磁共振扩散张量成像对早期脊髓型颈椎病的诊断价值

信瑞强 宋莉 郭冉 李凤菊 钟佳利 赵爽 彭如臣

脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)是一种进行性退行性疾病，发病率逐年增高，已成为临床常见病、多发病，可导致颈髓长期受压、变性，引起颈髓功能障碍，严重者至截瘫[1,2]。磁共振成像是评估脊髓型颈椎病常用检查手段，可以清楚地显示受压颈髓的形态学和信号变化，MRI-T2WI序列中可以看到颈脊髓信号增高，此时往往提示病情处于中晚期阶段[3,4]。然而MRI与临床表现之间有时并不一致，对于早期的脊髓型颈椎病患者，即使症状严重，常规MRI也可表现正常，导致诊断轻度脊髓型颈椎病的敏感性降低[5]，研究表明椎体切除可被认为是治疗轻、中度和重度脊髓型颈椎病的一种安全有效的选择[6]。因此早期、准确评估颈髓损伤严重程度对于脊髓型颈椎病的诊疗具有极其重要意义。磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)在扩散加权成像的基础上，施加了多个方向扩散敏感的梯度脉冲，得到组织中各个方向的扩散情况，进而通过量化各向异性扩散来定量反映微观结构的变化[7]。目前在中枢神经系统方面取得了较大的进展[7-10]，最常见的定量参数是各向异性分数(fractional anisotropy，FA)和表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)。Demir等[3]的研究表明ADC值的增加比T2WI显示高信号诊断脊髓型颈椎病更敏感，尤其对于早期脊髓型颈椎病患者的诊断更为敏感。近年来DTI的其他参数，如轴向弥散系数(axial diffusivity，AD)和径向弥散系数(radial diffusivity，RD)也越来越多地应用于研究中[8]，因此，本研究同时评估了FA、ADC、AD及RD值在诊断脊髓受压但常规T2WI无高信号的早期脊髓型颈椎病中的诊断效能。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2016年8月至2019年3月在我院收治的CSM患者40例为CSM组，该组CSM患者临床表现为不同程度的四肢麻木、乏力、笨拙、行走不稳,双足踩棉花感等神经功能障碍，所有患者颈椎MRI硬膜囊及颈髓均有不同程度的受压，排除常规T2WI有高信号的患者，其中男18例，女22例;平均年龄(56.6±11.0)岁。另选取同期健康志愿者38例为对照组，主诉无明显身体不适，常规MRI检查硬膜囊及颈髓无受压，其中男20例，女18例;平均年龄(43.2±13.7)岁。

1.2 检查方法 采用Siemens公司MAGNETOM Skyra 3.0T MR扫描仪，常规MRI扫描及DTI扫描均应用32通道脊柱线圈。首先使用TSE序列进行T2WI矢状面和横断面常规扫描，扫描参数如下：矢状面，TR 2 500 ms，TE 101 ms，层厚3.5 mm，层间距4 mm,FOV 240×240 mm，矩阵307×384。横断面，TR 3 090 ms，TE 110 ms，层厚5 mm，层间距0 mm,FOV 240×240 mm，矩阵240×320。扫描完成后再进行颈脊髓DTI检查，参数如下：DTI扫描与常规横断面扫描定位相同，采取高清弥散RESOLVE-DWI序列，弥散敏感梯度取12个不同方向，弥散加权系数(b)分别取0和500 s/mm2，TR 2 700 ms，TE 47 ms，层厚5 mm，层间距0 mm，FOV 240×240 mm，矩阵47×128，共20层，总时长3分39秒。

1.3 图像收集与数据分析 扫描结束后，将所有得到的数据传至Siemens Syngo.via后处理工作站。在NEURO3D软件中，点击Diffusion界面，可得到FA伪彩图、ADC图、AD图以及RD图，以T2WI轴位图像作为参考确定感兴趣区，所取感兴趣区面积约为5～10 mm2，置于颈髓受压最明显层面，健康志愿者由两名医师商议后确定相对受压明显区域，由一名具有6年工作经验放射科诊断医师分别测量FA、ADC、AD及RD值，测量3次后取其平均值作为最终的测量结果。见图1。

图1 DTI相关的FA图、ADC图、AD图及RD图

2 结果

2.1 CSM组与对照组DTI相关定量参数值比较 CSM组FA值低于对照组，差异有统计学意义(P<0.01)；ADC值、AD值及RD值CSM组高于对照组，差异均有统计学意义(P<0.01)。见表1。

表1 脊髓型颈椎病患者与对照组DTI相关定量参数值比较

2.2 DTI相关定量参数值诊断CSM的ROC曲线分析 对各定量参数值绘制ROC曲线，各参数中RD值诊断CSM的曲线下面积(area under curve,AUC)最大，为0.822，当诊断临界值为0.782时，敏感性和特异性分别为72.5%和84.2%，AD值诊断效能较差，AUC为0.740，但各定量参数值诊断CSM的AUC两两比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2，图2、3。

图2 FA值诊断脊髓型颈椎病的ROC曲线

表2 DTI相关定量参数值诊断脊髓型颈椎病的效能

2.3 DTI相关定量参数值联合诊断CSM的ROC曲线分析 定量参数联合使用对CSM的诊断效能，FA与ADC、FA与AD联合使用诊断CSM的AUC最大，分别为0.841和0.846，均大于ADC与AD联合使用的AUC，差异有统计学意义(均P<0.05)，其余两两比较差异无统计学意义(均P>0.05)。FA与ADC、FA与AD联合使用诊断CSM的AUC分别大于单独使用ADC值和AD值，差异均有统计学意义(均P<0.05)。其余两者联合使用的AUC与单独使用比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见表3，图4。

图3 ADC值、AD值及RD值诊断脊髓型颈椎病的ROC曲线

表3 DTI相关定量参数值联合诊断脊髓型颈椎病的ROC曲线分析

图4 DTI相关定量参数值联合诊断脊髓型颈椎病的ROC曲线

3 讨论

脊髓型颈椎病是导致脊髓病理和功能受损最常见的非创伤性原因，一生中有多达2/3的人受其影响，且有趋于年轻化趋势[11]。平片、CT及MRI是评估脊髓型颈椎病的重要检查方法，均可用来评估颈椎管狭窄和椎体骨质增生。平片由于价格低廉，常作为首选的检查方法，然而用于评估颈髓压迫损伤时常需进行MRI检查。脊髓型颈椎病患者可能有相似的MRI表现，如狭窄程度和颈髓信号的异常，但神经功能损害程度可能不同，且何时进行干预是一项挑战，如能早期客观定量评估颈髓微观结构的变化，将对这类患者的长期检测和临床管理大有益处[6]。

DTI是一种对水分子扩散敏感的磁共振技术，可以提供白质微观结构的定性和定量信息，反映大脑或脊髓中神经纤维的完整性，目前已广泛应用在全身各个部位，如对脑胶质瘤进行术前分级[10]、评估脑外伤的严重程度及外伤后认知功能的改变[11]等。DTI扫描完成经后处理可获得四个定量参数，FA、ADC、AD及RD值，FA值反映各向异性扩散方向性及纤维束内细胞结构的排列情况，其值范围为0～1，值越小，说明白质纤维破坏严重，水分子弥散不受限制；ADC值相当于平均扩散系数(mean diffusivity,MD)，是扩散张量三个本征值的平均值，可反映组织中水分子的弥散运动；AD由张量中最大的本征值表示，反映水分子在轴向或纤维束走行方向上的弥散程度及轴突的完整性；RD是两个较小的张量本征值的平均值，研究表明RD值可能反映髓鞘的损伤[8,12]。

本研究中早期脊髓型颈椎病患者的定量参数值FA低于正常志愿者，ADC值、AD值及RD值CSM组高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，这与以往的研究[4]相一致，狭窄节段脊髓FA值显著降低，ADC值显著升高(P<0.01)。对于存在脊髓压迫，但常规T2WI无高信号的患者，DTI相关定量参数可提高此类患者脊髓型颈椎病的诊断效能，其中RD值诊断效能最好，AUC达0.822，其次是ADC值，AUC为0.790，但两两比较差异均无统计学意义(P>0.05)。RD是DTI中垂直于白质纤维方向扩散系数平均值，Gao等[13]的研究中认为相较于λ1，λ2和λ3可能是脊髓型颈椎病更敏感的指标，另外RD值的增加可能反映了脱髓鞘的程度，脊髓压迫的早期白质损伤可能以脱髓鞘为主，本组数据中脊髓型颈椎病患者尚处于早期阶段，未出现T2WI高信号，因此RD值可能更加敏感，但仍然需要动物模型验证。本研究中FA值诊断脊髓型颈椎病的AUC低于ADC值，Facon等[14]的研究表明在疾病的早期阶段ADC局灶性减少和FA值增加，随着时间延长ADC呈特征性增加，FA呈下降趋势，本研究中病程时间长短不同，可能是造成FA值敏感性降低的原因，在未来的研究中需将病程考虑在内，以提高实验的可靠性。此外还可能与测量误差有关，这将在以后进行详细研究，探讨可重复测量的方法，提高测量的稳定性。DTI相关定量参数值两两联合使用一定程度上提高AUC、敏感性和特异性，其中FA与ADC、FA与AD联合使用时表现出较高的AUC，这与Lee等[15]的研究相一致，其在运用DTI相关定量参数值评估脊髓受压时发现LD(即AD)与FA联合使用显示出最好的特异性和敏感性。 尽管部分参数联合两两使用的AUC面积与单独使用差异无统计学意义，但是联合使用提高了诊断的敏感性，其机制尚不明确，可能是因为脊髓型颈椎病患者脊髓LD和RD的不同变化导致FA的变化[13,15]。

本研究存在一定的局限性，患者的年龄跨越范围较大，颈髓的FA和ADC值受年龄变化的影响，未来将加大样本量，分析年龄对早期脊髓型颈椎病诊断的影响。另外本研究未对定量参数进行一致性检验，但定量参数由一名放射科医师测量了3次，并取其平均值，可在一定程度上避免误差。

总之，DTI相关定量参数可能在常规T2WI显示颈髓高信号出现之前早期客观定量评估颈髓微观结构的变化，可作为早期诊断脊髓型颈椎病的潜在生物标志物,FA与ADC、FA与AD联合使用具有较大诊断价值。