急性頸髓外傷的DTI臨床應(yīng)用

劉艷輝， 高陽， 牛廣明

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·頭頸部影像學(xué)·

急性頸髓外傷的DTI臨床應(yīng)用

劉艷輝， 高陽， 牛廣明

目的：探討磁共振擴(kuò)散張量成像(DTI)在急性頸髓外傷中的臨床應(yīng)用價(jià)值。方法：41例急性頸髓外傷(外傷后3天內(nèi))患者行常規(guī)MRI、DTI和擴(kuò)散張量纖維束成像(DTT)檢查。41例患者按照常規(guī)T2WI上有無異常信號(hào)，分為陽性組(17例)和陰性組(24例)；選取年齡、性別相匹配的15例健康人作為對(duì)照組。分析各組中表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)、各向異性分?jǐn)?shù)(FA)、平行于頸髓長(zhǎng)軸、前后徑和左右徑的本征值(λ1、λ2、λ3)的變化。結(jié)果：與對(duì)照組比較，頸髓外傷患者的FA值均降低，T2WI陽性組中ADC、λ2、λ3均增高，而T2WI陰性組中λ3值升高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與T2WI陰性組比較，陽性組中λ3值較高，F(xiàn)A值較低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。DTT圖顯示頸髓損傷處神經(jīng)纖維有不同程度的稀疏、移位、扭曲及斷裂等征象。結(jié)論：FA、λ3值是檢測(cè)頸髓外傷早期頸髓微結(jié)構(gòu)改變的敏感指標(biāo)，纖維束圖能直觀顯示纖維束的細(xì)微變化情況。

磁共振成像； 擴(kuò)散張量成像； 表觀擴(kuò)散系數(shù)； 脊髓損傷

對(duì)比分析急性頸髓外傷患者M(jìn)RI檢查是診斷頸髓病變最常用的方法，盡管常規(guī)MRI能夠清晰地顯示頸髓形態(tài)及信號(hào)的改變，但難以定量評(píng)價(jià)頸髓的功能狀態(tài)及微觀結(jié)構(gòu)的改變，常規(guī)MRI對(duì)人類脊髓損傷的檢出敏感度僅為15%～65%[1]。而MRI-DTI技術(shù)對(duì)頸髓病變的診斷較常規(guī)MRI檢查更敏感[2，3]。近年來，DTI技術(shù)已經(jīng)成為神經(jīng)影像診斷領(lǐng)域的重要補(bǔ)充手段[4，5]，能對(duì)頸髓損傷的早期改變進(jìn)行定量分析[6，7]。本研究通過與健康對(duì)照者進(jìn)行比較，旨在進(jìn)一步探討DTI測(cè)量參數(shù)與頸髓損傷程度的關(guān)系，為臨床制訂治療方案提供依據(jù)。

材料與方法

1.臨床資料

2012年12月-2014年10月將15例健康志愿者納入本研究，其中男8例，女7例，年齡21～40歲，平均31.2歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：身體健康，無神經(jīng)系統(tǒng)疾病，常規(guī)頸椎MRI檢查未見異常。同期本院共41例急性頸髓外傷患者(外傷后3 d內(nèi))符合研究要求而入組，其中男22例，女21例，年齡21～40歲，平均31歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①頸部外傷后3天內(nèi)；②根據(jù)日本骨科學(xué)會(huì)脊髓功能評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(JOA評(píng)分)，JOA評(píng)分≤16分；③既

圖1 正常人頸髓MRI圖像，可見頸髓形態(tài)正常，髓內(nèi)無異常信號(hào)，纖維束走行自然。a)矢狀面T2WI；b)橫軸面T2WI；c)DWI(b=0s/mm2)；d)ADC圖；e)FA圖；f)λ1圖；g)λ2圖；h)λ3圖； i) DTT圖。

往無其它頸髓疾病史，如多發(fā)性硬化、肌萎縮性側(cè)索硬化癥、脊髓腫瘤等；④T2WI髓內(nèi)無異常信號(hào)組患者均伴有不同程度頸椎骨折和(或頸部軟組織損傷)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有頸椎手術(shù)史或放射治療史；②有MRI檢查禁忌證的患者；③頸部受傷前有相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀；④常規(guī)MRI掃描提示有中重度頸椎病。

2.檢查方法

使用GE Signa HDX 3.0T MR掃描儀及頭頸聯(lián)合線圈。受試者采取仰臥位、頭先進(jìn)，檢查過程中保持平靜呼吸，盡可能避免頭頸部運(yùn)動(dòng)及吞咽動(dòng)作。常規(guī)掃描序列包括矢狀面T2WI、T1WI及橫軸面T2WI；DTI掃描采用并行采集空間敏感度編碼技術(shù)(array spatial sensitivity encoding technique，ASSET)和單次激勵(lì)平面回波成像(single shot echo planar imaging，SS-EPI)，擴(kuò)散方向15，b=0、600 s/mm2。各掃描序列的成像參數(shù)見表1?？倰呙钑r(shí)間7 min 35 s，掃描范圍C1～C7。

表1 常規(guī)掃描序列參數(shù)

3.DTI數(shù)據(jù)處理

將掃描原始數(shù)據(jù)傳入GE AW4.4工作站，使用Functool圖像后處理軟件進(jìn)行后處理。經(jīng)圖像重組獲得橫軸面ADC、FA及本征值λ1、λ2、λ3圖。手動(dòng)放置感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，面積20～25 mm2，每個(gè)興趣區(qū)測(cè)量3次，取其平均值。對(duì)于對(duì)照組，ROI放在C2-3、C3-4、C4-5、C5-6、C6-7椎間盤對(duì)應(yīng)的頸髓層面，并計(jì)算其平均值。根據(jù)T2WI表現(xiàn)，將患者分為2組：髓內(nèi)有異常信號(hào)組(17例)和無異常信號(hào)組(24例)。對(duì)于頸髓外傷T2WI陽性者，ROI放置于頸髓異常信號(hào)層面；而T2WI陰性者，ROI放置于骨折或是軟組織損傷處所對(duì)應(yīng)的頸髓層面。ROI盡可能放在頸髓白質(zhì)區(qū)，以減少頸髓灰質(zhì)及周圍腦脊液的影響。使用DTT技術(shù)重建脊髓白質(zhì)纖維束圖，設(shè)置FA值下限為0.18。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行分析，對(duì)各參數(shù)值進(jìn)行秩和檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.彩色編碼圖表現(xiàn)

對(duì)照組：MRI顯示頸髓的結(jié)構(gòu)清晰；ADC圖顯示頸髓呈藍(lán)綠色信號(hào)，頸髓周圍腦脊液呈紅色信號(hào)；FA圖能清晰顯示頸髓呈紅色信號(hào)，腦脊液呈藍(lán)綠色信號(hào)；λ1、λ2、λ3圖像顯示頸髓呈淡黃色信號(hào)，腦脊液呈紅色信號(hào)，λ2、λ3圖上頸髓黃色較λ1圖淺；正常頸髓DTT圖顯示纖維束走行完整，形態(tài)正常，呈均勻紅色(圖1)。頸髓外傷T2WI陽性組：損傷層面ADC圖顯示頸髓呈藍(lán)綠色信號(hào)，腦脊液呈紅色信號(hào)；FA圖示頸髓紅色信號(hào)內(nèi)可見斑片狀黃色信號(hào)，腦脊液呈藍(lán)綠色信號(hào)；λ1、λ2、λ3圖示頸髓呈黃色，其中4例患者λ2、λ3圖上黃色頸髓內(nèi)可見斑片狀紅色信號(hào)；DTT圖顯示頸髓纖維束出現(xiàn)卷曲、缺損、斷裂等征象(圖2)。頸髓外傷T2WI陰性組：骨折或軟組織損傷對(duì)應(yīng)層面ADC、λ1、λ2、λ3圖上頸髓無明顯異常表現(xiàn)；FA圖上15例患者頸髓呈紅色信號(hào)，9例頸髓紅色信號(hào)內(nèi)見條狀淡黃色信號(hào)，腦脊液均呈藍(lán)綠色信號(hào)；DTT圖顯示頸髓纖維束呈均勻紅色19例，紅色纖維束內(nèi)有斑片狀黃綠色信號(hào)5例，其中2例纖維束變稀疏(圖3)。

圖2 頸髓外傷12h行MRI檢查，T2WI示C2-3水平髓內(nèi)見斑片狀高信號(hào)(紅箭)，ADC和FA圖顯示正常呈紅色的頸髓內(nèi)出現(xiàn)斑片狀黃色信號(hào)(黑箭)， 本征值(λ1、λ2和λ3)圖顯示正常呈黃色的頸髓內(nèi)出現(xiàn)紅色信號(hào)(白箭)，纖維束示蹤圖顯示局部纖維束稀疏(黃箭)。a)矢狀面T2WI；b)橫軸面T2WI；c)DWI(b=0s/mm2)；d)ADC圖；e)FA圖；f)λ1圖；g)λ2圖；h)λ3圖; i) DTT圖。

表2 頸髓外傷T2WI陽性組與對(duì)照組DTI各參數(shù)值比較

參數(shù)對(duì)照組(A)陽性組(B)陰性組(C)A與B比較Z值P值A(chǔ)與C比較Z值P值B與C比較Z值P值A(chǔ)DC值(×10-9m2/s)1．097(1．013，1．160)1．217(1．045，1．617)1．127(1．059，1．238)-2．1780．029-1．8340．067-1．4290．153FA值0．650(0．605，0．707)0．537(0．448，0．615)0．593(0．573，0．644)-4．2850．000-3．2320．001-2．3550．019λ1值1．977(1．887，2．020)2．030(1．719，2．272)1．984(1．872，2．175)-0．6630．507-0．9070．364-0．0660．097λ20．690(0．550，0．765)0．902(0．644，1．127)0．662(0．604，0．750)-2．6830．007-1．4990．134-1．8000．072λ3值0．596(0．529，0．707)1．016(0．631，1．239)0．714(0．670，0．849)-3．3610．001-1．9840．047-2．2630．024

注：括號(hào)為四分位數(shù)。

2.DTI各參數(shù)值

各組ADC、FA測(cè)量結(jié)果見表2。頸髓外傷T2WI陽性組ADC、λ2值與對(duì)照組比較均明顯增高(P<0.05)，頸髓外傷T2WI陽性組與T2WI陰性組的FA值均低于對(duì)照組，λ3值均高于對(duì)照組(P<0.05)，而頸髓外傷T2WI陽性組FA值低于T2WI陰性組，λ3值高于T2WI陰性組，組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

討 論

1.頸髓DTI技術(shù)

DTI是利用組織中水分子擴(kuò)散的各向異性來探測(cè)活體組織微觀結(jié)構(gòu)和顯示白質(zhì)纖維束的一種成像方法[8，9]。ADC值反映水分子在各個(gè)方向的平均擴(kuò)散強(qiáng)度，為3個(gè)本征值之和的平均數(shù)，它只表示擴(kuò)散的大小，而與方向無關(guān)。FA值反映各向異性成分占整個(gè)擴(kuò)散張量的比值(范圍從0～1，0代表最小各向異性即各向同性，1代表最大各向異性)。擴(kuò)散張量3個(gè)本征值λ1、λ2、λ3常以橢球體的3個(gè)直徑來描繪，分別與橢球體最長(zhǎng)徑(最長(zhǎng)軸)、前后徑(中間軸)和左右徑(最短軸)的擴(kuò)散強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。朱志軍等[10]研究發(fā)現(xiàn)，b值的選取對(duì)于DTI成像及各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量十分重要，b值越大組織間對(duì)比度越高，即對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)速度的差異越敏感，但同時(shí)圖像信噪比降低，偽影也更大；b值越小，圖像信噪比越高，但由于易受T2透射效應(yīng)影響而不能充分顯示組織的各向異性。臨床通常采用的b值范圍在0～1000 s/mm2，如臨床上在大腦DTI檢查時(shí)通常選擇b值為1000s/mm2。脊髓白質(zhì)的排列相對(duì)于大腦要規(guī)律的多，故而水分子擴(kuò)散速度更快，因此應(yīng)選擇較低的b值。王巍巍等[11]研究發(fā)現(xiàn)b值=600s/mm2時(shí)頸髓圖像顯示最佳，本研究中也借鑒這一結(jié)論，采用b=600s/mm2。

目前DTI技術(shù)在腦部的應(yīng)用已非常廣泛[12]，但是在脊髓的運(yùn)用還處于起步階段，主要是由于DTI易受磁敏感性偽影、腦脊液搏動(dòng)以及呼吸、吞咽、心跳等自主或不自主運(yùn)動(dòng)偽影的干擾，導(dǎo)致圖像模糊不清。頸髓是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分，頸髓損傷的患者通常病情較重，難以完成長(zhǎng)時(shí)間的DTI掃描，所以優(yōu)化DTI參數(shù)以提升掃描速度、縮短掃描時(shí)間也是本研究中非常重要的嘗試之一。近幾年國(guó)外學(xué)者通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，使DTI技術(shù)方面有不同程度的新進(jìn)展。如敏感編碼單次激發(fā)回波平面成像(sensitive encoding single shot echo planar imaging，SENSE-SSEPI)技術(shù)在單射脈沖頻激勵(lì)的近數(shù)10s內(nèi)即可獲得所有K空間的原始數(shù)據(jù)，明顯縮短成像時(shí)間，而且采用敏感編碼技術(shù)使圖像的空間分辨力顯著提高、幾何變形減輕；自導(dǎo)航交叉螺旋(self-navigated interleaved spiral，SNAILS)DTI是其它序列所得體素容積的80%，圖像質(zhì)量較好，整個(gè)掃描在自由呼吸狀態(tài)下完成，但圖像的邊緣有幾何失真[13]。本研究采用GE 3.0T MR高級(jí)勻場(chǎng)技術(shù)，應(yīng)用SS-EPI序列，其特點(diǎn)是通過一次射頻激發(fā)，獲得整個(gè)平面成像的原始數(shù)據(jù)，從而縮短掃描時(shí)間，有效降低了各種運(yùn)動(dòng)偽影。

圖3 頸髓外傷36h行MRI檢查，T2WI示C5椎體前移、相應(yīng)水平頸髓受壓移位、其內(nèi)未見明顯異常信號(hào)、頸后軟組織可見片狀高信號(hào)，F(xiàn)A圖示紅色頸髓內(nèi)可見條片狀黃色信號(hào)(白箭)，纖維束示蹤圖示局部纖維束受壓移位、邊緣毛糙(黃箭)。a)矢狀面T2WI； b)橫軸面T2WI； c)DWI(b=0s/mm2)； d)ADC圖； e)FA圖； f)λ1圖； g)λ2圖； h)λ3圖； i) DTT圖。

2.急性頸髓外傷的病理表現(xiàn)

近年來，隨著車禍等交通事故的增加，頸髓外傷發(fā)生率呈逐漸上升趨勢(shì)，如能及時(shí)采取治療措施常?？杀苊忸i髓出現(xiàn)不可逆損傷。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，T2WI上脊髓內(nèi)出現(xiàn)高信號(hào)改變時(shí)，其病理過程多為晚期，為不可逆性脊髓損傷，已錯(cuò)過了臨床治療的最佳時(shí)期。急性頸髓損傷后的病理生理改變是一個(gè)動(dòng)態(tài)、連續(xù)的過程，與脊髓壓迫程度、速度、持續(xù)時(shí)間等因素有關(guān)，隨著時(shí)間的推移，損傷脊髓的DTI測(cè)量參數(shù)亦發(fā)生改變[14]。

在較重的急性頸髓損傷中，早期病理學(xué)改變?yōu)榫植克[、出血、壞死。由于細(xì)胞膜上Na+泵的功能喪失，軸漿運(yùn)輸停止，導(dǎo)致細(xì)胞嚴(yán)重腫脹，細(xì)胞外間隙減小，從而使平行于脊髓長(zhǎng)軸的水分子擴(kuò)散阻礙增加、擴(kuò)散能力減弱；另外，由于髓鞘和細(xì)胞膜的損傷，垂直于脊髓長(zhǎng)軸的擴(kuò)散障礙減少，使得這一方向上的水分子擴(kuò)散能力相對(duì)增強(qiáng)；隨著損傷時(shí)間越長(zhǎng)，細(xì)胞膜和髓鞘損傷更嚴(yán)重，開始出現(xiàn)血管源性水腫，而細(xì)胞毒性水腫逐漸減輕，組織中總的含水量增加，在T2WI上表現(xiàn)為高信號(hào)；晚期損傷區(qū)域組織逐漸壞死、囊變，使水分子擴(kuò)散障礙進(jìn)一步減小，T2WI上呈明顯高信號(hào)。在較輕的急性頸髓損傷中，主要病理改變?yōu)樯窠?jīng)細(xì)胞和神經(jīng)纖維水腫伴炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，沒有出血和壞死，但只要有損傷，即便程度較輕，也會(huì)伴有大多數(shù)細(xì)胞膜和髓鞘破壞。

3.急性頸髓外傷各參數(shù)值分析

本組病例選擇21～40歲年齡組中有臨床癥狀(JOA評(píng)分≤16分)的急性(外傷3d內(nèi))頸髓外傷患者。①FA值的變化：患者組中頸髓的FA值較對(duì)照組明顯降低，其中T2WI上有異常信號(hào)組中病變區(qū)的ADC值較對(duì)照組明顯增高，T2WI無異常信號(hào)組中頸髓的ADC值略高于對(duì)照組、但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，上述結(jié)果與李旭等[15]的研究結(jié)果相似。分析原因，可能是頸髓損傷程度也與DTI改變具有相關(guān)性[16]，頸髓損傷越明顯，水分子自由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的幅度增強(qiáng)，其ADC值越高，由于損傷導(dǎo)致脊髓內(nèi)白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)斷裂，水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)方向性下降，表現(xiàn)為FA值下降。Gao等[17]研究發(fā)現(xiàn)，患者的臨床癥狀越明顯(JOA評(píng)分越低)，其纖維束損害越明顯，頸髓損傷處的FA值越低，本研究結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道基本一致。②本征值(λ1、λ2、λ3)的變化：與正常對(duì)照組比較，頸髓外傷后T2WI有異常信號(hào)組中頸髓損傷處的λ2、λ3值均明顯增高，而T2WI無異常信號(hào)組中僅λ3值增高。分析原因是由于損傷早期改變主要為局部水腫、出血、壞死，細(xì)胞腫脹，能量依賴系統(tǒng)喪失，細(xì)胞外間隙減小，細(xì)胞外基質(zhì)變化，軸漿運(yùn)輸損害等，使水分子擴(kuò)散障礙，縱向ADC值即λ1降低；但由于髓鞘和細(xì)胞膜的損傷減少了橫向的擴(kuò)散障礙，所以橫向ADC值即λ2、λ3值無明顯降低甚至升高。綜上所述，筆者認(rèn)為FA值和λ3值是反映外傷早期頸髓變化的最敏感的指標(biāo)。

本研究中對(duì)急性頸髓外傷的評(píng)估仍存在一定的局限性：①樣本含量?。虎陬i髓DTI參數(shù)變化無病理學(xué)“金標(biāo)準(zhǔn)”作為對(duì)照，無法準(zhǔn)確評(píng)估最終結(jié)果的可靠性；③本研究未能針對(duì)頸髓不同損傷程度的神經(jīng)功能的變化做出評(píng)價(jià)，也未能根據(jù)損傷后不同時(shí)期的恢復(fù)程度進(jìn)行遠(yuǎn)期跟蹤和統(tǒng)計(jì)。

本研究通過影像學(xué)和臨床的結(jié)合，即綜合觀察JOA評(píng)分和DTI參數(shù)值的變化，證實(shí)DTI是目前和未來評(píng)價(jià)頸髓損傷的一種有前景的技術(shù)，它能更早發(fā)現(xiàn)頸髓損傷，DTI參數(shù)能更精確、更細(xì)節(jié)地評(píng)估頸髓損傷的嚴(yán)重程度及范圍。FA值降低、λ3值升高可作為評(píng)價(jià)急性頸髓外傷的敏感指標(biāo)?？偠灾殴舱馜TI技術(shù)在頸髓損傷的早期定量診斷中占據(jù)了越來越重要的地位，相信隨著日后臨床大樣本、細(xì)分級(jí)、多模態(tài)對(duì)照研究的深入，將使DTI技術(shù)在頸髓損傷患者的診斷中發(fā)揮更重要的作用。

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The clinical application of diffusion tensor imaging in acute cervical spinal cord trauma

LIU Yan-hui,GAO Yang，NIU Guang-ming.

Department of MRI,the Affiliated Hospital of Neimengu Medical University,Huhehaote 010050,P.R.China

Objective：To investigate the clinical application value of MR diffusion tensor imaging (DTI) in acute cervical spinal cord trauma.Methods：41 patient with acute cervical spinal cord trauma within three days after the trauma underwent conventional MRI and DTI examination.All the subjects were divided into positive group (n=17) and negative group (n=24),according to the conventional T2-weighted imaging.In addition,15 healthy volunteers were recruited as the control group with the matched age and sex.ADC,FA,λ1,λ2and λ3values were then calculated,and the fiber tracking of the cervical cords was obtained.Results：Compared with the control group,FA value was significantly decreased in the patients with the cervical spinal cord trauma;the values of ADC,λ1and λ2were significantly increased in the T2-weighted positive group of the cervical spinal cord trauma;λ3value was significantly increased in the T2-weighted negative group (allP<0.05).Compared with the T2-weighted negative group,the T2-weighted positive group had significantly higher λ3value and lower FA value (bothP<0.05).Diffusion tensor tractography (DTT) images demonstrated the different degrees of displacement,porosis,distortion and brack of the fibers of the injured cervical spinal cords.Conclusion：Both FA and λ3value are sensitive indicators in detecting the subtle changes of the microstructures in the early stage of the cervical spinal cord trauma.The fiber tracking can visually display the subtle changes of the nerve fibers.

Magnetic resonance imaging； Diffusion tensor imaging； Apparent diffusion coefficient； Spinal cord injury

010050 呼和浩特，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院MRI科

劉艷輝(1988-)，女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，主要從事磁共振診斷工作。

高陽，E-mail：1390903990@qq.com

內(nèi)蒙古自治區(qū)衛(wèi)生廳資助項(xiàng)目(2010040)

R445.2； R744.9

A

1000-0313(2015)08-0826-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.08.006

2015-04-20

2015-06-27)