脑弥散张量成像预测脊髓型颈椎病术后恢复

顾敦星，孙 翾，陈常玉，陈云飞，李 鑫，孟朋民，苏心镜

（河北北方学院附属第二医院a:放射科，b:麻醉科，c:针灸科，d:康复科，河北张家口075100）

脊髓型颈椎病（cervical spondylotic myelopathy,CSM）主要是以慢性颈椎退行性变为主，导致脊髓的压迫及运动神经功能的障碍［1-2］。CSM病程一般均较长，并且呈逐渐加重趋势，对于保守治疗无效或是运动功能障碍已严重影响生活的患者，多采用手术治疗，解除脊髓的压迫是控制该病继续恶化的首要方法［3］。磁共振成像（magnetic resonance imaging,MRI）是检查脊髓及软组织的首选影像学方法，虽然MRI能够在一定程度上反应软组织水肿、炎症反应及压迫带来的软化或坏死，但是MRI信号与临床表现及预后的相关性目前研究仍较少，且诸多学者持有不同的观点［4-6］。弥散张量成像（diffusion tensor imaging,DTI）技术是在弥散加权成像（diffusion weighted imaging,DWI）基础上发展的一种全新技术，其能够通过人体大脑激活区域细微的改变进行测评［5］。本研究旨在探讨脊髓DTI技术参数与CSM术后运动功能恢复之间的相关性，为临床提供理论依据，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 纳入与排除标准

纳入标准：（1）影像学检查证实存在脊髓压迫；（2）均为右利手，且意识清楚；（3）均采用颈椎后入路椎管减压术手术治疗；（4）术后半年以上随访。

排除标准：（1）合并脑血管及运动神经元病变；（2）颈椎既往外伤病史；（3）意识不清不配合检查。

1.2 一般资料

选取本院2019年1月～2019年12月收治的CSM患者32例作为CSM组，其中男19例，女13例，年龄 43～72岁，平均（57.49±13.38）岁，病程 4～20个月，平均（11.41±9.32）个月。研究期间选取年龄及性别等与CSM患者匹配的健康志愿者32例作为健康人组，其中男性18例，女性14例，年龄44～73岁，平均（58.21±12.11）岁。两组志愿者研究前一般基线资料比较差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。所有研究对象均充分知晓研究目的并签署知情同意书，本研究得到医院伦理委员会的批准。

1.3 手术方法

所有患者均采用颈椎前路椎体次全切除结合钛网植骨内固定术进行治疗，均取颈前右侧横切口，完全显露颈椎椎体，再次透视确认病变节段。切开纤维环，取出髓核，并将上下椎体的椎间盘以及椎体软骨进行逐个清理。取大小合适钛网充入自体骨粒，置入减压后的骨槽，选择合适的钛板固定，冲洗后常规放置引流管，逐层缝合切口，手术结束。所有患者术后常规给予脱水以及营养神经药物治疗。

1.4 评价指标

采用日本骨科协会（Japanese Orthopaedic Association,JOA）颈椎评分评价临床效果，JOA评分好转率=（术后-术前）/（17-术前）×100%，好转率≥50%者为恢复良好，＜50%为恢复不良。

所有研究对象均于术前进行颈椎常规MRI及DTI扫描，CSM患者在术后1周内再次完成颈椎常规MRI及DTI扫描。常规MRI扫描包括矢状位及轴位T1WI、T2WI；DTI呈现采用单次激励自旋回波成像法，横轴扫描由C1至C7平面，FOV为2 cm×2 cm，TR6s，TE83ms，层厚4 cm，层距0 cm，矩阵96×96，激励次数设定为4，扩散方向设定为15，加权系数 b=1 000 s/mm2［7］。

所有患者行脑部MRI和DTI检查；将DTI图像在SPM软件平台上进行激活像素获取，设定10个像素为有意义激活区域，记录所有患者在执行吩咐动作时各部位激活体积（volume of activation,VOA），包括：左侧大脑半球中央前回（precentral gyrus,PrCG）、中央后回（post-central gyrus,PoCG），将两者相加计算结果视为初级感觉运动皮质（sensorimotor cortex,SMC）的VOA值。再在DTI图像上运用软件选取延髓受压最严重层面，勾画出脊髓边缘的感兴趣区域，记录各向异性分数（fractional anisotropy,FA） 值［8-9］。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 CSM患者与健康人DTI测量指标比较

CSM患者术后随访 6～13个月，平均（8.27±3.45）个月。两组DTI测量结果见表1，术前，CSM组的PrCG显著大于健康人组（P＜0.05），CSM组的FA显著小于健康人组（P＜0.05），两组间PoCG和SMC的差异无统计学意义（P＞0.05）。与术前相比较，末次随访时CSM组PrCG显著减小（P＜0.05），而FA显著增大（P＜0.05），而PoCG和SMC均无显著变化（P＞0.05）。末次随访时，CSM组 PrCG、PoCG和SMC与正常人组的差异无统计学意义（P＜0.05），但是，CSM组的FA仍显著小于正常人组。两组DTI检测见图1。

表1 两组术前与末次随访时DTI测量结果（±s）与比较

表1 两组术前与末次随访时DTI测量结果（±s）与比较

images/BZ_36_240_1289_472_1405.pngimages/BZ_36_472_1289_715_1405.pngimages/BZ_36_715_1289_1008_1405.pngimages/BZ_36_1008_1289_1209_1405.png412.94±94.53images/BZ_36_240_1547_472_1617.pngimages/BZ_36_472_1547_715_1617.png-images/BZ_36_715_1547_1008_1617.png504.07±113.48＜0.001images/BZ_36_1008_1547_1209_1617.png＜0.001images/BZ_36_240_1688_472_1830.pngimages/BZ_36_472_1688_715_1830.pngimages/BZ_36_715_1688_1008_1830.pngimages/BZ_36_1008_1688_1209_1830.png0.392images/BZ_36_240_1901_472_1972.pngimages/BZ_36_472_1901_715_1972.png-PrCG术前P值末次随访时SMC术前P值末次随访时images/BZ_36_715_1901_1008_1972.png334.19±89.36images/BZ_36_1008_1901_1209_1972.png742.74±174.68images/BZ_36_240_2114_472_2184.pngimages/BZ_36_472_2114_715_2184.png-images/BZ_36_715_2114_1008_2184.png803.22±234.77 0.175images/BZ_36_1008_2114_1209_2184.png0.448images/BZ_36_240_2255_472_2397.pngimages/BZ_36_472_2255_715_2397.pngimages/BZ_36_715_2255_1008_2397.pngimages/BZ_36_1008_2255_1209_2397.png＜0.001images/BZ_36_240_2468_472_2539.pngimages/BZ_36_472_2468_715_2539.png-images/BZ_36_715_2468_1008_2539.png0.73±0.17images/BZ_36_1008_2468_1209_2539.png

图1 DTI检查 1a:正常人执行吩咐动作时激活图 1b:CSM患者术前执行吩咐动作时激活图，可见VOA较正常人增加 1c:CSM患者术后执行吩咐动作时激活图，可见VOA较术前减小，但仍大于正常人

2.2 DTI测量指标与JOA评分的相关性

32例 CSM患者术前JOA评分为（8.27±2.31）分，末次随访时JOA评分为（13.48±2.19）分，差异比较具有统计学意义（P＜0.05）。

DTI测量指标与术前JOA评分、末次随访JOA评分好转率之间的Pearson相关分析结果见表2，术前JOA评分和末次随访时JOA评分好转率均与PrCG、VOA比值呈显著负相关（P＜0.05）， 术前JOA评分和末次随访时JOA评分好转率均与PoCG、FA和CSA呈显著正相关（P＜0.05）。其中VOA比值的相关系数最大，而CSA的相关系数最小。

表2 DTI指标与术前及末次随访时JOA评分的Pearson相关分析

以末次随访时JOA好转率为因变量，DTI测量指标为自变量的逻辑回归分析结果见表3，模型分类能力为92.85%，经卡方检验模型有效（P＜0.001）。结果显示：VOA比值及FA值是预测CSM术后恢复不良的主要因素。

表3 CSM患者术后恢复与DTI测量的线性回归分析结果

2.3 ROC曲线

所有CSM患者按末次随访JOA评分好转率分为良好组与不良组，绘制ROC曲线后可见预测CSM术后恢复不良的指标为AUC，敏感度及特异度见表4，可见VOA比值的曲线下面积最大，详见图2。

图2 影像学指标预测CSM术后恢复不良的ROC曲线

表4 DTI指标预测CSM术后恢复不良的ROC曲线分析

3 讨论

脊髓是人体中枢神经系统的重要组成部分之一，任何原因导致的脊髓损伤都能够对大脑功能产生一定的影响。DTI技术能够探测到大脑运动神经元的活动，反应出人体运动功能的情况。本研究发现，CSM患者在未接受手术治疗前PrCG体积较正常人显著增加，表明CSM患者在未手术前已经出现了皮质运动功能的代偿现象。CSM患者在执行吩咐动作时，大脑运动皮质会出现过度激活的情况，从而达到弥补运动功能的部分缺失，同时大脑运动皮质的过度激活状态还能够对抑制运动神经元产生抑制作用［10-11］。CSM患者与正常人比较，PoCG体积仍有减小的趋势，其主要原因可能与PoCG体积减少反应了运动神经传导通路信号衰竭有关［12］。本研究在术后随访时发现，CSM患者PrCG体积较术前明显减小，而PoCG较术前有所增加，结果提示CSM患者在接受手术治疗后大脑运动皮质区域及激活程度逐渐向正常人趋近，进一步表明手术治疗可一定程度缓解了脊髓的压迫，患者运动功能有所恢复，并且与JOA评分趋势保持一致，同时也说明了CSM患者运动功能的受损主要原因仍是脊髓所导致，并非运动皮质本身出现问题［12-13］。

本次研究通过相关性分析发现，PrCG、PoCG、VOA比值（PrCG/PoCG）、FA及CSA均与JOA评分具有相关性，其中以VOA比值相关性最为显著，而CSA相关性最低，表明VOA比值能够更好的反应CSM患者脊髓受损程度及术后运动恢复情况，但常规MRI指标CSA对CSM的评价无法完全预测，同时个体差异的存在使得仅靠MRI进行评价易造成错误［14-15］。DTI技术中FA值是反应出水分扩散的重要指标，较常规的MRI值更加敏感和精确，在预测运动功能恢复方面具有重要的意义。CSM患者术前FA值较正常人小，同时也与JOA评分呈现出正相关，术后随访发现在JOA评分好转的同时，FA值也进一步增加，表明FA值同样可以反映运动功能恢复情况。

本次研究ROC曲线及Logistic回归分析显示，VOA比值、PrCG、FA及CSA均能够起到一定的预测作用，且VOA比值及FA值是术后运动功能恢复不良的危险因素，其中又以VOA比值最为敏感，其综合了PrCG及PoCG的双重影响因素，具有更好的敏感性。VOA比值的AUC曲线面积显著大于其他指标，表明VOA比值在预测中起到关键性作用，当VOA比值＞3.65时，提示患者术后可能出现运动功能恢复不良情况，应给予早期干预，防止运动功能的逐渐减退［16］。

综上所述，DTI技术中VOA比值及FA值是预测CSM患者术后运动功能恢复的危险因素，需在临床实际工作中重视VOA比值及FA值。本次研究由于样本量较小，同时患者存在一定程度的个体差异及变异度，需多中心、大样本量的进一步论证。