内耳疾病患者颅神经形态的活体磁共振成像分析

摘要

来源： Flatz, W. H. 等 活体 使用磁共振成像对梅尼埃病耳和正常听力耳中的人类颅神经进行形态计量分析 J. Vis. Exp. (2018).

本视频展示了利用磁共振成像（MRI）分析慢性内耳疾病患者耳部颅神经形态的方法。内容概述了对患者进行高磁场强度MRI扫描、重建颅神经的高分辨率三维横断面图像，以及测量神经尺寸以评估异常情况的操作步骤。

方案

所有涉及人类受试者的研究程序均按照机构、国家及国际层面的人类福祉相关指南进行，并已通过当地机构审查委员会的审核。

1. 梅尼埃病（MD）患者与健康对照者的磁共振成像（MRI）图像采集

1. 在患者组中，于 MRI 扫描前 24 小时进行鼓室内钆注射。经鼓室注射 0.4 mL 钆基对比剂，（例如，生理盐水稀释8倍的Magnograf，于预定MRI扫描前24小时注射。
2. 为患者准备磁共振成像检查：检查是否存在金属植入物（若采取适当预防措施，安装起搏器者也可进行检查；牙科植入物通常不影响检查）、幽闭恐惧症 等等。 使用降噪耳机等降噪设备以保护患者听力。
3. 将患者适当地置于扫描仪中。保持患者头部正直，安装并关闭磁共振头部线圈。将患者头部/颞骨置于磁共振扫描仪的等中心位置。
4. 根据研究方案进行MRI扫描，包括三维液体衰减反转恢复（3D-FLAIR）和三维真实反转恢复（3D-IR）序列，用于检测患者组中的内淋巴积水；以及强T2加权三维稳态构成干涉成像（3D-CISS）序列，用于患者组和健康对照组颅神经的形态学分析。
5. 将3D-CISS形态测量扫描的序列参数设置如下：重复时间（TR）5.79 ms，回波时间（TE）2.58 ms，翻转角 34°，视野（FoV）160 × 160 mm²，矩阵尺寸 320 × 320，平均次数 1，层厚 0.5 mm（表1）。使用9,000 ms的TR、128 ms的TE、2,500 ms的反转时间、翻转角 180°，矩阵尺寸 384 x 384，层厚 2 mm。将 3D-real IR 的参数设置如下：TR 6,000 ms，TE 155 ms，反转时间 1,500 ms，翻转角 180°，矩阵尺寸 320 × 320，层厚 0.5 mm。

2. MRI 质量检查及内淋巴积水在 MRI 中的识别

1. 检查MRI图像质量，重点关注折叠伪影、搏动伪影、金属伪影等，并特别注意本研究的评估目标，即在整个走行过程中对颅神经VII和VIII进行评估。
2. 评估患者组MRI扫描中的内淋巴积水情况。通过分析所获取的3D-FLAIR序列和3D-real IR序列来判断耳蜗和前庭迷路内淋巴积水的程度（图1）。

3. 基于图像的颅神经测量

1. 常规准备
   1. 在评估工作站上安装所选的医学数字成像和通信（DICOM）查看器，用于图像评估与测量， 例如OsiriX 或 Horos
   2. 双击应用程序运行DICOM查看器，数据库窗口将显示。
   3. 通过鼠标左键点击上方下拉菜单中的“File”，然后选择“Import”，导入患者图像数据 → 导入文件。在文件选择器中选择患者图像数据；成功导入后，患者姓名和数据将显示在数据库窗口中。
      注意： 导入压缩文件（例如使用上述 DICOM 查看器，可以处理压缩的 DICOM 文件（.zip 格式）或未压缩的 DICOM 文件目录。
   4. 在数据库窗口中，通过左键点击患者姓名左侧的三角形符号，展开患者图像文件夹。从该文件夹中选择所需的序列（此处为CISS序列），然后双击左键打开相应的图像数据。患者图像数据将被显示。
2. 颅神经的重建
   注意： 由于神经从脑干经小脑桥脑角（CPA）至内耳道（IAC）前庭段的走行路径较长且并非始终处于同一平面，因此需在不同层面重建并评估神经的直径和横截面积（CSAs）。
   1. 在屏幕顶部的“3D Viewer”下拉菜单中选择“3D（多平面重建）MPR”，以显示MPR窗口，为沿颅神经走行全程重建以下位置的横断面做准备，避免因神经走行过程中斜切面导致的测量误差。
   2. 调整缩放级别以适应待重建的结构（此处为颅神经VII和VIII）：在MPR窗口左上角的工具栏中，从“更改鼠标按钮功能”区域选择缩放工具（放大镜），然后将鼠标光标移至MPR窗口的三个平面中的每一个，通过左键点击并拖动鼠标来调整缩放级别（鼠标光标将变为放大镜形状）。
   3. 重建中枢第八脑神经，并将重建平面设置为垂直于脑桥小脑角（CPA）中部神经的走行方向。在所有三个平面/窗口中检查并调整重建平面的方向（应使重建平面垂直于神经走行方向，以避免后续测量时出现部分容积效应）。
      1. 检查神经是否存在平面外走行，并相应地校正平面方向。
         1. 为校正平面方向，将鼠标光标移至MPR窗口中各平面轴线十字准星的中心位置（当位置正确时，鼠标光标将变为手形符号）。
         2. 使用手形图标所示的抓取工具，分别在三个平面/窗口中抓取轴线十字线，并将轴线大致移动至每个平面的内耳道入口处。
         3. 使用鼠标移动到各轴的侧面以激活旋转功能（当鼠标光标变为曲线图标时，表示正确的旋转功能已激活），调整三个轴的方向以匹配神经的走行。然后按住鼠标左键并拖动鼠标，以调整平面方向。
         4. 在MPR窗口的所有三个窗口中调整平面方向。为了在桥小脑角（CPA）中部水平重建垂直于第八脑神经走行的平面，请进入MPR窗口左下方的窗口，将鼠标移至轴线十字准线的中心位置，使鼠标光标再次变为手形符号。然后单击左键并拖动平面（橙色线）至目标位置（此处为CPA的中部）。
         5. 如有需要，可使用缩放工具（鼠标图标将变为放大镜）通过左键点击并拖动来调整缩放级别。
         6. 左键单击多平面重建（MPR）窗口的右上角窗口以选择该平面。选择“File” → 导出 → 导出至 DICOM 文件。在“DICOM 导出”窗口中选择“序列：” → 单击相邻的圆形选择器选择“仅当前图像”。
         7. 将序列正确重命名为“VIII CPA”，然后左键单击DICOM导出窗口右下角的“OK”按钮。
            ​注意： 这将关闭DICOM导出窗口，将重建的图像保存到患者数据库中，并返回MPR窗口。
   4. 在内听道孔水平重建前庭耳蜗神经分支的正交视图：耳蜗神经（CN）、上 vestibular 神经（SVN）和下 vestibular 神经（IVN），该水平通常可实现代表性可视化。检查神经是否存在平面外走行，并相应校正平面方向。
      1. 使用手形图标所示的抓取工具，在三个平面/窗口中分别抓取轴线十字线，将其移动至内听道孔水平处的脑神经（CN）、前庭上神经（SVN）和前庭下神经（IVN）位置，并通过各轴线外侧由弯曲图标表示的旋转功能调整其方向，以匹配神经的走行方向，具体操作如步骤3.2.3.1.1 - 3.2.3.1.5所述。
      2. 按照步骤 3.2.3.1.6 - 3.2.3.1.7 所述，导出并重命名重建的平面。
   5. 在CPA、IAC孔道及IAC底部水平，按照步骤3.2.3所述，重建面神经（颅神经VII）的正交视图。检查神经是否存在平面外走行，并在每个重建水平相应校正平面方向。
3. 测量
   注意： 进行以下测量：在重建的横断面图像上测量面神经（颅神经Ⅶ）和前庭蜗神经（颅神经Ⅷ）的横截面积（CSA）、长径（LD）及垂直短径（SD）图2 和 图3注意在扫描之间保持一致的窗宽水平，以避免部分容积效应以非系统性方式影响定量测量结果。
   1. 在DICOM查看器的数据库窗口中，通过单击左侧鼠标键选择先前重建的位于CPA水平的前庭蜗神经（VIII）图像文件（此前命名为“VIII CPA”），然后通过双击该文件名打开图像。重建后的图像将在单一窗口中打开。
   2. 如有需要，可按照步骤3.2.2中的说明放大图像结构。在屏幕顶部工具栏中，将鼠标左键单击“更改鼠标按钮功能”旁边的三角形符号，选择“长度”。按住鼠标左键并拖动以绘制颅神经VIII最长直径的测量线；此测量值为LD。
   3. 对LD作垂线，测量SD。
      ​注意： 如果使用 OsiriX 或 Horos 作为 DICOM 查看器，测量结果将自动保存。
      1. 在图像数据库中，分别调取文件名为“VIII meatus”和“VIII fundus”的图像文件，对IAC外口水平和IAC底部水平的前庭蜗神经（VIII）重建图像，重复进行LD和SD的测量。
   4. 使用闭合多边形感兴趣区域（ROI）来评估横截面积（CSA），以考虑颅神经横截面轮廓可能存在的不均匀性。在屏幕上方的工具栏中，点击“鼠标按钮功能”区域右侧的三角形符号，然后选择“闭合多边形”（此前选定的线条符号将更改为多边形）。
   5. 通过在神经边界上多次左键单击，勾勒出第八对脑神经的轮廓。通过在目标位置双击左键闭合多边形，完整轮廓将被显示。
      注意： 如有必要，通过左键单击并移动来调整多边形点的位置。
   6. 打开先前完成的面神经在桥小脑角水平的重建图像（图像文件名为“VII CPA”），并按照步骤3.3.1至3.3.5对面神经（颅神经VII）进行长径（LD）、短径（SD）和横截面积（CSA）的测量。
   7. 在内听道外口水平打开重建图像，按照步骤 3.3.1 - 3.3.5 对前庭神经、上 vestibular 神经、下 vestibular 神经及面神经（CN VII）进行长径（LD）、短径（SD）和横截面积（CSA）的测量。
   8. 在内听道底部层面打开重建图像，按照步骤 3.3.1 - 3.3.5 对前庭神经、上 vestibular 神经、下 vestibular 神经和面神经（CN VII）进行长径（LD）、短径（SD）和横截面积（CSA）的测量。

表1：MRI序列参数。 采用稳态构造成像（Constructive Interference in Steady State, CISS）序列技术，按照所述设置MRI序列参数，以获得强T2加权图像对比度，从而清晰显示被脑脊液包绕的神经结构。

MR序列参数	3D-CISS
TR	5.79 ms
TE	2.58 ms
翻转角	34°
视野	160 x 160 mm2
矩阵大小	320 x 320
平均次数	1
层厚	0.5 mm

结果

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
MR 扫描仪，例如 Siemens Magnetom Verio，或适当格式的 DICOM MR 扫描图像，例如 3D-CISS	Siemens Healthcare GmbH, Erlangen, Germany，或任何其他厂商提供的 MR 扫描图像	1	可使用适当获取的 MR 扫描图像替代 MR 扫描仪进行形态计量分析
Osirix 或其他具备适当评估工具的 DICOM 图像查看软件	Pixmeo SARL, Geneva, Switzerland	2	用于查看和评估 DICOM 图像的软件
MedCalc 或其他统计分析软件，例如 SPSS	MedCalc Software bvba, Ostend, Belgium	3	用于统计分析的软件
运行 Windows 或 MacOSX/macOS 的计算机	例如联想、苹果或自行组装的计算机	4	用于运行上述软件的硬件设备