DTI在腰椎間盤(pán)突出引起腰骶神經(jīng)根壓迫癥中的應(yīng)用價(jià)值

汪博， 范國(guó)光

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·骨骼肌肉影像學(xué)·

DTI在腰椎間盤(pán)突出引起腰骶神經(jīng)根壓迫癥中的應(yīng)用價(jià)值

汪博， 范國(guó)光

目的：探討腰骶神經(jīng)根擴(kuò)散張量成像(DTI)及纖維示蹤成像(FT)的可行性，同時(shí)評(píng)定健康志愿者及腰椎間盤(pán)突出引起單側(cè)坐骨神經(jīng)痛患者的腰骶神經(jīng)根DTI參數(shù)不同層面數(shù)值的連續(xù)性變化。方法：將20例腰椎間盤(pán)突出引起單側(cè)坐骨神經(jīng)痛的患者及20例與患者年齡相仿的健康志愿者同時(shí)納入研究。所有檢查均在Siemens 3.0T MR上進(jìn)行，采用3D T1-VIBE及DTI融合圖像，分別在神經(jīng)根(L5和S1)的三個(gè)不同層面測(cè)量左右兩側(cè)神經(jīng)根的各向異性分?jǐn)?shù)(FA)值和ADC值，同時(shí)進(jìn)行L4、L5、S1神經(jīng)根FT。結(jié)果：20例健康志愿者L5和S1神經(jīng)根左、右兩側(cè)FA值分別為0.319±0.019和0.320±0.019，ADC值分別為1.427±0.171和1.416±0.185，左右兩側(cè)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；不同層面神經(jīng)根兩兩之間的FA及ADC值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。20例患者的患側(cè)神經(jīng)根FA值低于健側(cè)，分別為0.285±0.026和0.319±0.019，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；患側(cè)神經(jīng)根近端至遠(yuǎn)端FA值逐層遞減(P<0.05)，ADC值逐層遞增(P<0.05)；健側(cè)不同層面FA值無(wú)明顯差異(P>0.05)。結(jié)論：DTI結(jié)合常規(guī)MRI對(duì)定量評(píng)價(jià)病變神經(jīng)根及定位診斷腰骶神經(jīng)根卡壓有一定的應(yīng)用價(jià)值。

磁共振成像； 擴(kuò)散張量成像； 腰椎間盤(pán)突出

腰椎間盤(pán)突出是常見(jiàn)的腰椎退行性變，經(jīng)常引起腰骶神經(jīng)根壓迫癥，典型癥狀是自臀部至足背沿坐骨神經(jīng)通路放射性分布的疼痛。常規(guī)MRI檢查可以提供腰椎間盤(pán)突出的部位、程度，以及與鄰近腰骶神經(jīng)根的相關(guān)關(guān)系，主要用來(lái)觀察神經(jīng)根是否受壓，但有研究顯示MRI觀察到的神經(jīng)根壓迫情況與臨床癥狀并無(wú)顯著相關(guān)性[1]，同時(shí)無(wú)癥狀的老年患者中有太高的假陽(yáng)性率，部分神經(jīng)阻滯術(shù)后癥狀未得到緩解及伴有持續(xù)的術(shù)后疼痛[2]，可能是因?yàn)槌Ｒ?guī)MRI可以觀察神經(jīng)根受壓情況但并不能較準(zhǔn)確地定位診斷神經(jīng)根病變。擴(kuò)散張量成像(dffusion tensor imaging,DTI)及纖維束示蹤成像(fiber tractography,FT)廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，近來(lái)很多研究認(rèn)為DTI可以用于觀測(cè)鼠的坐骨神經(jīng)軸突的再生[3]，同時(shí)認(rèn)為其是診斷周?chē)窠?jīng)受壓的潛在實(shí)用性方法。不同于常規(guī)MRI，DTI著重于觀察卡壓的神經(jīng)根而不是突出的椎間盤(pán)，其相關(guān)參數(shù)各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值和ADC值的變化代表神經(jīng)根水分子運(yùn)動(dòng)方向的改變，進(jìn)而可以更進(jìn)一步反映受壓神經(jīng)根的不同層面微觀的病理生理過(guò)程。此研究的主要目的是應(yīng)用3.0T磁共振分析健康志愿者及神經(jīng)卡壓患者受壓神經(jīng)根近端至遠(yuǎn)端的FA值及ADC值的連續(xù)性變化，同時(shí)探討FT在顯示腰骶神經(jīng)根受壓情況中的作用。

表1　健康志愿者左右側(cè)神經(jīng)根不同層面平均FA值及ADC值

材料與方法

1.一般資料

病變組：本研究納入20名L4-L5、L5-S1椎間盤(pán)突出引起的單側(cè)坐骨神經(jīng)痛患者，女9例，男11例，年齡24～70歲，平均48歲。其中L5單側(cè)神經(jīng)根受壓12例，S1單側(cè)神經(jīng)根受壓8例。納入標(biāo)準(zhǔn)：具有不同程度的單側(cè)腰腿痛，病程2～6個(gè)月，疼痛區(qū)域局限于L5、S1神經(jīng)根支配區(qū)域；具備肌肉無(wú)力、萎縮、感覺(jué)減退及腱反射能力減弱4項(xiàng)中的兩項(xiàng)；MRI提示腰椎間盤(pán)旁中央型或椎間孔型單側(cè)狹窄(不包括椎間盤(pán)膨出)。排除標(biāo)準(zhǔn)：腰部外傷史、腰部外科手術(shù)治療史、先天性腰椎變異、脊髓病變、椎管內(nèi)腫瘤、椎管狹窄、多節(jié)段椎間盤(pán)突出、關(guān)節(jié)不穩(wěn)、關(guān)節(jié)突肥大、MRI禁忌癥病史，女性患者有宮內(nèi)節(jié)育器。

正常對(duì)照組：另外納入20名健康志愿者，女12例，男8例，年齡25～62歲，平均40歲。所有志愿者均屬正常生活狀態(tài)，無(wú)腰痛及坐骨神經(jīng)痛病史。

2.檢查方法

采用Siemens 3.0T MR掃描儀，掃描范圍自L3-L4椎間盤(pán)至S2-S3椎間盤(pán)水平。兩組掃描方法相同，首先進(jìn)行3D T1-VIBE掃描：TR 7.00 ms，TE 2.46 ms，視野200 mm×200 mm，層厚1.0 mm，采集次數(shù)1，掃描時(shí)間3 min 38 s。

DTI圖像拷貝3D T1-VIBE掃描序列中心，采用單次激發(fā)自旋回波-回波平面序列(EPI)，掃描參數(shù)如下：TR 7207 ms，TE 95 ms，視野230 mm×230 mm，矩陣130×130，層厚3.0 mm，掃描層數(shù)40，采集次數(shù)3，b值0和800 s/mm2，20個(gè)梯度方向，掃描時(shí)間7 min 57 s。

3.圖像分析和測(cè)量

采用Siemens工作站Neuro 3D Syngo軟件進(jìn)行神經(jīng)根不同層面FA值及ADC值的測(cè)定及腰骶叢(主要為L(zhǎng)4、L5、S1神經(jīng)根)神經(jīng)FT。結(jié)合3D T1-VIBE及DTI融合圖像共同觀察腰骶神經(jīng)根，3D T1-VIBE作為解剖結(jié)構(gòu)定位像，測(cè)量時(shí)在L5及S1左右兩側(cè)神經(jīng)根不同位置選取3個(gè)ROI，分別位于椎間孔向內(nèi)開(kāi)口處(近側(cè))、椎間孔處(中層)、椎間孔向外開(kāi)口處(遠(yuǎn)端)，左右取自同一層面。每個(gè)ROI的面積大小控制在25～50 mm2(圖1a、b) ，以免產(chǎn)生部分容積效應(yīng)影響測(cè)量結(jié)果。毎個(gè)測(cè)量位置取三次測(cè)量的平均值。腰骶叢纖維示蹤成像，算法設(shè)置：FA閾值0.15，最大角度30°，最小纖維束長(zhǎng)度4 mm。

4.統(tǒng)計(jì)分析

結(jié)　果

1.正常對(duì)照組L5及S1神經(jīng)根參數(shù)

L5及S1左、右兩側(cè)神經(jīng)根定量測(cè)量的平均FA值分別為0.319±0.019和0.320±0.019，平均ADC 值分別為(1.427±0.171)×10-3mm2/s和(1.416±0.185)×10-3mm2/s。左、右兩側(cè)同節(jié)段神經(jīng)根FA值及ADC值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，且三個(gè)不同層面神經(jīng)根兩兩之間FA值及ADC 值差異也無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表1)。

2.病變組L5及S1神經(jīng)根參數(shù)

20例患者的患側(cè)神經(jīng)根(0.285±0.026)FA值低于健側(cè)(0.319±0.019)；患側(cè)神經(jīng)根的不同層面FA值均低于健側(cè)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表2)；ADC值均高于健側(cè)，結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表3)?；紓?cè)神經(jīng)根不同層面之間FA及ADC 值比較，中層FA值低于近端，遠(yuǎn)端低于中層，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；中層ADC值高于近端，遠(yuǎn)端高于中層，結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

3.DTI-FT影像表現(xiàn)

DTI-FT重建L4、L5及S1神經(jīng)根纖維束：所有健康志愿者神經(jīng)根纖維示蹤L4、L5及S1神經(jīng)束顯示完整，連續(xù)性好，走形自然，符合解剖。病變組20條受壓神經(jīng)根在突出椎間盤(pán)水平較對(duì)側(cè)明顯變形及稀疏。

表3　腰間盤(pán)突出患者患側(cè)及健側(cè)神經(jīng)根不同層面ADC值

討　論

腰椎間盤(pán)突出癥及腰椎管狹窄引起腰骶神經(jīng)根卡壓是骨科的多發(fā)病和常見(jiàn)病。同時(shí)以腰腿痛及放射性坐骨神經(jīng)痛為主要及首發(fā)癥狀。Ropper等[4]總結(jié)以前的研究認(rèn)為腰間盤(pán)突出造成神經(jīng)根壓迫是放射性坐骨神經(jīng)痛的主要原因，另一方面神經(jīng)放射學(xué)證實(shí)85%的坐骨神經(jīng)痛與腰間盤(pán)突出有關(guān)。腰骶神經(jīng)壓迫神經(jīng)根引起坐骨神經(jīng)痛的患者中，外科以神經(jīng)根減壓術(shù)、疼痛科以神經(jīng)阻滯術(shù)作為主要治療手段，因此準(zhǔn)確地定位診斷受壓的神經(jīng)根，可以明顯提高神經(jīng)阻滯術(shù)的成功率，減少外科手術(shù)失敗時(shí)對(duì)患者帶來(lái)的創(chuàng)傷，能夠準(zhǔn)確地直接定位受壓神經(jīng)根的顯像方法及技術(shù)帶來(lái)的臨床意義尤為重要。

近年來(lái)，DTI定量FA值及ADC值被應(yīng)用于周?chē)窠?jīng)顯示及神經(jīng)壓迫癥的診斷研究(特別是正中神經(jīng)及尺神經(jīng)，最近應(yīng)用于腰骶神經(jīng)根)[5-8]，認(rèn)為FA及ADC值是診斷神經(jīng)卡壓的有用工具及評(píng)估神經(jīng)卡壓嚴(yán)重性的潛在工具。Balbi等[9]首先證實(shí)了DTI可以用來(lái)顯示人的腰骶神經(jīng)根，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)FA 值及ADC值的大小與不同年齡、性別、神經(jīng)根的左右側(cè)、不同節(jié)段并無(wú)相關(guān)性。隨后關(guān)于DTI對(duì)于腰骶神經(jīng)根受壓的研究中，顯示受壓側(cè)的神經(jīng)根較正常側(cè)的神經(jīng)根FA值降低，ADC值升高，同時(shí)纖維束成像明顯顯示受壓部位的神經(jīng)根較健側(cè)明顯稀疏[6-7,10]。大量的實(shí)驗(yàn)性研究認(rèn)為長(zhǎng)期的慢性受壓及炎性介質(zhì)的釋放，造成神經(jīng)根屏障的破壞，血管通透性的增加，最終造成神經(jīng)周?chē)§o脈淤血及神經(jīng)纖維束內(nèi)的水腫[11-12]。此外，慢性壓迫導(dǎo)使血流量減少，神經(jīng)局部缺血，髓鞘代謝受損，繼而神經(jīng)發(fā)生脫髓鞘、華勒氏變性及神經(jīng)內(nèi)膜破裂。Balbi等[9]認(rèn)為這些微細(xì)結(jié)構(gòu)的改變也許會(huì)增加軸突之間的距離，進(jìn)而使神經(jīng)內(nèi)的垂直本征量增加，導(dǎo)致FA值降低，ADC值增高。

在本研究中選取了與病例組年齡范圍相仿的20例健康志愿者作為研究樣本，測(cè)量其L5、S1同一節(jié)段神經(jīng)根的左右兩側(cè)及不同層面的FA值及ADC值，發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)及不同層面神經(jīng)根的FA及ADC值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與最近文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果相一致。腰椎間盤(pán)突出癥最常發(fā)生于L4-L5、L5-S1椎間隙，進(jìn)而引起鄰近的下一節(jié)段神經(jīng)根受壓，本研究選取L4-L5、L5-S1椎間盤(pán)突出引起單側(cè)坐骨神經(jīng)痛患者20例作為研究對(duì)象進(jìn)行DTI定量分析自身對(duì)照性研究，納入范圍內(nèi)的患者病程均為2～6個(gè)月，測(cè)量選取的ROI部位分別為椎間孔向內(nèi)開(kāi)口處(近側(cè))、椎間孔處(中層)、椎間孔向外開(kāi)口處(遠(yuǎn)端)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示受壓側(cè)神經(jīng)根FA值低于未受壓側(cè)，神經(jīng)根不同層面的FA值從近端至遠(yuǎn)端呈現(xiàn)出逐層遞減的下降趨勢(shì)，ADC值呈現(xiàn)與FA值相反的趨勢(shì)；同時(shí)健側(cè)FA值不同層面間差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究中， FA值從神經(jīng)根近側(cè)至遠(yuǎn)端逐漸遞減可能與神經(jīng)根不同層面的脫髓鞘程度及神經(jīng)再生水平有關(guān)。神經(jīng)根受壓損傷后，最先發(fā)生的病理變化為華勒氏變性，即損傷平面遠(yuǎn)段的神經(jīng)纖維全長(zhǎng)以及近段神經(jīng)纖維同時(shí)發(fā)生長(zhǎng)度不等的髓鞘和軸突的崩解破壞。隨后隨著時(shí)間的進(jìn)行，受損傷的近段神經(jīng)纖維的軸突出芽、延伸，長(zhǎng)入遠(yuǎn)端雪旺氏細(xì)胞索，使再生軸突再髓鞘化進(jìn)而使受損的神經(jīng)得到再生修復(fù)。脊神經(jīng)膜血管循環(huán)體及腦脊液為神經(jīng)根近側(cè)提供營(yíng)養(yǎng)支持，而遠(yuǎn)端神經(jīng)根僅有周?chē)窠?jīng)束膜血管循環(huán)體系供養(yǎng)，營(yíng)養(yǎng)物的供養(yǎng)相對(duì)匱乏。神經(jīng)根在受壓變性及神經(jīng)再生的修復(fù)階段，因血液交換條件的不同，腰骶神經(jīng)根遠(yuǎn)端較近側(cè)的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)基礎(chǔ)差，脫髓鞘程度明顯重于近側(cè)，同時(shí)神經(jīng)再生速度又慢于近側(cè)。結(jié)果使受壓變性神經(jīng)根在再生修復(fù)階段神經(jīng)軸索數(shù)量沿神經(jīng)走形近側(cè)至遠(yuǎn)端呈現(xiàn)出逐層遞減的生長(zhǎng)形式。在Lehmann等[13]進(jìn)行的小鼠坐骨神經(jīng)再生的組織學(xué)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了神經(jīng)纖維束FA值的大小與組織學(xué)上觀察到的神經(jīng)纖維束變性及再生的軸索數(shù)量具有明顯的相關(guān)性。慢性腰骶神經(jīng)根受壓進(jìn)而軸索變性后，病變遠(yuǎn)近端神經(jīng)軸索脫髓鞘程度及再生速度的不同導(dǎo)致不同層面正常神經(jīng)軸索數(shù)量具有差異性，而這種差異反應(yīng)通過(guò)檢測(cè)水分子不同方向的運(yùn)動(dòng)而反應(yīng)在FA值上，使FA值出現(xiàn)與神經(jīng)軸索數(shù)量變化一致的從近側(cè)到遠(yuǎn)端遞減的趨勢(shì)。

神經(jīng)根FT相對(duì)于常規(guī)MRI在有癥狀側(cè)神經(jīng)根可以明顯顯示變形及稀疏，在神經(jīng)卡壓的患者中可以提供解剖定位，尤其是常規(guī)MRI結(jié)果與臨床體征不一致時(shí)，對(duì)于手術(shù)計(jì)劃的設(shè)定有一定幫助。

本研究仍存在以下不足：第一，病例數(shù)不足；第二，急性期神經(jīng)根卡壓及神經(jīng)根病變隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化需進(jìn)一步研究，同時(shí)對(duì)于術(shù)后金屬植入的患者無(wú)法進(jìn)行術(shù)后評(píng)價(jià)；第三，應(yīng)在保證圖像質(zhì)量的前提下，盡可能減少的掃描時(shí)間，提高圖像的信噪比。

總之，DTI結(jié)合常規(guī)MRI檢查對(duì)于定位診斷神經(jīng)根壓迫癥提供了新的可使用的成像技術(shù)，利用常規(guī)MRI結(jié)合DTI定量評(píng)價(jià)損傷變性神經(jīng)根更加敏感且準(zhǔn)確，腰骶神經(jīng)根DTI-FT可形象地顯示神經(jīng)纖維束的形態(tài)，結(jié)合背景融合圖，可以形象顯示病變及神經(jīng)走行，尤其是當(dāng)常規(guī)MRI結(jié)果與臨床體征不一致時(shí)，對(duì)于臨床制定治療方案更加有利。

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Value of DTI in the evaluation of lumbosacral nerve entrapment in disc herniation

WANG Bo,FAN Guo-guang.

Department of Radiology,the First Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China

Objective:To study the feasibility of diffusion tensor imaging (DTI) and fiber tracking (FT) in the evaluation of lumbar-sacral nerve root,and to assess the potential changes of DTI parameters in different levels of the lumbar nerve roots in healthy volunteers and patients suffering with unilateral sciatica caused by disc herniation.Methods：20 patients with unilateral sciatica related to disc herniation and 20 healthy volunteers with similar age were enrolled in this study.All of the subjects were studied with a 3.0T MR scanner,3D T1-VIBE and DTI fusing images were used.The FA and ADC values on three different levels of bilateral L5and S1nerve roots were measured,tractography of L4-S1nerve root fiber was performed simultaneously.Results：There was no significant difference in FA or ADC between left and right nerve roots at the same level of L5and S1(left FA:0.319±0.019，right FA:0.320±0.019;left ADC:1.427±0.171，right ADC：1.416±0.185;P>0.05) in healthy volunteers.No significant difference was existed on FA and ADC values at different levels of nerve root (P>0.05).Of the 20 patients with sciatica,the FA values were significantly lower at the affected side compared with the healthy side,which was 0.285±0.026,0.319±0.019 respectively (P<0.05).The FA values of the nerve roods of affected side decreased and declined gradually from proximal to distal (P<0.05);while the ADC values was on the opposite trend,which accented gradually (P<0.05).FA values in healthy side showed no difference at different levels (P>0.05).Conclusion：DTI in combination with conventional MRI show significant potential in the quantitative evaluation as well as providing localization of nerve root compression.

Magnetic resonance imaging； Diffusion tensor imaging； Lumbar disc herniation

110001沈陽(yáng)，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科

汪博(1991-)，女 ，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生 ，主要從事神經(jīng)功能成像研究。

范國(guó)光，E-mail：fanguog@vip.sina.cn

R445.2 ； R681.53

A

1000-0313(2016)07-0658-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.07.019

2015-11-27)