扩散张量成像评估脊髓型颈椎病的研究进展

杨雪丽 （长江大学医学院，湖北 荆州434023）

刘沛武 （长江大学荆州临床医学院 荆州市中心医院放射科，湖北 荆州434020）

任伯绪 （长江大学医学院，湖北 荆州434023）

脊髓型颈椎病（cervical spondylotic myelopathy，CSM）是颈椎病中最严重的一种类型，也是老年人脊髓功能障碍最常见的原因之一［1］。如果不及时给予合适的治疗，可能会导致进行性残疾和瘫痪。因此，在其发病的早期阶段做出准确的影像诊断有助于指导病人进行减压手术干预治疗，相比于晚期阶段治愈率也更高［2］。临床实践中，常规MR是颈椎病的最佳显示手段，但扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）对于观察白质病变较传统MR更敏感［3］。近几年，人们利用MR的新技术—DTI检测脊髓内微观病灶显示出明显优势。

1 DTI的发展

DTI是一种先进的非侵入性磁共振技术，它能可视化及定性、定量评估白质纤维束的完整性，较常规MR在颈髓疾病中的应用能提供更多的信息，现已有报道显示DTI已成功地应用于颈髓多种疾病中［4～6］。DTI源于已在临床成熟应用的的磁共振技术—扩散加权成像（diffusion－weighted imaging，DWI），DWI是基于评价活体组织自由水分子的扩散，扩散受到干扰（限制或增加）时，可通过测量ADC值进行定量评估。目前临床实践中，DWI已成为急性脑梗塞、脑脓肿、表皮样囊肿及脑肿瘤等疾病的常规扫描技术。DWI反映自由水分子的各向同性扩散，而DTI则反映各向异性扩散。DTI主要用来评估大脑和脊髓的白质，在这些结构中，水分子的扩散被限制垂直于白质纤维束的方向，即为所谓的各向异性扩散，通过各向异性参数可以定量的评估扩散的各向异性。各向异性扩散值（fractional anisotropy，FA）是白质纤维束完整性的标志，它的降低表示白质纤维束的损伤和退化［7］。DTI是一种快速发展的技术，它常用于评估大脑病变，尤其是脑部的肿瘤性病变，通过定义肿瘤和白质纤维束之间的关系帮助指导和规划手术。有报道称DTI在神经退行性疾病如阿尔茨海默病和其他痴呆［8，9］有很好的应用前景。

2 DTI相关参数

3 DTI在正常颈髓中的应用

在研究DTI应用于CSM时，部分学者为建立正常颈髓DTI的度量值特征进行的实验结果显示，不同节段正常颈髓的DTI参数特征与多种因素有关。Song等［11］通过临床试验，测量20个正常志愿者C2～C6段颈髓的FA值和ADC值时，发现FA值在4个节段中有较大的差异，且在C2／3水平测量值最高；而ADC值在这4个节段无明显差异。结果提示正常颈髓的DTI参数存在节段性差异，这可能与白质纤维束的密度、直径及髓鞘形成等内在的差异有关。Brander等［12］收集4组不同年龄段的正常志愿者且每组5名男性和5名女性，进行C2—C7段颈髓FA值及ADC值的测量，结果显示FA值减少，ADC值增加。这表明DTI参数在正常志愿者不同阶段颈髓中存在差异，而与志愿者的年龄和性别没有关系。而关于DTI参数与年龄有无相关性，另有学者得出不一致的结论。例如Van Hecke等［13］以不同年龄阶段的正常人为实验对象，测量四个不同年龄组志愿者C2～C7各阶段的DTI参数，结果显示随着年龄的增长，FA值降低，MD值和3个本征值增加。正常颈髓DTI参数与年龄的变化有无相关性有待进一步的研究。也有学者对DTI参数值与扫描参数之间有无关系做了相关研究。Santarelli等［14］对20个正常志愿者采用不同的扩散方案、不同的采集时间、不同的成像体素进行颈髓DTI扫描，结果显示6、15、32三个不同的扩散方案，获得的FA值分别是0.84、0.75、0.70；成像体素大小选2～8mm3时结果显示体素越小，FA值越大。实验证明，采集参数如成像体素的大小及扩散梯度方向的多少也可导致报告数据的多样性，然而与此相关的实验报道较少。目前，关于不同的机器型号和设备对正常颈髓DTI参数有无影响，国内尚没有相关报道，是一个有待探讨的问题。

4 DTI在CSM中的应用

临床研究显示，DTI是评价CSM的一个新工具，较常规MRI具有早期、精确、敏感的诊断价值。武乐斌等［15］在评价常规MR和DTI对CSM患者的诊断敏感性发现：实验阴性组（22例常规MR正常者）当中7例患者DTI参数未见明显异常变化，15例患者颈髓受压水平ADC值升高、FA值下降，常规MR和DTI的诊断敏感度分别为29.0%、67.7%。吴海云等［16］在探讨DTI对CSM早期损伤的诊断价值中，分别测量45例常规MRI正常的CSM患者受压部分的ADC值和FA值，发现其中3例患者ADC值降低，42例患者ADC值增高；而44例患者FA值降低，1例患者FA值增高，实验结果统计分析显示ADC值诊断的敏感性为93.33%，FA值诊断的敏感性为97.78%。这两种结论均证明了DTI较常规MR在CSM应用中更具有优势，且后者结论得出FA值较ADC值诊断CSM更敏感。另有国外学者［17］测量26位颈椎病患者的FA值和MD值，实验结果显示MD增加和FA值降低对颈椎病都有诊断效应，而且MD值增加较FA值降低敏感性和特异性更高。关于FA值和MD值哪个较具有敏感性和特异性，目前尚未统一的结论。DTI不仅具有敏感的诊断价值而且可以预测CSM患者术后恢复效果，提高手术决策，指导患者选择合适的治疗方案，Jones等［18］对30个CSM患者做DTI检查，并对其中15个患者进行减压手术治疗，实验显示FA值高的手术患者比FA值低的手术患者有较高的临床评分，这提示FA值的高低可以预测患者术后的恢复情况。Kerkovsky等［19］研究结果显示FA值、ADC值对CSM患者术后效果的预测较常规T2WI脊髓高信号和脊髓横断面积敏感性更高。另外DTI参数与CSM的临床严重程度之间的相关性目前仍有分歧。例如，有学者［20］收集15例颈椎病患者，根据临床评估问卷确定颈椎病的严重程度，分为瘫痪组和疼痛组，分析C3－C7椎体水平FA和ADC参数的平均值，实验结果显示瘫痪组相比疼痛组，FA值明显降低，而ADC值明显增加。另有学者也得出相似的结果，Budzik等［21］收集的20例CSM患者，根据临床评估问卷确定颈椎病的严重程度，并测量了受压节段颈髓的FA值和ADC值，结果显示FA值与临床评估呈正相关。然而，也有学者得出了相反的结论，Kara等［22］通过16例CSM患者，研究DTI参数和临床症状持续的相关性，实验分别测量患者椎管狭窄最严重的节段和正常节段的各参数，结果显示椎管狭窄节段FA值降低，ADC值增加，但是FA值和ADC值的变化与患者临床症状没有相关性。这些不同的实验结论需要进一步相关的实验探讨。近期，国外学者［23］探讨根均方移位（root mean square displacement，RMSD）和平均扩散峰度张量（mean diffusional kurtosis，DK）这两个Q－空间成像数据指标在CSM中的应用价值，分析受压节段脊髓和正常节段脊髓的FA值、ADC值和这两个新的扩散指标，结果显示病变部位脊髓的FA值和DK值降低，RMSD值升高，并且有统计学意义（P＜0.05），ADC值升高无统计学意义（P＞0.05），提示这两个新的扩散指标在评价颈椎病早期阶段微观结构的改变和损失方面可能具有高度的敏感性。目前，国内未见与此相关的文献报道，国外相关文献报道也较少。

DTI的另一应用是纤维束追踪（fiber tractography，FT）成像，它以三维图像的形式显示白质纤维束，使病变可视化，可直观的观察脊髓结构，并能定量分析CSM。Wen等［24］通过对比15例健康者和7例CSM患者C1－C7纤维束的长度和密集度，发现CSM患者纤维束的长度缩短、密集度减低，并且纤维素的密集度和CSM患者的临床症状评分相关。国内学者袁逍等［25］分析轻、中、重、严重四组症状程度不同的CSM患者DTI参数，发现随着临床症状的加重，FA值呈下降趋势，且脊髓FT成像显示纤维束破坏程度逐渐加重。FT不但是检测CSM的可靠方法，而且也可用来表达病变的严重程度及纤维的受损范围。

5 DTI颈椎病中应用的受限因素

DTI在颈部疾病的应用由于受多种因素的限制和挑战，至今还不能获得令人满意的诊断图像，因此，颈髓DTI尚未用于常规临床实践中。常见的受限因素如下：①脊髓周围骨质结构产生的磁敏感伪影，以及周围脂肪组织造成的化学位移伪影均可导致图像变形。②由于DTI对运动十分敏感，颈部大血管的波动，呼吸和吞咽运动及周围脑脊液的流动都会造成运动伪影，影响图像质量。③在颈部脑脊液不是各向异性扩散，由于部分容积效应，脑脊液会影响颈髓各向异性扩散指数。④脊髓体积小，需要使用小体素成像，降低了图像信噪比。⑤由于受颈椎病疼痛的影响，患者不能很好地配合检查。

6 结语

脊髓DTI作为一种先进的非损伤性的功能成像技术，不仅较常规MR有更敏感的诊断性能，还可预测患者术后功能恢复情况，将来可能成为CSM治疗方案决策的指导手段。目前DTI在颈椎病中的应用仍然存在很多挑战，其应用还处在不成熟阶段，随着扫描和后处理一些新技术的开发，颈部DTI在实验和临床实践中的应用将会成为临床评价CSM常用的、可靠的工具。

［1］Baron E M，Young W F.Cervical spondylotic myelopathy：a brief review of its pathophysiology，clinical course，and diagnosis ［J］.Neurosurgery，2007，60：S35～S41.

［2］Yagi M，Ninomiya K，Kihara M，et al.Long－term surgical outcome and risk factors in patients with cervical myelopathy and a change in signal intensity of intramedullary spinal cord on magnetic resonance imaging ［J］.Neurosurg Spine，2010，12：59～65.

［3］van Hecke W，Nagels G，Emonds G，et al.A diffusion tensor imaging group study of the spinal cord in multiple sclerosis patients with and without T2spinal cord lesions ［J］.Magn Reson Imaging，2009，30：25～34.

［4］Hori M，Fukunaga L，Masutani Y，et al.New diffusion metrics for spondylotic myelopathy at an early clinical stage ［J］.Eur Radiol，2012，22：1979～1802.

［5］Mueller－Mang Ch，Law M，Mang T，et al.Diffusion tensor MR imaging（DTI）metrics in the cervical spinal cord in asymptomatic HIV－positive patients ［J］.Neuroradiology，2011，53：585～592.

［6］Setzer M，Murtagh R D，Murtagh F R，et al.Diffusion tensor imaging tractography in patients with intramedullary tumors：comparison with intraoperative findings and value for prediction of tumor respectability ［J］.J Neurosurg Spine，2010，13：371～380.

［7］Hasan K M，Walimuni I S，Abid H，et al.A review of diffusion tensor magnetic resonance imaging computational methods and software tools［J］.Comput Biol Med，2011，41：1062～1072.

［8］Zimny A，Szewczyk P，Czarnecka A，et al.Multimodality approach in diagnostics of Alzheimer’s disease and mild cognitive impairment－value of magnetic resonance spectroscopy，perfusion and diffusion tensor imaging of posterior cingulate gyrus ［J］.Pol J Radiol，2010，75：46.

［9］Szewczyk P，Zimny A，Trypka E，et al.Assessment of degradation of the selected projectile，commissural and association brain fibers in patients with Alzheimer’s disease on diffusion tensor MR imaging ［J］.Pol J Radiol，2010，75：7～15.

［10］Beaulieu C.The basis of anisotropic water diffusion in the nervous system －a technical review ［J］.NMR Biomed，2002，15：435～455.

［11］Song T，Chen W J，Yang B，et al.Diffusion tensor imaging in the cervical spinal cord ［J］.Eur Spine J，2011，20：422～428.

［12］Brander A，Koskinen E，Luoto T M，et al.Diffusion tensor imaging of the cervical spinal cord in healthy adult population：normative values and measurement reproducibility at 3TMRI ［J］.Acta Radiol Online First，Published on August 22，2013as doi：10.1177／0284185113499752.

［13］Van Hecke W，Leemans A，Sijbers J，et al.A tracking－based diffusion tensor imaging segmentation method for the detection of diffusion－related changes of the cervical spinal cord with aging ［J］.J Magn Reson Imaging，2008，27：978～991.

［14］Santarelli X，Garbin G，Ukmar M，et al.Dependence of fractional anisotropy of cervical spine from the number of diffusion gradients，repeated acquisition and voxel size ［J］.Magn Reson Imaging，2010，28：70～76.

［15］武乐斌，朱向玉，王光彬，等 .磁共振扩散张量成像对脊髓型颈椎病脊髓慢性损伤的评价 ［J］.磁共振成像，2010，1（3）：188－193.

［16］吴海云，刘志兰，王丹，等 .扩散张量成像对颈椎病脊髓早期损伤的研究 ［J］.现代生物医学进展，2012，12（22）：4342～4346.

［17］Rajasekaran S，Yerramshetty J S，Chittode V S，et al.Assessment of Cervical Spondylotic Myelopathy Using Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging Parameter at 3.0Tesla ［J］.Spine，2013，38：407－414.

［18］Jones J G A，Cen S Y，Lebel R M，et al.Diffusion Tensor Imaging Correlates with the Clinical Assessment of Disease Severity in Cervical Spondylotic Myelopathy and Predicts Outcome following surgery ［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2013，34：471～478.

［19］Kerkovsky M，Bednarik J，Dusek L，et al.Magnetic resonance diffusion tensor imaging in patients with cervical spondylotic spinal cord compression：correlations between clinical and electrophysiological findings ［J］.Spine，2012，37：48～56.

［20］Yoo W K，Kim T H，Hai D M，et al.Correlation of magnetic resonance diffusion tensor imaging and clinical findings of cervical myelopathy ［J］.The Spine Journal，2013，13：867～876.

［21］Budzik J F，Balbi V，Thue V L，et al.Diffusion tensor imaging and fibre tracking in cervical spondylotic myelopathy ［J］.Eur Radiol，2011，21：426～433.

［22］Kara B，Celik S K，Ulusoy L，et al.the role of DTI in early detection of cervical spondylotic myelopathy：apreliminary study with 3－T MRI［J］.Neuroradiology，2011，53：609～616.

［23］Hori M，Fukunaga I，Masutani Y，et al.New diffusion metrics for spondylotic myelopathy at an early clinical stage ［J］.Eur Radiol，2012，22：1797～1802.

［24］Wen C Y，Cui J L，Lee M P，et al.Quantitative analysis of fiber tractography in cervical spondylotic myelopathy ［J］.The Spine Journal，2013，13：697～705.

［25］袁逍，高思佳，刘秀香，等 .脊髓型颈椎病患者3TMR扩散张量成像测量参数值与临床表现的相关性研究 ［J］.中华放射学杂志，2012，46：225～229.