脊髓型颈椎病颈髓与手术效果间关系的DTI研究

蒋雯， 韩骁， 李广祺， 李东航， 王晋超， 于爱红， 郭华， 程晓光

随着当今社会工作生活方式的改变，颈椎病的患病率显著增加，近年来因保守治疗效果不佳而寻求手术改善症状的患者比例亦逐年增高。然而，颈椎病的手术效果不尽相同，部分患者术后改善有限，导致个人经济负担和社会医疗成本的增加。术前颈髓的功能状态对手术效果有关键影响，因此准确评价颈髓的结构与功能，探索与手术效果的联系，最终判断最佳手术时机，对提高手术效果和提升医疗效率有着重要的临床意义。扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)作为可以无创评价颈髓微观结构的影像学技术[1]，能够揭示手术前后颈髓微观结构的变化，从而探讨颈髓结构与手术效果及术后恢复间的关系。

表1 各序列的主要扫描参数

材料与方法

1.病例资料

本研究纳入2017年1月-2017年9月间在我院接受手术治疗的脊髓型颈椎病患者33例，其中男20例，女13例，年龄35～71岁，平均年龄57.8岁，手术术式统一为颈椎后路椎管扩大成型术。术后随访时间为手术后3个月。病例纳入标准：①颈椎影像学检查发现椎间盘中央后突、椎体后缘骨赘、增生肥厚或骨化的后纵韧带、黄韧带导致的椎管变窄、脊髓受压；②患者年龄35～80岁；③经正规保守治疗无效；④无明确手术禁忌症；⑤对本研究方案知情同意并签署知情同意书。病例排除标准：①合并颈椎外伤性骨折脱位；②合并颈椎感染性病变；③合并颈椎肿瘤；④存在手术禁忌症；⑤手术减压不彻底导致术后病情复发；⑥术后出现新发颈椎管狭窄。本研究方案经北京积水潭医院医学伦理委员会审查批准。

2.检查方法

所有患者均采用Philips Ingenia 3.0T MRI扫描仪及头颈联合线圈行颈椎常规序列和DTI序列扫描，于术前及术后3个月随访时各扫描一次。每例患者在扫描期间保持仰卧位，平静呼吸，尽量避免大幅度呼吸和吞咽动作。颈椎常规序列包括矢状面T2WI、矢状面T1WI和轴面T2WI。DTI序列采用多次激发回波平面成像技术，扩散方向15，b值=800 s/mm2，总扫描时间为6分14秒，扫描范围为C2-C7椎体。各序列的主要扫描参数见表1。

3.临床评价

临床功能评价采用修正的日本骨科学会(modified Japanese Orthopaedic Association,mJOA)评分，于术前及术后3个月随访时各评价一次。手术效果/改善率评价采用Hirabayashi方法[2]，即改善率=(术后评分-术前评分)/(17-术前评分)×100%，计算得到术后3个月随访时的改善率。以改善率≥50%为改善好，改善率<50%为改善不好，将患者分为改善较好组(19例)和改善不好组(14例)。

4.DTI数据处理

DTI原始数据经Spinal Cord Toolbox和FSL图像处理软件后处理得到DTI各参数的轴面图像，包括各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、平均扩散率(mean diffusivity,MD)、轴向扩散率(axial diffusivity,AD)及纵向扩散率(radial diffusivity,RD)图像。由2位年资5年以上的影像科医师共同阅片，根据术前轴面T2WI图像椎管及脊髓受压程度确定每位患者颈椎管狭窄程度最严重的层面。通过DTI studio成像软件在最狭窄层面的轴面MD图上手动绘制感兴趣区(region of interest,ROI)，从而得到术前和术后3个月的DTI各参数数据。ROI尽可能覆盖整个颈髓横轴面，同时为避免颈髓周围脑脊液的部分容积效应影响，ROI应距颈髓边缘至少1个体素的距离。

5.统计学分析

使用SPSS 17.0软件进行统计学分析。对改善较好与不好组的术前DTI各参数进行两样本比较的秩和检验，对术前DTI各参数与改善率间的关系行Spearman相关分析，对所有患者术前和术后3个月的DTI各参数进行配对比较t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.术前颈髓DTI各参数与手术改善率的关系

手术改善较好组的术前FA值显著高于改善不好组，术前MD及RD值显著低于改善不好组，差异均有统计学意义(P值均<0.05)；术前AD值在两组间的差异无统计学意义(P>0.05，表2)。术前DTI各参数值与改善率的相关性无统计学意义(P>0.05，表3)。

表2 两组的术前颈髓DTI各参数值比较

图1 脊髓型颈椎病患者，女，58岁，最狭窄层面为C5-C6水平，术前及椎管后路扩大成型术后3个月的MR常规序列及DTI图像，轴面图像均为最狭窄层面。a) 术前矢状面T2WI图像示患者存在C3-4至C6-7不同程度的椎间盘膨出或突出，C5-6水平为最狭窄节段，并伴后纵韧带骨化； b) 术前轴面T2WI图像示最狭窄节段(C5-6水平)椎间盘突出，椎管显著狭窄，脊髓受压变形； c) 最狭窄层面的术前FA图像示颈髓信号较低； d) 最狭窄层面的术前MD图像示颈髓信号较高； e) 最狭窄层面的术前AD图像示颈髓信号较高； f) 最狭窄层面的术前RD图像示颈髓信号较高；g) 术后3个月的矢状面T2WI图像示手术可以缓解椎管狭窄及脊髓压迫； h) 术后3个月的轴面T2WI图像示手术可以缓解最狭窄层面的椎管狭窄及脊髓压迫； i) 最狭窄层面的术后3个月FA图像示颈髓信号较术前增高； j) 最狭窄层面的术后3个月MD图像示颈髓信号较术前降低； k) 最狭窄层面的术后3个月AD图像示颈髓信号较术前有所降低； l) 最狭窄层面的术后3个月RD图像示颈髓信号较术前降低。

参数r值P值FA0.1140.527MD0.0930.608AD0.3070.082RD0.0570.753

2.术后3个月颈髓的恢复情况

术后3个月颈髓的FA值较术前显著增高，差异有统计学意义(P<0.05)；术后3个月的MD和RD值较术前有所减低，但差异没有统计学意义(P>0.05)；术后3个月的AD值较术前有所增高，差异亦无统计学意义(P>0.05，表4，图1)。

表4 手术前后DTI各参数值比较

注：*单位为×10-3mm2/s。

讨 论

DTI是以扩散加权成像(diffusion-weighted imaging,DWI)为基础发展起来的扩散功能成像技术，基本原理是通过捕捉水分子在组织内的扩散运动造成的磁共振信号衰减而成像[3]，扩散运动越快，信号衰减越多。因此当组织因各种原因导致自由水增多，如血管源性水肿，或限制水自由扩散的屏障减少，如轴索髓鞘脱失或神经元坏死，都将导致成像信号的变化。颈髓特别是颈髓白质是膜性屏障结构高度规律排列的组织[4]，水分子扩散运动的方向也高度一致，存在病变时规律性被打破，水分子扩散方向发生变化，DTI的图像信号也随之发生显著改变。已有文献证实DTI能够反映颈髓病理状态时微观结构的变化[5-6]。此外DTI各参数有定量的特性，能够与颈髓功能评分建立联系，实现结构和功能的共同评价[7-9]。在对比DTI和磁共振常规序列的研究中，DTI能早于常规序列发现颈髓微观结构的变化，即当常规图像仍表现正常的情况下，DTI可以区分病变颈髓与正常颈髓，甚至不同病变程度的颈髓[7,10-11]。基于以上原因，本研究选择DTI作为探索颈髓结构变化与手术效果间关系的工具。

本研究结果从手术改善率的角度表明，颈髓结构的损伤程度影响着手术效果。手术效果较差的患者，术前颈髓的FA值较低，MD和RD值较高，表明颈髓内含水量增加或屏障结构破坏，存在着较严重的水肿或变性坏死[12]；而变性坏死代表着颈髓的不可逆损伤，如神经元死亡和髓鞘脱失。尽管手术能够解除椎管狭窄和颈髓压迫，但丢失的神经元和髓鞘不能再生，故而术后残留颈髓功能障碍，影响手术效果。手术效果较好的患者，术前颈髓的FA值较高，MD和RD值较低，颈髓主要病理改变为可逆性水肿[13]，不可逆的损伤较少，通过手术减压后水肿程度减轻，疗效较好。本研究结果与以往文献报道基本一致[14]，在一定程度上提示DTI参数可以用于手术预后的评价。本研究未能在改善率与术前DTI参数值间建立统计学意义上的相关性，可能与仅选取最狭窄层面而不是所有病变节段有关。接下来我们会扩大样本量，并研究所有病变节段。

本研究也探讨了手术治疗对颈髓结构的影响，结果显示术后三个月颈髓的DTI参数值已较术前发生了比较明显的改变，FA值升高，MD和RD值降低，这表明手术解除压迫，颈髓的水肿减退，甚至纤维瘢痕修复使屏障结构重新出现[15]。需要注意的是，此时仅FA值的变化有统计学意义，这提示FA值对发现术后早期颈髓微观结构的改变较MD和RD值更为敏感，FA值可能存在早期评估手术疗效的价值。

此外本研究结果显示，AD值在颈髓结构和手术的相互作用中都没有体现出意义或价值，术后三个月颈髓的AD值甚至仍有所增高，可能的原因是AD值同时受扩散和各向异性的共同影响，有研究表明两方面的影响可以相互抵消[9]，从而造成AD值的作用不明显。

本研究还存在以下不足：①病例数较少，需要继续增加样本量；②没有将颈髓的灰白质分开研究，灰质区较低的各向异性可能抵消白质区的显著改变；③本研究的研究对象是多节段狭窄的脊髓型颈椎病患者，研究中关注的是最狭窄节段，该节段的情况不能解释颈髓的全部功能障碍。

本研究将颈髓结构与恢复同手术治疗联系起来，对研究对象进行了手术前后的DTI扫描与评价，证实了颈髓的损伤程度影响手术效果，提示DTI参数可用于评价手术预后和时机，同时手术治疗亦能帮助受损的颈髓恢复、改善症状，FA值可在术后较早期对手术疗效作出评估。总之，DTI可以评价颈髓结构功能的变化，有着重要的临床应用价值和广泛的应用前景。