3.0T磁共振弥散张量成像评价单侧型急性腰椎间盘突出所致神经根损伤*

曾利川 杜 勇 廖华强 谢明国 张玉东 黄 睿 梁 英 杨汉丰△

(1成都中医药大学附属医院放射科，成都 610072；2川北医学院附属医院放射科，南充 637000)

腰椎间盘突出症是临床中引起腰痛最常见的原因，传统的X线检查、CT、脊髓造影以及常规磁共振检查能较好地评价腰椎疾病的形态学改变，但无法准确显示神经及神经根的损伤，CT引导下椎间盘造影检查可较准确定位引起疼痛的椎间盘，但为有创的检查方法，临床中有相当一部分病人的症状与传统影像学表现并不相符，即引起临床症状的可能并不是突出较明显的椎间盘，部分病人甚至接受了不必要的手术治疗，因此亟需要一种检查方法来直接客观地反映神经损伤。自由水分子弥散时为各向同性，而神经组织由于有轴突细胞膜与髓鞘，导致水分子弥散呈一定的方向，即各向异性[1,2]，当神经发生损伤以后，其内的水分子弥散方向会发生改变。磁共振弥散张量成像及神经纤维示踪技术是根据分子扩散各向异性的特点，是目前唯一能够显示活体神经组织微观结构的影像学方法，通过各向异性分数 (fractional anisotropy, FA) 反映分子弥散的方向，FA值范围为0～1，越高表示异性扩散，相反越低则表示越趋于同向扩散[3～5]。目前国内外关于弥散张量成像 (diffusion tensor imaging, DTI) 在腰椎间盘突出中的应用多见于退行性疾病引起的长期、慢性椎间盘损伤[6,7]，而在腰椎间盘突出急性期神经影像改变报道较少，本研究旨在探讨DTI及纤维示踪技术在评价急性腰椎间盘突出症神经损伤的价值。

方 法

1.一般资料

连续收集64例单侧型急性腰椎间盘突出症病人。其中男性38例，女性26例，年龄18～61岁，平均年龄38.2岁，平均时间2.5天；常规CT或MRI检查显示病人为后外侧型椎间盘突出，利用视觉模拟评分(visual analog scale, VAS)对病人进行疼痛学评分，0分为无痛，10分为剧痛，评分0～10之间。收集30例健康志愿者，男性16例，女性14例，年龄19～56岁，平均年龄36.5岁，既往无腰椎相关病史，CT或MRI提示无椎间盘突出。本研究通过成都中医药大学附属医院伦理委员会批准。

纳入标准：病人为急性起病，发病时间6小时～1周，常规CT、MRI证实为腰椎间盘突出。

排除标准：腰椎畸形、既往腰椎手术史、腰骶部感染等相关病史。

2.检查方法

采用GE Discovery MR 750 3.0T超导型磁共振扫描仪进行常规腰椎间盘检查以及L3、L4、L5神经根行磁共振弥散张量成像和纤维示踪成像。扫描体位采用仰卧位、头先进，采用8通道颈胸腰椎联合相控阵线圈，先进行腰椎间盘常规矢状位T1WI、T2WI及轴位T2WI检查，DTI检查采用平面成像序列技术进行轴位扫描，参数设定为：b值：800 s/mm2；TR：6 000 ms，TE：76 ms；FOV：320 mm×256 mm；矩阵3.3 mm×1.66 mm×3.0 mm：扩散敏感梯度方向：11；层厚：3 mm；间距：0 mm；总扫描时间：4分54秒。

3.图像分析与处理

扫描获得的MRI图像后处理在 GE advantage workstation 4.4 工作站Functool软件包进行。在DTI图像上三次测量L3-L5层面椎间孔区神经根平均各向异性分数值，并取其平均值，在FT图像观察神经纤维束走行情况。所有测量均由两名有经验的放射科医师独立完成，与被检查者单盲。分析病人VAS评分与受压侧神经根FA值的相关性。

4.统计学分析

所有数据均使用SPSS 16.0软件进行统计分析。定量资料采用均数±标准差(±SD)表示，采用Post Hoc检验、t检验比较分析腰椎间盘突出病人与健康志愿者L3-L5神经根FA值，采用独立样本t检验比较腰椎间盘突出病人椎间孔狭窄侧与健侧神经根FA值。P＜ 0.05为差异具有统计学意义。

结 果

1.健康志愿者与腰椎间盘突出健侧神经根比较

30例健康志愿者于弥散张量成像和纤维示踪成像图像上均能清晰显示L3-L5神经根。健康志愿者L3-L5左右两侧神经根FA值比较见表1。L3左右神经根平均FA值分别为0.194±0.018、0.195±0.020，L4左右神经根平均FA值分别为0.201±0.015、0.198±0.025，L5左右神经根平均FA值分别为0.203±0.016、0.205±0.019。L3-L5神经根不同层面之间及左右两侧神经根平均FA值比较均无统计学差异(P＞ 0.05)。健康志愿者神经根平均FA值为0.199±0.025，急性腰椎间盘突出健侧神经根平均FA值为0.204±0.026，两者无统计学差异。纤维示踪成像图像上神经根走行自然，未见受压、变窄等现象。

2.急性腰椎间盘突出组

（1）所纳入64例单侧型急性腰椎间盘突出症病人中，L3-4、L4-5及L5-S1椎间盘突出病人分别为5例、14例和45例。单侧型急性腰椎间盘突出病人患侧与健侧神经根FA值比较见表2。患侧神经根平均FA值为0.145±0.024，同层面对侧神经根平均FA值为0.201±0.026，损伤神经根FA值明显低于对侧神经根（见图1），差异具有统计学意义(P＜ 0.05)。纤维示踪成像显示患侧神经根不同程度神经受压、变窄以及纤维束断裂，而健侧神经根未见明显异常（见图2）。

（2）急性腰椎间盘突出症病人出现不同程度腰部疼痛、同侧肢体运动障碍、麻木等相关临床症状，采用VAS评分平均值为7.82±1.23。相关性分析（见图3）显示与受压侧神经根FA值呈负相关 (r= -0.728，P＜ 0.05)。

讨 论

腰椎间盘突出症是临床中常见病、多发病，单侧型急性腰椎间盘突出常引起相应的椎间孔狭窄，临床症状一般较重，需要及时处理，Jenis等[8]报道腰椎间孔狭窄最好发于L4及L5，比例达90%，与本研究相似。腰椎间盘突出所致椎间孔狭窄常引起患侧下肢剧烈疼痛及活动明显受限，但是许多病人的狭窄程度与其临床症状并不相符[9]。尽管目前CT、MRI可以较有效地评价椎间孔狭窄，但这些传统的检查方法有一定的假阳性，即椎间孔狭窄可能并不是引起严重临床症状的原因，可能导致一些不必要的手术。腰椎间盘突出病人神经根性症状的病因较为复杂，亟需要神经影像技术来准确评价神经的相关改变。

椎间盘突出或椎间孔狭窄引起坐骨神经痛的病因包括机械性压迫与局部炎性反应[3]。腰椎神经根神经外膜不发达，其神经束膜不完整，对炎症刺激十分敏感，而髓核组织是人体内最大的无血液供应组织，具有免疫原性，当髓核与椎间盘外组织接触时，会引起一系列体液免疫及细胞免疫。IL-6是一种重要的致炎因子，可由多种细胞产生，研究证实疼痛感受器对其十分敏感，可导致痛觉过敏，这可能与环加氧酶-前列腺素E2途径有关[10,11]。而TNF-α在炎症起始阶段具有重要作用，可由神经损伤后施万细胞、中性粒细胞、巨噬细胞等产生，对于伤害性感受器致敏、异常性疼痛及痛觉过敏有重要作用，研究发现其浓度与神经病理性疼痛呈正相关[12,13]。Olmarker等[14]实验研究表明慢性压迫可引起动物脊神经水肿和脱髓鞘改变。

表1 健康志愿者L3-L5左右两侧神经根FA值比较Table 1 Comparison of FA values between left and right sides of L3-L5 nerve root in healthy volunteers

表2 单侧型急性腰椎间盘突出病人患侧与健侧神经根FA值比较Table 2 Comparison of FA values between injured and intact side nerve root in patients with acute unilateral lumbar disc herniation

图1 急性单侧型腰椎间盘突出病人A：轴位T2WI显示L5-S1椎间盘向右后方突出，右侧椎间孔狭窄，神经根受压；B，C：DTI及FA伪彩图进行FA值测量(1、2分别受压侧、健侧神经根测量取样ROI区)。Fig.1 Unilateral acute lumbar disc herniation A: a axial T2WI demonstrates that the L5-S1 disk protrusion in the right neuro foramen, showing impression of the nerve root; B, C: DTI and FA pseudo color for measurement, respectively.

图2 纤维示踪成像显示右侧L5神经根近端明显受压变窄(箭)Fig.2 Fiber tractography revealed that the proximal part of the right L5 nerve root was markedly compressed and narrowed (arrow).

图3 VAS评分与神经根FA值的相关性散点图分析，二者呈负相关 (r = -0.728, P ＜ 0.05)Fig.3 The negative correlation between VAS score and FA value in nerve root was found by scatter plot (r = -0.728, P ＜ 0.05).

Eguchi等[15]研究表明弥散加权成像(Diffusion weighted imaging, DWI)可较好显示腰骶部神经及神经根，损伤侧神经的平均ADC值较正常侧明显增高，可以定量地评价神经受损情况，但是DWI图像上神经与周围结构的对比较差，信噪比较低，因此限制了其广泛应用。而DTI同样利用体内水分子扩张原理进行成像，通过测量FA值可以定量评价神经的损伤，同时神经纤维示踪技术可以直观、清晰地显示神经的解剖细节，准确地显示神经的受压，有利于术前制定手术方式。

DTI在腰椎间盘退行性疾病中已有一定应用。Mac Donald等[16]的小鼠模型显示发生损伤后相对各向异性值持续减低，其主要原因为脱髓鞘、水肿及持续的轴突损伤。多项实验研究表明FA值与轴突损伤密切相关，这也印证了神经纤维束轴突细胞膜在弥散各向异性中起着关键作用。弥散张量成像FA值定量评价神经损伤在周围神经应用较为广泛，但用于评价中枢神经损伤报道较少，尚未见关于其在评价急性腰椎间盘突出所致的损伤的应用。

在本研究中，健康志愿者神经根平均FA值与急性腰椎间盘突出健侧神经根平均FA值比较差异无统计学意义，而急性腰椎间盘突出椎间孔狭窄侧神经根平均FA值显著低于对侧神经根及健康志愿者，差异具有统计学意义。而急性腰椎间盘突出症病人疼痛VAS评分与受压侧神经根FA值呈负相关，提示FA值与神经根的损伤程度具有一定相关性，有望应用于评价神经根损伤后的修复过程。尽管引起急性腰椎间盘突出神经根FA值下降的机制尚不清楚，神经根损伤后发生水肿改变了神经内水分子的各向异性分布而更趋向于各向同性。同时许多周围神经的实验研究也表明FA值下降与神经脱髓鞘改变相关。

3.0T磁共振弥散张量成像和纤维示踪成像可较好地显示和定量评价单侧型急性腰椎间盘突出所致的神经损伤，急性损伤神经根FA值显著降低。磁共振弥散张量成像有望应用于评价神经根损伤后修复等过程。本研究尚存在一些不足，首先研究的样本量相对较小，需要进一步扩大样本量进行研究证实。其次，文章未对腰椎间盘突出后不同时间段的神经根FA值进行测量比较，期望在后续研究中加以探讨。