DTI测量与LDH临床症状的相关性研究

马长月，夏春华，骆祥伟，白玉朋，胡大涛

(安徽医科大学第三附属医院放射科，安徽合肥 230061)

由于常规磁共振只能大致判断腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation,LDH)患者神经根是否受压，弥散张量成像( diffusion tensor imaging ,DTI) 逐渐成为评价腰骶神经根损伤程度的重要方法。本研究利用DTI技术中的各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)与评估临床症状严重程度的ODI指数及VAS评分进行相关性研究，旨在探讨DTI测量是否可以量化神经根结构的改变和LDH的临床表现，探讨DTI测量在神经根病变的病情评价、治疗方案的选择及预后评估等方面的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集本院2019年6月-2020年7月脊柱骨科收治的L5或S1单侧LDH患者30例作为观察组，其中男17例，女13例；平均年龄(52.77±14.839)岁。所有患者均事先进行ODI指数和VAS评分的评价，此2项指标均为临床常用评价工具，暂不赘述。在此期间招募正常志愿者25名作为对照组，其中男13人，女12人；平均年龄(26.32±5.16)岁。

1.2 MRI检查

采用Siemens公司3.0T超高场超导型MR扫描仪，患者取仰卧位，双手上举。对所有研究对象均行腰椎常规 MRI序列、双回波稳定进动序列三维(3D-DESS)以及DTI扫描。应用并行采集技术和均匀校正技术提高图像信噪比，TR=3800 ms，TE=309 ms，FOV 320 mm×320 mm，矩阵200×200，扩散敏感梯度方向数20，b值0、600 mm/s，层厚/间隔3 mm/0 mm及激励次数2。

1.3 图像分析和测量

全部扫描完成后，将原始图像传输至工作站，应用随机软件包 Fi-bertrack和Diffusion进行后处理，得到彩色、FA图及 ADC图，然后将冠状位3D-DESS图像与彩色FA图像融合成Anatomical图。在对照组，选取椎间孔内外侧选择两个感兴趣区(region of interest,ROI)，ROI包含整个神经根层面；在观察组，于神经根受压部位至下方连续2个层面放置ROI，健侧与患侧在同一层面取同大小ROI。定义多个ROI行神经根纤维示踪成像。典型病例见图1-6。

图1 (a)测量FA 值的放置ROI示意图。 (b～c)病例1，矢状位及轴位显示L5-S1腰椎间盘突出,致右侧神经根受压。(d)健康志愿者，3D-DESS图像冠状位显示神经根走形。(e)健康志愿者，3D-DESS背景下的神经纤维束图像，神经纤维束的走形清晰，无稀疏、断裂等。(f)病例2，重建的神经纤维束图像，左侧L5神经根局部受压，相应神经纤维变稀疏。

1.4 统计学分析

各变量的描述性统计采用“均数±标准差”形式表达。志愿者左右两侧神经根的DTI参数和LDH患者患侧与健侧的DTI参数均采用配对样本t检验，将ODI评分及VAS评分分别与测量的参数进行Pearson相关性分析。

2 结果

2.1 两组神经根FA值及ADC值

具体见表1。观察组健侧及患侧神经根的平均FA值、ADC值进行对比，差异均有统计学意义(P<0.01)，表现为患侧FA值降低、ADC值升高；对照组两侧神经根的FA值及ADC值进行对比，差异均无统计学意义(P>0.05)。

表1 两组研究对象的神经根FA值及ADC值测量值

2.2 ODI评分及VAS评分与神经FA值、ADC值的关系

观察组患侧FA值与ODI评分呈负相关(r=-0.954，P<0.01)，患侧ADC值与ODI评分呈正相关(r=0.501，P<0.01)；FA值、ADC值与VAS评分均无相关性(P>0.05)，VAS评分与ODI评分也无相关性(P>0.05)，具体见表2。

表2 观察组ODI评分及VAS评分与神经根FA值、ADC值的相关性分析

3 讨论

3.1 研究背景及研究方案的选择

近年来，LDH发病情况趋向于年轻化、严重化，对患者生存质量造成极大影响[1]。LDH最易发部位是L5-S1椎间盘，其次是L4-5椎间盘[2]，所以本研究将L5及S1神经根作为研究对象。本研究采用ODI评分及VAS评分反映LDH患者的疼痛和功能障碍情况，这两项指标均是临床评价腰痛患者的常用工具，其中ODI的内在一致性和重测信度很高，而VAS则是由患者本人评估疼痛程度，该方法比较灵敏，在脊柱外科、康复科及疼痛科都很常用[3,4]。近年来，磁共振周围神经成像技术逐渐应用于周围神经病变的评价[5, 6]。其中，DTI逐渐成为评价腰骶部神经根损伤的重要方法。本研究通过FA和ADC对神经根损伤进行量化，FA值反映各向异性强度，取值范围是0～1，FA值越接近1，各向异性越强，0表示完全各向同性；ADC 值则反映活体组织内水分子在各个方向上的平均扩散速度和距离，水分子的扩散速度和距离增加，ADC值就相应增高。纤维示踪技术 (diffusion tensor tractography,DTT)是在解剖像的背景下对纤维束进行三维成像，直观显示纤维束是否断裂、稀疏。有研究报道，在腰骶部的神经成像中[7]，DESS序列对神经分支显示较多，可清晰地显示腰骶丛神经根的走形及其与病变的关系，故本研究选择DESS作为重建的基础像。

3.2 统计结果分析

目前DTI测量的参数没有明确的阈值，而本研究结果表明，健康志愿者的两侧神经根FA值和ADC值无统计学差异，所以当无准确的阈值作为参考范围评估时，对单侧LDH患者的两侧神经根进行对比研究具有一定的临床价值。本研究结果表明，当神经根受压时，FA值会降低，ADC值则增高，而且ODI的评分与FA值呈负相关，与ADC值呈正相关，即ODI评分越高，则FA值越低，ADC值越高。VAS评分与FA值及ADC值均无相关性，以上结果与以往研究结果一致[8-10]。FA值和ADC值的变化可能与受压神经根的组织学改变有关。当神经根受压时，在机械压迫和炎症刺激的共同作用下，髓鞘结构的完整性和轴突膜屏障被破坏，神经纤维可能发生肿胀或变性，轴突之间的距离改变[11, 12]。神经纤维的排列和完整性受到破坏，导致内部水分子的扩散运动方向发生改变。另外，受压迫的神经根会发生缺血缺氧改变，许多代谢物如尿素、乳酸，会在细胞内和细胞外积聚，从而改变水分子的运动方向和速度。优于FA值主要反应水分子不同运动方向的相关扩散系数，以上因素使得FA值有所降低。当受压神经根发生血管源性水肿和细胞毒性水肿的病理变化以及细胞微观结构的完整性被破坏时，组织完整性越差，则水分子的自由扩散率增高，水分子的扩散速度和距离增加，ADC值则升高。

已有研究表明，神经根的受压程度与FA值和ADC值有相关性[13]，即神经根受压程度越重，FA值越降低，ADC值越高[14]。FA和ADC值可反映神经纤维束的生理和病理生理状态[15]，而神经纤维束的组织学改变可引起不同程度的临床症状，所以FA值的变化可以在一定程度上量化临床症状的严重程度。当神经根受压时，炎症介质引发神经根周围局部炎症反应，可进一步促进组织内源性化学物质如乳酸、糖蛋白、氢离子等的释放，不断刺激相应神经根，因此患者出现腰痛、下肢放射痛和活动受限等腰部功能障碍，如果压迫不能及时解除，神经根长期受压迫会造成神经细胞的损伤，引起更严重的功能紊乱，进而出现相应临床症状[16]。此时，可以用ODI及VAS评分对临床症状的严重程度进行评估。ODI是从多方面进行评估，对患者的功能障碍评估更为客观，而VAS的评估仅从疼痛一个方面，且病人对疼痛感受的主观性差异较大，这可能导致了VAS评分与DTI测量之间无相关性。本研究结果表明，FA值与ODI评分的相关性高于ADC值与ODI 评分的相关性，并且FA值与ODI评分呈正相关与以往研究结果一致，但关于ADC值与ODI评分的相关性目前报道并不一致[7, 17]。因此，FA值在定量神经损伤及临床症状严重程度的评估方面更为可靠。

本研究有以下局限性：首先，样本较小，需进一步进行大样本、多中心的研究；其次，由于受部分容积效应、运动和化学位移伪影以及人工选择ROI的误差等影响，DTI的测量结果可能存在误差；最后，DTI的参数尚无参考值范围，仅依靠患侧和健侧对比得出研究结论，需要进行大样本多中心的研究探讨DTI参数的参考值范围。

总之，LDH患者神经根受压后FA值降低、ADC值升高，且FA 值与ODI评分呈负相关，ADC值与ODI评分呈正相关，DTI测量可以在一定程度上定量评估神经根的病变程度，反映临床症状的严重程度。将来，在本研究的基础上可以进一步研究LDH保守治疗后DTI参数与ODI评分及VAS评分的关系，探讨DTI测量特别是FA值对评价腰骶神经根病变及治疗后预后评估的潜在实用价值。