磁共振弥散张量成像技术在腰椎间盘突出症中的应用价值▲

闫 威 孙 轶 耿进朝 韩 雪

(中国中医科学院望京医院放射科，北京市 100102，电子邮箱：ynihhxk@163.com)

椎间盘突出症是临床常见疾病，发病时患者椎体活动受限，可产生神经根受压症状，并伴有放射性痛，严重影响患者的生活质量。然而，临床中经常会出现椎间盘突出MRI表现与神经根受压症状不一致的情况，导致临床诊断缺乏客观依据，也给治疗方案的制定带来了一定的困难[1]。磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是基于弥散加权成像发展而来的一项新技术，从三维立体角度分解、量化弥散的各向异性分数(fractional anisotropy，FA)数据，能更加精准地显示组织微结构，并可显示人体纤维束的方向及完整性[2-3]。目前，DTI技术在中枢神经系统的应用已日趋成熟，但关于DTI技术在腰椎间盘突出致腰骶丛神经根受压中的应用研究仍较少[4-5]，而且关于脊神经的DTI研究主要集中在腰椎间盘突出致脊神经受压并产生症状的人群与正常人群之间的对比研究[3,5]，而在伴有和不伴有临床症状的脊神经受压患者之间的DTI比较仍较少见。因此，本研究探讨DTI在伴有和不伴有临床压迫症状的腰椎间盘突出脊神经受压患者中的应用效果。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选取2019年7月至2020年6月到我院就诊的腰椎间盘突出压迫脊神经且行腰椎间盘MRI检查的60例患者，其中伴临床压迫症状患者(脊神经压迫症状组)和不伴临床压迫症状患者(脊神经无压迫症状组)各30例。脊神经压迫症状组中男性14例，女性16例，年龄25～58岁，中位年龄43.3岁；脊神经无压迫症状组中男性15例，女15例，年龄27～55岁，中位年龄42.7岁。选取同期在我院进行健康体检的正常对照组30例，其中男性15例，女性15例，年龄为12～70岁，中位年龄42.9岁。脊神经压迫症状组纳入标准：(1)MRI检查提示L4～5或L5～S1椎间盘突出致脊神经受压者；(2)直腿抬高试验阳性；(3)L4～S1单根脊神经分布区感觉及肌力检查异常。脊神经无压迫症状组纳入标准：(1)MRI检查提示L4～5或L5～S1椎间盘突出致脊神经受压者；(2)直腿抬高试验阴性；(3)L4～S1神经分布区感觉及肌力检查无异常。正常对照组纳入标准：(1)CT或MRI检查提示无腰椎间盘突出征象；(2)直腿抬高试验阴性；(3)L4～S1神经分布区感觉及肌力检查无异常。所有受试者的排除标准：既往存在腰椎手术史者；存在MRI检查禁忌证者；脊髓病变或脊神经肿瘤性病变等患者；腰椎滑脱及畸形患者。3组受试者的性别、年龄比较，差异均无统计学意义(均P>0.05)，具有可比性。所有患者及志愿者均签署知情同意书，且本研究已通过我院伦理委员会审查。

1.2 检查方法 使用西门子公司MAGNETOM Skyra 3.0T超导型MRI扫描仪及32通道脊柱线圈进行图像采集。检查时受试者仰卧于检查床上，并将腰部固定于检查床，佩戴耳机。所有受试者均行腰椎常规MRI序列扫描，包括矢状位T1加权成像(T1-weighted imaging，T1WI)、 T2加权成像(T2-weighted imaging，T2WI)及横轴位T2WI。快速自旋回波(turbo spin echo,TSE)序列T1WI矢状位：重复时间=506 ms，回波时间=8.7 ms；TSE序列T2WI矢状位：重复时间=2 500 ms，回波时间=92 ms；TSE序列T2WI横轴位：重复时间=2 000 ms，回波时间=100 ms。所有受试者均行单次激发自旋回波-回波平面成像序列(single-shot spin-echo-echo planar imaging,SS-SE-EPI)中的横轴位DTI扫描：重复时间=6 560 ms，回波时间=59 ms，视野为240 mm×240 mm，矩阵为120×84，扩散敏感梯度方向数为12，b值为0、800 mm2/s，层厚/间隔为3 mm/0 mm，激励次数为1。

1.3 图像分析 DTI扫描后，将原始图像传输至后处理工作站进行后处理，得到FA图及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)图。测量每组受试者的L4/L5、L5/S1神经根FA值和ADC值时，采用系统最小面积勾画感兴趣区域(region of interest，ROI)，以尽量避免部分容积效应对测量结果的影响。在FA图像上将ROI放置在目标脊神经背根神经节和椎间孔外口处脊神经上测量相应的FA值，每处测量3次取平均值，再将背根神经节和椎间孔外口处脊神经的FA值取平均数作为相应脊神经的FA值。在ADC图像上将ROI放置在目标脊神经背根神经节和椎间孔外口处脊神经上测量相应的ADC值，每处测量3次取平均值，再将背根神经节和椎间孔外口处脊神经的ADC值取平均数作为相应脊神经的ADC值。

1.4 统计学分析 应用SPSS 20.0软件进行统计学分析。计量资料以(x±s)表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验；计数资料以例数和百分比表示，比较采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

脊神经压迫症状组的FA值低于脊神经无压迫症状组和正常对照组(均P<0.05),但脊神经无压迫症状组与正常对照组之间的FA值差异无统计学意义(P>0.05)。脊神经压迫症状组的ADC值高于脊神经无压迫症状组和正常对照组(均P<0.05)，但脊神经无压迫症状组与正常对照组之间的ADC值差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。典型L5/S1椎间盘突出MRI图像见图1。

表1 3组受试者FA值和ADC值的比较(x±s)

图1 典型L5/S1椎间盘突出MRI图像

3 讨 论

腰椎退变所引起的椎间盘突出症是骨科发病率较高的一种疾病，多数患者以下腰痛为首发症状而就诊。1999年至2013年，有学者对全球188个国家的301种急性和慢性疾病流行率进行调查，发现致残率排名第一位的为下腰痛和重度抑郁症，因此，腰椎间盘突出症所导致的下腰痛对患者的生活质量有严重影响[6-7]。人的腰骶椎处于腰椎和骶盆交界，骶盆相对比较固定，而腰骶椎的活动幅度较大，剪切力和垂直力较大，容易导致椎间盘退变和损伤，因此L4～S1椎间盘退变所占比例较大[8]。准确定位病变的神经根可以提高腰椎间盘突出症的治疗成功率，具有重要的临床意义。相较于其他影像检查手段，常规MRI检查的软组织分辨率高，可以多方位、多序列成像，能直观显示神经根受压情况，是目前影像学诊断腰椎间盘突出症的主要检查方法。然而，常规MRI检查对腰椎间盘突出症病变神经的定位仍存在一定局限性，其诊断腰椎间盘突出症病变神经根主要通过观察神经根受压情况，而在临床实际工作中发现常规MRI观察到的神经根压迫征象与临床症状并无显著相关性[1]。DTI技术是一种基于弥散加权的磁共振神经成像技术，主要通过抑制血管信号从而提高周围神经的显像效果，能更加清晰地显示神经纤维的走行信息，并通过FA值和ADC值量化分析神经内水分子的弥散情况，因此具有显示周围神经微观结构和评价其功能的潜能。研究表明，DTI能敏感地探测退变早期椎间盘水分子的扩散情况及扩散的FA[2-3]。近年来的一些研究已证实，DTI技术在周围神经系统中的定量评估是可行的，且具有无创、定量评价的优势，通过勾画ROI、测量相关参数值等可以识别早期周围神经的微观病变,从而对疾病进行早期诊治[9-10]。通过DTI技术可获得FA和ADC，FA值用于描述微观环境下FA弥散占整个弥散张量的比例，其取值范围为0～1，0代表弥散运动不受限，比如脑脊液的FA值接近0；而对于具有方向性的组织，其FA值大于0，比如神经纤维的FA值接近1。成像体素内各个方向扩散幅度的平均值用ADC值表示，其代表在成像体素内水分子弥散运动的大小或程度，反映水分子在单位时间内扩散运动的范围，其值越大说明水分子扩散能力越强[11]。正常情况下，由于髓鞘的限制，沿着神经长轴方向的质子弥散速度是垂直于神经长轴方向的3倍；当发生椎间盘突出压迫神经根时，轴浆流动受阻、近端静脉瘀血和远端神经发生沃勒变性，导致轴突与鞘膜之间的间隙增宽，弥散向量增加，引起ADC值增大和FA值下降[12-13]。

本研究结果显示，脊神经压迫症状组的FA值低于正常对照组，ADC值高于正常对照组(P<0.05)，MRI图像可以观察到椎间盘突出患者的神经根明显受压、移位甚至局部缺失，相应椎间孔狭窄。由于神经根遭受炎性刺激、慢性压迫后可引起水肿，细胞间隙增大,从而扩散空间增大、阻力减小,扩散运动加强,扩散同相性增高，故FA值减小；同时，在病理环境中大分子蛋白质吸附作用、细胞膜通透性、生物组织内血液灌注均会出现明显改善，故ADC值升高[14]。因此，受压的神经根相对于完整的神经根有较低的FA值和较高的ADC值。李冲等[15]研究发现，慢性损伤可使细胞内水分子不断向细胞外间隙流出，引发血管源性水肿，降低FA值，提高ADC值。

本研究比较脊神经压迫症状组和脊神经无压迫症状组FA值和ADC值，结果显示，脊神经压迫症状组的FA值低于脊神经无压迫症状组，且ADC值高于脊神经无压迫症状组(均P<0.05)，而脊神经无压迫症状组和正常对照组的FA值和ADC值比较，差异均无统计学意义(均P>0.05)，其原因考虑为脊神经无压迫症状组受压脊神经的水分子弥散运动的大小及程度、受压组织引起的水肿、扩散空间的增大及阻力的减小，均远低于脊神经压迫症状组，而且轴突与鞘膜之间间隙的增宽，弥散向量的增加同样远低于脊神经压迫症状组，以致不足以引起FA值及ADC值的明显变化，说明脊神经无压迫症状组脊神经无明显损伤或受损程度较轻，进而说明FA值下降和ADC值增大可以量化评估由椎间盘突出致神经根受压而造成的腰骶神经的损伤。通过测量腰椎间盘突出症患者的FA值及ADC值可以明确诊断导致临床症状的责任神经根，为临床治疗提供指导。

本研究存在一定的局限性。首先，课题组不同人员测量DTI的FA值及ADC值时不可避免会存在一些误差，尤其是不同部位的ROI勾画可能有差别；其次，由于受到脑脊液波动伪影的影响，同一神经根的FA值及ADC值会有细微差异；再次，本研究的样本量较少，对研究结果可能会产生一定影响。

综上所述，磁共振DTI技术的FA值、ADC值在伴临床压迫症状腰椎间盘突出症患者中均有明显改变，而在不伴临床压迫症状腰椎间盘突出症患者中无明显改变。磁共振DTI技术的FA值和ADC值或可帮助影像科医生更准确地诊断病变神经根，为腰椎间盘突出症的治疗提供更有效的客观指标，对临床治疗有指导意义。