0 引言

       腰骶丛神经（lumbosacral plexus, LSP）结构复杂，走形迂曲。起源于LSP的肿瘤罕见，在文献中发表的病例数量较少^{[1, 2]}，神经鞘瘤是最常见的肿瘤类型^{[3, 4]}。LSP因受到肿瘤的侵袭，使患者出现下腰背部及下肢的疼痛、无力等不适，病情严重者会造成功能完全丧失，影响患者的生活质量。手术尽可能完整切除是治疗腰骶丛神经鞘瘤最有效的方法^[5]。由于腰骶丛区域解剖结构复杂，而且神经鞘瘤常紧密包裹或推挤神经，术中稍有不慎即可导致不可逆的神经损伤，引发术后下肢运动障碍、感觉缺失甚至永久性残疾。TELERA等^[6]研究表明43%接受活检以确诊神经鞘瘤的患者出现了神经损伤。因此，选择一种能够3D立体呈现肿瘤与LSP复杂空间关系的成像方式，用于辅助临床医师术前精准规划肿瘤边界及神经走行路径、减少术中探查时间并避开神经，已成为降低手术风险、改善患者预后的重大临床需求。为此，本研究提出可以使用电影体积渲染技术（cinematic volume rendering technique, CVRT）作为3D重建技术对图像进行处理，或许能够更好地展示神经相关肿瘤与周围组织的关系，是针对这一需求的创新性解决方案。

       磁共振神经成像（magnetic resonance neurography, MRN）能够用于显示周围神经^{[7, 8, 9]}，其通过专门的抑制技术抑制周围肌肉、脂肪和血管等结构，从而将神经与周围组织区分开来^{[10, 11, 12]}。然而尽管目前研究表明MRN在神经病变可视化方面具有显著优势，但其在敏感性与特异性方面仍存在局限性。这些局限性可能源于常规获取的灰度成像特性，以及神经相对于毗邻组织结构的体积较小—灰度图像对微细信号差异的辨识度不足。最大密度投影（maximum intensity projection, MIP）是常用的后处理技术。ZHANG等^[13]通过采用MIP技术对增强后的三维快速自旋回波短时翻转恢复序列成像（three-dimensional fast spin-echo short-time flip recovery sequence imaging, 3D-STIR-SPACE）进行处理，评估MIP图像在显示LSP及其细小分支方面的临床应用价值。然而其研究存在不足之处，如MIP成像方式色彩单一，对于信号强度差异较小的组织或病灶，可能难以清晰显示其差异，无法准确反映某些复杂解剖结构的空间关系，进而无法满足影像对手术指导的需求。CVRT通过多参数数据融合与动态梯度映射可以弥补其不足。与MIP单一灰度图像相比，经过CVRT所得的3D彩色图像更符合人眼对结构层次的分辨特性，可辅助识别LSP细微解剖差异，有助于提升临床医生对复杂神经丛研究的诊断效率和准确度，辅助精准规划手术入路及神经保护策略，规避神经束，降低医源性损伤风险。

       因此，本研究以3D-STIR-SPACE序列扫描出的图像作为原始图像，采用CVRT将腰骶丛神经鞘瘤与LSP进行三维融合，并将其与MIP图像进行对比，来探索CVRT在腰骶丛神经鞘瘤中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经郑州大学第一附属医院伦理委员会的批准，免除受试者知情同意，批准文号：2025-KY-0471-001。本研究回顾性分析了自2011年11月至2023年10月于郑州大学第一附属医院磁共振科接受腰骶丛神经扫描患者的临床及影像资料。

       纳入标准：（1）临床及影像资料完整；（2）腰骶丛神经鞘瘤的诊断得到手术及病理结果的证实。排除标准：（1）影像图像存在伪影，影响观察；（2）非首次发生腰骶丛神经鞘瘤，或影像检查前经过治疗的患者。

1.2 图像采集

       所有患者均在同一台磁共振扫描仪（MAGNETOM Prisma, Siemens Healthineers, Erlangen, Germany）上完成检查。患者取仰卧位，双手自然放于身体两侧，嘱患者保持平静呼吸以减小运动伪影，并为患者佩戴隔音耳塞以减小扫描时的噪音。首先进行矢状位T2WI、冠状位T1WI、冠状位T2WI序列扫描，随后以2.0 mL/s的速率按照0.2 mL/kg的剂量注射钆喷酸葡胺对比剂（GD-DTPA, Bayer Pharma AG, Germany），待5分钟后行增强3D-STIR-SPACE序列扫描及冠状位TIWI增强扫描。各扫描序列及参数详见表1。

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表1  LSP扫描序列及主要参数
Tab. 1  LSP scanning sequence and main parameters

1.3 图像处理

       将3D-STIR-SPACE扫描数据传送到后处理系统（Syngo.via 4.0; Siemens Healthineers, Erlangen, Germany），先后行MIP及CVRT重建。在MIP重建后，根据临床需要减去研究外的肌肉等软组织，以避免其对肿瘤与LSP解剖位置关系的干扰。采用多平面重建（multi-planar reconstruction, MPR）逐层勾画肿瘤范围。使用CVRT技术对LSP和肿瘤进行不同颜色的渲染，从而得到三维模型，全方位显示LSP和肿瘤的位置关系。

1.4 图像分析

       由2名经验丰富的磁共振科医生（研究者1和2，分别有7年和8年的诊断经验）对MIP及CVRT图像进行分析。他们对患者的临床资料及扫描序列参数不知情，1次独立地评估1个图像集，对患者肿瘤的位置、大小给出结果。与此同时，研究者们使用4点李克特量表评估两种图像的整体图像质量（overall image quality, OIQ；1=质量差，2=质量中等，3=质量良好，4=质量优秀）、LSP与肿瘤显示清晰度（Sharpness；1=清晰度差，2=清晰度中等，3=清晰度良好，4=清晰度优秀）、LSP与肿瘤空间位置分辨率（Resolution；1=空间位置分辨率差，2=空间位置分辨率中等，3=空间位置分辨率良好，4=空间分辨率优秀）及图像诊断置信度（diagnostic confidence level, DCL；1=置信度低，2=置信度中等，3=置信度高，4=置信度非常高）进行评分。开展正式评分前，这2名研究者对同样的5例CVRT图像及MIP图像进行独立盲法阅片，其经过商议后制订了统一的评分标准。

1.5 手术经过

       所有33名患者均由同一位经验丰富的神经外科医生进行手术，术中医生会探查肿瘤与LSP的关系（将肿瘤与LSP的关系分为嵌入，推挤并嵌入及推挤），并记录肿瘤的大小。术后，所有分离出的肿瘤组织都被送去进行病理检查，结果均为神经鞘瘤。

1.6 统计学分析

       本研究基于前期预实验（纳入15例腰骶丛神经鞘瘤患者），采用两相关样本（配对设计）的Wilcoxon符号秩和检验进行样本量估算。通过对OIQ、Sharpness、Resolution、DCL四项指标进行评估，分别计算各指标所需样本量并取最大值。在预实验中，CVRT与MIP的评分差异[OIQ均值（Δ）=0.52，标准差（σ）=0.82；SharpnessΔ=0.64，σ=0.89；ResolutionΔ=0.67，σ=0.94；DCLΔ=0.58，σ=0.75]被用作参数输入，设定显著性水平α=0.05（双侧检验）、检验效能1-β=80%，采用非参数检验样本量修正公式（n非参数=n参数×1.15），计算得到四项指标理论样本量分别为22例（OIQ）、21例（Sharpness）、20例（Resolution）、19例（DCL），最终以OIQ指标最大需求样本量（22例）为基线，即满足本研究所需的样本量至少为22例。

       使用IBM SPSS Statistics 27.0（IBM Corp., Armonk, NY, USA;https://www.ibm.com/products/spss-statistics）和GraphPad Prism 9.5（GraphPad Software, San Diego, CA, USA;https://www.graphpad.com）进行数据统计分析。用Shapiro-Wilk检验法对定量数据进行正态性检验，符合正态分布的数据以均值±标准差表示，不符合则以中位数±四分位数间距表示。对于分类数据使用百分位数表示。使用非参数Wilcoxon符号秩和检验对MIP和CVRT图像的图像质量得分进行统计分析。采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）评估研究者之间的一致性（0~0.40表示一致性差，0.41~0.60为中等，0.61~0.80为良好，0.81~1.00为优秀）。评估肿瘤大小及其与LSP关系时，以手术结果作为金标准。P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       本研究共收集38例患者病例，其中3例因图像不全、2例因金属伪影较大等原因被排除，最后共纳入33例。其中男19例（57.6%），女14例（42.4%），年龄范围13~81岁，平均年龄54.5岁。临床表现方面，12例（36.4%）患者主诉腿疼，11例（33.3%）为腰背部疼痛，6例（18.2%）出现麻木症状，3例（9.1%）表现为肢体乏力，仅1例（3.0%）无明显临床症状。

2.2 评分结果

       CVRT图像在OIQ，LSP与肿瘤显示清晰度及空间位置分辨率，DCL四个维度的评分均高于MIP图像（P<0.05）（图1）。此外，ICC分析显示，两位研究者对CVRT图像评分的一致性（ICC：0.929~0.957）高于MIP图像（ICC：0.878~0.922）（表2）。

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图1  CVRT和MIP图像评分的柱状图。*代表P<0.05，差异具有统计学意义。CVRT：电影体积渲染技术；MIP：最大密度投影。
Fig. 1  Histogram of CVRT and MIP image scores.* represents P < 0.05, the difference is significant. CVRT: cinematic volume rendering technique; MIP: maximum intensity projection.

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表2  研究者1和研究者2在CVRT及MIP图像上的评估
Tab. 2  Evaluation of Researcher 1 and Researcher 2 on CVRT and MIP images

2.3 影像结果与手术结果之间的比较

       以手术病理结果作为金标准，与MIP图像对比，CVRT图像在肿瘤大小测量方面的一致性较高（ICC值分别为0.988，0.969），在肿瘤位置判断方面的一致性相当。此外，术中观察到8例肿瘤嵌入LSP中，23例肿瘤同时嵌入并推挤LSP，2例肿瘤仅推挤LSP。基于CVRT图像分析得出的结果与手术结果的一致性高于MIP图像分析所得的结果（ICC值分别为0.943、0.807）（图2、表3）。

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图2  女，56岁，腰骶丛神经鞘瘤。2A：冠状位3D-STIR-SPACE图示左侧骶前区一团块状占位性病变（白箭），内信号不均，边界清晰；2B：矢状位T2WI图示病变与左侧骶丛神经（红箭）的推挤关系；2C：冠状位MIP图示病变（白箭）与骶丛神经（红箭）紧密相邻；2D：矢状位MIP图示病变（白箭）与骶丛神经（红箭）的推挤关系；2E：冠状位CVRT图示病变（白箭）与骶丛神经（红箭）紧密相邻，病变内信号不均；2F：矢状位CVRT图示病变（白箭）与骶丛神经（红箭）的推挤关系；2G、2H为病变切除术后的病理标本。3D-STIR-SPACE：三维快速自旋回波短时翻转恢复序列成像；MIP：最大密度投影；CVRT：电影体积渲染技术。
Fig. 2  Female, 56-year-old, a patient with lumbosacral plexus nerve sheath tumor. 2A: The coronal 3D-STIR-SPACE image shows a mass of space-occupying lesion (white arrow) in the left presacral region, with uneven internal signals and clear boundaries; 2B: The sagittal T2WI image shows the pushing relationship between the lesion and the left sacral plexus nerve (red arrow); 2C: The coronal MIP map shows the observed lesion (white arrow) is closely adjacent to the sacral plexus nerve (red arrow); 2D: The sagittal MIP map shows the pushing relationship between the lesion (white arrow) and the sacral plexus nerve (red arrow); 2E: The coronal CVRT map shows the observed lesion (white arrow) is closely adjacent to the sacral plexus nerve (red arrow), and the signal within the lesion is uneven; 2F: The sagittal CVRT map shows the pushing relationship between the lesion (white arrow) and the sacral plexus nerve (red arrow); 2G and 2H are the pathological specimens after lesion resection. 3D-STIR-SPACE: three-dimensional fast spin-echo short-time flip recovery sequence imaging; MIP: maximum intensity projection; CVRT: cinematic volume rendering technique.

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表3  CVRT、MIP在判断肿瘤大小、位置及与LSP关系方面与手术结果的比较
Tab. 3  Comparison of CVRT and MIP with surgical findings in determining tumor size, location, and relationship to LSP

3 讨论

       本研究在增强3D-STIR-SPACE序列的基础上，对比了CVRT和MIP两种不同的后处理技术在显示肿瘤与LSP关系方面的差异。结果显示CVRT在显示清晰度和空间位置以及DCL方面优于MIP技术。本研究首次发现基于3D-STIR-SPACE的CVRT可以很好地应用于腰骶丛神经鞘瘤术前诊断，是一种理想的成像方式，可以更好地判断腰骶丛神经鞘瘤和周围组织关系，对于术前肿瘤评估、制订治疗方案和减少术中损伤具有重要意义。

3.1 CVRT和MIP在评分方面的差异分析

       在目前的临床实践中，后处理技术通常采用传统的MIP模式重建，所得到的MIP图像是灰度图像^[14]。而CVRT通过模拟复杂的光与每个数据体素的相互作用来描绘光的反射和散射，从而生成逼真的三维图像。近几年来，电影渲染技术逐渐应用于临床。既往研究报道了该技术可以从CT^{[15, 16, 17]}和MRI^{[18, 19]}数据中生成逼真的图像，对于复杂结构的成像有一定优势，不仅提高了诊断准确性，也为手术规划和治疗决策提供了重要的影像参考依据。本研究结果显示在OIQ、清晰度、空间位置分辨率及DCL这四方面的评估上，CVRT图像上的得分均高于MIP图像，两者具有显著性差异，其可能的原因为，与传统图像相比，人眼更善于感知CVRT所呈现的彩色图像中更精细的细节。此外，ICC分析显示，CVRT的评估一致性优于MIP。研究者间高度一致的评价说明CVRT图像的可重复性和标准化程度更高，这对多中心协作和临床推广具有重要意义，有待于后续进一步研究。

3.2 CVRT在显示腰骶丛神经鞘瘤与LSP关系方面的优势

       MIP图像具有全面、直观、可以在成像范围内清晰显示迂曲神经及血管走形的优势，因此其往往能够直观地观察LSP的走形。但是，由于LSP解剖结构的复杂性，单纯使用黑白灰色调的3D-SPACE-STIR薄层图及MIP图容易误判肿瘤与神经的关系，即不能有效区分肿瘤与神经包裹或浸润的关系。CVRT图像运算过程中采用了多个光源，可以改善软组织结构的可视化，并增强了深度和形状感知，以获得更逼真的解剖效果，能够为临床实践提供更详细、准确的信息^{[20, 21, 22]}。本研究结果显示CVRT图像在判断肿瘤与LSP关系方面与手术结果的一致性优于MIP图像。这一差异可能源于两种技术的信号处理特性及三维空间表达能力的差异。MIP基于单一灰度梯度投影，虽能直观显示神经与肿瘤的宏观位置关系，但对低对比度区域的细微信号差异敏感性不足（如神经纤维与肿瘤的局部粘连或浸润），易导致“嵌入”与“推挤并嵌入”的误判。例如，当肿瘤与神经束间存在部分浸润但整体呈推挤表现时，MIP可能因无法分层显示微小结构的信号梯度而高估推挤程度。既往研究表明通过CVRT对肿瘤、血管和神经融合后所得图像，比MIP图像能够更加清晰地显示三者之间的关系^[23]，这与本研究的研究结果类似。

3.3 本研究的局限性

       首先，本研究是一项回顾性研究，研究样本量少。并且由于患病率低，研究中只纳入了数量相对较多的腰骶丛神经鞘瘤患者作为研究对象，排除了LSP其他疾病的患者，这使本研究的研究对象相对单一。在以后的研究中可以纳入更多腰骶丛病变类型以丰富研究内容。其次，CVRT图像是基于原始图像得到的，不可避免受到原始图像的影响。所以应在获取原始图像时尽量控制人为因素产生伪影。

4 结论

       与MIP对比，CVRT能够提供更高的图像质量，更清晰地展示肿瘤与腰骶丛神经的解剖关系，提高诊断的准确性，是一种理想的成像方式，可以为临床诊断和治疗提供更多的影像学信息，应积极探索CVRT的临床应用价值。