值為0.18，并建立量化評價體系，能夠準(zhǔn)確評價脊神經(jīng)根功能，掃描過程在4分鐘之內(nèi)完成，時間短、精度高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。

圖1脊神經(jīng)根纖維束感興趣區(qū)精確定義示意圖；

圖2腰椎矢狀位t2wi圖；

圖3；腰4/5水平橫斷面t2wi圖；

圖4；腰4/5椎間盤平面右側(cè)脊神經(jīng)根纖維示蹤圖感興趣區(qū)；

圖5；腰4/5椎間盤平面右側(cè)脊神經(jīng)根纖維示蹤圖；

圖6；腰4/5椎間盤平面左側(cè)脊神經(jīng)根纖維示蹤圖感興趣區(qū)；

圖7；腰4/5椎間盤平面左側(cè)脊神經(jīng)根纖維示蹤圖。

在附圖中：1交感神經(jīng)節(jié)、2灰色支、3竇椎神經(jīng)、4脊髓神經(jīng)前支、5背支、6側(cè)枝、7中間支、8內(nèi)側(cè)支、9豎直線、10斜線、11線段、12感興趣區(qū)。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合具體實施例對發(fā)明進(jìn)行清楚、完整的描述。

本發(fā)明基于磁共振擴(kuò)散張量成像的脊神經(jīng)根病變定量評價方法,具體操作如下：

第一步：首先進(jìn)行矢狀位t2wi和軸位t2wi序列掃描，發(fā)現(xiàn)病變脊神經(jīng)根位置，對病變平面進(jìn)行軸位dti掃描，dti采用3.0tmri單次激發(fā)自旋回波平面成像序列（singleshot-spinechoplanarimagingsequence），獲得擴(kuò)散張量圖像數(shù)據(jù)，tr/te：2300/75.5ms，層厚5mm沒有層間距，256×256矩陣，fov38×38mm，b值為0和600s/mm²，6個方向，矢狀位t2wi參數(shù)：tr2500ms，te108.9ms；軸位t2wi參數(shù)：tr2440ms，te120.8ms。

步驟2：確定脊神經(jīng)根磁共振擴(kuò)散張量成像的感興趣區(qū)，感興趣區(qū)的選擇方法如下：感興趣區(qū)(regionofinterest,roi)選擇左右兩側(cè)椎間孔區(qū)域，使兩側(cè)的roi呈對稱分布，且面積大小趨近一致，具體方法為，先畫沿椎體正中位置的豎直線，然后，找到通過椎間孔中心位置的斜線，兩側(cè)斜線應(yīng)對稱，即與豎直線呈同樣夾角。然后在斜線上畫出與之垂直的線段4條，長為2±0.1mm，中心點位于斜線上，每條線段的間距為3±0.1mm，最內(nèi)側(cè)線段與椎管硬膜囊的距離亦為3±0.1mm，將斜線與硬膜囊交點及各線段端點順次連接起來，即為感興趣區(qū)；

步驟3：數(shù)據(jù)處理，計算所畫感興趣區(qū)內(nèi)的纖維束的數(shù)目及得出纖維示蹤圖，利用volumeone軟件在電腦上進(jìn)行纖維束失蹤圖的三維顯示（見附圖1），在進(jìn)行纖維束跟蹤的時候，選擇fa閾值為0.18，計算所畫感興趣內(nèi)纖維束的數(shù)目及畫出纖維束示蹤圖。

步驟4：脊神經(jīng)根結(jié)構(gòu)量化評價，將纖維束形態(tài)分為完整和不完整、分支多和分支少，完整且分支多為2分，完整但分支少為1分，分支多但不完整亦為1分，不完整且分支少為0分，所述的分支多為大于等于5個，所述的分支少為小于5個，通過這種分級系統(tǒng)，可以對神經(jīng)根病變情況進(jìn)行有效、可靠地評價。

為了驗證本發(fā)明方法的可靠性，進(jìn)行了如下臨床試驗：

1.研究對象

收集2012年1月-12月的18個患者。年齡20-72歲，平均年齡53.33±13.25歲。其中男性8例，女性10例。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）臨床癥狀為后背痛和/或下肢疼痛，伴有或不伴有下肢功能障礙；（2）mr圖像上可以見椎間盤退變；（3）椎間盤突出/膨出僅導(dǎo)致單側(cè)神經(jīng)根受壓；（4）神經(jīng)根受壓是指神經(jīng)根被椎間盤組織擠壓而偏移或呈扁平狀與椎間盤分界不清。（5）沒有其他脊柱疾病。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）患有除了脊柱退變之外的其他腰椎疾??；（2）有外傷病史；（3）椎間盤突出/膨出致雙側(cè)神經(jīng)根均受壓。所有受試者均簽署知情同意書。

2.儀器與掃描

本研究使用signaexcitehd3.0t(美國ge公司)高場強(qiáng)mr掃描儀，使用脊柱線圈。受試者取仰臥位，雙耳內(nèi)緊塞棉球，保持平靜呼吸，身體中線位于線圈中心，身體長軸與主磁場長軸平行。掃描序列包括標(biāo)準(zhǔn)的矢狀位t1wi、矢狀位和軸位t2wi和軸位dti。dti采用單次激發(fā)自旋回波平面成像序列（singleshot-spinechoplanarimagingsequence），tr/te:2300/75.5ms,層厚5mm沒有層間距,256×256矩陣，fov38×38mm,b值為0和600s/mm2，6個方向。矢狀位t1wi參數(shù)：tr3294ms,te25.4ms。矢狀位t2wi參數(shù)：tr2500ms,te108.9ms。軸位t2wi參數(shù)tr2440ms,te120.8ms。

3測量值和方法

按照t2wi圖像所見，對患者腰椎退變及椎間盤突出/膨出導(dǎo)致的單側(cè)神經(jīng)根受壓情況進(jìn)行診斷。然后，利用volumeone軟件在電腦上進(jìn)行纖維束示蹤圖的三維顯示。感興趣區(qū)(regionofinterest,roi)選擇左右兩側(cè)椎間孔區(qū)域，盡量使兩側(cè)的roi呈對稱分布，且面積大小趨近一致。具體方法為，先畫沿椎體正中位置的豎直線，然后，找到通過椎間孔中心位置的斜線，兩側(cè)斜線應(yīng)對稱，即與豎直線呈同樣夾角。然后在斜線上畫出與之垂直的線段4條，長約2mm，中心點位于斜線上，每條線段的間距為3mm，最內(nèi)側(cè)線段與椎管硬膜囊的距離亦為3mm，將斜線與硬膜囊交點及各線段終點連接起來，即為感興趣區(qū)。計算所畫感興趣區(qū)內(nèi)纖維束的數(shù)目及畫出纖維束示蹤圖。將纖維束根據(jù)形態(tài)進(jìn)行分級（見下表1-表4）。取纖維束的橫軸位圖，利用中望cad測量軟件測量示蹤圖上纖維束的橫截面面積。

表1纖維束形狀的形態(tài)分?jǐn)?shù)統(tǒng)計

表2患側(cè)和健側(cè)神經(jīng)根纖維束數(shù)目

表3患側(cè)和健側(cè)神經(jīng)根纖維束面積

表4患側(cè)和健側(cè)神經(jīng)根纖維束形態(tài)比較

4掃描過程及圖像處理的質(zhì)量控制

對受試者進(jìn)行掃描時，采用統(tǒng)一的定位方法，受試躺在檢查床上，經(jīng)過反復(fù)觀察（檢查床進(jìn)入指定位置前后均進(jìn)行觀察），使身體長軸與主磁場長軸平行，對受試的頭、軀干的中心線均進(jìn)行校正，從而達(dá)到掃描位置的標(biāo)準(zhǔn)化。

在勾畫感興趣區(qū)時，進(jìn)行多次的勾畫以使得區(qū)域符合上述標(biāo)準(zhǔn)。并且采用同樣位置的橫截面圖，進(jìn)行測量。在利用cad軟件測量面積時，將圖形放大，以使得面積測量準(zhǔn)確。

5統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析采用sas9.0軟件。將椎間盤退變致神經(jīng)根受壓側(cè)稱為患側(cè)，神經(jīng)根未受壓側(cè)稱為健側(cè)。比較患側(cè)、健側(cè)神經(jīng)根纖維束的數(shù)目、面積、形態(tài)是否有統(tǒng)計學(xué)差異。若數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布，則采用配對設(shè)計t檢驗方法；若數(shù)據(jù)呈非正態(tài)分布，則采用配對設(shè)計非參數(shù)檢驗進(jìn)行比較，p<0.05為具有統(tǒng)計學(xué)意義。

6結(jié)果

6.1患側(cè)、健側(cè)神經(jīng)根纖維束數(shù)目比較

患側(cè)與健側(cè)神經(jīng)根纖維束數(shù)目均符合正態(tài)分布，但其差值不符合正態(tài)分布，因此采用非參數(shù)檢驗方法進(jìn)行統(tǒng)計分析。分析結(jié)果顯示患側(cè)與健側(cè)神經(jīng)根纖維束數(shù)目差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

6.2患側(cè)、健側(cè)神經(jīng)根纖維束面積比較

患側(cè)與健側(cè)神經(jīng)根纖維束面積均不符合正態(tài)分布，因此采用非參數(shù)檢驗方法進(jìn)行統(tǒng)計分析。分析結(jié)果顯示患側(cè)與健側(cè)神經(jīng)根纖維束面積差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

6.3患側(cè)、健側(cè)神經(jīng)根纖維束形態(tài)比較

患側(cè)與健側(cè)神經(jīng)根纖維束形態(tài)差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。神經(jīng)根纖維束示蹤圖上受壓的脊神經(jīng)根通常顯示為纖維束失去完整性，較聚攏，且不顯示周圍分支。而未受壓的脊神經(jīng)根通常纖維束完整，形態(tài)自然、發(fā)散，常可見周圍分支。(圖2-7為同一個患者，示腰4-5椎間盤向椎體右后方膨出，擠壓右側(cè)椎間孔處脊神經(jīng)根，dti圖示病變側(cè)脊神經(jīng)根分支少于5支，形態(tài)聚攏。依照上述感興趣區(qū)選擇方法，所畫感興趣區(qū)對稱，重復(fù)性好，實驗結(jié)果可靠)。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的精神和范圍。