DTI对急性颈髓损伤ASIA不同残损等级的研究

邹志孟，都美玲，李军，曹庆勇，连慧秀，沈晓君，王滨

（1.滨州医学院烟台附属医院，山东烟台264100；2.滨州医学院，山东烟台264003）

DTI对急性颈髓损伤ASIA不同残损等级的研究

邹志孟1，都美玲1，李军1，曹庆勇1，连慧秀1，沈晓君1，王滨2

（1.滨州医学院烟台附属医院，山东烟台264100；2.滨州医学院，山东烟台264003）

目的：研究急性颈髓损伤（Spinal cord injury，SCI）DTI各参数值在ASIA不同残损等级的临床应用价值。方法：回顾性分析急性SCI常规MRI T2WI高信号34例患者，48小时内行MR-DTI检查，测量病变区FA、ADC、λ∥、λ⊥值，临床采用ASIA等级标准，A级5例、B级6例、C级10例、D级13例，健康组15例相近年龄段志愿者，测量C3/4～C5/6相应椎间盘平面。采用单因素方差（ANOVA）分析DTI参数值在ASIA A～D级差异，t检验分析DWI高信号（DWI高信号区）与边缘区（T2WI高信号区）DTI参数差异。结果：A～D级与健康组比较FA、ADC、λ∥、λ⊥值均具有统计学意义（F=51.90，13.30，24.70，13.01，P＜0.001）。A级与B、C、D级两两比较FA值、ADC值、λ∥值有统计学意义（P＜0.05），FA值、λ∥值随着ASIA残损等级降低呈下降趋势，ADC值在A级降低、B～D级升高，λ⊥值升高，B级与A、C、D级两两比较差异有统计学意义（P＜0.05），A、C、D级比较差异无统计学意义（P＞0.05）。DTT显示A、B级损伤区域神经纤维束肿胀、中断，C、D级损伤区神经纤维束完整。DWI高信号区与T2WI高信号区ADC、λ∥、λ⊥值具有统计学意义（P＜0.05），FA值均降低无统计学意义（P＞0.05）。DTT显示DWI高信号区神经纤维束连续性中断。结论：FA值、λ∥值是评价急性SCI AISA不同残损等级敏感指标，ADC值越低损伤程度越重，DTT直观显示神经纤维束损伤部位和损伤程度，为临床治疗提供更多影像学证据。

脊髓损伤；磁共振成像，弥散

急性颈髓损伤（Spinal cord injury，SCI）常造成不同程度的神经功能障碍，严重者可导致截瘫，给患者及家庭和社会带来负担。临床常采用美国脊髓损伤协会（ASIA）分级标准，作为判断脊髓损伤的程度。常规MRI是SCI首选检查方法，能够确定损伤区水肿、出血的范围，但缺乏损伤程度的量化指标。如何早期定量评估SCI损伤程度，对临床采取适宜治疗方法、保护神经预后恢复十分重要。扩散张量成像（Diffusion tensor imaging，DTI）通过水分子的各向异性扩散检测中枢神经系统（CNS）的组织结构，反映定向组织对水分子运动的障碍，包括细胞膜、细胞骨架和细胞外基质[1]。三维白质神经纤维束跟踪技术（Diffusion tensor teactgrapy，DTT）可非侵入性显示神经纤维束的完整性，如纤维束压迫和中断。近年来，越来越多研究表明[2-7]，DTI应用于SCI是可行的，可以量化颈髓相关扩散变化，显示微观结构损伤较常规T2WI图像更敏感。在急性SCI方面，应用小鼠模型[1，8-9]研究证实DTI各参数的相关病理学改变。DTI各参数在急性SCI与ASIA不同残损等级的变化规律研究较少，尤其是T2WI高信号区域中DWI高信号（称之DWI高信号区）与邻近DWI等信号区域（称之T2WI高信号区）之间DTI的差异研究方面，是本研究的研究重点。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集滨州医学院烟台附属医院2012年8月—2014年12月期间急性SCI常规MRI T2WI高信号（排除7例运动和义齿伪影的病人），共34例患者纳入研究，男29例，女5例，年龄16～80岁，平均（48±11）岁，所有患者48小时内行DTI检查。15例无外伤史及椎间盘突出患者作为对照组，男11例，女4例，年龄21～61岁，平均（38±12）岁，测量C3～C6节段DTI数据，所有患者和志愿者签署知情同意书。

临床专科检查采用ASIA运动评分标准：5例A级（完全性损伤）：神经平面以下包括骶段无任何感觉运动功能保留；6例B级（不完全性损伤）：在神经平面以下包括骶段（S4～S5）存在感觉功能，但无运动功能；10例C级（不完全性损伤）：在神经平面以下存在运动功能，且大部分关键肌的肌力小于3级；13例D级（不完全性损伤）：在神经平面以下关键肌的肌力大于或等于3级；本研究无E级。

1.2 扫描设备和方法

应用Siemens公司Avanto 1.5T磁共振对所有患者行常规矢状位、轴位和DTI扫描，应用8通道头颈联合线圈，患者仰卧，线圈包绕颈部，指导患者不要做吞咽，颈椎前加饱和带，减少血管搏动伪影。常规TSE序列矢状位扫描T1WI（TR 550ms，TE 11ms）、T2WI（TR 4 200ms，TE 106ms）、轴位T2WI（TR 4 400ms，TE 114ms）扫描，DTI采用单次激发平面回波序列（EPI），使用12个方向梯度场，b值采用0和800，TR（3 000 ms，TE 97 ms），FOV 256×256mm2，层厚3mm，无间隔扫描，层数15。扫描时间共计679 s。

1.3 DTI数据处理

DTI成功扫描结束后，在Siemens公司后处理工作站中，将颈髓DTI原始数据自动生成FA、ADC、DWI和彩色FA四种图像，在b0图像手动选择ROI，大小4～5像素，需避开脑脊液和出血灶，连续多点测量损伤区域FA、ADC、λ∥、λ⊥值，测量T2WI高信号和DWI高信号区。数据由两名高年资中枢神经系统医师测量，手动测量两次，取其平均值。

将DTI数据拖入后处理工作站，点击Fusion Mode键，利用Fused 3D处理软件，选择颈髓种子层面手动描绘，描绘3～5个层面颈髓截面，点击Start Tractograpy键获得DTT图，本研究设定的神经纤维束FA值下限0.2，角度上限30°。

1.4 统计学分析

将所有数据录入Excel表中，应用SPSS 17.0统计分析软件进行分析，数据以±s表示。采用单因素方差分析，各组间数据方差齐性检验，多重数据比较，t检验分析DWI高信号（DWI高信号区）与边缘区（T2WI高信号区）DTI参数差异。P＜0.05具有统计学意义。

2 结果

ASIA-A级5例、共累及17个节段，B级6例、累及14个节段，C级10例、累及13个节段，D级13例、累及13个节段，共计57个节段，损伤平面以C3/4～C5/6多见。A～D级与健康组15例（45个节段）FA、ADC、λ∥、λ⊥值对照研究。数据齐性方差检验，符合正态分布，采用LSD法多重比较。A～D级与健康组比较，FA、ADC、λ∥、λ⊥值差异有统计学意义（P＜0.001）见表1。组间比较，A级与B、C、D级两两比较FA值、ADC值、λ∥值有统计学意义（P＜0.05），ADC值在A级降低与B～D级升高有统计学意义，λ⊥值B级升高与A、C、D级两两比较差异有统计学意义（P＜0.05）。DTT显示A、B级显示损伤区域神经纤维束肿胀、扭曲和中断（图1～5）；C、D级显示神经纤维束走行连续（图7～9）。

表1 健康组与脊髓损伤ASIA分级FA、ADC、λ∥、λ⊥值的比较

DWI高信号区9例（A级5/5例、B级4/6例），共16个节段，与T2WI高信号区比较（图6），ADC、λ∥、λ⊥值具有统计学意义（P＜0.05），FA值DWI高信号较T2WI高信号区均降低，但二者无统计学意义（P＞0.05），见表2，DTT显示DWI高信号区神经纤维束连续性中断。

FA值、λ∥值随ASIA残损等级降低呈下降趋势，数值越低，损伤程度越严重。ADC值在A级降低，B级中变化较复杂，本研究发现在椎间盘慢性压迫节段ADC值升高，无慢性压迫节段ADC值降低，在同一病人多节段损伤也出现相同结果，C～D级ADC值升高。λ⊥值A～D级升高。表明FA值、λ∥值是预测损伤损伤程度重要指标，ADC值越降低，多提示损伤越严重，代表损伤中心区域。

表2 匹配区与不匹配区FA、ADC、λ∥、λ⊥值的比较

图1～6 同一患者，男，16岁，高空坠落5小时，ASIA-A级。T2WI（图1）C7粉碎性骨折压迫颈髓，C5/6～T1平面颈髓损伤呈T2WI高信号。DWI（图2）C6～T1颈髓高信号。ADC（图3）C6～T1颈髓低信号。DTT（图4，5）C7损伤平面矢状位、冠状位颈髓神经纤维紊乱变细，连续性中断。DWI、T2WI高信号测量（图6），红色为T2WI高信号区域，绿和紫色为DWI高信号区域。图7～9同一患者，男，67岁，车祸12小时，ASIA-C级。T2WI（图7）C3/4平面颈髓损伤呈T2WI高信号。DWI（图8）为等信号。DTT（图9）冠状位颈髓神经纤维束连续。Figure 1～6.The same patient,male,16 years old.Five hours after falling-down injures.ASIA-grade A.T2WI(Figure 1)showed comminuted fracture in C7,by compressing the cervical spinal cord.Cervical spinal injury in C5/6～T1plane was proved by T2WI hyperintensity.DWI(Figure 2)showed hyperintensity in C6～T1.ADC map(Figure 3)showed hypointensity in C6～T1.DTT(Figure 4,5)revealed the thinning and interruption of nerve fiber at C7plane in sagittal and coronal positions.Measurement illustrations on hyperintensity areas on DWI and T2WI(Figure 6).Hyperintensity on T2WI was shown in red,and hyperintensity on DWI was shown in green and purple.Figure 7～9.The same patient,male,67 years old.Twelve hours after car accident.ASIA-grade C(Figure 7)cervical spinal injury at C3/4plane,was proved by T2WI hyperintensity.DWI(Figure 8)showed isointensity.Coronal positon of DTT(Figure 9)showed continuous bundles of cervical spinal nerve fibers.

3 讨论

ASIA残损等级是临床常用标准，常规MRI对急性SCI常用的检查方法，两者不能提供损伤量化指标。DTI是在DWI基础发展起来，是目前唯一无创性显示活体研究神经纤维结构的方法。DTT是通过连接每个体素内近似本征向量（扩散张量主方向）对全部轴突路径进行重建[10]，以主方向扩散范围内的体素为基础，提供三维神经纤维跟踪，可显示虚拟颈髓纤维束损伤和连接状况。

FA和ADC值是DTI两个最常用的量化指标。λ∥值表示与脊髓纤维扩散方向相平行，代表主方向，λ⊥值表示与脊髓纤维扩散方向相垂直的前后和左右方向平均值，代表垂直方向。Eric等[11]和Joong等[1]研究表明，λ∥值对轴突损伤敏感，λ⊥值对髓鞘破坏敏感。本征值变化反映了组织结构的方向性与完整性程度[12]。

本研究中DTI各参数值在不同ASIA残损等级中变化规律：随着损伤程度的加重，ASIA残损分级越低，FA值降低越明显，与以前研究[3，13]相一致。在损伤区域细胞外水肿存在，导致水分子扩散方向受损，提示损伤后神经结构不完整性，FA值是反映损伤重要指标。ADC值变化是可能与损伤相关的轴突结构变化有关，轴突间距和细胞外体积分数下降可能会降低ADC值[2]。Zhang等[14]在急性SCI中CTA研究发现，轻度损伤显示脊髓前动脉完整，严重损伤导致脊髓前动脉痉挛缺血。我们研究发现在ADC图A级表现为明显低信号，ADC值明显降低，B级表现为高低混杂信号，B级中损伤节段无椎间盘慢性压迫ADC值是降低的，合并慢性颈髓压迫ADC值轻度升高，发现在同一患者中多节段损伤，测量也出现类似结果，以往脊髓型颈椎病研究，长期慢性颈髓压迫，ADC值升高，因此我们推测，B级中ADC值轻度升高，并不能真实代表损伤程度，可能存在数值“抵消”存在假象。C级和D级ADC值升高。ADC值降低只见于A级和部分B级，ADC值降低提示严重损伤。λ∥值降低是轴突损伤的标志，随着损伤程度加重，ASIA残损评级越低，λ∥值下降越明显，与Cheran等[13]研究相同。λ⊥值升高提示髓鞘损伤程度，本研究中A～D级λ⊥值均升高，提示急性SCI易导致髓鞘损伤。组间比较与损伤程度无统计学意义，但以B级升高明显，这需要更多样本进一步总结。DTT显示A、B级患损伤区域神经纤维束肿胀、神经纤维毛糙紊乱、不同程度中断，C和D级神经纤维束完整、走行连续。DTT可直观显示神经纤维束损伤严重程度。

在DTI自动形成DWI图像（b=800），高信号仅见A级（5/5，100%）、B级（4/6，66%），A级常累及两个以上脊髓节段，超过B级。Pouw等[15]研究表明，高信号检出率在T2WI和DWI分别为94%、72%，本研究结果基本相同。本研究发现矢状位常规T2WI高信号范围超过DWI高信号，两者存在不匹配区域。T2WI高信号区域中DWI高信号（称之DWI高信号区）与邻近DWI等信号区域（称之T2WI高信号区），DWI高信号区较T2WI高信号ADC值和λ∥值降低、λ⊥值升高，FA值均降低。DTT显示DWI高信号区神经纤维束扭曲、连续性中断，提示损伤中心区域。

综上所述，FA值、ADC值和λ∥值降低，见于ASIA A级，提示完全性损伤；在不完全性损伤B～D级中，随着ASIA残损等级降低，FA值和λ∥值呈下降趋势、ADC值升高。由此说明，FA值、λ∥值、ADC值可量化评价急性SCI损伤严重程度的重要指标，数值下降明显，表明损伤程度越严重，与ASIA残损分级密切相关，反映了损伤后神经纤维髓鞘不完整，同时累及轴突损伤等微细结构病理改变，与Cheran等[13]研究基本一致。其中本研究对11例不同程度损伤患者1月后随访，测量损伤区域DTI各参数值在治疗前后动态变化，尤其是损伤中心区域变化，与患者临床神经功能转归，两者存在相关性，将作为下一步的研究重点。

本研究存在不足之处，DTT检查存在一定的限度，当神经纤维FA低于0.2、角度超过30°，神经纤维束出现连续性中断等假象，需谨慎对待。A和B级损伤样本量较少，数据难免存在误差。检查时间较长，患者不合作影响图像质量等。研究结果显示DTI参数值可提供急性SCI临床ASIA不同残损等级的量化指标，为治疗后随访提供了依据，本研究将继续关注急性SCI神经功能转归的DTI参数值动态变化，为预后评估和康复治疗提供更为准确的信息。

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The study of DTI in acute cervical spinal injury w ith different ASIA grades

ZOU Zhi-meng1,DU Mei-ling1,LI Jun1,CAO Qing-yong1,LIAN Hui-xiu1,SHEN Xiao-jun1,WANG Bin2
(1.Yantai Affiliated Hospital of Binzhou Medical University,Yantai Shandong 264100,China;2.Binzhou Medical University,Yantai Shandong 264003,China)

Objective:To study the clinical value of DTI in acute spinal cord injury(SCI)with different ASIA grades.Methods:A retrospective analysis of 34 acute SCI patients with conventional MRI T2WI hyperintensity was made.All patients underwent MR-DTI examination in 48 hours.According to ASIA grades,we measured the values of FA,ADC,λ∥,λ⊥in the injury area.We recruited 15 healthy volunteers of matched ages,and measured the same parameters in the corresponding level of C3/4～C5/6intervertebral disc plane.Single factor analysis of variance(ANOVA)was applied to analyze the difference in DTI parameters in ASIA grade A to D.Independent sample t test was used to analyze DTI parameters in DWI image matching area(hyperintense on both DWI and T2WI)and mismatch area(isointense on DWI but hyperintense on T2WI)in the same patients.Results:The number of patients is 7 in grade A,5 in grade B,19 in grade C,and 13 in grade D.Compared with the healthy group,the A～D groups showed significant differences in FA,ADC,λ∥andλ⊥(F=51.90,13.30,24.70,13.01,P＜0.001).Compared with grade B,C and D,the values of FA,ADC andλ∥in grade A were significantly reduced by pairwise comparison(P＜0.05).FA andλ∥showed a downward trend as ASIA grade was reduced.ADC values increased in grade A,however decreased in grade B to D.As forλ⊥elevation,by pairwise comparison,grade B showed significant difference from grade A,C and D(P＜0.05).There was no significant difference between grade A,C or D inλ⊥by pairwise comparison(P＞0.05).DTT showed in injured area nerve fiber bundle swelling,distortion and interruption in grade A.The nerve fiber bundles were swelling,coarse and partially interrupted in grade B.Integrated nerve fiber bundles could be found in grade C and D.Comparing DWI match area with mismatch area,ADC,λ∥decreased andλ⊥increased significantly(P＜0.05),whereas the changes of FA value had no difference(P＞0.05).DTT demonstrated that the nerve fiber bundle in DWImatch area was interrupted.Conclusion:FA value andλ∥value are sensitive indexes among different AISA grades in acute SCI.The lower the ADC value is,the more serious the injury is.DTT can display the position and injury extent of nerve fiber bundles,and provide more imaging evidence for clinical treatment.

Spinal cord injuries;Diffusion magnetic resonance imaging

R651.2；R445.2

A

1008-1062（2017）01-0008-04

2016-03-24；

2016-04-12

邹志孟（1971-），男，山东烟台人，主治医师。E-mail：zzmmprm@163.com

王滨，滨州医学院，264003。E-mail：binwang001@yahoo.com

山东省自然科学基金（ZR2015HM081）；山东省烟台市科技计划项目（2014WS049）。