0 引言

       腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation, LDH）是由于椎间盘的髓核通过纤维环的位移超过正常椎间盘边缘，对神经根、马尾神经造成压迫，从而引起腰痛、下肢放射痛、责任神经根支配区域的麻木或无力、大小便失禁等临床症状^[1]。LDH的终身发生风险约为30%，好发于30至50岁年龄段的人群，年发病率约为1%~3%^[2]。约9.1%的手术患者可能复发，其中38%发生在术后一年内^[3]。LDH需与无症状的腰椎间盘突出（影像学表现）区分，后者仅为形态学改变，而LDH强调临床症状与神经压迫的关联^[4]。研究证实^{[5, 6]}，腰骶神经的机械性压迫及炎性刺激是导致腰痛和下肢疼痛的核心病理机制。因此，神经根受压程度和位置的精准评估对诊断及治疗至关重要。疾病早期以保守治疗为主，若疼痛加剧、反复发作，则需考虑外科手术干预^[7]。随着技术的发展，经皮内镜腰椎间盘切除术（percutaneous endoscopic lumbar discectomy, PELD）因其切口小、出血量少、恢复快、住院时间短以及与开放手术相当的临床效果而越来越受到认可，逐渐成为主流术式^{[8, 9, 10, 11]}。

       传统LDH诊断主要依赖临床症状和X线、计算机断层扫描（computed tomography, CT）等影像学检查，但在评估神经根损伤程度和术后康复状态方面存在局限性。常规磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）通过T1加权和T2加权成像能够清晰显示神经根的形态、位置及其与椎间盘的关系，准确判断神经根是否受压或移位。T2加权成像还可显示神经根周围的高信号，提示水肿或炎症^{[12, 13]}，但受主观因素影响大，难免出现误诊、漏诊的情况，在功能评估方面存在明显不足，难以检测早期神经根微损伤（如轴突损伤、脱髓鞘），且术后难以区分瘢痕组织与神经根实际恢复状态^[14]。因此，尽管常规MRI在形态学评估中具有重要价值，但其在功能和微观结构评估方面的仍有局限性，所以急需一种可以对LDH患者神经根定量分析的新技术。多模态磁共振技术，如磁共振神经成像（magnetic resonance neurography, MRN）、弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）、弥散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography, DTT），弥补了传统MRI的不足，可提供神经根微结构、功能状态（神经传导完整性）及血-神经屏障通透性等定量信息，从而更精准评估神经根受压程度、炎性反应及术后恢复情况。例如，MRN可以清晰显示神经根走行和受压情况^[15]；DTI提供了多个定量指标，如各向异性分数（fractional anisotropy, FA）、表观弥散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）等，可以全面反映神经纤维的健康状态^[16]；DTT能够提供神经纤维的三维可视化图像，直观展示神经纤维的走行和连接^[17]。这些技术的结合，为LDH的诊断提供了更为丰富的信息。然而，现有研究仍存在多模态磁共振参数尚未标准化、不同序列的联合应用策略缺乏共识、长期随访数据不足难以验证其预测术后疗效价值等问题，使临床推广受限。本文系统综述多模态磁共振技术在LDH微创术前后神经根评估中的应用现状，分析其优势与局限性，并探讨未来与人工智能结合的发展方向，旨在为临床优化诊疗决策、科研探索神经根损伤机制提供参考，推动个体化精准医疗的实现。

1 多模态磁共振技术原理

1.1 MRN

       MRN技术在显示神经根走行和受压情况上有极大优势，此前关于神经结构的研究主要集中在尸体标本上，来自活体患者的数据难以获取^[18]。但伴随着三维成像、平行成像和血管抑制技术的发展，MRN通过结合特异性抑制技术来抑制周围的脂肪、肌肉和血管，使其在神经成像方面优于常规MRI，能够以更高的对比度突出神经解剖结构，使神经与周围组织区分开来^[19]。3.0 T MRI的广泛使用及各向同性三维图像和功能成像，如弥散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）或DTI的引入，加速了MRN技术的成熟。MRN常用两种序列^[20]：一是脂肪抑制序列，化学位移选择性脂肪抑制可以利用水和脂肪中氢原子的化学位移差异，通过特定频率的脉冲激发脂肪分子，使其饱和，抑制其信号。反转恢复脉冲序列通过设定特定的反转时间，使得脂肪的纵向磁化矢量在短时间内恢复到零，抑制其信号，从而使神经呈高信号。二是DWI序列，DWI是一种用于量化水分子随机热运动的技术。其在大脑和脊髓中的应用相似，能够准确描绘具有相对较长T2弛豫时间和弥散受限的外周神经。通过使用空间反转恢复和重的弥散敏感梯度，有效抑制背景信号^[19]。随着MRI技术的升级，不同的扫描序列在组织分辨率、成像速度、信噪比等方面展现出独特的优势。孙峥等^[21]认为三维多回波数据联合成像（three dimensional multi-echo data imagine combination with selective water excitation, 3D MEDIC WE）和三维快速自旋回波成像（three dimensional sampling perfection with application optimized contrasts by using different flip angle evolution, 3D SPACE STIR）序列能清晰显示正常腰骶丛神经根、疾病引起的增粗神经根和椎间盘突出导致的受压神经根，可为评估LDH腰骶神经根受压情况提供直观的解剖形态信息。罗维斯等^[22]研究发现三维快速稳态进动成像（three dimensional fast imaging employing steady state acquisition, 3D FIESTA）序列提供了一种更为精确的视觉化手段。该序列能够清晰地描绘出神经根的走行轨迹，直观地观察到椎间盘、脊神经关系，从而准确评估神经根外侧脂肪间隙的狭窄程度以及腰骶神经根的受压情况。这些图像展示了脊神经根的形态、尺寸、走行路径以及其与邻近椎间盘的相互作用关系，在诊断LDH方面具有很高的价值。尽管技术有所进步，但将MRN应用于腰骶神经根仍然具有挑战性，因为腰骶神经根具有复杂的解剖结构，对宽视场有更高空间分辨率的技术要求^[19]。

1.2 DTI

       DTI是一种通过在至少6个方向施加额外的弥散敏感梯度来测量外周神经中水分子方向性的弥散技术。方向性运动可以通过具有9个分量的张量和矩阵来表达，这被可视化为一个弥散椭球^[23]，从椭球的三个特征值中得到DTI相关的四个主要参数。如FA代表了纤维束内各向异性弥散的程度，对应三个特征值的标准差，范围为0~1，FA值与轴突密度和直径的相关性比与髓鞘密度和厚度的相关性更强，这支持了轴突膜在各向异性水弥散中起主要作用以及髓鞘形成可以调节各向异性程度的理论^[24]。平均弥散系数（mean diffusivity, MD）是张量矩阵中三个特征值的平均值，反映分子在3D组织空间中的弥散率^[25]，与神经水肿、沃勒变性相关。轴向弥散系数（axial diffusivity, AD）是最大的特征值，代表了弥散运动，且受到的阻碍最小，反映了轴向传导的程度和轴突的完整性。径向弥散度（radial Diffusivity, RD）是其他两个特征值的平均值，代表了沿神经短轴的水分子运动，从而指示髓鞘的完整性^[26]。DTI目前主要用于中枢神经系统病变^[27]、颅内血管疾病^[28]、脊髓病变^[29]、周围神经系统病变^[30]等神经相关疾病的评估。相关研究表明，神经根FA值、AD值和RD值的变化可以指示神经愈合的进展或缺乏。任何神经损伤通过干扰受累神经的纤维完整性和生理各向异性可以引起FA值的减少。而FA值升高和RD值降低可能提示神经再生成功，表明神经纤维微结构组织恢复^{[23, 31, 32]}。DTI可作为常规MRI检查的重要辅助手段。当患者出现多节段腰椎间盘病变并引起多发性神经根损伤时，其临床表现与常规MRI检查结果存在显著差异时，DTI检查尤为重要，它能够提供传统影像学无法获取的神经纤维束信息，为临床诊断和治疗方案的制订提供重要参考依据。但因存在周围神经直径较小、DTI空间分辨率低、与邻近静脉和肌肉的对比度相似、通常偏离等中心位置以及成像时固有磁场的不均匀性等问题，DTI技术在应用中仍具有挑战性^[23]。

1.3 DTT

       DTT是一种基于DTI的技术，通过对水分子弥散的复杂模型进行分析，绘制出神经纤维的三维轨迹，可直观显示正常椎间盘纤维束完整性，当纤维环发生断裂,则可在纤维束示踪成像图表现为纤维束异常。常用的DTT参数有FA、MD和束体积（tract volume, TV）。TV表示神经束中包含的体素数。当FA和TV值降低，MD值升高时，认为存在神经损伤^[33]。有研究^[17]发现，对LDH患者进行DTT成像，发现健侧纤维束完整、走行自然，而患侧神经根纤维束有不同程度的移位、稀疏、中断表现，这表明DTT所示的平均神经纤维密度指数、神经根纤维束长度可鉴别与病理状况相关的神经束损伤，从而有效评价神经损伤退变及再生情况^[34]，还可使神经束可视化，并展示出大致的纤维结构，提供有关肌肉组织和周围神经的定量信息（如：肌肉组织、神经根的FA值、MD值；神经束的密度、长度、直径等）^[33]。通过三维可视化的图像，可以直观地观察到神经根在椎管内的形态变化，如神经根是否变形、变细、中断等，这对于针对性治疗方案的制订非常重要。但DTT存在空间分辨率低、对运动敏感、后处理技术复杂、耗时长、对操作者要求更高等问题，且在某些情况下可能出现纤维束追踪错误，会影响诊断准确性，未来仍需进一步改进。

2 微创术前后对LDH患者神经根的影像学评估

2.1 多模态磁共振技术在LDH患者神经根形态与功能学评估中的综合应用

       多模态磁共振可全程、直观显示神经根解剖，从形态学上三维立体直观评价神经根受压程度，从功能学上定量评价神经根受损情况。李福地^[35]研究300例经手术证实的LDH患者，发现与常规MRI相比，联合使用3D-STIR序列诊断神经根受压情况与手术结果符合率更高，表明LDH诊断中联合使用3D-STIR检查可直观显示脊神经根走行及受压情况，从而提高LDH诊断的准确率。戎冬冬等^[36]提出T2-SPACE序列可以显示腰骶神经根的形态及其与周围组织的空间关系，提供神经根压迫和解剖结构的细节，对判断腰骶神经根走行及受压情况具有独特优势。陈水斌等^[37]认为冠状位MRI PROSET水激发序列在定位致病节段和受压神经根方面具有高准确性，其敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值和准确性均表现优异，与术中及术后诊断的一致性高，对复杂多节段LDH患者的诊断具有较好的应用前景。陈镜聪等^[38]研究利用DTT技术，通过神经纤维束密度指数得出每单位所含纤维束数目，以更加直观了解最细微的参数变化，发现腰椎间盘神经受压症状越明显，其每单位所含纤维束数目越少，可提高LDH诊断的准确性。但这些研究存在样本量不大、长期随访数据不足、缺少多中心研究等缺点，限制了结果的普适性和长期意义。未来的研究可以通过扩大样本量、开展多中心研究、进行长期随访以及与其他技术对比等方式，进一步提高研究的科学性和临床应用价值。

2.2 多模态磁共振技术基于神经根评估的微创手术入路规划及安全性分析

       在微创术前，确定手术入路至关重要。KAMBIN等^[39]提出了在腰椎间盘后外侧区域，器械以45°角插入时，可绕过硬膜囊和神经根，进入一个安全的手术操作带，该区域在解剖学上呈现为一个无重要神经血管结构的直角三角形，这一区域被命名为“Kambin三角”。多模态磁共振技术可以清晰显示“Kambin三角”，为手术路径的选择和手术安全性评估提供重要的影像解剖学依据^[15]。LIU等^[18]分析了127例接受经皮椎板间入路椎间盘摘除术（percutaneous endoscopic interlaminar discectomy, PEID）且随访超过12个月的患者，测量神经根与硬膜囊在冠状面的距离，发现椎间盘突出对神经根的压迫程度随神经根与硬膜囊之间距离的增加而增加，从而使椎板间入路更适合治疗LDH。该研究首次报道了术前MRN在PEID的手术分析和临床结果评估中的价值，以证明椎板间入路的可行性和安全性。CHENG等^[40]提出根据神经根FA值和ADC值的变化，可以定位责任神经根，从而为手术提供精确入径，提高治疗的安全性。YAMADA等^[41]使用人工智能创建的MRI上腰椎神经根的融合三维图像和CT图像上腰骶棘和髂骨的融合三维图像模拟了全内窥镜腰椎间盘切除术（full endoscopic lumbar discectomy with the transforaminal approach, FED-TF）手术过程，可视化了每种情况下的内窥镜插入路线，可以与术中荧光透视结合使用，以安全地接近椎间盘。YANG等^[42]利用MRN有效地评估工作区域，并且确定了神经损伤的独立危险因素，研究认为身高越大、BMI越高的受试者，其安全工作区、修正工作区、工作三角形区域也越大，L4/L5手术面积最大，最安全工作区面积最大，神经损伤风险最低。所以术前MRN检查可以更好地制订个体化的手术计划。刘立嘉等^[43]术前使用DTI技术辅助微创治疗伴有邻近节段椎管狭窄的LDH，发现DTI技术能准确判断责任神经根节段，有效提高手术疗效。徐睿等^[44]联合使用DTT与三维真稳态进动快速成像（three dimensional true fast imaging with steady state precession, 3D-TureFLSP）序列，清楚显示神经根形态及走行情况，评价神经根炎性反应，结合神经根的FA值、ADC值定量分析责任神经根位置，可以提供更多诊疗信息。但以上多数研究为回顾性设计，可能存在选择偏倚，未设置对照组，无法直接比较不同手术方法的效果。并且术前影像学检查是在仰卧位进行的，而手术是在俯卧位进行的，体位差异也可能导致模拟结果与实际手术情况存在偏差。

2.3 多模态磁共振技术评估神经根参数在预测疗效方面的应用

       多模态磁共振技术测量神经根的相关参数可以有效预测手术疗效。赵红梅等^[45]研究发现LDH患者椎间盘内炎症因子的过度表达可引发椎间盘组织增生，进而导致椎间孔容积减少，对脊神经根产生压迫作用。这一病理过程不仅降低了椎间盘的弹性和结构稳定性，还会削弱脊柱的生物力学承载功能，从而对经皮椎间孔入路椎间盘切除术（percutaneous endoscopic transforaminal discectomy, PETD）的临床疗效产生不利影响。所以术前进行多模态磁共振检查判断神经根受压情况可提前预测手术疗效，便于制订合适的手术方案。WU等^[46]认为术前受压侧神经根的FA值对LDH患者的手术结果具有很好的预测性能，术前受压侧神经根FA值较高的LDH患者更有可能获得积极的手术结果。这些研究在预测疗效面具有良好效果，但感兴趣区域的选取标准并不一致且未排除保守治疗的影响，限制了结论的可靠性和普适性。

2.4 多模态磁共振技术在LDH术后神经根功能恢复评估中的应用

       术后随访是评估手术效果的重要环节。采用多模态磁共振技术，可以有效评估术后神经功能的恢复情况。李霞等^[47]研究25例LDH患者行PETD后神经根变化，发现术前、术后1个月，患侧神经根的FA值均低于正常组，而术后3个月患侧FA值明显高于术前，说明DTI可定量评估PETD术后患侧神经根恢复情况。LI等^[48]研究19例行PETD的LDH患者，在术前、术后3天、术后30天、术后90天分别进行DTI检查，发现术前、术后3天、30天受压侧神经根FA值与正常侧神经根FA值有差异，术后90天受压侧神经根与正常侧神经根FA值无显著差异，说明DTI能定量评估患者术后不同时期的神经根显微结构恢复情况，提供了神经根慢性损伤修复过程的客观依据。SHI等^[49]研究了神经根的关节下区（外侧隐窝）、椎间孔区和椎间孔外区的FA值、ADC值在术前后的变化，发现PETD术后受压侧神经的FA值升高，这表明受压侧神经根得到改善，并且术前DTT显示的症状性神经束近端亚区（关节下区）的视觉异常，在术后观察到相应的改善。DTT显示腰骶神经束造影异常部位与FA值变化一致，表明受压神经的FA值与临床症状有很强的相关性，而DTI与DTT联合可有效反映神经束变化，评价手术疗效。韩孟龙等^[17]研究利用DTT技术显示神经纤维束完整性在术前、术后的变化，对手术疗效有较好的评价。这些研究验证了多模态磁共振技术在LDH微创术后的应用价值，可以定量评估神经根恢复情况，为临床手术疗效提供了更准确的评估手段，有助于优化治疗方案和改善患者预后。但部分研究中会发现患者受压侧神经根的ADC值有的较健侧升高，有的较健侧减低，这是因为ADC值与水分子的弥散能力有关，所有影响水分子弥散的行为都有可能影响ADC值的真实性，因此造成测出来的数值与实际有偏差。这可能与患者病程所处的病理变化阶段或术前是否接受过保守治疗有关，因此还需要多中心、大样本的数据进行研究。

3 多模态磁共振技术结合人工智能在LDH自动检测与神经根评估中的应用与挑战

       近年来，许多专家学者尝试使用人工智能来检测LDH。SUSTERSIC等^[50]提出了一种基于卷积神经网络（convolutional neural network, CNN）的深度学习模型，能够利用MRI图像实现自动识别和分割椎间盘区域，并且快速处理大量图像数据，减少人为因素导致的诊断误差。此外，人工智能模型通过多分类能力，能够区分健康、膨出、突出等不同状态的椎间盘，为临床决策提供更详细的依据。DUAN等^[51]提出了一种基于YOLOv5的改进模型，即BE-YOLOv5，用于MRI对LDH的检测和分级，提高了检测精度和速度。在传统的磁共振物理学中，提高信噪比和缩短采集时间往往是相互矛盾的。然而，目前基于深度学习的图像增强技术可以同时实现这两个目标。具体而言，基于深度学习的图像重建通过增加信噪比和边缘锐度来提高图像质量，同时减少扫描时间。在二维快速自旋回波成像中，深度学习重建的图像显著改善了神经外膜和神经束结构的可见性^{[52, 53]}。然而，MRI图像数据量大且复杂，人工智能模型训练需要大量的标注数据，而高质量的医学图像数据集相对有限，这可能限制了模型的泛化能力。并且，人工智能模型的决策过程缺乏透明性，难以解释其诊断依据，这在一定程度上影响了临床医生对其结果的信任度。此外，当前研究在微创术前后神经根状态评估的应用研究较少，未来需进一步拓展数据集、优化模型，加强在神经根评估领域的探索。

4 小结与展望

       多模态磁共振技术在LDH的微创术前后神经根评估中展现出广阔的应用前景。其在术前的影像学评估、手术规划、预测疗效、术后随访中，均能够提供精确的影像学信息，有助于做出更精准的判断。但仍存在一些问题需要解决：（1）DTI和DTT技术对患者运动和呼吸伪影特别敏感，可能导致图像质量下降，影响诊断的准确性；（2）多模态磁共振技术通常需要较长的成像时间，这可能对患者的配合度提出更高要求，尤其是对于不能长时间保持静止的患者；（3）多模态磁共振技术的参数设置和图像分析方法尚未统一，导致不同研究之间的结果难以比较；（4）多模态磁共振技术在评估神经根损伤程度时，仍存在一定的假阳性和假阴性率，需要进一步优化成像序列和图像分析方法；（5）关于多模态磁共振技术在LDH术后长期随访中的应用研究较少，缺乏大样本、多中心的长期随访数据。

       随着脉冲序列技术的优化及高场强磁场的发展，多模态磁共振技术能够依据多样化的参数指标实现对神经根损伤程度的量化评估，并监测术后神经根的康复状态，进而提升诊断的准确率，客观评价手术疗效。展望未来，在人工智能重建算法不断进步和更高场强（如≥7 T）MRI的支持下，多模态磁共振技术联合应用或与人工智能相结合，有潜力实现更高分辨率的神经纤维束结构成像，进而提升对周围神经疾病的诊断能力。