磁共振張量成像在脊髓型頸椎病中的應(yīng)用進展

陳 峰，余永強

(安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，安徽合肥 230022)

頸椎病本是中老年人易患疾病，多隨著年齡增長，頸椎的退變引起，但是近年來隨著電腦辦公娛樂等的普及，伏案人群的數(shù)量快速上升，脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)發(fā)病率呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢，于此同時，病人患病的平均年齡也逐年下降。頸椎病的常見臨床癥狀有頭暈、頸痛等，嚴重的甚至?xí)奂吧窠?jīng)，出現(xiàn)四肢麻木無力等臨床癥狀。CSM在頸椎病中很常見［1］。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是CSM的最佳影像檢查手段，但在常規(guī)MRI可明確診斷時，病情已經(jīng)發(fā)展至后期，而磁共振張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)則可能較好的彌補這一缺陷，可以在病變發(fā)展的早期就及時的發(fā)現(xiàn)疾病，因此，DTI有可能是一種對CSM早期的診斷和治療預(yù)后均有較大作用的新的檢測方法［2］。

1 CSM及其常規(guī)MRI表現(xiàn)

頸椎病是指頸椎退變及其繼發(fā)病理改變累及其周圍組織結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)相應(yīng)的臨床表現(xiàn)。而CSM是指頸椎的退變引起脊髓受壓或者脊髓缺血，臨床癥狀主要是四肢麻木無力疼痛、活動不靈、走路時踩棉花樣等。CSM診斷標準，大多采用2008年標準［3］，并將影像學(xué)標準添加為常規(guī)MRI。

作為頸椎病中常見的一種，CSM的臨床癥狀主要表現(xiàn)為頸部的疼痛不適、四肢麻木疼痛等，病情常呈隱匿性進展，當(dāng)病程已經(jīng)發(fā)展至晚期時，臨床癥狀已經(jīng)相當(dāng)嚴重，手術(shù)預(yù)后較差。因此，該病的早期診斷對其極其重要。早期發(fā)現(xiàn)、及時治療才能使病人獲得更好的預(yù)后。在病變的早期無法及時被診斷主要是因為現(xiàn)有的檢測手段X線、CT、常規(guī)MR有其局限性。其中，最好的檢查方式是MRI，常規(guī)MRI能清楚顯示組織的結(jié)構(gòu)，較以往X平片及CT掃描能更清楚顯示脊髓的組織結(jié)構(gòu)及其受壓后的改變，當(dāng)脊髓發(fā)生病變時，脊髓的形態(tài)及信號會發(fā)生改變。當(dāng)CSM出現(xiàn)嚴重的脊髓損傷時，會出現(xiàn)T2WI信號異常。

T2WI上脊髓高信號是脊髓受損的重要標志，但是當(dāng)T2WI上出現(xiàn)高信號時，脊髓的病變往往已經(jīng)相當(dāng)嚴重，因為當(dāng)T2WI上可見明顯高信號時，則意味著脊髓已經(jīng)出現(xiàn)水腫、炎性反應(yīng)、缺血、脊髓軟化等，即脊髓慢性損傷已達到了相當(dāng)嚴重的程度，此時再進行治療往往錯過了最好時機，預(yù)后不良。早期CSM患者T2WI上脊髓信號往往并無改變。所以T2WI對頸椎早期損傷變性敏感度較低。頸髓早期的病變往往是微觀層面上的改變，常規(guī)MRI無法觀察脊髓的微觀結(jié)構(gòu)，所以頸椎病變的早期，現(xiàn)有的檢查方式往往不能發(fā)現(xiàn)。因此，常規(guī)MRI對早期CSM脊髓損傷的判斷存在局限性［4］。

2 DTI原理及主要指標

布朗運動指物質(zhì)分子在空間中的自由運動，由于受各種因素的影響，在三維空間內(nèi)，分子在各個方向上運動的快慢是不同的，DTI技術(shù)是通過測量水分子在擴散的各個方向上速度，進行統(tǒng)計分析計算，了解空間結(jié)構(gòu)中各個點上的狀況。在人體內(nèi)，這種自由的運動是體內(nèi)多種重要的物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式之一。水分子在人體內(nèi)的運動就存在這樣的方式，運動的快慢受到細胞本身生化特點及內(nèi)環(huán)境的狀況的影響，如分子的大小，極性;細胞膜的通透性;組織液的黏滯度、溫度等。當(dāng)DTI應(yīng)用于人體時就可以通過比較不同部位不同狀態(tài)的不同擴散情況來評價組織結(jié)構(gòu)和生理狀態(tài)的。DTI掃描成像是在磁共振擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，要求至少在六個非線性方向上施加梯度場而獲取圖像，這種檢測方式，是一個從面到體的過程。從而可以立體的分析人體空間結(jié)構(gòu)上各個部位水分子的位移情況，進而了解該部位的組織結(jié)構(gòu)及病理生理變化。所以，DTI技術(shù)通過分析水分子在脊髓中擴散運動，統(tǒng)計水分子在脊髓各個方向上運動的狀況，分析各個方向上水分子擴散的速度，計算出脊髓各個方向空間位置上不同部位的水分子擴散狀況，間接的表現(xiàn)了脊髓不同部位的解剖結(jié)構(gòu)，空間構(gòu)型，脊髓的受損程度，進而反映出脊髓微觀的病理變化。在頸髓中水分子的擴散在平行于脊髓神經(jīng)纖維束方向上要比垂直于神經(jīng)纖維束方向上更快一些，所以其空間立體上看是一個橢球體［5］。

DTI的幾個主要指標包括:(1)表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值;(2)各向異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值;(3)擴散張量成像的三個本征值:λ1，λ2，λ3;(4)擴散敏感系數(shù)(b值)。

ADC值反映水分子的擴散能力，是其在各個方向上擴散能力的均值，水分子的平均擴散能力越強，ADC值越高;反之，水分子的平均擴散能力越弱，ADC值越低，ADC值的測量受人體內(nèi)環(huán)境的狀況的影響，同時也受機器掃描參數(shù)的影響。

FA表示各向異性成分與整個擴散張量的比值，其范圍在0～1之間，當(dāng)水分子運動軌跡是一個立體均勻的球時，F(xiàn)A取0;但是在現(xiàn)實生活中，由于受各種因素的影響，水分子的運動存在各向異性，向各個方向移動的速度是不同的。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，在健康的頸髓中，水分子運動擴散時，在平行于白質(zhì)纖維束的方向上受到的阻力比垂直于纖維束的方向上?。?］，因而，水分子在脊髓中的運動軌跡是一個橢球體。FA取值越大，在平行于髓鞘軸索纖維的方向上水分子運動的越快，越遠;所以FA值越大，神經(jīng)傳導(dǎo)功能越強［7］。在當(dāng)脊髓發(fā)生病變時，水分子的擴散必然收到影響，F(xiàn)A值必然發(fā)生變化，研究發(fā)現(xiàn)水分子的擴散與髓鞘的完整性相關(guān)性很高。所以，F(xiàn)A值能夠反映白質(zhì)纖維的完整性。λ1、λ2、λ3是擴散張量的三個本征值。λ1代表橢球體最長徑的擴散能力，λ2和λ3代表橢球體兩個短軸的擴散能力。

b值的變化直接影響ADC值，b值太小DTI掃描對水分子擴散的速度差異難以準確區(qū)分，當(dāng)b值越大時DTI掃描對擴散的速度差異越敏感，但儀器對運動產(chǎn)生的偽影也越敏感，頸髓的圖像質(zhì)量越低，信噪比也逐漸降低，但在 b值為600 s·mm－2時，質(zhì)量指數(shù)的下降不明顯，信噪比也較好，且b值較高時能降低灌注的影響，其測量的ADC值更接近于真實值。頸髓 DTI成像時取 b值為600 s·mm－2，在保證圖像質(zhì)量的同時，可較好的診斷CSM［8］。

3 DTI掃描序列

DTI掃描序列于1994年首次公布，并于1999年DTI技術(shù)第一次被應(yīng)用于應(yīng)用于脊髓掃描，之后多種序列進行脊髓DTI成像已被廣泛運用。目前應(yīng)用的技術(shù)包括平板擴散成像和平面回波成像(echo planar imaging，EPI)、半傅立葉探測單發(fā)射快速自旋回波成像、導(dǎo)航自旋回波擴散加權(quán)成像、雙回波擴散成像等。每種掃描技術(shù)各有其優(yōu)越性及缺陷。

目前在臨床研究中使用的主要技術(shù)為EPI，EPI有多種掃描方式。單次激發(fā)EPI成像速度快，但是圖像分辨率和信噪比無法保證，無法應(yīng)用于科研。多次激發(fā)EPI速度較慢，但圖像質(zhì)量大大提高。而應(yīng)用導(dǎo)航系統(tǒng)進行交叉EPI可以縮短掃描時間，降低運動和磁敏感性偽影，提高圖像的信噪比，具有比較好的實際臨床應(yīng)用價值及可靠的科研價值，因此這種掃描方式在脊髓DTI成像研究中被廣泛的應(yīng)用。采用并行采集EPI技術(shù)對脊髓纖維進行測量研究，可以較好的顯示脊髓中水分子運動的運動狀況，進而了解脊髓受損情況。

4 正常人及CSM患者的頸髓DTI表現(xiàn)

曹新山等［9］的研究表明研究，健康人頸髓DTI參數(shù)值范圍約為ADC ［(0.629～1.139)×10－3mm2·s－1］、FA(0.585 ～0.790)。FA 圖上頸髓呈深紅色信號，腦脊液呈藍綠色信號，ADC圖上健康者頸髓呈藍綠色信號，腦脊髓液呈黃色信號。但是不同人不同儀器都會產(chǎn)生不同的結(jié)果，同是使用3.0T超導(dǎo)磁共振儀，孟祥水等［10］報道的結(jié)果為ADC值為(0.78 ±0.08)× 10－3mm2·s－1，F(xiàn)A 值為(0.72±0.03)，但宗會遷等［11］的研究報道平均ADC值為(0.81 ±0.06)×10－3mm2·s－1，平均 FA 值(0.65±0.04)。陳蕾等［12］在 1.5T 超導(dǎo)磁共振儀上進行了相同的實驗，正常成年人脊髓的平均ADC值為(830.84 ±215.86)×10－6mm2·s－1，平均 FA 值為(536.03 ±40.00)×10－3。這些結(jié)果相差較大，往往無法取得統(tǒng)一的標準。陳蕾等［12］的研究同時發(fā)現(xiàn)λ1、λ2和λ3與診斷相關(guān)性較小，臨床意義不大，往往不做考慮。

慢性頸髓壓迫時，同時存在白質(zhì)內(nèi)脫髓鞘的改變和軸索損害，脊髓的微觀病理學(xué)改變減少了水分子橫向擴散障礙。主要是頸髓神經(jīng)細胞髓鞘松散，微血管內(nèi)皮細胞腫脹導(dǎo)致的管壁裂隙等。這些改變表現(xiàn)在數(shù)據(jù)上則為FA降低，ADC升高，所以，慢性頸脊髓壓迫會導(dǎo)致FA降低，ADC升高。

蘇佳佳等［13］對多篇臨床測量結(jié)果進行了Meta分析，顯示CSM患者頸髓的ADC值和FA值與正常人有統(tǒng)計學(xué)差異。多位學(xué)者進行了類似的試驗，劉濤等［14］進行了試驗，先分組(A組)為對照組;再根據(jù)CSM患者常規(guī)T2WI圖像表現(xiàn)，分為脊髓T2無高信號組(B組)和T2脊髓高信號組(C組)。三組年齡、性別無統(tǒng)計學(xué)差異。A、B、C三組的平均ADC值分別為(1 117.65 ±13.99)×10－6、(1 287.52 ±16.49)× 10－6、(1 453.37 ± 31.62)× 10－6mm2·s－1，平均 ADC值逐漸上升。平均 FA值分別為(678.54 ±13.23)×10－3、(537.81 ±5.77)×10－3、(458.25 ±6.69)×10－3，平均 FA 值逐漸下降。

陳蕾等［15］進行了相似的試驗，正常成年人脊髓的平均 ADC 值為(830.84±215.86)×10－6mm2·s－1，平均 FA 值為(536.03 ±40.00)×10－3，頸髓慢性損傷患者平均ADC值為(11 07.60±47.55)×10－6mm2·s－1，較正常組升高，有統(tǒng)計學(xué)意義(P ＜0.01)，平均 FA 值為(425.91 ±59.48)×10－3，較正常組下降，有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.01)。雖然數(shù)據(jù)有差異，但各組試驗結(jié)論均相同，頸髓慢性損傷患者平均ADC值較正常人升高;平均FA值較正常下降。T2W1等信號的CSM患者，DTI亦可觀察到變化，表現(xiàn)為ADC值增高、FA值減低。

CSM脊髓損傷會導(dǎo)致T2W1高信號，但常規(guī)MRI對此的敏感度僅為15% ～65%［16］。部分研究表明DTI對脊髓損傷檢出的靈敏度遠遠高于常規(guī)MRI，達 65% ～ 87.5%［17］。例如陳蕾等［15］通過研究，計算出不同的參數(shù)結(jié)果:T2WI檢查方法的敏感度為23.44%，特異度為56.8%，陽性預(yù)測值常規(guī)為21.84%，陰性預(yù)測值為 60.7%;DTI敏感度為76.56%;特異度為 43.2%;陽性預(yù)測值常規(guī)為78.2%;陰性預(yù)測值為 39.3%。

Facon等［18］對脊髓受壓損傷的DTI研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A 的敏感度為73.3%，T2WI敏感度為46.7%;兩者的特異度為都是100%，所以得出結(jié)論，F(xiàn)A值對CSM的診斷的敏感度高于T2WI;有利于FA的診斷標準的確立。但是他同時測得ADC敏感度為13.4%、特異度為80%，敏感度及特異度較T2WI為低，對于這一不符合既定結(jié)果和已知的病理模型的結(jié)果，作者推測可能是由部分容積效應(yīng)引起。因而FA值較ADC值能更為準確的判斷脊髓受損的程度。

健康人FA圖顯示正常頸髓為紅色信號，當(dāng)脊髓受損時;FA圖顯示脊髓病變區(qū)顏色變淡，甚至出現(xiàn)斑片狀黃色信號。健康人ADC圖顯示頸髓內(nèi)呈藍綠色信號，當(dāng)脊髓受損時，F(xiàn)A圖顯示信號由藍綠色變?yōu)榫G色。

與此同時，要注意在脊髓急性損傷時ADC值及FA值的異常表現(xiàn)，王倩等［19］的研究表明:在急性頸髓損傷時ADC和FA均下降。原因可能是，在急性脊髓損傷時，頸髓出現(xiàn)細胞性水腫，內(nèi)環(huán)境發(fā)生了改變，水分子擴散障礙，ADC降低。而FA下降可能是由于急性頸脊髓損傷時雖然軸位的方向水分子擴散受到影響，但平行于脊髓纖維束的方向上，水分子擴散更嚴重，比如出現(xiàn)脊髓的斷裂。所以FA值會降低。

5 其他研究

宗會遷等［11］探討脊髓慢性受壓后非病變處水分子運動狀況，研究發(fā)現(xiàn)，慢性CSM患者距離受壓部位較遠處的頸髓ADC值顯著小于病變段。原因可能如下:在受壓早期，頸髓軸突腫脹，水分子擴散受阻，ADC值降低;隨后病變部位液化或壞死，細胞膜通透性提高，ADC值提高;在慢性階段，軸突壞死組織被逐步清除，水分子擴散能力繼續(xù)上升，ADC值進一步提高;但病變部位遠處的頸髓受病變處的影響，微結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，但其損傷的效應(yīng)晚于病灶處，這導(dǎo)致其ADC值在晚期降低。但這一理論需進一步研究證實，差異的存在可能是由于檢測部位的不同、脊髓損傷的急慢性程度的不同、DTI脈沖序列不同導(dǎo)致的。其還研究了年齡與ADC值的關(guān)系，F(xiàn)A值與年齡呈負相關(guān)，ADC值與年齡呈正相關(guān)。但是不同年齡沒有明顯的統(tǒng)計學(xué)差異。所以一般認為，隨著年齡增長，ADC值輕度增加，F(xiàn)A值輕度降低。

除了臨床研究，很多學(xué)者將DTI技術(shù)應(yīng)用于脊髓損傷動物模型中，并取得了相應(yīng)的成果。Schwartz等［20］建立了大鼠脊髓橫斷損傷后成纖維細胞植入模型，測量分析脊髓損傷修復(fù)不同時期FA值和ADC值的變化，證明應(yīng)用DTI觀察脊髓損傷修復(fù)過程是可行的。王霄英等［21］通過實驗，建立了犬急性脊髓損傷后神經(jīng)前體細胞移植模型，并測量分析了FA值和ADC值的變化情況，其測量結(jié)果與脊髓的微觀病理改變具有較好的相關(guān)性，可以通過FA的變化量化的顯示微觀病理改變。張勁松等［22］的研究表明脊髓的ADC值和FA值的變化，有利于量化分析脊髓損傷和修復(fù)的不同階段中微觀的病理學(xué)改變，從而可直觀的了解微觀病理學(xué)改變。

6 展望

DTI用于頸髓不過十余年，但其對早期頸髓損傷的敏感性較常規(guī)MRI高，同時也更有利于準確地判定頸髓受損程度。有助于臨床醫(yī)生及時的診斷CSM，并及時的予以治療，以致取得更好的預(yù)后。與此同時，因運動偽影、解剖結(jié)構(gòu)、機器質(zhì)量造成的數(shù)據(jù)失真也不可避免。隨著科技的進步，相信在不久的將來，DTI技術(shù)將越發(fā)準確，在CSM分析病變、臨床診斷、治療計劃及效果評價等方面的價值將越來越高。

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