体内 使用磁共振成像对梅尼埃病耳和正常听力耳的人类颅神经进行形态计量分析

摘要

评估梅尼埃病（MD）患者及健康人中颅神经的形态学变化，例如神经结构的缺失或颅神经的肿胀 体内，已开发出一种使用磁共振成像（MRI）的评估方案。并进一步采用基于MRI的方法对MD进行确认。

摘要

梅尼埃病（MD）患者神经结构的分析具有重要意义，因为既往研究曾提出该患者群体可能存在此类结构的丧失，但尚未得到证实。本方案描述了一种方法 体内 神经变化的评估，尤其适用于利用磁共振成像（MRI）进行颅神经分析。采用3-T MRI扫描仪对梅尼埃病（MD）患者和正常听力个体进行检查，扫描方案包括强T2加权三维梯度回波序列（3D-CISS）。在患者组中， дополнительно通过基于MRI的膜迷路积水评估来确认MD诊断。使用免费的DICOM图像查看软件进行形态计量分析。颅神经评估包括在不同水平测量神经的横截面积（CSAs）以及正交直径测量。

引言

磁共振成像（MRI）在可视化和分析人体解剖结构以及生理与病理过程方面发挥着重要作用。由于梅尼埃病（MD）的临床和电生理学诊断具有挑战性，利用MRI提供的额外信息尤为有帮助^1,2,3,4。一个 体内 开发了一种方法，利用磁共振成像（MRI）分析梅尼埃病（MD）中的内淋巴积水及颅神经的形态计量学变化。通过这种联合方法，可确诊明确的梅尼埃病，并在颅神经走行的不同水平上研究其形态计量学改变。梅尼埃病的病因仍不明确^5,6,7有研究提出神经细胞丢失可能与抑郁症（MD）有关，但这一假设尚未得到证实。

适合用于MD形态计量分析的颅神经是第7对^th 和 8^th 神经及其分支，本研究对此进行了分析。目前仅有少数研究利用磁共振成像（MRI）分析这些神经的形态计量学特征。^8,9,10Henneberger 的研究 等 分析了第7个的形态计量学变化^th 和 8^th MD耳与正常听力耳的颅神经比较¹¹.

本文介绍的方法能够 体内 7的可视化与形态计量分析^th 和 8^th 从脑部至颞骨走行全程中的脑神经。利用该方法，我们已证实梅尼埃病（MD）患者组与健康耳组之间存在显著差异。我们建议在多种情况下或针对多种疾病，当需要关注脑神经可能发生的形态计量学改变时，可采用所述方法。该方法是否能在临床诊断流程中得以确立，仍有待未来研究进一步评估。目前针对所述方法的真实替代方案 体内 目前尚无可用的颅神经形态计量学变化评估方法，尽管计算机断层扫描（CT）具有诸多优势，如设备普及、扫描速度快以及能清晰显示骨性结构改变，但其组织对比度较低，难以清晰显示颅内及颞骨内颅神经的细微变化。 死后 耳蜗神经在梅尼埃病患者中的变化分析仍有待研究。通过本文所述的特殊成像与评估技术，可利用磁共振成像（MRI）分析梅尼埃病患者及健康对照者颅神经的形态计量学改变。常规脑部MRI检查通常不包括高分辨率、强T2加权成像技术，而此类技术对于评估第7和第8对颅神经的形态计量学变化至关重要。

该方法可能对评估梅尼埃病（MD）不同严重程度具有进一步的诊断价值，同时在眩晕、听力下降和耳鸣的评估中发挥作用。针对眩晕诊断与治疗的专科中心在当今医疗体系中发挥着重要作用，而本方法可为专科医生提供一种潜在的诊断工具^12,13,14。眩晕是一种复杂的临床症状，可见于多种疾病，其诊疗需要多学科之间的深入协作，这一点在眩晕诊断与治疗专科中心的实践中已得到充分证明^12,13,14。

据我们所知，目前文献中尚无可用的方法 体内 MD与健康对照组中颅神经的形态测量分析。

方案

所有操作均获得当地伦理委员会批准（慕尼黑大学/慕尼黑大学医学中心审查委员会协议编号：093-09）。所有患者均已签署知情同意书，同意接受相关操作。

1. 临床检查

1. 与耳鼻喉科（ENT）部门合作，识别疑似梅尼埃病（MD）的患者。
   1. 进行临床评估；需评估眩晕、耳鸣或耳内响声，以及听力下降（可能呈波动性）。检查是否伴有恶心和呕吐。检查症状持续时间。
   2. 结合临床和功能检查结果进行梅尼埃病（MD）诊断：查阅医院病历或电子病历系统中听力测定、冷热视频眼震图（caloric video-oculography）、前庭诱发肌源性电位（VEMP）和耳蜗电图（ECoG）的结果。
   3. 检查梅尼埃病的典型表现：听力测定可能显示纯音平均听阈（PTA）下降，冷热试验可提示水平半规管功能减退，耳蜗电图（ECoG）中SP/AP比值可能病理性升高，梅尼埃病患者VEMP双耳振幅比可能显著降低。

2. 杜氏肌营养不良症患者与健康对照者的 MRI 图像采集

1. 在患者组中，于 MRI 扫描前 24 小时进行鼓室内注射钆剂。经鼓室注射 0.4 mL 钆对比剂，例如，生理盐水稀释8倍的Magnograf），预定MRI扫描前24小时。
2. 为患者准备MRI检查：检查有无金属植入物（如有起搏器，在采取适当预防措施的情况下仍可进行检查；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，患者组需进行三维液体衰减反转恢复（3D-FLAIR）序列和三维真实反转恢复（3D-real IR）序列扫描，以检测内淋巴积水；患者组及健康对照组均需进行强T2加权三维稳态构成干涉序列（3D-CISS）扫描，用于颅神经的形态学分析。
5. 将三维稳态构成干扰序列（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，矩阵大小 320 × 320，平均次数 1，层厚 0.5 mm（表1使用以下参数进行3D-FLAIR扫描：TR 9,000 ms，TE 128 ms，反转时间 2,500 ms，翻转角 180°，矩阵大小 384 × 384，层厚 2 mm。3D-real IR扫描参数设置如下：TR 6,000 ms，TE 155 ms，反转时间 1,500 ms，翻转角 180°，矩阵大小 320 × 320，层厚 0.5 mm。

3. MRI 质量检查及内淋巴积水在 MRI 中的识别

1. 根据折叠伪影、搏动伪影、金属伪影等伪影情况评估 MRI 图像质量，并特别关注本研究的评估目标，即面神经（VII）和前庭蜗神经（VIII）在其全程的显示情况。
2. 评估患者组 MRI 扫描中内淋巴积水情况。通过分析所获取的三维 FLAIR 序列和三维 real IR 序列图像，判断耳蜗和前庭迷路内淋巴积水的程度（图 1）。

4. 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DICOM查看器，用于图像评估和测量， 例如，OsiriX 或 Horos。
   2. 双击应用程序图标以启动DICOM查看器；此时将显示数据库窗口。
   3. 通过鼠标左键单击导入患者图像数据 "文件" 在上方的下拉菜单中，然后选择 "导入" → "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 .zip 文件或未压缩的 DICOM 文件目录。
   4. 在数据库窗口中，通过单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），然后双击该序列以打开相应的图像数据。患者图像数据将被显示。
2. 颅神经重建
   注意：由于神经从脑干经小脑脑桥角（CPA）进入内耳道并延伸至内听道（IAC）底部的走行路径较长，且并非始终位于同一平面，因此有必要在不同层面重建并评估神经的直径和横截面积（CSA）。
   1. 为避免因神经走行过程中切片倾斜而导致的测量误差，在颅神经走行路径的以下位置重建横断面：通过选择 "3D MPR" 在 "3D 查看器" 屏幕顶部的下拉菜单；将显示 MPR 窗口。
   2. 调整缩放级别以适应待重建结构（此处为第七和第八对脑神经），方法是从此处选择缩放工具（放大镜） "更改鼠标按钮功能" 在MPR窗口左上角的工具栏区域，然后将鼠标光标移至MPR窗口中的三个平面之一，通过左键点击并拖动鼠标来调整缩放级别（此时鼠标光标将变为放大镜形状）。
   3. 重建前庭蜗神经（VIII 颅神经），并将重建平面设置为垂直于其在桥小脑角（CPA）中部的走行方向。在所有三个平面/窗口中检查并调整重建平面的方向（应使其垂直于神经穿行的方向，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穿行，并相应调整平面方向。
         1. 为校正平面方向，将鼠标光标移至MPR窗口中各平面的轴线十字中心位置（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，并将轴线在每个平面中大致移动至内耳道入口处。
         3. 使用鼠标移动到各轴的侧面以激活旋转功能（当鼠标指针变为曲线图标时，表示进入正确的旋转状态），调整三个轴的方向与神经走行一致。然后按住鼠标左键并拖动鼠标，以调整平面方向。
         4. 调整MPR窗口中所有三个视图的平面方向。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窗口左下方的视图，将鼠标移至轴向十字线中心，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，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 MPR 窗口右上方的窗口以选择该平面。选择 "文件" → "导出" → "导出为 DICOM 文件". 在 "DICOM 导出"-窗口选择 "序列：" → "当前图像仅显示" 通过单击相邻的圆形选择器。
         7. 此处应适当重命名该系列 "VIII 型环磷酸腺苷激活蛋白"。然后左键单击 "好的"DICOM 导出窗口右下角的按钮。
            ​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（IAC）孔处重建前庭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），该层面通常可实现具有代表性的清晰可视化。检查神经是否存在偏斜平面走行，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，将其移至内听道孔处的前庭蜗神经（CN）、前庭上神经（SVN）和前庭下神经（IVN）位置，并按照步骤4.2.3.1.1至4.2.3.1.5所述，利用各轴侧面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。
      2. 按照步骤 4.2.3.1.6 - 4.2.3.1.7 所述，导出并重命名重建的平面。
   5. 在CPA层面、IAC孔道处及IAC盲端处，按照步骤4.2.3所述重建面神经（颅神经VII）的正交视图。检查神经是否存在偏平面走行，并在各重建层面相应调整平面方向。
3. 测量
   注意：在重建的横断面图像上进行以下测量：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4 和 图5注意在扫描之间保持一致的窗宽和窗位，以避免部分容积效应以非系统性的方式影响定量测量结果。
   1. 通过左键单击相应的图像文件（此前命名的）选择桥小脑角水平面左侧颅神经VIII的先前重建图像 "VIII 因子相关蛋白"在DICOM查看器的数据库窗口中双击文件名以打开该文件。重建的图像将在单个窗口中打开。
   2. 如有需要，按照步骤 4.2.2 的说明放大图像结构。选择 "长度" 用鼠标左键点击三角形符号旁边的 "更改鼠标按钮功能" 在屏幕顶部的工具栏中，左键单击并按住鼠标左键，绘制第八脑神经最长直径的测量线；此测量值为 LD。
   3. 垂直于LD进行测量，以获取SD的测量值。
      ​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. 在图像数据库中名为的图像文件中，于内听道（IAC）外口水平的前庭蜗神经（VIII 颅神经）重建图像上，同样重复进行 LD 和 SD 的测量。 "第八孔道" 以及在内听道底部的层面，文件名 "VIII 神经节".
   4. 建议使用封闭多边形感兴趣区域（ROI）评估横截面积（CSA），以校正颅神经横断面轮廓可能存在的不均匀性。在屏幕上方的工具栏中，按下位于右侧的三角形符号 "鼠标按钮功能" 区域并选择 "闭合多边形" （先前选定的线符号将变为多边形）。
   5. 通过在第八对脑神经边界的多个位置单击鼠标左键，勾勒出该神经的轮廓。在目标位置处双击鼠标左键以闭合多边形，完整的轮廓将被显示。
      注意：如有必要，可通过左键单击并移动来调整多边形顶点的位置。
   6. 打开先前在CPA水平对面神经进行的重建（图像文件名 "VII 型胶原蛋白相关疾病（VII CPA）"）并按照步骤 4.3.1 - 4.3.5 对面神经（cranial nerve VII）进行 LD、SD 和 CSA 的测量。
   7. 在内听道外口水平打开重建图像，按照步骤 4.3.1 - 4.3.5 对前庭神经、上 vestibular 神经、下 vestibular 神经和面神经（CN VII）进行 LD、SD 和 CSA 的测量。
   8. 在内听道（IAC）底部层面打开重建图像，按照步骤 4.3.1 - 4.3.5 对前庭上神经（SVN）、前庭下神经（IVN）、耳蜗神经（CN）及面神经（cranial nerve VII）进行 LD、SD 和 CSA 的测量。

结果

采用统计分析软件进行统计分析，应用双侧独立样本t检验。图像评估由两名阅片者完成。患者组（n = 21）与健康对照组（n = 39）在面神经、CN、SVN和IVN的横截面积（CSA）测量值的平均值之间存在显著差异（表2）。患者组的CSA测量值显著增大（图2 和 图3）。LD和SD的测量结果因测量部位不同而有所差异，两组之间的LD和SD亦存在差异。例如，在内耳道水平，患者组SVN的SD显著大于健康对照组，而LD差异无统计学意义（表3 和 表4）。基于中介物的MD理论支持这些发现^7,15。

讨论

我们展示了一种可行且易于实施的评估颅神经形态计量学变化的方法，此类变化可能出现在多种病理生理状况下，本文中则针对梅尼埃病（MD）患者与正常听力对照组进行了比较。

修改与故障排除：

与本文中针对 7 所报道的类似测量^th 和 8^th 只要颅神经仍被脑脊液包围，即可利用所采用的3D-CISS序列扫描对所有其他颅神经在不同层面进行成像；否则，上述MR扫描序列技术可能会出现对比度问题。对于未被液体包围层面的颅神经进行形态计量学分析时，必须更改MR扫描方案。 例如，静脉注射钆剂或采用MRI脂肪抑制技术。在整个神经走行区域的正交重建图像上进行测量仍是必需的。

将基于磁共振的内淋巴积水评估与形态计量学分析相结合时，磁共振扫描不仅可用于描述颅神经的解剖学改变，还可辅助梅尼埃病（MD）的诊断。未来，包括机器学习和人工智能在内的自动化形态计量分析技术有望加快评估速度，并提高测量与评估的一致性。

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，或适当的DICOM格式MR扫描图像，例如 3D-CISS	Siemens Healthcare GmbH，德国埃尔兰根，或任何其他厂商提供的MR扫描图像	1	可使用适当采集的MR扫描图像替代MR扫描仪进行形态测量分析
Osirix 或任何其他带有适当评估工具的DICOM图像查看软件	Pixmeo SARL，瑞士日内瓦	2	用于查看和评估DICOM图像的软件
MedCalc 或任何其他统计分析软件，例如 SPSS	MedCalc Software bvba，比利时奥斯坦德	3	用于统计分析的软件
计算机，运行 Windows 或 MacOSX/macOS 操作系统	例如联想、苹果或任何自制设备	4	用于运行上述软件的硬件设备