0 引言

       颈椎病是一种常见病、多发病，严重影响患病人群生活工作质量，近年来由于生活习惯的改变，有低年龄化的趋势。临床根据引起症状的病变部位不同将颈椎病分为以下几型：神经根型、脊髓型、椎动脉型、交感神经型、食管压迫型和颈型，其中尤以神经根型颈椎病最为常见，约占50%~70%^{[1, 2]}。而颈椎退行性变致颈椎间孔狭窄是神经根型颈椎病一大重要原因，研究证实，颈椎间孔狭窄最常见于C5~C6节段，其次为C4~C5节段，即相应的C6节段神经根受压最为常见，其次为C5节段神经根^[3]。临床上除了常规X线及CT，MRI技术检查在颈椎相关疾病应用广泛。但是在神经根型颈椎病中，由于病变部位主要位于颈椎椎间孔段，常规MRI检查尚不能准确地显示椎间孔段神经根受压情况，也不能直观显示病变受压颈神经根的走行及功能损伤情况^[4]，无法为临床诊治神经根型颈椎病提供更多有意义的影像资料。相较于常规MRI，弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）及弥散张量纤维束示踪成像（diffusion tensor tractography, DTT）技术可以提供周围神经功能的定量评估参数并且直观重建显示周围神经神经纤维束^[5]。近年来DTI及DTT技术应用于全身周围神经日趋广泛，如坐骨神经、股神经、正中神经等，其对腰椎间盘突出致腰骶丛神经压迫的诊断、损伤程度评估的应用价值已经被证实并应用于临床工作中^{[6, 7]}。颈神经发自颈髓，且部分颈神经根与臂丛神经相连，此前亦有研究^{[8, 9, 10, 11]}将DTI及DTT技术应用于颈髓及臂丛神经损伤。由于颈神经根相较于其他周围神经根在形态解剖学上的差异，有研究指出将DTI应用于颈神经根检查需克服脑脊液搏动伪影、呼吸及吞咽伪影、图像信噪比低、部分容积效应等困难^[12]，现有研究颈神经DTI、DTT图像质量还有提升空间，且多选取单节段单层面颈神经根进行评估，椎间孔近中远段颈神经根的成像和定量评估相关研究还有待进一步拓展^{[13, 14, 15]}。本研究采用DTI及DTT技术对正常人椎间孔近中远段颈神经根进行定量评估并重建椎间孔段颈神经根神经纤维束，分析神经根型颈椎病相关椎间孔各部位正常人神经根定量参数特点及神经纤维束影像学特征，探讨DTI及DTT技术对椎间孔段颈神经根临床影像学诊断应用价值，为后续定量分析神经根型颈椎病近、中、远段神经根病变，提供更为全面的理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       2022年7月至2022年10月间招募健康志愿者50名，纳入标准：（1）无颈神经根压迫症状及体征，如上肢麻木、疼痛、颈部僵直、活动受限等；（2）无颈肩部外伤或手术史；（3）无先天性脊髓疾病；（4）无MRI检查禁忌证；（5）经常规MRI颈椎检查未见明显异常。排除标准：临床上存在颈神经根压迫症状及体征患者。符合标准的健康志愿者进行颈神经根DTI检查，其中男25名、女25名，年龄21~30（23.5±2.2）岁。本研究为前瞻性研究并遵守《赫尔辛基宣言》，经南京医科大学第一附属医院伦理委员会批准，批准文号：2021-SR-051，全体受试者均签署了知情同意书。

1.2 影像检查

       采用GE公司Discovery MR750w 3.0 T超导MR设备，19通道头颈联合线圈进行扫描，受检者采取仰卧位。首先行颈椎常规MRI检查。矢状位T2WI扫描参数：TR 1 845 ms，TE 85 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵320×256，层厚3.0 mm，层间距0.5 mm，回波链长度12，扫描时间2 min 41 s；矢状位T1WI扫描参数：TR 586 ms，TE Min Full，FOV 24 cm×24 cm，矩阵320×256，层厚3.0 mm，层间距0.5 mm，回波链长度5，扫描时间1 min 34 s；轴位T2WI扫描参数：TR 2 100 ms，TE 80 ms，FOV 18 cm×18 cm，矩阵320×256，层厚3.0 mm，层间距1.5 mm，回波链长度17，扫描时间1 min 36 s。常规MRI扫描后行DTI扫描，采用多次激发平面回波技术（multishot echo planar imaging, MS-EPI）：TR 4 800 ms，TE 80 ms，FOV 28 cm×28 cm，矩阵128×128，层厚4 mm，层距0 mm，b值为800 s/mm²，方向为11，激励次数为8，DTI序列的采集时间6 min 36 s。扫描范围从C4椎体下缘至T1椎体上缘，涵盖C5~C7神经根椎间孔近中远段。3D-Cube T2扫描参数：TR 2 500 ms，TE 90 ms，FOV 28 cm×28 cm，矩阵320×256，层厚1.4 mm，层间距0 mm，扫描范围与DTI一致，用于后期DTT图像背景融合。

1.3 影像资料分析

       所有原始图像均储存在GE AW VolumeShare 5工作站，DTI数据采用GE Functool 9.4.05软件对各向异性分数（fractional anisotropy, FA）值及表观弥散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）值定量测量分析，每名志愿者扫描数据均进行颈神经根DTT，范围C5~C7神经根椎间孔近中远段，共3对6根神经。FA值及ADC值的定量测量采用手动画取感兴趣区（region of interest, ROI）（图1）。每对神经根双侧ROI均取自同一层面，单侧每个节段神经根选取3处ROI，相对于椎间孔位置近段、中段、远段，分别位于该神经通过的相应颈椎间孔上端、中端、下端，上端为颈椎间孔向内开口处，下端为颈椎间孔向外开口处，中端为远近端ROI中间，并由此分为椎间孔近段ROI、椎间孔中段ROI、椎间孔远段ROI。每名志愿者共选取18个ROI，每个ROI面积大小在25~40 mm²，将数据处理软件中的FA值阈值设置为250~3 000，以避免脑脊液产生的部分容积效应干扰。每个ROI均分别由具有20年（主任医师）和6年（主治医师）肌骨影像诊断经验的两位医师分别独立放置3次，进行FA值及ADC值的测量，所得结果取其平均值。

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图1  各向异性分数（FA）值及表观弥散系数（ADC）值测量的感兴趣区（ROI）法示意图。1A：相对于椎间孔位置近段ROI；1B：相对于椎间孔位置中段ROI；1C：相对于椎间孔位置远段ROI。每段神经根双侧ROI均取自同一层面，单侧每个节段神经根选取3处ROI。从左至右依次为3D-Cube T2图、b0图、ADC图、FA图。ADC伪彩图显示颈髓为较均匀蓝色，脑脊液显示为红色，颈神经根为绿色信号；FA伪彩图显示颈髓为深红色信号，脑脊液为蓝色信号，颈神经根为黄色信号。
Fig. 1  Schematic diagram of region of interest (ROI) method for fractional anisotropy (FA) and apparent diffusion coefficient (ADC) values. 1A: ROIs of the proximal segment relative to the position of the intervertebral foramina. 1B: ROIs of the middle segment relative to the position of the intervertebral foramina. 1C: ROIs of the distal segment relative to the position of the intervertebral foramina. Bilateral ROIs are taken from the same level for each segment of the nerve root, and three ROIs are selected unilaterally for each segment of the nerve root. From left to right, 3D-Cube T2 images, b0 images, ADC color maps, and FA color maps are shown. ADC color map showing blue cervical spinal cord, red CSF and green cervical nerve roots; FA color map showing deepened cervical spinal cord in color, blue CSF and yellow cervical nerve roots.

1.4 统计学分析

       统计学分析采用SPSS 26.0软件进行分析，数据采用x¯±s形式表示。C5~C7不同节段神经根FA值及ADC值采用ANOVA单因素方差分析；C5~C7相同节段神经根左右侧FA值及ADC值，采用配对样本t检验；C5~C7相同节段神经根椎间孔近中远段FA值及ADC值，两两比较采用LSD法检验。统计结果以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 C5~C7节段神经根不同层面FA值及ADC值定量评估

       C5~C7节段神经根不同层面FA值及ADC值见表1、表2。

       经统计分析，C5~C7节段神经根椎间孔近段神经根FA值及ADC值均无明显差异。C5~C7节段神经根椎间孔中段神经根FA值及ADC值均无明显差异。C5~C7节段神经根椎间孔远段神经根FA值及ADC值均无明显差异。C5~C7相同节段神经根椎间孔段相同层面左右两侧神经根FA值及ADC值无明显差异。50名健康志愿者C5~C7神经根同一节段神经根中，椎间孔不同层面近、中、远段神经根定量参数FA值与ADC值存在差异，两两比较同一节段神经根椎间孔近中段、中远段及近远段神经根定量参数FA值与ADC值均不等，差异有统计学意义（P均<0.05），见表3。

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表1  50名健康志愿者神经根各向异性分数
Tab. 1  Fractional anisotropy of nerve roots in 50 healthy volunteers

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表2  50名健康志愿者神经根表观弥散系数
Tab. 2  Apparent diffusion coefficient of nerve roots in 50 healthy volunteers

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表3  50名健康志愿者C5~C7相同节段不同层面神经根FA值及ADC值LSD检验P值
Tab. 3  P-value for LSD test of FA values and ADC values of nerve roots at different levels in the same segments of C5-C7 in 50 healthy volunteers

2.2 DTT技术重建C5～C7神经根神经纤维束

       50名受检者DTI扫描均无严重伪影，对其C5~C7神经根神经纤维束行DTT技术重建，C5~C7神经根颈椎间孔近中远段神经纤维束均清晰显示，连续性好，走行自然，符合颈神经根神经解剖，所得图像可以任意角度显示，结合背景融合图像可以准确定位所示神经纤维束（图2）。

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图2  24岁男性健康志愿者C5~C7神经根DTT重建图像。2A~2C：C5~C7神经根神经纤维束DTT重建冠状位、斜矢状位图像。2D~2F：C5~C7神经根神经纤维束DTT重建背景融合冠状位、矢状位图像。近段神经根为蓝绿色、中段为黄绿色、远端为红黄色，FA值呈逐步升高趋势。DTT：弥散张量纤维束示踪成像；FA：各向异性分数。
Fig. 2  DTT reconstructed images of C5 to C7 nerve roots in a 24-year-old male healthy volunteer. 2A-2C: DTT reconstructed coronal and oblique sagittal images of the nerve fiber bundles of C5 to C7 nerve roots. 2D-2F: DTT reconstructed background fused coronal and dislocated images of the nerve fiber bundles of C5 to C7 nerve roots. The proximal segment of the nerve root is blue-green, the middle segment is yellow-green, and the distal segment is reddish-yellow, with a gradual increasing trend in FA values. DTT: diffusion tensor tractography; FA: fractional anisotropy.

3 讨论

       本研究采用DTI技术对正常人群C5~C7颈神经根椎间孔近中远段进行定量评估及DTT重建，发现C5~C7相同节段神经根相同层面左右侧FA值与ADC值无明显差异；同一节段神经根中，椎间孔不同层面近中远段两两比较FA值与ADC值均存在差异。钩椎关节骨质增生、椎间盘突出等，均可致颈椎间孔狭窄进而压迫颈神经根^[16]。在临床实践中，常规MRI检查主要观察导致外周神经卡压的形态学改变，而无法准确定量观察神经病变本身^[17]。使用DTI技术可以直接定量评估外周神经，为外周神经损伤评估提供直接参考^[18]。据我们所知，本研究是国内外首次采用DTI技术定量评估椎间孔近中远段三个层面颈神经根FA值及ADC值并对其行DTT重建，探讨DTI技术应用于颈神经根影像定量评估的临床价值，因此这一结果可以为今后神经根型颈椎病近中远段神经根病变的诊断及治疗提供参考依据。

3.1 DTI技术相关参数的定量评估

       DTI是在弥散加权成像基础上发展起来的MRI新技术，能利用组织中水分子弥散的各向异性来检测活体组织中的细微结构变化，是目前唯一一种能有效观察和追踪脑白质纤维束的非侵入性检查方法^{[19, 20]}，近年来也逐步应用于周围神经纤维束成像，如坐骨神经、股神经、尺神经、正中神经等^{[21, 22, 23, 24]}。DTI可以提供外周神经的定量评估参数，其中FA值和ADC值是DTI中最重要、使用最为广泛的两个定量参数^{[25, 26]}。FA值反映了水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，FA值越大，说明水分子向某个方向弥散的自由度越高，几乎在所有的原发或继发性神经病变中FA值均有降低。ADC值代表水分子的平均弥散率，ADC值越高，说明水分子弥散的受限程度越低。相较于其他外周神经，如腰骶丛神经，颈神经更加细小，相应颈椎间孔也较腰椎间孔狭小，且颈神经周围脂肪组织较少，缺少信号对比。与此同时，常规颈部神经MRI检查需要克服吞咽伪影、呼吸伪影、金属伪影等，这些亦为颈神经根DTI造成了一定难度^[27]。理论上提高弥散敏感梯度方向会一定程度上提高测量指标的准确性，但会使扫描时间延长、伪影增多。因此，考虑到以上诸多因素，本研究将DTI弥散敏感梯度方向设置为11，采用多次激发平面回波技术，在确保所得颈神经根DTI及DTT图像能够获得足够丰富的解剖细节的同时，缩短时间以提高受检者配合度。

       本研究测得C5~C7不同节段神经根椎间孔近中远段FA值及ADC值均无明显差异，与以往报道结果^[13]一致。C5~C7节段神经根FA值不等，可考虑与各节段颈神经根本身解剖生理因素有关。相同节段神经根椎间孔近中远段三个不同层面两两比较FA值差异有统计学意义，且椎间孔远段FA值基本大于椎间孔中段FA值，椎间孔中段FA值基本大于椎间孔近段FA值，考虑与脑脊液的部分容积效应有关^[28]。与此同时，C5~C7相同节段神经根左右侧FA值差异无统计学意义，这一结论可作为采用DTI技术研究神经根型颈椎病的基础。据LIANG等^[15]报道，对神经根型颈椎病患者行颈神经根DTI，选取相同节段左右两侧神经根椎间孔入口区划取ROI。而LIANG等^[13]选取神经根型颈椎病患者神经根受压最严重节段以及相应水平颈髓划取ROI。CHEN等^[14]选取神经根神经节后段及受压段两个层面划取ROI。本研究考虑到颈椎间盘突出致颈椎间孔狭窄常累及颈椎间孔近端神经根，而钩椎关节及关节突关节骨质增生继发椎间孔狭窄较多累及中远端神经根，故画取相同节段神经根颈椎间孔近中远段3处ROI，对其FA值及ADC值进行定量评估。研究结果也显示C5~C7神经根同一节段神经根椎间孔近中段、中远段及近远段神经根定量参数FA值与ADC值均不等。相较于以往研究，本研究结果支持将椎间孔段神经根按椎间孔近中远三段分别划分，定量测量FA值与ADC值，以便为后续定量分析神经根型颈椎病患者双侧多节段近、中、远段神经根病变，提供更为全面的理论依据，更好地满足临床需求。

3.2 DTT技术重建颈神经根神经纤维束的优势

       本研究中，每名受检者行颈神经根DTI检查后，均对其颈神经根神经纤维束行DTT技术重建，重建范围涵盖C5~C7神经根，部分受检者可重建C8神经根。颈神经发自颈髓，C5~C7颈神经分别在相应椎体上方椎间孔走行，颈神经根与脊髓在冠状面上向下的夹角从C3~C7逐渐变小，即颈神经根由上至下逐渐向下倾斜^[29]，重建的神经纤维束能够完整地显示所涵盖的C5~C7神经根椎间孔近中远段的自然解剖走行，并可三维观察重建的神经纤维束，结合背景融合图像明确定位，其中FA值可利用伪彩显示同时显示形态学和定量结果。此前，运用DTT技术对颈椎间孔段神经根进行显示的报道较少，颈神经DTI及DTT图像质量还有待提升^[30]。本研究中，DTT技术重建C5~C7颈神经根神经纤维束形态走行均符合解剖，50例实验对象中椎间孔段近中远三段神经根神经纤维束均完整显示，结合3D扫描参数背景融合，可以形象直观地重建颈神经根神经纤维束的形态学走形并结合伪彩图反映功能定量参数。

3.3 本研究的局限性

       为排除颈神经根病变以及颈椎退变对测量结果的影响，本研究选取了青年健康志愿者为样本，志愿者的年龄分布偏年轻化，后续还需进一步扩大样本量，收集各年龄段健康志愿者颈神经根DTI数据，分析FA值及ADC值在不同年龄组间有无差别，进一步完善和验证本研究结果，为今后病理状态神经根的研究提供更为丰富的理论依据。

4 结论

       综上所述，利用3.0 T MRI对健康志愿者行颈神经根DTI检查，定量评估及神经纤维束示踪重建观察颈椎间孔近中远段颈神经根，发现C5~C7同节段神经根同层面左右侧FA值与ADC值无明显差异；同一节段神经根中，椎间孔不同层面近中远段两两比较FA值与ADC值均存在差异，可以为研究颈神经根生理解剖提供新的切入点，也为临床神经根型颈椎病的诊断提供了椎间孔近中远段颈神经根定量参数及直观重建影像。