CSM患者高位颈脊髓DTI参数与霍夫曼征关系的临床研究

金韦明，陈森林，李 威，巫贤勇，常建超，刘小琴，宋斾文，董福龙

脊髓型颈椎病(cervical spondylosis myelopathy,CSM)是一种进行性的退变性疾病，也是导致颈脊髓功能障碍的最常见原因。CSM常见的症状包括感觉障碍、运动障碍和反射异常，但这些临床症状和体征并非CSM所特有。Hoffman征是CSM患者的常见体征，但并非所有CSM患者均表现为阳性。CSM患者出现Hoffman征阳性的临床意义、能否作为治疗策略的参考尚存在争议。常规MRI是诊断CSM的影像学金标准，但与CSM患者预后相关的脊髓高信号仅出现在临床晚期患者的T2加权图像上，难以做到对CSM早期诊断与预后判断。弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)通过检测脊髓中水的弥散变化，能够发现在传统的T2加权图像上看起来正常的细微脊髓损伤，对CSM的早期诊断比常规MRI更敏感。该研究旨在通过DTI技术，研究健康组与CSM患者组在高位颈脊髓水平(C1-C3)不同传导束区DTI参数差异，探究在CSM患者中出现Hoffman征结果差异的原因以及临床意义。

1 材料与方法

1.1 病例资料

参考《第三届全国颈椎病专题座谈会纪要》所制定的关于CSM的诊断标准：① 临床上出现颈脊髓损害的表现，以四肢运动、感觉及反射障碍为主；② 影像学所见证实脊髓受压，并与临床症状相吻合；③ 除外肌萎缩性脊髓侧索硬化症、脊髓肿瘤、急性脊髓损伤、继发性粘连性蛛网膜炎、 多发性末梢神经炎等。搜集CSM病例纳入实验组，所有病例均来源于2019年6月—2021年5月就诊于安徽医科大学第一附属医院脊柱外科的患者。实验组纳入标准：① 符合CSM诊断标准；② 病变节段在C3/4水平及以下水平的(包括单节段病变与多节段病变)；③ 双侧Hoffman征均为阳性或均为阴性。实验组排除标准：① 有先天性脊柱脊髓相关疾病、脑相关疾病、神经系统疾病、外伤及相关手术史的；② 糖尿病史、酗酒史等可能影响感觉、运动的相关疾病史与经历的；③ 病变节段在C3/4以上的；④ 单侧Hoffman征阳性的；⑤ 幽闭恐惧症、金属和电子植入物等造成无法接受MRI检查的情况。同期筛选体格检查及影像学检查正常的30例为健康对照组，纳入标准为：① 体格检查未见颈脊髓损害表现，肢体感觉运动正常，双侧Hoffman征阴性；② 影像学检查未见脊髓受压；③ 无其他神经功能损害的。排除标准为：① 曾出现CSM相关症状；② 有脊柱脊髓与脑疾病史；③ 脊柱脊髓外伤、头颅外伤史；④ 有周围神经炎、糖尿病史、酗酒史等特定基础病史；⑤ 影像学检查或相关体查提示有神经系统异常的。该研究符合《世界医学协会赫尔辛基宣言》，所有受试者均完成知情同意程序并签署知情同意书。

1.2 方法

1

.

2

.

1

临床评估 依据Hoffman征将CSM患者组分为Hoffman征阳性、Hoffman征阴性组，使用改良日本骨科学会评分(modified japanese orthopaedic association scores,mJOA)分别评估两组脊髓功能状态。检查Hoffman征时，拇指与食指都出现屈曲才判定为病理征阳性，否则均视为阴性。评估结果有差异的(如mJOA差异≥3分，Hoffman征阴/阳)由上级医师重新评估。所有临床评分由两名脊柱外科医师独立完成。

1

.

2

.

2

图像采集与处理 所有受试者均接受飞利浦Ingenia 1.5T核磁共振成像机检查，检查项目包括头颅与颈椎常规磁共振扫描及颈椎弥散张量成像扫描。使用dS HeadNeck头颈线圈覆盖受试者头颈部，嘱患者平静呼吸，扫描开始后头颈躯干均保持不动，以减少呼吸和运动带来的干扰。扫描内容包括头颅与颈椎常规序列成像、颈椎弥散张量成像。 首先使用TSE序列完成 T1 WI矢状位和T2 WI矢状面扫描。T2W_TSE序列完成 T2 WI 横断面扫描；颈脊髓 DTI扫描参数：矢状面T2WI中TR 3 000 ms，TE 100 ms， 矩 阵 160×249，NSA=1；矢状面 T1WI中TR 550 ms，TE 8 ms， 矩 阵 160× 252，NSA=1.3；横断面T2WI：TR 2 300 ms，TE 120 ms， 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技术，弥散敏感梯度取 15个不同方向，TR shortest ，TE shortest，层厚 3 mm，层间距0 mm，FOV 300 mm×300 mm，采集矩阵为100×98,NSA=2，弥散加权系数(b)分别取0和800 s/mm。

1

.

2

.

3

影像数据收集与处理 2名未参与临床评估的医师使用飞利浦Ingenia 1.5T磁共振的MR Diffusion工具箱对图像进行独立处理。结合常规MRI与DTI图像确定C1/2、C2/3层面：C1/2层面为寰椎椎弓下缘平面，C2/3层面为C2/3椎间盘水平。根据解剖图谱在C1/2、C2/3层面脊髓平面的网状脊髓束、薄楔束及皮质脊髓前、侧束区域分别画出感兴趣区(region of interest,ROI)， 感兴趣区大小为2 mm，记录各传导束区DTI参数值(FA值、ADC值)。见图1。同时以各受试者C1/2层面颈脊髓平面整体作为一个大ROI，DTI参数记为DTI特性参数值；将不同层面传导束区DTI参数值与自身DTI特性参数值作比值，以传导束区DTI参数比值(FA比值、ADC比值)进行统计学分析。所有测量由2名医师分别进行，所得结果ADC值偏差≥0.05 mm/s、FA值偏差≥0.2，则由2名医师重新测量。所有患者在高位颈脊髓水平(C1-C3)常规MRI均未见脊髓损害。

图1 受试者颈椎磁共振图像及感兴趣区的选择

1.3 统计学处理

应用SPSS 23.0进行统计学分析。将网状脊髓束区、薄楔束区、皮质脊髓前束区和皮质脊髓后束区4个传导束区所有测量平面(C1/2、C2/3)DTI参数比值作为一个整体，采用单因素方差比较各组间同一传导束区是否存在差异以及3组组内同一平面内不同传导束区DTI参数比值有无差异，同时采用SNK检验进行两两之间的组间比较；以

P

<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 受试者基本信息与临床评价

经过临床评估与影像学检查，共筛选出有30例健康志愿者作为对照组，年龄67～32(51.37±7.49)岁；根据纳入及排除标准，88例患者纳入实验组，其中Hoffman征阴性组38例、阳性组50例，病程最短6个月，最长10年；阴性组年龄77～29(53.29±9.27)岁，mJOA评分为(15.45±1.50)分；阳性组年龄75～33(53.24±9.73)岁，mJOA评分为(14.78±2.48)分，2组间mJOA评分差异无统计学意义(

P

=0.1459)。

2.2 受试者组内不同层面间比较

将网状脊髓束、薄楔束、皮质脊髓前束、皮质脊髓侧束4个传导束区在C1/2、C2/3层面的DTI参数比值作为整体分析不同传导束在高位颈脊髓内是否存在差异，并采用SNK进行不同传导束区两两之间差异分析，结果显示对照组高位颈脊髓水平不同传导束间的差异无统计学意义，而两CSM患者组内差异有统计学意义(

P

<0.05)。见图2。

图2 高位颈脊髓水平不同传导束区DTI参数比值比较

2.3 三组受试者组间DTI参数比值差异

2

.

3

.

1

网状脊髓束区域 与健康对照组相比，CSM患者组在高位颈脊髓水平均表现出FA比值减低和ADC比值增大，方差分析结果提示，3组间DTI参数比值差异有统计学意义(FA:

F

=19.19,

P

<0.01；ADC:

F

=70.05,

P

<0.01)，不同节段网状脊髓束区间DTI参数比值如图3。

图3 受试者不同节段网状脊髓束DTI参数比值比较

2

.

3

.

2

薄楔束区域 在C1/2颈脊髓水平，3组间仅ADC比值差异有统计学意义(

F

=4.622 ,

P

<0.011 7)。在C2/3颈脊髓水平，3组间也仅FA比值差异有统计学意义(

F

=6.157，

P

=0.002 9)。在高位颈脊髓水平3组间不同节段薄楔束DTI参数比值比较如图4。

图4 受试者不同节段薄楔束DTI参数比值比较

2

.

3

.

3

皮质脊髓前束区域 相比于健康对照组与Hoffman征阴性组， Hoffman征阳性组在高位颈脊髓水平表现出更低的FA比值和更高的ADC比值。在C1/2 颈脊髓平面，方差分析结果表明组间DTI参数比值的差异有统计学意义(FA:

F

=162.30,

P

<0.001;ADC:

F

=86.42,

P

<0.01)，C2/3平面3组间DTI参数比值的差异有统计学意义(FA:

F

=51.89,

P

<0.01;ADC:

F

=18.71,

P

<0.01)。见图5。

图5 受试者不同节段皮质脊髓前束DTI参数比值比较

2

.

3

.

4

皮质脊髓侧束区域 3组间在皮质脊髓束区FA比值(

F

=97.58,

P

<0.01;C2/3:

F

=40.76,

P

<0.01)、ADC比值(C1/2:

F

=48.29,

P

<0.01;C2/3:

F

=17.53,

P

<0.01)间的差异有统计学意义。其中，Hoffman征阳性组FA比值最小而ADC比值最大，健康对照组FA比值最大且ADC比值最小。见图6。

图6 受试者不同节段皮质脊髓侧束DTI参数比值比较

3 讨论

CSM是一种慢性的进展性疾病，各种原因导致的脊髓压迫会导致持续的组织缺血，从而致使缺血性敏感的少突胶质细胞死亡，最终使得少突胶质细胞参与形成的髓鞘结构破坏，脊髓出现脱髓鞘变化。轴突损伤、脱髓鞘改变这些微观的病理改变在疾病发生的早期难以通过常规MRI发现，只有病变到达一定程度，才可能在T2WI上出现高信号，常规MRI在CSM早期诊断上存在局限性。DTI通过测量水分子的弥散运动来反映颈脊髓的微观结构的变化：水分子在组织内弥散的速度越快，DTI中的信号衰减越大，ADC值也就越大。因此，具有高水流动性和水运动边界大的组织(如脑脊髓液和水肿的区域)具有较高的ADC值，而具有高度复杂性和扩散边界较小的组织(如白质纤维束)或肿瘤，具有相对较低的ADC。在神经组织中，水分子优先沿着轴突的纵轴运动，在脊髓中白质主要由各种传导束组成，灰质则主要由神经元胞体组成，脊髓的微结构产生了各向异性的差异，水分子在脊髓内的弥散是高度各向异性的，表现为较大的FA值。通过测量FA值与ADC值的改变，DTI可以在常规T2加权成像明显改变之前识别早期脊髓病变。

有研究表明，在受压节段以上的颈脊髓水平进行分析其指标更可靠，能够有效避免脊髓受压区域形变导致的偏差。因此，该研究选取远离病变部位的高位颈脊髓作为研究层面，为了保证各受试者感兴趣区选择相对固定，在各受试者矢状位图像上的C1/2、C2/3椎间隙层面颈脊髓上选取感兴趣区。同时有研究显示，FA值与ADC值分别与年龄呈显著负相关和正相关，而与性别和脊髓水平无相关性，而将不同层面感兴趣区DTI参数值与自身C1/2平面的DTI参数进行比值，可以消除年龄、病变时间等干扰因素，该研究也采用DTI比值进行分析，以减少混杂因素。

在高位颈脊髓水平，虽然常规MRI未见脊髓病变，但CSM患者DTI参数比值较正常对照组出现差异，提示虽然CSM患者脊髓损害发生在颈脊髓的中下段，但在高位颈脊髓水平脊髓微结构的破坏已经发生，这与之前对于脊髓损伤的众多研究结果相似，即在脊髓损伤发生后，不仅在脊髓中发现FA降低，在远离损伤部位的中枢神经同样发现了FA值的降低 ，CSM导致的慢性脊髓压迫可能也发生了类似于急性脊髓损伤的病理过程。

该研究根据在高位颈脊髓水平相对固定的C1/2、C2/3平面内画出相关传导束走形区作为感兴趣区，通过对Hoffman征表现不同的CSM患者及健康对照人群高位颈脊髓水平不同传导束区DTI参数比值的比较，研究表明Hoffman征的发生与皮质脊髓束病变有关，这与之前研究结果相符合。同时，该研究表明相比于健康对照组，CSM组在高位颈脊髓水平，与运动相关的下行传导束区(网状脊髓束区皮质脊髓前束和侧束区)DTI参数比值间的差异有统计学意义；而在与感觉相关的上行传导区(研究的薄楔束区域)仅在Hoffman征阳性组与健康对照组间FA出现差异，在高位颈脊髓水平下行传导束病变较上行传导束损伤更为严重。既往研究表明，在脊髓损伤发生后脊髓传导通路存在顺行性和逆行性的退行性改变。结合既往研究结果与实验中出现的上下行传导束在高位颈脊髓水平不对称的病变，提示在CSM发生过程中上下行传导束发生不同的顺行性和逆行性退变，下行传导束可能是逆行向下退变的，这也就解释了很多CSM患者术后Hoffman征在一段时间里仍表现为阳性。

Fogarty et al研究表明，没有足够的证据支持单独使用Hoffman征来证实或否定CSM的诊断。但该研究认为，在影像学上证实存在脊髓压迫的病例中，Hoffman征阳性对于评估颈脊髓损伤严重性有重要价值。临床中当出现CSM患者症状与MRI显示的压迫严重程度不相符时，临床医师应考虑检查患者Hoffman征，当Hoffman征阳性时提示高位颈脊髓微结构已经发生破坏，应及时予以治疗，避免更严重损害的发生。Hoffman征阳性的出现与皮质脊髓束的损害有关联。对于Hoffman征阳性的CSM患者，在远离损害部位的高位颈脊髓水平，脊髓微结构的损害已发生。医师不仅要关注宏观的脊髓损害，还需要关注脊髓微结构的改变，在制定治疗策略时应充分考虑。