弥散张量成像在脊髓型颈椎病病变邻近节段与病理征的临床研究

李威，陈森林，金韦明，巫贤勇，杨昆，王莹，宋沛文，董福龙

(安徽医科大学第一附属医院，安徽合肥 230031)

颈椎病是一种以椎体、椎间盘、小关节和相关韧带变性为特征的脊柱疾病，通常会导致骨刺的形成，在某些情况下还会导致脊髓病。磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是评估颈髓健康的标准成像方式。对脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)脊髓的评估通常包括形态学测量，然而形态学测量和异常MR信号改变并没有显示与外科干预后神经功能或预后有一致的联系。因此，需要有可靠的放射学标准和影像生物标记物来预测手术受益人群。弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一种对水自由扩散的大小和方向敏感的MRI技术，对脊髓组织显微结构敏感，在检测损伤后脊髓完整性的细微变化方面优于常规T2加权MRI。本研究使用DTI成像技术对阳性与阴性CSM患者及健康志愿者进行颈髓成像，从而揭示两两之间所存在的差异。

1 材料与方法

1.1 临床资料

收集2019年9月～2020年9月在本院脊柱外科住院并行手术治疗的CSM患者(符合参照第三届全国颈椎病专题专家共识制定的诊断标准[1])，其中病理征阳性患者10例，阴性5例；男性4例，女性11例；年龄46～64岁，平均(52.8±5.5)岁。纳入标准：①无颅脑及脊髓创伤；②无颅脑及脊髓器质性疾病；③无磁共振检查禁忌证。此15例患者设为实验组。选取年龄、性别等相匹配的健康志愿者10例作为对照组。所有志愿者经影像学检查和功能评分，均与入组标准无冲突，感觉及运动功能正常。对15例患者也进行了颅脑及颈椎T1、T2成像检查及功能评分。T1、T2成像显示15例患者存在不同节段椎间盘突出、黄韧带增厚及后纵韧带骨化等单一或复合情形，而颅脑及颈髓的T1、T2成像未显示实质或血管病变，但功能评分显示所有的患者或多或少存在感觉及运动功能障碍。具体的功能评分见表1-2。

表1 病理征阳性及阴性CSM患者的脊髓功能评分

表2 CSM患者的人口学和临床信息

1.2 磁共振检查

常规MRI 扫描及DTI 扫描均采用飞利浦Ingenia 1.5T磁共振机扫描，应用dS HeadNeck头颈线圈(dS HeadNeck,Ingenia)。首先使用TSE 序列完成T1WI 矢状位和T2WI矢状面扫描。T2W_TSE 序列完成T2WI横断面扫描，颈脊髓 DTI 扫描参数如下：矢状面T2WI：TR 2000 ms，TE 100 ms，矩 阵160×249，NSA=1矢状面T1WI：TR 550 ms，TE 8 ms，矩阵160×252，NSA=1.3；横断面T2WI：TR 2300 ms，TE 120 ms，层厚4 mm，层间距-2 mm，矩阵150×150，NSA=1；DTI扫描与常规扫描定位相同，采取单次激发自旋回波平面回波成像(single-shot spin echo echo-planar image,SS-SE-EPI)技术，弥散敏感梯度取15个不同方向，TR 2983 ms，TE 83 ms，层厚3 mm，层间距0 mm，FOV 300 mm×300 mm，采集矩阵为100×98，NSA=2；共扫50层。弥散加权系数(b) 分别取0和800 s/mm2，扫描结束后每一层面共获取16 幅图像，第1 幅为b=0 时的图像，其余15 幅为b=800 s/mm2时不同梯度方向的图像。

1.3 统计分析

2 结果

与对照组相比，C3-4层面阳性患者皮质脊髓前束、皮质脊髓侧束及脊髓丘脑束的表观张量系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值均升高(P<0.05)，左右侧各传导束各向异性分数(fractional anisotropy,FA)值均未见减低(P>0.05)；C4-5层面仅双侧皮质脊髓侧束ADC值升高(P<0.05)。与对照组相比，C3-4层面阴性患者仅双侧皮质脊髓侧束FA值减低(P<0.05)；C4-5层面仅右侧皮质脊髓前束及双侧脊髓丘脑束FA值减低(P<0.05)。C3-4层面阳性与阴性患者相比，仅右侧皮质脊髓前束FA值减低(P<0.05)，其余传导束双侧FA值及ADC值均没有统计学差异(P>0.05)；C4-5层面相比，仅双侧脊髓丘脑束FA值减低(P<0.05)。具体数据见表3-4所示。

表3 病理征阳性、阴性CSM患者与健康对照组C3-4椎间盘层面皮质脊髓束、脊髓丘脑束FA、ADC值比较

表4 病理征阳性、阴性CSM患者与健康对照组C4-5椎间盘层面皮质脊髓束、脊髓丘脑束FA、ADC值比较

图1 阳性CSM患者颈椎T2WI矢状位图像，显示C4-5椎间盘突出，硬膜囊及颈髓受压明显

图2 病理征阳性CSM患者颈髓DTI FA横截面图，显示该节段硬膜囊及颈髓受压明显，图中6个圈代表该节段所选取的6个ROI(ROI选取参照右侧颈髓横切面示意图)

3 讨论

阳性CSM患者的脊髓病理损伤不仅局限于颈髓受压节段，且邻近层面的传导束也受到了影响[2]，所受影响的横截面积大于阴性CSM患者。从统计学分析，阳性与阴性CSM患者的各项评分均不存在显著性差异。但评分存在一定主观性，且本研究的样本容量较少，不排除存在假阴性。DTI中FA的横截面图分辨率较低，且是手动选取的ROI，尽管有相应的颈髓横断面解剖示意图作参照，但选取的位置还会存在偏差，且个体间存在差异。因此从统计结果而言，C3-4层面阳性与阴性患者相比，仅右侧皮质脊髓前束FA值减低(P<0.05)，其余传导束双侧FA值及ADC值均没有统计学差异(P>0.05)；C4-5层面相比，仅双侧ST FA值减低(P<0.05)。所以很难判定病理征的有无是与CT抑或ST相关，或是与两者皆相关，这可能是因为样本容量较少及所选取的ROI不够准确所致。有研究显示，CSM患者FA值与正常对照组无明显差异，但术后显著降低，术后6个月显著升高[3]。还有研究表明，RD与mJOA呈负线性相关，提示慢性脊髓压迫患者的神经功能下降可能伴随脱髓鞘增加[4]。CSM的病理生理复杂，包括因椎间盘突出引起的脊髓机械受压、骨赘或后纵韧带骨化以及继发性脊髓缺血。CSM颈髓的病理改变包括空化、脱髓鞘和脊髓梗死区[4-5]。

脊髓中T2高信号的存在被认为是预后差的标志，被认为是严重损伤，如软化和胶质增生。然而无法使用T2高信号评估脊髓病的潜在原因，可能是相对较低的敏感性和传统MRI对微结构病变无法量化。DTI对水分子的弥散变化敏感，是探索颈髓微结构变化的最佳选择[6]。DTI可以检测在常规T2加权磁共振图像上没有明显异常的脊髓微结构损伤，通过FA和ADC值反映白质纤维组织完整性的弥散特征[7]。DTI可作为一种非侵入性的方法来监测无症状或轻度CSM患者即将发生的神经退化，用以评估其进展[8]，同时有助于了解颈髓的生理和病理变化，并协助开发临床诊断和预后工具[9]。DTI在分析变性和代谢功能障碍相关的微结构和生化信息方面，可能有较大价值，并可提供比标准MRI更敏感的脊髓损伤识别[10]。目前的研究表明，FA可能是一个可靠的标记，反映了CSM患者的临床(mJOA)和患者感知残疾(MDI)[11]。FA值的下降反映了白质纤维束的顺行和逆行变性。在组织学上，轴突丢失、脱髓鞘、胶质细胞增生、星形细胞瘢痕，以及细胞外基质的增加，已在白质纤维束的继发性变性中表现出来。笔者观察到的DTI结果，可能代表继发性轴索损伤晚期后果的一个组成部分，其中包括沃勒变性[12]。DTI为临床发现这些传导束的功能状态提供了一定的方法，笔者期待未来的磁共振成像分辨率能出现质的飞越，也期待未来能够对损伤的传导束进行一定修复。

综上所述，颈髓DTI测量的FA及ADC值的变化反映了CSM患者皮质脊髓束及脊髓丘脑束存在局部变性。阴性CSM患者的感觉及运动障碍也很明显，影像学上往往也显示颈髓受压很重，而阳性与阴性CSM患者颈髓的DTI参数并没有明显的差异，所以单凭有无病理征来决定是否手术干预尚不够准确全面。