颈髓扩散张量成像纤维跟踪技术及其初步应用
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[摘要] 目的：使用SE-EPI序列行颈髓纤维跟踪成像，探讨健康人及某些病变中颈髓纤维跟踪成像的表现。方法：研究包括22名健康志愿者，6名脊髓空洞症患者，3名颈髓肿瘤患者。使用SE-EPI序列行颈髓DTI成像，应用fiber tracking软件行纤维跟踪成像。将多个图像融合，得到整个颈髓的纤维束图。结果：所有健康人均可得到与颈髓解剖结构基本一致的白质纤维束图；脊髓空洞患者的纤维跟踪图均可清晰地显示颈髓中央空洞的形态；颈髓肿瘤也可以用DTI的纤维束追踪技术直观的显示出其纤维束受累情况。结论：颈髓纤维跟踪成像技术为临床提供了显示颈髓病变更直观的信息，可以为外科手术与治疗提供参考。
[中图分类号] R445[文献标识码]C [文章编号]1673-7210（2011）04（a）-095-02
Tractography of the cervical spinal cord and its initial application
WANG Yan1, MA Lin1*, LI Dejun2, GUO Xinggao1
1.Department of Radiology, PLA General Hospital, Beijing 100853, China; 2.Medical Engineering Center, PLA General Hospital, Beijing 100853, China
[Abstract] Objective: To investigate the feasibility of tractography of the cervical spinal cord by SE-EPI sequence to show fibers of normal volunteers and patients with some diseases of the cervical spinal cord. Methods: 22 normal volunteers, 6 patients with syringomyelia and 3 patients with spinal cord tumors received DTI examination by SE-EPI sequence. Get the tractography by using fiber tracking software. Results: Tractography of the white matter of normal volunteers were obtained and were accordance to the anatomy of the cervical spinal cord. Tractography of syringomyelia patients demonstrated hollow of the cord. Tumors could also be delineated macroscopically. Conclusion: Tractography of the cervical spinal cord applies macroscopic information and is helpful to surgery and treatment of disorders.
[Key words] Cervical spinal cord; Diffusion tensor imaging; Tractography
扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）是一项新发展的技术，它可以观察中枢神经白质纤维的微细结构，勾画出白质的主要纤维束分布图，并且可以在一定程度上反映白质纤维的走向。目前，DTI在神经生理学、神经解剖学以及神经外科学中发挥了重要的作用[1-2]。本研究使用SE-EPI序列行DTI纤维跟踪成像，探讨健康人及颈髓病变中纤维跟踪成像的表现。
1 资料与方法
1.1 一般资料
本组研究对象共包括22名健康志愿者，男13名，女9名，年龄9~73岁，平均34岁；6例脊髓空洞症患者，男4例，女2例，年龄24~52岁，平均34岁；3例颈髓肿瘤患者，血管母细胞瘤2例，室管膜瘤1例。
1.2 MR成像方法
全部对象采用1.5 T磁共振机和8通道脊柱相位阵列线圈行MRI扫描。常规扫描包括矢状面及横轴面FRFSE T2WI、矢状面FSE T1WI。DTI成像采用横轴面SE-EPI序列，使用6个方向扩散梯度场，b值取0和400 s/mm2，参数为TR＝6 000 ms，TE＝minimum，FOV 240 mm×240 mm，矩阵128×128，层厚4.0 mm，层间距0 mm，共扫描24层。
1.3 测量方法
应用Func Tool软件进行后处理，并应用fiber tracking软件行纤维跟踪成像。
2 结果
2.1 健康人颈髓纤维束图
所有健康人均可得到与颈髓解剖结构基本一致的白质纤维束图，见图1。
图1（矢状面）颈髓纤维束略向前方弯曲，并可见
较短的、非上下走行的神经根（箭头所指）
Fig.1 (Sagittal) Tractography of the cervical spinal cord bend forward, and shows some short nerve root (arrow)
2.2 脊髓空洞症患者的纤维束图
所有脊髓空洞患者的扩散张量成像均可清晰地显示颈髓中央空洞的形成，在纤维跟踪图中，可见颈髓中央纤维束较正常人明显减少，见图2。
图2 横轴面颈髓纤维束追踪图示脊髓中央空洞形成（箭头所指）
Fig.2 Axial view of tractography of syringomyelia shows central hollow of the cord (arrow)
2.3 脊髓肿瘤患者的纤维束图
颈髓肿瘤也可以用DTI的纤维束追踪技术直观显示出其纤维束受累情况，见图3。
图3 冠状面纤维束图示肿瘤对纤维束的破坏及压迫征象（箭头所指）
Fig.3 Coronal view of spinal cord tumor shows destroy and depress of the fibers (arrow)
3 讨论
纤维跟踪（fiber tracking, FT），也称为白质束成像（white matter tractography, WMT）是一项新的可视化成像技术。该技术可以利用扩散张量场中的各向异性扩散的方向信息来追寻神经通路的走向，具有广阔的应用前景，已经成为当前研究的热点，但同时也带来了诸多挑战。在颈髓疾病中，DTI成像方面的研究也已经开展[3-4]。DTI纤维跟踪成像技术对外科处理颈髓病变的术前及术后改变很有帮助[5]。自从DT-MRI出现以来，已经有很多纤维跟踪的算法出现[1-2,6]。我们采用的是最直观的纤维连续追踪法[7]，该方法的基本思想是，利用扩散张量最大特征值所对应的特征向量的方向与白质束的走向平行的性质追踪纤维走向。从一特定的种子点出发，沿其主扩散方向与相邻体素连接，即可反映纤维的走向。对于种子的选择本实验是通过手工定义ROI，然后以ROI中的点作为种子点开始跟踪。该方法简洁明了，计算量小，可以快速方便地考察通过某一功能区的神经通路走向。
在健康组中，矢状面图像可以显示颈髓纤维束略向前方弯曲（图1），与其解剖学上存在的生理弯曲相对应；并可看到有少量较短的、非上下走行的纤维结构，这显示了部分神经根进出颈髓的部分（箭头所指）。
脊髓空洞症常继发于先天性畸形或为外伤后并发症，如肿瘤、蛛网膜炎或变性疾病等因素也是原因之一[8-9]。MRI尤其矢状面可清晰显示范围和伴发的畸形，是目前显示该病变的最佳的非创伤性方法，而DTI纤维追踪成像则可以更加直观的显示出脊髓中央空洞形成。本组6例脊髓空洞患者均为先天性畸形引起，病变处通过纤维束跟踪图显示出脊髓中央空洞形态，且空洞形成处纤维数量较正常人明显减少，这与其病理改变相符，即空洞区脊髓内管状空腔形成。
脊髓肿瘤常常会引起白质纤维束的受压或者破坏，本组脊髓肿瘤患者的纤维束跟踪图可以显示由于肿瘤占位效应造成的白质纤维束的受压及破坏，病变处白质束稀疏并受压失去正常走行结构。颈髓的三维纤维束重建图像可以显示出肿瘤的边界，并且与常规T2WI上显示基本一致[10]。
4 结论
本研究使用单次激发的SE-EPI技术行颈髓扩散张量及纤维跟踪成像，可以显示出健康人及某些颈髓病变患者纤维束结构，为临床提供了更直观的信息。随着扩散张量成像技术及对其数据处理、分析和可视化技术的发展，颈髓纤维跟踪成像技术应用的深度和广度也会不断加强。
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（收稿日期：2011-01-21）