磁共振擴(kuò)散張量成像對脊髓型頸椎病的初步研究

宋春瑤，王曉明

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)多發(fā)生于40歲以上的患者，它是由于頸椎椎體退化及相鄰軟組織(如椎間盤突出、椎體后緣骨刺、后縱韌帶骨化、黃韌帶肥厚或鈣化、椎管狹窄等)的退變而造成了對脊髓的直接壓迫，加上劇烈的運(yùn)動或長期的不良姿勢等動態(tài)因素的影響，導(dǎo)致脊髓受壓或脊髓缺血，繼而出現(xiàn)脊髓的功能障礙，是頸椎病中較嚴(yán)重的一型。目前磁共振成像是脊髓型頸椎病最佳的檢查手段，可以顯示被壓迫頸髓病變部位與鄰近的組織關(guān)系，同時初步估計(jì)脊髓病變的性質(zhì)和受累程度，但在脊髓型頸椎病早期診斷中敏感度較低，T2WI顯示高信號的患者其病程多為晚期，多提示不可逆性損傷[1]，往往低估脊髓損傷的程度，其與脊髓臨床功能狀態(tài)無相關(guān)性[2-4]，不能為臨床早期干預(yù)提供可靠信息。隨著低頭工作方式人群增多、電腦、空調(diào)的廣泛使用，頸椎病患病率正不斷上升、并且發(fā)病年齡不斷提前，早期檢出脊髓損傷意義重大。在DWI基礎(chǔ)上改進(jìn)和發(fā)展的全新顯示和定量分析灰質(zhì)病變及其周圍白質(zhì)纖維束的磁共振成像—磁共振擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI) 是一項(xiàng)可以在活體狀態(tài)研究中樞神經(jīng)白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的新技術(shù)，能較DWI 更準(zhǔn)確地反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散情況，可以在三維空間內(nèi)定量分析水分子擴(kuò)散特性，顯示脊髓的細(xì)微病理生理變化及白質(zhì)纖維束的走行、連接及細(xì)微變化，在顯示脊髓損傷方面具有重要潛在價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

對照組13例健康志愿者(年齡從10～46歲，其中男性5例；女性8例)，主訴無身體不適，頸椎MRI檢查正常。病例組13例，均來自本院門診及住院患者，病例入選條件符合1984年及1992年兩次全國頸椎病專題研討會制定的CSM 的診斷標(biāo)準(zhǔn)：①臨床上出現(xiàn)頸髓損害的早期表現(xiàn)，如頸部不適，僵硬、疼痛，四肢麻木、無力，精細(xì)運(yùn)動差及Hoffmann征陽性等；②常規(guī)MRI 示：椎體及附件骨質(zhì)增生、椎間盤突出、椎間隙變窄、后縱韌帶及黃韌帶增厚和硬膜囊及脊髓受壓等；脊髓受壓部位無T2 高信號；脊髓受壓為單節(jié)段；③除外肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥、脊髓腫瘤、脊髓損傷、多發(fā)性末梢神經(jīng)炎、繼發(fā)性粘連性蛛網(wǎng)膜炎等脊髓病變；④無嚴(yán)重心、腦、肺、腎及消化系統(tǒng)等疾病。檢查前均簽署知情同意書。

1.2 設(shè)備和技術(shù)指標(biāo)

采用GE HDxt 3.0T MR掃描儀，12通道頭頸聯(lián)合線圈，對照組和病例組獲取常規(guī)MRI橫斷位T2WI、矢狀位T1WI和T2WI和橫斷位的DTI掃描。DTI掃描參數(shù)：軸位DTI 掃描C2～C7水平，F(xiàn)OV=200mm，TE=75 ms，TR=7000ms，層厚為3 mm，層間距為0，采集矩陣為256×256，共32層，擴(kuò)散敏感梯度取15個不同方向，擴(kuò)散加權(quán)系數(shù)(b值)取600s/mm2。

1.3 圖像處理及分析

采用 GE functool 3.0軟件對DTI數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，用校準(zhǔn)程序?qū)?DTI 原始數(shù)據(jù)校正，以減少圖像變形，由兩位有經(jīng)驗(yàn)的MRI診斷專家共同對影像質(zhì)量做出評價，篩選圖像質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。對照組和病例組都對 C3～4、C4～5、C5～6、C6～7椎間盤層面進(jìn)行分析和測值，其中病例組中脊髓受壓或損傷的層面根據(jù)軸位b=0圖和彌散圖像確定感興趣區(qū)(ROI取10mm2)置于脊髓受壓部位，記錄各間盤水平對應(yīng)脊髓的ADC值和FA值。通過DTI而獲得的ADC圖和FA圖是以ADC值、FA值大小為圖像信號強(qiáng)度擬合而成的偽彩圖，由大到小分別顯示為紅色、黃色、綠色、藍(lán)色。紅色代表 ADC、FA 值最大區(qū)域，藍(lán)色代表ADC、FA值最小區(qū)域。在ADC彩圖中，正常頸髓為較均勻藍(lán)色，腦脊液為較高ADC值呈紅色；在FA彩圖中，正常頸髓呈深紅色信號，腦脊液呈藍(lán)色信號。對所有受檢者行頸髓纖維束重建。

1.4 統(tǒng)計(jì)處理

2 結(jié)果

圖1 男，37歲，1A、1B：矢狀位、軸位T2WI頸髓未見異常；1C：ADC偽彩圖顯示頸髓為較均勻藍(lán)色,腦脊液顯示為紅色；1D：FA彩圖顯示頸髓呈深紅色信號，腦脊液呈藍(lán)色信號；1E：頸髓纖維束成像顯示正常Fig 1 A 37-year-old male.1A, 1B: T2WI showing intact cervical spinal cord; 1C: ADC color map showing blue cervical spinal cord and red CSF; 1D: FA color map showing deepened cervical spinal cord in color and blue CSF; 1E:Intact spinal cord fi ber bundles.

圖2 女，55歲，四肢無力15天，疼痛逐漸加重。2A、2B：矢狀位、軸位T2WI顯示C5～6椎間盤突出；2C：受壓部位腦脊液紅色信號消失；2D：硬膜囊腦脊液藍(lán)色信號消失，受壓脊髓紅色信號變淺Fig 2 A 55-year-old female complained of weakened superior and inferior limbs lasting 15 days with aggravated pain gradually.2A, 2B: Sagittal and axial T2WI demonstrating herniated intervertebral disc in C5/6 level with intact cervical spinal cord.2C: ADC color map indicating disappeared red CSF; 2D: FA color map.Redness of spinal cord becomes light with disappeared blue CSF.

圖3 女，48歲，右肩、右手臂疼痛月余。3A、3B：C3～4椎間盤突出，C4～6間盤膨出；C6～7椎間盤突出，椎管狹窄，脊髓受壓水腫；3C：受壓部位腦脊液紅色信號消失，受壓部位脊髓顏色變深；3D：硬膜囊腦脊液藍(lán)色信號消失，受壓脊髓紅色信號不均勻、變淺；3E：頸髓纖維束受壓變形、移位Fig 3 A 48 year-old female complained of pain of the right superior limb for months.3A, 3B: Sagittal and axial T2WI showing herniated intervertebral disc in C3-4 and C6-7 level,bulged C4-6 intervertebral disc, spinal stenosis, and edematous spinal cord; 3C: ADC color map.Compressed cord becomes dark in color with disappeared red CSF; 3D: FA color map.Red signals of spinal cord become uneven and light with disappeared blue CSF; 3E: Spinal cord fiber bundles are compressed and deformed.

所有受檢者得到較滿意常規(guī)MRI、ADC圖、FA圖，13例CSM的常規(guī)MRI表現(xiàn)為頸椎曲度僵直、椎體及附件骨質(zhì)增生、椎間盤突出、椎間隙變窄、硬膜囊及脊髓受壓等,部分伴有椎管狹窄。對照組正常頸髓DTI偽彩圖顯示清晰(圖1)；病例組中頸髓受壓層面ADC圖表現(xiàn)腦脊液紅色信號消失，脊髓顏色變深(變綠/黃)；FA圖顯示硬膜囊腦脊液藍(lán)色信號消失，受壓脊髓紅色信號不均勻變淺(變黃/綠)。

測量對照組和病例組C3～4、C4～5、C5～6、C6～7椎間盤對應(yīng)脊髓的ADC值和FA值。按α=0.05水準(zhǔn)，對照組中不同椎間盤對應(yīng)脊髓節(jié)段的ADC值間無明顯差異(F=0.846, P=0.476)；不同椎間盤水平的FA 值之間有差異(F=4.752, P=0.006＜0.05)，C4～5水平對應(yīng)頸髓的FA 值最高(見表1)。

表1 對照組四組椎間盤水平對應(yīng)脊髓的FA和ADC均值(ADC單位：10-3 mm2/s)Tab.1 Average FA and ADC of cervical spinal cord in 13 healthy volunteers (ADC Unit: 10-3 mm2/s)

表2 病例組中受壓或損失層面頸髓的ADC和FA均值與對照組頸髓的ADC、FA均值比較Tab.2 Comparisons of ADC and FA mean values of the compressed or compromised cord and non-compressed cord in the control group

在病例組中共有22個椎間盤層面的脊髓受壓或損傷，病例組受壓或損傷脊髓節(jié)段測得的ADC和FA均值與對照組均值進(jìn)行t 檢驗(yàn)，皆有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(見表2)。其中有9例在常規(guī)MRI脊髓尚未發(fā)現(xiàn)異常信號改變，仍發(fā)現(xiàn)這9例椎間盤受壓層面測得的ADC值比對照組ADC值大(t=6.98, P＜0.001)；而FA值比對照組FA值小(t=-8.44, P＜0.001)。所有研究表明脊髓受壓或受損部分的ADC值升高、FA值降低。

病例組中9例患者在常規(guī)MRI中脊髓未發(fā)現(xiàn)異常信號(圖2)，4例患者T2WI脊髓內(nèi)見高信號(圖3)；在DTI偽彩圖中，12例發(fā)現(xiàn)異常信號，1例無信號改變。約92.3 % (12/ 13)患者脊髓受壓部位偽彩圖信號改變；約30.8 % (4/13)患者T2WI脊髓內(nèi)可見高信號，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)DTI比常規(guī)MRI對脊髓損傷檢測更加敏感(用Fisher確切概率法，P≈0.0018)。

對照組頸髓纖維束成像顯示清晰、正常，病例組中發(fā)現(xiàn)有12例可觀察到受壓層面神經(jīng)纖維束改變，表現(xiàn)局部受壓、移位或局部顏色變淺。

3 討論

人體脊髓組織的水分子的擴(kuò)散運(yùn)動受到細(xì)胞膜、髓鞘、白質(zhì)纖維束等自然屏障的影響而表現(xiàn)為擴(kuò)散的各向異性，垂直于纖維走行的方向的擴(kuò)散運(yùn)動比平行于纖維走行的方向的擴(kuò)散運(yùn)動慢，有研究發(fā)現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)擴(kuò)散的各向異性與神經(jīng)纖維的直徑、密度、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的密度和磷脂化程度有關(guān)。脊髓型頸椎病發(fā)病是一個連續(xù)的過程，引起脊髓進(jìn)行性的損傷具體機(jī)理還不完全清楚，一般認(rèn)為是脊髓受到持續(xù)或間歇擠壓引起慢性血流灌注不足，繼之產(chǎn)生組織缺氧、缺血造成脊髓灰質(zhì)和或白質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞膜通透性增加、脫髓鞘、神經(jīng)細(xì)胞壞死等損傷[5]，使細(xì)胞外間隙水腫或纖維束數(shù)目減少；由于慢性壓迫時椎管內(nèi)壓力增大，導(dǎo)致蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液異常流動，腦脊液進(jìn)入脊髓造成小裂隙。Nevo等[6]對大鼠脊髓壓迫的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)FA值降低有各種不同因素：髓鞘和神經(jīng)纖維撕裂，細(xì)胞外水腫，Wallerian變性，脫髓鞘改變，組織液化和囊性變等，這些都會使頸髓受壓或損傷部位各向異性及擴(kuò)散速率發(fā)生改變，使ADC值升高、FA值減低。

本研究發(fā)現(xiàn)病例組ADC值比對照組ADC值大；FA值比對照組FA值小，即便受壓脊髓在T2WI中還未發(fā)現(xiàn)信號改變前提下，DTI測得的ADC值和FA值仍和對照組正常脊髓測得值有差別，DTI可以比常規(guī)MRI更早提示脊髓損傷。DTI對脊髓損傷動物模型及臨床研究[7-8]發(fā)現(xiàn)對照組與病例組的FA值有顯著差異，脊髓損傷FA值減低，可能與Wallerian變性有關(guān)。Laura等[9]研究發(fā)現(xiàn)脊髓損傷FA值減低，在脊髓損傷方面DTI比常規(guī)MRI更敏感。DTI對脊髓損傷動物模型和臨床研究中發(fā)現(xiàn)[10-11]脊髓白質(zhì)ADC值改變與運(yùn)動功能恢復(fù)過程和解剖證實(shí)軸突再生過程相關(guān)。在脊髓病變早期DTI就會出現(xiàn)變化，而常規(guī)T2WI 只能檢測出水含量增多到一定程度顯示的高信號，該征象往往表明頸椎病嚴(yán)重脊髓受壓或脊髓受壓后期階段。

本研究發(fā)現(xiàn)病例組中約92.3% (12/13)患者脊髓受壓部位偽彩圖信號改變；而常規(guī)MRI僅約30.8%(4/13)患者T2WI脊髓內(nèi)見高信號，DTI比常規(guī)MRI對脊髓損傷檢測更加敏感(P＜0.001)。研究[12]發(fā)現(xiàn)約29% (9/31)患者常規(guī)T2WI頸髓病變處出現(xiàn)高信號，DTI顯示頸髓病變區(qū)更為廣泛；而約67.7% (21/31)患者DTI脊髓發(fā)現(xiàn)信號改變。Demir等[13]報(bào)告ADC圖在檢出脊髓損傷方面比較敏感(17/21例，敏感性約為80%)，高于T2W(13/21例，敏感性僅為61%)。同時纖維束成像主要表現(xiàn)為損傷部位脊髓白質(zhì)纖維束的移位、變形及斷裂等改變[14]。這些研究提示DTI 對頸髓慢性損傷的的敏感性較常規(guī)T2WI高，DTI可以在常規(guī)T2WI 顯示頸髓信號改變之前定量評價受壓頸髓微結(jié)構(gòu)改變的程度，同時神經(jīng)纖維束成像又可形象顯示頸髓纖維束的改變，DTI可以為脊髓病變早期診斷、病變程度及預(yù)后評估提供依據(jù)。

頸髓DTI技術(shù)也存在一定的局限性：由于脊髓體積小、所處解剖位置復(fù)雜及DTI成像序列對磁場不均勻性的敏感度高，使圖像易出現(xiàn)變形或信號缺失；同時也缺乏驗(yàn)證脊髓DTI結(jié)果的金標(biāo)準(zhǔn)。然而隨著成像技術(shù)不夠成熟，后處理技術(shù)進(jìn)一步完善，DTI將成為常規(guī)MRI的重要補(bǔ)充，為脊髓疾病早期診斷和預(yù)后評估提供影像學(xué)依據(jù)。

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