大脑和颈椎的 DTI：正常受试者和脊髓型颈椎病患者的评估

超过一半的中年人有颈椎病的放射学证据，并且该人群的一部分会发展为脊髓型颈椎病 (CSM)，这是一种脊髓受损的病症，可通过直接机械压迫或间接通过动脉剥夺和/或静脉淤滞。 尽管针对与 CSM 相关的病症进行了许多手术，但对于手术干预的时间或如何为给定患者选择可用的手术方案，尚无共识。 许多因素都与 CSM 的发展倾向有关，包括高龄、就诊时残疾、脊髓直径、脊髓面积、MRI 上脊髓信号改变（T2 和 T1 加权图像）、颈椎活动度增加和先天性狭窄的脊椎运河。 同样的因素也可能决定对手术的反应，无论是积极的（增加颈椎活动度）还是消极​​的（高龄，先天性椎管狭窄）。 外科手术的潜在并发症值得注意。 尽管致残性不良反应并不常见，但它们在具有潜在良性病程的疾病过程中的发生无疑是严重的。 最后，应该注意的是，MRI 上颈根或脊髓受压的放射学标准是主观的，不确定它们是否与临床症状相关。

扩散张量成像 (DTI) 对水的运动很敏感，被认为是大脑中轴突完整性的标志。 将该技术应用于脊柱，特别是 CSM 患者的评估引起了人们的极大兴趣。 在大脑中，DTI 是使用单次发射回波平面成像 (SS-EPI) 序列执行的，该序列在应用单个激发脉冲和扩散梯度后获取单个切片的所有数据。 虽然在数据收集方面非常有效，但 SS-EPI 存在几个问题，特别是 1) 它最适合采集相对较小的成像矩阵，导致空间分辨率低或使用其他技术来减少场视野 (FOV)。 增加获取的回波数量以提高分辨率不会增加获取的分辨率，因为在较长的回波序列期间信号衰减会导致图像更加模糊。 2) 图像因靠近组织与骨骼或骨结构之间界面的区域中的磁化率梯度而失真。 这些因素使得将 DTI 应用于脊柱临床研究存在问题。 具体来说：-

1. 脊髓体积小意味着需要高空间分辨率。
2. 来自周围骨结构的磁化效应导致图像失真。
3. 心动周期中脊髓的运动会导致伪影。

读出分段 EPI（RESOLVE 或 RS-EPI）序列已被证明能够获得具有更高空间分辨率和减少大脑失真的图像。 我们最近证明，RESOLVE 序列还可用于获取志愿者颈椎的高质量 DTI 图像（见图 1），并可为脊柱转移患者提供临床有用信息。 RESOLVE 序列将数据收集分成几个部分，从而减少失真并有可能获得更高分辨率的图像，但代价是增加扫描时间或减少扩散梯度的方向数量（即 降低信噪比 (SNR)）。 RESOLVE 序列还包含对数据的实时评估，能够拒绝并重新获取因运动而损坏的数据。 我们现在希望通过将 RESOLVE 序列应用于一组 CSM 患者和一组年龄匹配的对照受试者来优化和评估 CSM 患者的 RESOLVE 序列的临床效用。 原始扩散图像经过后处理以产生参数图像，这些图像表征扩散的扩散率（平均、纵向和径向）和各向异性（方向依赖性）。 扩散数据的各向异性通常使用分数各向异性 (FA) 指数进行量化，但是，我们最近表明，扩散张量的模式和椭球面积比 (EAR) 这两个量提供了有用的补充信息，我们建议在分析本研究的扩散数据的各向异性时使用所有三个参数。

使用 RESOLVE 序列解决上面列出的前两个“要点”，我们发现在某些受试者中，无需使用心脏门控即可获得高质量的脊柱 DTI 图像，然而，对于稳健的临床序列，我们和其他团体发现心脏门控是必不可少的。 脊柱 DTI 研究要考虑的另一个问题是扫描的方向。 矢状面图像以相对较少的切片覆盖整个脊柱，这在采用心脏门控时特别有益。 轴向切片的优点是脊柱在尾颅方向的配置变化相对较慢，这意味着可以使用较厚的切片而不会丢失大量信息。 然而，仍然需要相对大量的切片来覆盖整个 C 脊柱，从而导致在使用心脏门控时测量时间很长。

目标 研究人员希望尝试回答以下有关 C 脊柱的问题：-

1. 正常 C 脊柱的扩散特征是什么（空间变异和年龄依赖性）？
2. 脊柱的 RESOLVE 和 SS-EPI 图像在图像质量方面如何比较？
3. 更改 RESOLVE 序列的段数有什么影响？
4. 在比较 SS-EPI 和 RESOLVE 时，各向异性或扩散率的导出值是否存在统计学上的显着差异？
5. CSM 受试者的 C 脊柱的扩散特征是否与年龄匹配的对照组显着不同？
6. 脊柱 DTI 是否可用于获取诊断信息，无论是针对个别 CSM 患者的预后信息还是 CSM 患者亚组的识别？ 对于大脑，我们要解决的问题是：-

1）比较 SS-EPI 和 RESOLVE 时，各向异性或扩散率的导出值是否存在统计学上的显着差异？ 2）使用这两个序列或两组之间的纤维束体积是否存在统计学上的显着差异？ 3) CSM 患者大脑的扩散数据是否与对照组有显着差异？