第一部分磁共振扩散张量成像在正常志愿者胫神经和腓总神经成像中的应用研究目的磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是在扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)的基础上发展起来的一种无创性显示组织细微结构的功能磁共振成像新技术。本研究主要通过纤维束示踪技术和各向异性(fractional anisotropy,FA)及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值的测量来反映胫神经和腓总神经组织中水分子的扩散特征,并探讨成像中的理想b值。材料与方法1.研究对象:从2015年5月至2015年12月收集成人健康志愿者12名,其中男性4名,女性8名;平均年龄49岁,年龄范围28-65岁。入组标准:无磁共振检查禁忌症,非孕妇,无下肢或膝关节手术史,无神经毒素接触史,无心血管、肺部、内分泌、神经、肌肉或膝关节相关疾病史。无其他慢性疾病史。2.MR扫描:所有志愿者均进行双侧膝部3.0T磁共振(Achieva,Philips Healthcare,Best,Netherlands)扫描,应用8通道膝关节线圈,仰卧位,足先进,两侧膝部分别成像(先右后左),共获得24例膝部图像。扫描序列包括2D(two dimension)轴位T1加权成像(T1-weighted imaging,T1WI),2D轴位频率选择反转恢复脂肪抑制 T2 加权成像(spectral attenuated inversion recovery T2-weighted imaging,SPAIR T2WI)以及 DTI 序列。扫描参数如下:T1WI:TR(repetiontime)/TE(echotime)550/20 ms,层厚 3.0 mm,间距 0.3 mm,FOV(field of view)130×130 mm2,层数45,敏感编码因子1.4,激励次数(number of excitations,NEX)2,采集矩阵312×260,采集时间 3 min 34 s;SPAIRT2WI:TR/TE 3000/55 ms,层厚 3.0 mm,间距0.3 mm,FOV 130×130 mm2,层数45,采集矩阵236×169,采集时间3 min 36 s。DTI序列采用两个b值,共扫描三次,每次成像低b值均为0,高b值分别为600、800、1000 s/mm2。其余参数如下:TR/TE 14034/94 ms,矩阵128×125,FOV 160×160 mm2,间距 0,层厚 3.0 mm,,翻转角 90°,敏感编码因子2.5,激励次数2,层数100,梯度方向15,采集方向:轴位,采集时间8 min 15 s。3.DTI图像后处理及图像质量评分:12名健康志愿者不同b值的双侧胫神经和腓总神经DTI图像由两名高年资放射科医师采用双盲法进行评分,两名观察者对每一组DTI图像扫描时所采用的b值均未知。将图像传输至独立的工作站(Extended MR Workspace,version 2.6.3.2,Philips Healthcare),将T1WI图像与DTI原始图像进行融合,应用Fiber track软件包对融合后的图像进行胫神经和腓总神经纤维束的追踪。图像评分依据神经纤维束的显示情况和图像伪影的大小。神经纤维束连续、完整、边缘光滑和伪影不明显的图像评为3分;神经纤维束不连续、边缘不光滑和伪影重的图像评为1分;图像质量介于两者之间的评为2分。将评分高的一组DTI图像中所采用的b值应用于下一步研究。4.R0I放置及DTI参数测定:将上一步研究中评分最高的一组DTI图像在工作站进行后处理,图像由两名放射科医师采用双盲法进行分析。通过轴位T1WI和SPAIR T2WI图像对胫神经和腓总神经进行定位,将T1WI图像与DTI图像进行融合,在融合后的图像上进行感兴趣区(region ofinterest,ROI)的放置,分别选取膝关节腔中央以及上下各10mm作为ROI放置的层面,将两名观察者分别测得的胫神经和腓总神经各ROI的FA值和ADC值记录下来,并进行统计分析。5.统计学分析:DTI图像的评分以均数±标准差(x±s)表示,两名观察者对DTI图像质量评分的一致性采用Kappa检验进行分析。Kappa值为0-0.20,一致性差;0.21-0.40,一致性一般;0.41-0.60,中等程度一致性;0.61-0.80,一致性良;0.81-1.00,一致性优。对三组不同b值的DTI图像采用Kruskal-Wallis和Nemenyi秩和检验进行比较分析。应用SPSS17.0统计软件进行分析。P<0.05为差异有统计学意义。结果两名观察者对三组DTI图像质量评分的Kappa值分别为0.793、0.699、0.788,一致性良。两名观察者对于高b值为600、800、1000s/mm2的三组DTI图像质量评分的平均值分别为2.146±0.667、2.688±0.528、2.229±0.642。三组不同b值的DTI图像质量评分间差异有统计学意义(χ 2=10.672,P=0.005),其中,高b值为800s/mmm2的DTI图像质量评分高于高b值为600s/mm2(χ 2=8.86,P=0.01)和 1000s/mm2(χ2 =6.96,P=0.03)的 DTI 图像,高 b 值为 600s/mm2和1000s/mm2的图像质量评分之间差异无统计学意义(χ2=0.11,P=0.94)。高b值为800s/mm2图像质量评分最高(P<0.05)。两名观察者测得正常志愿者胫神经的平均FA值为0.593±0.064,平均ADC值为1.080±0.075×10-3mm2/s。两名观察者测得腓总神经的平均FA值为0.623±0.059,平均 ADC 值为 0.993±0.141×10-3mm2/s。结论1.DTI可清晰示踪胫神经和腓总神经纤维束。2.本研究中正常志愿者胫神经和腓总神经DTI图像以高b值为800s/mm2的一组图像质量为佳。第二部分磁共振扩散张量成像在糖尿病周围神经病变患者胫神经和腓总神经诊断中的应用研究目的糖尿病周围神经病变(diabetic peripheral neuropath,DPN)是糖尿病最常见的并发症之一,发病率从10%上升至90%。DPN可侵及感觉神经、运动神经以及自主神经,造成肢体感觉缺失、疼痛以及膀胱直肠病变。病变多从下肢远端开始,逐渐向近端发展。本研究的目的为探讨DTI各参数在DPN诊断中的价值及其与神经电生理检查的相关性。材料与方法1.研究对象:对照组:为第一部分中的正常志愿者12名(双侧成像,共24例下肢图像)。其中男性4名,女性8名;平均年龄49岁,年龄范围28-65岁。病例组:收集2015年5月至2015年12月来我院就诊的DPN患者10名(双侧成像,共20例下肢图像),男性3名,女性7名,平均年龄51岁,年龄范围37-65岁。均有糖尿病病史,并且均经神经电生理检查确诊为DPN,其他入组标准同第一部分。2.神经电生理检查:病例组的每一位受试者事先均在本院肌电图室进行神经电生理检查,将反映DPN中胫神经和腓总神经病变的运动神经传导速度(motor nerve conduction velocity,MCV)和运动神经传导波幅记录下来并进行统计分析。神经电生理参数正常值范围如下:MCV≥41m/s,波幅≥4mV(胫神经)和2mV(腓总神经)。3.MR检查:所有患者均采用3.0 T磁共振成像仪(Achieva,Philips Healthcare,Best,Netherlands)进行扫描,应用8通道膝关节相控阵线圈对受试者的两侧膝部分别成像(先右后左),仰卧位,足先进。研究序列包括:T1WI、SPAIRT2WI以及DTI。扫描参数:DTI序列b值为0和800s/mm2,其余扫描参数同第一部分。4.图像后处理:将所得病例组图像在工作站进行后处理,图像由两名高年资放射科医师进行分析。将T1WI图像与DTI图像进行融合,在融合后的图像上进行ROI的放置,放置层面与对照组相同。将两名观察者分别测得的病例组胫神经和腓总神经各ROI的FA和ADC值记录下来,与第一部分中测得的对照组的相应数据进行对比分析。5.统计学分析:数值变量资料用均数±标准差(x±s)表示。以神经电生理学检查结果为参考标准。对两名观察者FA和ADC值测量结果的一致性采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)检验。ICC<0.4一致性差;0.4≤ICC<0.75 一致性一般到好;0.75≤ICC 一致性非常好。对于胫神经和腓总神经,病例组与对照组之间FA与ADC值之间的差异采用Levene检验和独立样本t检验进行统计分析。通过受试者工作特征曲线(Receiver operation characteristic,ROC)来评价DTI参数对于DPN的诊断效能,记录曲线下面积(area under the ROC curve,AUC),诊断的灵敏度,特异度以及诊断截点。通过Pearson等级相关检验来分析病例组DTI与神经电生理检查参数间的关系,r=0-0.20非常弱;r=0.21-0.40 弱;r=0.41-0.60 中度;r=0.61-0.80 强;r=0.81-1.00 非常强。采用 SPSS(version 17,SPSS Inc.,Chicago,IL)和 MedCalc(version 16.2.4;MedCalc Software,Mariakerke,Belgium)软件进行统计学分析。P<0.05为差异有统计学意义。结果两名观察者测量胫神经FA和ADC值的组内相关系数分别为0.895(95%置信区间(confidence interval,CI)为 0.807-0.943)和 0.850(95%CI 为 0.714-0.920)。两名观察者测量腓总神经FA和ADC值的组内相关系数分别为0.902(95%CI 为 0.809-0.948)和 0.914(95%CI,0.842-0.953)。病例组胫神经的FA值为0.534 ±0.052,腓总神经的FA值为0.553±0.068。对照组胫神经的FA值为0.593±0.064,腓总神经的FA值为0.623±0.059。病例组胫神经和腓总神经的FA值均明显低于对照组(F=1.095/0.398,t=3.345/3.660,P<0.05)。病例组胫神经的ADC值为1.173±0.088× 10-3mm2/s,腓总神经的ADC值为 1.128±0.184×10-3mm2/s。对照组胫神经的 ADC 值为 1.080±0.075×10-3mm2/s,腓总神经的ADC值为0.993±0.141×10-3mm2/s。病例组胫神经和腓总神经的ADC值均明显高于对照组(F=0.118/3.752,t=3.771/2.741,P<0.05)。ROC曲线示,在胫神经中,FA值诊断DPN的截点为0.58,灵敏度为80%,特异度为58.3%,AUC为0.755;ADC值诊断DPN的截点为1.15× 10-3mm2/s,灵敏度为70%,特异度为83.3%,AUC为0.806。在腓总神经中,FA值诊断DPN的截点为0.59,灵敏度为80%,特异度为70.8%,AUC为0.771;ADC值诊断DPN的截点为1.15 10-3× mm2/s,灵敏度为50%,特异度为87.5%,AUC为0.711。在病例组胫神经和腓总神经中,FA值与MCV之间均存在中等程度的正相关(r=0.487/0.460,P<0.05),而ADC值与MCV之间存在中等程度的负相关(r=-0.592/-0.479,P<0.05)。本组病例运动神经传导波幅与DTI参数间不存在相关关系(P>0.05)。结论1.DPN患者胫神经和腓总神经的FA值明显低于正常对照组,ADC值明显高于正常对照组。2.DTI序列在胫神经和腓总神经参数的测量中有非常好的组间一致性。3.DTI参数对于DPN患者胫神经和腓总神经病变有中等程度的诊断效能。4.DPN患者DTI参数与MCV之间存在中等程度的相关性。