MRI 在脊髓型颈椎病中的研究进展

舒雨晴 何来昌*

脊髓型颈椎病（cervical spondylotic myelopathy,CSM）是颈椎病中最严重的一种，为脊髓功能障碍最常见的原因。CSM 是一种退行性颈椎骨关节炎，通常始于椎间盘的退行性改变，由颈椎的静态或动态因素和生物损伤所引起。颈椎因素主要是机械性损伤，包括压迫、牵张和剪切，其中颈椎退变导致椎管狭窄引起脊髓的慢性压迫改变最为常见[1]。CSM 的生物学损伤可能与多种机制有关，如自由基介导的细胞损伤、阳离子介导的细胞损伤、谷氨酰胺中毒和细胞凋亡等[2]。缺血被认为是CSM 病理生理学的重要因素[3-4]，目前认为主要与椎动脉、脊髓前动脉及椎间孔的根动脉等脊髓供血动脉受压、血流速率减小有关，但缺乏可靠证据。随着近年来不断发展的MRI技术，如扩散张量成像（DTI）、磁共振波谱（MRS）及功能MRI（functional MRI，fMRI）等，通过提供脊髓微结构和代谢的相关信息，进一步加深了对CSM病理生理改变及其发展过程的认识。

1 传统MRI

CSM 会导致颈椎MRI 上T1WI、T2WI 信号的改变，这些信号改变可能是由于长期的压迫作用所致的脊髓软化和胶质增生[5-6]。T2WI 高信号可能与水肿、炎症、胶质增生和脊髓软化有关，T1WI 低信号可能与囊性坏死有关[7]。近年来，针对脊髓信号改变亚型的分级仍是退行性脊髓疾病领域中争议最大的问题之一。Chen 等[8]提出了一种简单、应用最广泛的T2信号强度（T2signal intensity，T2SI）分级方法：0 级为没有信号增高；1 级为轻度、边界模糊的信号增高；2 级为明显、边界明确的信号增高。

MRI 髓内信号改变对CSM 预后的影响尚在研究中。2019 年世界神经外科学会联合会（World Federation of Neurosurgical Societies，WFNS）脊柱委员会在《影响颈椎病预后的措施和变量》中指出T2WI 多节段高信号提示术后预后不良，而当T1低信号合并T2高信号时，预后更差[9]。Vedantam 等[10]也证实了这一点。此外，Mastronardi 等[11]曾报道52%的病人在减压手术后髓内高信号消失，其中17.4%在术后即刻消失，提示T2WI 信号的变化可逆。无症状椎管狭窄也可出现T2WI 高信号改变。Kato 等[12]观察研究了1 211 名健康志愿者，其中64 名志愿者影像表现可见明显的颈髓压迫，28 名出现T2WI 信号改变。总之，T2WI 高信号不是特异性的，既不能反映可逆或不可逆的结构变化，也不能单独作为评估预后的因素[13]。另外，T1WI 低信号被认为是疾病晚期或神经组织严重损伤的标志[7]。术前T1WI 低信号与术后神经功能不良相关[14]。在Salem 等[15]的一项前瞻性研究中，93 例病人术后随访12 个月，结果发现T1WI 信号改变与较差的预后相关。

2 DTI

2.1 技术原理 DTI 是一种基于组织中水分子扩散速率的成像技术，可以对白质纤维束的完整性进行定性和定量评估。白质的扩散各向异性源于其在平行排列的有髓轴突纤维束中的特定组织结构[16]。轴突结构的破坏将各向异性扩散(定向依赖扩散)转变为各向同性扩散（向各个方向扩散）。评价扩散特性的参数有表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）、平均扩散率（mean diffusivity，MD）、部分各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、相对各向异性（relative anisotropy，RA）等，其中最常用的是ADC 和FA。ADC 反映水分子在各个方向的平均扩散率。水分子在组织中的扩散越强，ADC 越大；反之，ADC 值越低。FA 值在0（各向同性）和1（无限各向异性扩散）之间变化，是用来量化扩散各向异性程度的最常用的指标。

2.2 在CSM 中的应用 在活体评价脊髓的微观结构时，DTI 较常规MRI 具有更好的敏感性。颈髓受压部位的FA 值降低，ADC 值升高，且FA 值的大小与症状的严重程度有关[17-18]。这2 种DTI 参数比常规MRI 更敏感、特异，可以在T2WI 出现高信号前检测到白质纤维束的损伤[18-19]。Scholler 等[20]纳入20 例行DTI 和CT 脊髓成像（computed tomographic myelography，CTM）检查的CSM 病人，结果显示，根据FA值和ADC 值作为手术指征的敏感度分别为79%和82%，故提出DTI 有可能替代CTM 作为一种无创性成像方法来确定是否手术。FA 值与术后脊髓功能恢复是否有关尚有争议，部分研究[21-24]认为FA 值可以预测预后并作为术后恢复指标；而有些研究[25-26]得到相反的结论，认为术前FA 值确实可以预测手术结果，但不足以作为明确术后脊髓功能改变的指标。有研究者[27]分析1 例生前9 年接受了椎板成形术的CSM 病人资料发现，病人术后神经症状得到缓解，但尸检病理结果显示腹侧脊髓灰质萎缩，白质后部和外侧索缩小。由此可见，病理结果不一定与神经系统的改善相符，而DTI 能够反映脱髓鞘和轴索损伤。即使症状有所改善，术后DTI 参数也可能没有变化，因为这些病理改变仍然存在。另外，Kerkovsky′等[28]认为，DTI 与常规MRI 参数和电生理检查相比可能更适合区分有症状和无症状的CSM病人，DTI 检测有症状组病人脊髓最大受压水平的FA 值较无症状组病人减低，而ADC 值增高。与之相反，He 等[29]比较健康组、隐性颈椎病（影像显示脊髓受压但无临床症状）组和CSM 组的DTI 参数发现，3 组间FA 值差异不大；而在常规MRI 上测算3 组的巴甫洛夫比（Pavlovian ratio）（T2WI 正中矢状面上椎管前后径与同一层面上椎体/椎间盘前后径的比值）对于区分有无症状的CSM 病人具有更大的临床意义。这种差异可能与病人颈髓受压程度及样本量不同有关，尚需进一步研究。

3 MRS

3.1 技术原理 MRS 是目前唯一能够无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术，可用于检测多种相关生化指标，包括N-乙酰天门冬氨酸（N-acetyl aspartate，NAA）、乳酸（lactate，Lac）、胆碱（choline，Cho）、肌酸（creatine，Cr）等。NAA 几乎只存在于轴突和神经元中，是反映轴突完整性的指标之一。NAA 峰值降低提示轴突或神经损伤。Lac 在中枢神经系统损伤后的代谢功能障碍中起着中心作用，可能与缺血、线粒体功能障碍有关。Cho 是质膜的主要成分，与细胞膜的合成和降解相关。Cr 是一种衡量整体细胞代谢活动的指标，其峰值在许多病理条件下保持稳定，因而通常被用来作为内部参考值。

3.2 在CSM 中的应用 近年来，颈椎MRS 已被用于CSM 研究。与DTI 相比，MRS 在CSM 中的应用具有更多的优势，它可以提供细胞生物化学和神经结构功能的代谢信息，在脊髓发生不可逆损伤之前检测出脊髓的细胞和微结构改变，从而利于更好地选择治疗方案。CSM 病人颈髓内的NAA/Cr 比值降低反映了神经元损伤的增加[30]。研究[31]显示约1/3 的CSM 病人出现异常的Lac 信号，这支持了缺血在CSM发病机制中的重要性。Holly 等[32]对16 例接受手术治疗的CSM 病人MRS 参数分析发现，术前NAA/Cr比值与术后临床评分变化呈正相关（r=0.251 3），而术前Cho/NAA 比值与术后临床评分变化的相关性更强（r=0.421 9），这可能是由于NAA/Cr 值仅反映轴突和神经元的完整性，而Cho/NAA 值进一步体现了细胞损伤和更新的数量。因此，对于Cho 值升高(细胞损伤和周转增加)和NAA 值降低(轴突或神经元损伤)的病人，手术预后更差。另外，Salamon 等[33]研究了21 例晚期颈椎病病人，发现MRS 对发现其颈髓生化改变很敏感，且Cho/NAA 值可以作为一种潜在的放射学生物标志，能为晚期CSM 病人的治疗提供一定参考。

CSM 和运动功能受损密切相关，可致大脑运动相关皮质的改变。Aleksanderek 等[34-35]选取中央前回“手区”为兴趣区，研究运动功能受损较严重一侧的运动皮质情况，发现NAA/Cr 值和初级运动皮质激活量可用于区分轻度和中度CSM。同时，对减压术后6 个月的CSM 病人行DTI 和MRS 检查，结果发现，在术后神经功能改善且“手区”周围白质完整的情况下，NAA/Cr 值降低，这提示CSM 病人术后运动皮质的代谢功能障碍仍然存在。肌醇（inositol，Ins）被认为是星型胶质细胞的标志，与神经元损伤修复有关。Gohmann 等[36]根据病程时长将20 例CSM 病人分为2 个亚组（＞6 个月组和＜6 个月组），短病程病人的中央前回Ins 值和Ins/Cr 值更高，且Ins 值对CSM 持续症状的预测比临床评分更准确；短病程病人Ins 值增加可能与反应性胶质增生伴亚急性神经炎症所致皮质神经元损伤修复活动增加有关。另外，该研究还发现病人组NAA 值和Cr 值均明显降低的同时NAA/Cr 值并未下降，与Kowalczyk 等[37]的研究结果不同，可能与研究中还包括病程较长的病人有关。

4 fMRI

4.1 技术原理 fMRI 是一种无创、可重复的成像方式，能够检测大脑功能活动随时间的变化。1990 年Ogawa 等[38]首次提出血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）效应。BOLD 效应基本原理是当大脑某个功能区神经元活动增强时，该区域细胞摄氧量增加，从而导致血管内含氧血红蛋白增加，脱氧血红蛋白减少；而脱氧血红蛋白是顺磁性物质，可导致T2信号衰减、下降。因此，脱氧血红蛋白的减少使局部信号增高，脑功能成像时则表现为相应部位的高信号激活区。BOLD-fMRI 分为任务态fMRI 和静息态fMRI，后者包括局部一致性（regional homogeneity，ReHo）、功能连接（functional connectiviy，FC）、独立成分分析（independent component analysis，ICA）等数据处理方法。任务态fMRI 可以用来推断大脑区域功能和特定任务之间的关系，静息态fMRI可以检测静止状态下大脑区域的低频振荡。

4.2 在CSM 中的应用 目前fMRI 较少应用于临床研究。在一些任务态fMRI 的研究[34,39-41]中，CSM可引起大脑皮质激活量的增加或减少，研究结果的不一致可能是由于运动任务和皮质脊髓束损伤的程度不同所致。Hrabálek 等[42]研究分析20 例CSM病人，根据其术前运动诱发电位（motor evoked potentials，MEP）的结果分为MEP 正常组及MEP 异常组，术后随访发现MEP 异常组的健侧大脑感觉运动皮质激活亢进并持续1 年，而MEP 正常组损伤侧的感觉运动皮质激活量下降。MEP 异常组术后的变化可能反映了由于不可逆损伤所导致的皮质适应过程，而非脊髓功能的恢复。

FC 可以量化静息状态下不同大脑区域活动模式之间的关联程度。为研究CSM 病人减压术后上肢疼痛缓解效果不佳的神经机制，Sawada 等[43]将17例接受减压术后的病人分为术后恢复不良组和恢复良好组，并在对手行触觉刺激时进行fMRI 检查，结果发现术后恢复不良组中央后回与背外侧前额叶皮质之间的FC 值明显增加，并以此推测两者之间的FC 值可能是疼痛缓解的预测因子。这进一步证明FC 在评估CSM 病人手术时机中的潜能。

5 不足与展望

总之，MRI 在CSM 病人的诊治中发挥着不可或缺的作用，不仅可用于疾病诊断，还可能预测病人的预后。DTI 和MRS 通过提供关于脊髓微结构和生物化学的详细信息，进一步增强了对CSM 致病机制的认识，fMRI 可以帮助评估CSM 减压手术后神经功能恢复情况。

MRI 在CSM 的诊断中尚存在局限性。由于颈髓MRS 中常用体素的最小横截面积仅略小于脊髓的总横截面积，故体素选取过程中易产生误差，而极小的误差会导致显著的信噪比降低[44]；另外，MRS和DTI 对扫描过程中病人生理结构的运动非常敏感，特别是心脏搏动和呼吸运动[45]。因此，心脏门控、专门的射频线圈及MR 信号抑制带常被用来提高脊髓MRS 和DTI 的成像质量；而fMRI 除了生理噪声的影响外，最常见的问题是检测的重复性和空间定位的准确性[46]。

此外，扩散峰度成像、神经突方向离散度与密度成像、磁化转移以及脊髓fMRI 等许多新技术也在不断发展中。随着MR 技术的不断提高，CSM 的诊断方法将不断完善，相信在不远的将来CSM 病人可以得到更早期的诊断和治疗。