脊髓型頸椎病頸髓與手術(shù)效果間關(guān)系的DTI研究

蔣雯， 韓驍， 李廣祺， 李東航， 王晉超， 于愛紅， 郭華， 程曉光

隨著當(dāng)今社會工作生活方式的改變，頸椎病的患病率顯著增加，近年來因保守治療效果不佳而尋求手術(shù)改善癥狀的患者比例亦逐年增高。然而，頸椎病的手術(shù)效果不盡相同，部分患者術(shù)后改善有限，導(dǎo)致個人經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和社會醫(yī)療成本的增加。術(shù)前頸髓的功能狀態(tài)對手術(shù)效果有關(guān)鍵影響，因此準(zhǔn)確評價頸髓的結(jié)構(gòu)與功能，探索與手術(shù)效果的聯(lián)系，最終判斷最佳手術(shù)時機(jī)，對提高手術(shù)效果和提升醫(yī)療效率有著重要的臨床意義。擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)作為可以無創(chuàng)評價頸髓微觀結(jié)構(gòu)的影像學(xué)技術(shù)[1]，能夠揭示手術(shù)前后頸髓微觀結(jié)構(gòu)的變化，從而探討頸髓結(jié)構(gòu)與手術(shù)效果及術(shù)后恢復(fù)間的關(guān)系。

表1 各序列的主要掃描參數(shù)

材料與方法

1.病例資料

本研究納入2017年1月-2017年9月間在我院接受手術(shù)治療的脊髓型頸椎病患者33例，其中男20例，女13例，年齡35～71歲，平均年齡57.8歲，手術(shù)術(shù)式統(tǒng)一為頸椎后路椎管擴(kuò)大成型術(shù)。術(shù)后隨訪時間為手術(shù)后3個月。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①頸椎影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)椎間盤中央后突、椎體后緣骨贅、增生肥厚或骨化的后縱韌帶、黃韌帶導(dǎo)致的椎管變窄、脊髓受壓；②患者年齡35～80歲；③經(jīng)正規(guī)保守治療無效；④無明確手術(shù)禁忌癥；⑤對本研究方案知情同意并簽署知情同意書。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并頸椎外傷性骨折脫位；②合并頸椎感染性病變；③合并頸椎腫瘤；④存在手術(shù)禁忌癥；⑤手術(shù)減壓不徹底導(dǎo)致術(shù)后病情復(fù)發(fā)；⑥術(shù)后出現(xiàn)新發(fā)頸椎管狹窄。本研究方案經(jīng)北京積水潭醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會審查批準(zhǔn)。

2.檢查方法

所有患者均采用Philips Ingenia 3.0T MRI掃描儀及頭頸聯(lián)合線圈行頸椎常規(guī)序列和DTI序列掃描，于術(shù)前及術(shù)后3個月隨訪時各掃描一次。每例患者在掃描期間保持仰臥位，平靜呼吸，盡量避免大幅度呼吸和吞咽動作。頸椎常規(guī)序列包括矢狀面T2WI、矢狀面T1WI和軸面T2WI。DTI序列采用多次激發(fā)回波平面成像技術(shù)，擴(kuò)散方向15，b值=800 s/mm2，總掃描時間為6分14秒，掃描范圍為C2-C7椎體。各序列的主要掃描參數(shù)見表1。

3.臨床評價

臨床功能評價采用修正的日本骨科學(xué)會(modified Japanese Orthopaedic Association,mJOA)評分，于術(shù)前及術(shù)后3個月隨訪時各評價一次。手術(shù)效果/改善率評價采用Hirabayashi方法[2]，即改善率=(術(shù)后評分-術(shù)前評分)/(17-術(shù)前評分)×100%，計(jì)算得到術(shù)后3個月隨訪時的改善率。以改善率≥50%為改善好，改善率<50%為改善不好，將患者分為改善較好組(19例)和改善不好組(14例)。

4.DTI數(shù)據(jù)處理

DTI原始數(shù)據(jù)經(jīng)Spinal Cord Toolbox和FSL圖像處理軟件后處理得到DTI各參數(shù)的軸面圖像，包括各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)、平均擴(kuò)散率(mean diffusivity,MD)、軸向擴(kuò)散率(axial diffusivity,AD)及縱向擴(kuò)散率(radial diffusivity,RD)圖像。由2位年資5年以上的影像科醫(yī)師共同閱片，根據(jù)術(shù)前軸面T2WI圖像椎管及脊髓受壓程度確定每位患者頸椎管狹窄程度最嚴(yán)重的層面。通過DTI studio成像軟件在最狹窄層面的軸面MD圖上手動繪制感興趣區(qū)(region of interest,ROI)，從而得到術(shù)前和術(shù)后3個月的DTI各參數(shù)數(shù)據(jù)。ROI盡可能覆蓋整個頸髓橫軸面，同時為避免頸髓周圍腦脊液的部分容積效應(yīng)影響，ROI應(yīng)距頸髓邊緣至少1個體素的距離。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對改善較好與不好組的術(shù)前DTI各參數(shù)進(jìn)行兩樣本比較的秩和檢驗(yàn)，對術(shù)前DTI各參數(shù)與改善率間的關(guān)系行Spearman相關(guān)分析，對所有患者術(shù)前和術(shù)后3個月的DTI各參數(shù)進(jìn)行配對比較t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.術(shù)前頸髓DTI各參數(shù)與手術(shù)改善率的關(guān)系

手術(shù)改善較好組的術(shù)前FA值顯著高于改善不好組，術(shù)前MD及RD值顯著低于改善不好組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)；術(shù)前AD值在兩組間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表2)。術(shù)前DTI各參數(shù)值與改善率的相關(guān)性無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表3)。

表2 兩組的術(shù)前頸髓DTI各參數(shù)值比較

圖1 脊髓型頸椎病患者，女，58歲，最狹窄層面為C5-C6水平，術(shù)前及椎管后路擴(kuò)大成型術(shù)后3個月的MR常規(guī)序列及DTI圖像，軸面圖像均為最狹窄層面。a) 術(shù)前矢狀面T2WI圖像示患者存在C3-4至C6-7不同程度的椎間盤膨出或突出，C5-6水平為最狹窄節(jié)段，并伴后縱韌帶骨化； b) 術(shù)前軸面T2WI圖像示最狹窄節(jié)段(C5-6水平)椎間盤突出，椎管顯著狹窄，脊髓受壓變形； c) 最狹窄層面的術(shù)前FA圖像示頸髓信號較低； d) 最狹窄層面的術(shù)前MD圖像示頸髓信號較高； e) 最狹窄層面的術(shù)前AD圖像示頸髓信號較高； f) 最狹窄層面的術(shù)前RD圖像示頸髓信號較高；g) 術(shù)后3個月的矢狀面T2WI圖像示手術(shù)可以緩解椎管狹窄及脊髓壓迫； h) 術(shù)后3個月的軸面T2WI圖像示手術(shù)可以緩解最狹窄層面的椎管狹窄及脊髓壓迫； i) 最狹窄層面的術(shù)后3個月FA圖像示頸髓信號較術(shù)前增高； j) 最狹窄層面的術(shù)后3個月MD圖像示頸髓信號較術(shù)前降低； k) 最狹窄層面的術(shù)后3個月AD圖像示頸髓信號較術(shù)前有所降低； l) 最狹窄層面的術(shù)后3個月RD圖像示頸髓信號較術(shù)前降低。

參數(shù)r值P值FA0.1140.527MD0.0930.608AD0.3070.082RD0.0570.753

2.術(shù)后3個月頸髓的恢復(fù)情況

術(shù)后3個月頸髓的FA值較術(shù)前顯著增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；術(shù)后3個月的MD和RD值較術(shù)前有所減低，但差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；術(shù)后3個月的AD值較術(shù)前有所增高，差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表4，圖1)。

表4 手術(shù)前后DTI各參數(shù)值比較

注：*單位為×10-3mm2/s。

討 論

DTI是以擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging,DWI)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的擴(kuò)散功能成像技術(shù)，基本原理是通過捕捉水分子在組織內(nèi)的擴(kuò)散運(yùn)動造成的磁共振信號衰減而成像[3]，擴(kuò)散運(yùn)動越快，信號衰減越多。因此當(dāng)組織因各種原因?qū)е伦杂伤龆?，如血管源性水腫，或限制水自由擴(kuò)散的屏障減少，如軸索髓鞘脫失或神經(jīng)元壞死，都將導(dǎo)致成像信號的變化。頸髓特別是頸髓白質(zhì)是膜性屏障結(jié)構(gòu)高度規(guī)律排列的組織[4]，水分子擴(kuò)散運(yùn)動的方向也高度一致，存在病變時規(guī)律性被打破，水分子擴(kuò)散方向發(fā)生變化，DTI的圖像信號也隨之發(fā)生顯著改變。已有文獻(xiàn)證實(shí)DTI能夠反映頸髓病理狀態(tài)時微觀結(jié)構(gòu)的變化[5-6]。此外DTI各參數(shù)有定量的特性，能夠與頸髓功能評分建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能的共同評價[7-9]。在對比DTI和磁共振常規(guī)序列的研究中，DTI能早于常規(guī)序列發(fā)現(xiàn)頸髓微觀結(jié)構(gòu)的變化，即當(dāng)常規(guī)圖像仍表現(xiàn)正常的情況下，DTI可以區(qū)分病變頸髓與正常頸髓，甚至不同病變程度的頸髓[7,10-11]?；谝陨显?，本研究選擇DTI作為探索頸髓結(jié)構(gòu)變化與手術(shù)效果間關(guān)系的工具。

本研究結(jié)果從手術(shù)改善率的角度表明，頸髓結(jié)構(gòu)的損傷程度影響著手術(shù)效果。手術(shù)效果較差的患者，術(shù)前頸髓的FA值較低，MD和RD值較高，表明頸髓內(nèi)含水量增加或屏障結(jié)構(gòu)破壞，存在著較嚴(yán)重的水腫或變性壞死[12]；而變性壞死代表著頸髓的不可逆損傷，如神經(jīng)元死亡和髓鞘脫失。盡管手術(shù)能夠解除椎管狹窄和頸髓壓迫，但丟失的神經(jīng)元和髓鞘不能再生，故而術(shù)后殘留頸髓功能障礙，影響手術(shù)效果。手術(shù)效果較好的患者，術(shù)前頸髓的FA值較高，MD和RD值較低，頸髓主要病理改變?yōu)榭赡嫘运[[13]，不可逆的損傷較少，通過手術(shù)減壓后水腫程度減輕，療效較好。本研究結(jié)果與以往文獻(xiàn)報(bào)道基本一致[14]，在一定程度上提示DTI參數(shù)可以用于手術(shù)預(yù)后的評價。本研究未能在改善率與術(shù)前DTI參數(shù)值間建立統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的相關(guān)性，可能與僅選取最狹窄層面而不是所有病變節(jié)段有關(guān)。接下來我們會擴(kuò)大樣本量，并研究所有病變節(jié)段。

本研究也探討了手術(shù)治療對頸髓結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果顯示術(shù)后三個月頸髓的DTI參數(shù)值已較術(shù)前發(fā)生了比較明顯的改變，F(xiàn)A值升高，MD和RD值降低，這表明手術(shù)解除壓迫，頸髓的水腫減退，甚至纖維瘢痕修復(fù)使屏障結(jié)構(gòu)重新出現(xiàn)[15]。需要注意的是，此時僅FA值的變化有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這提示FA值對發(fā)現(xiàn)術(shù)后早期頸髓微觀結(jié)構(gòu)的改變較MD和RD值更為敏感，F(xiàn)A值可能存在早期評估手術(shù)療效的價值。

此外本研究結(jié)果顯示，AD值在頸髓結(jié)構(gòu)和手術(shù)的相互作用中都沒有體現(xiàn)出意義或價值，術(shù)后三個月頸髓的AD值甚至仍有所增高，可能的原因是AD值同時受擴(kuò)散和各向異性的共同影響，有研究表明兩方面的影響可以相互抵消[9]，從而造成AD值的作用不明顯。

本研究還存在以下不足：①病例數(shù)較少，需要繼續(xù)增加樣本量；②沒有將頸髓的灰白質(zhì)分開研究，灰質(zhì)區(qū)較低的各向異性可能抵消白質(zhì)區(qū)的顯著改變；③本研究的研究對象是多節(jié)段狹窄的脊髓型頸椎病患者，研究中關(guān)注的是最狹窄節(jié)段，該節(jié)段的情況不能解釋頸髓的全部功能障礙。

本研究將頸髓結(jié)構(gòu)與恢復(fù)同手術(shù)治療聯(lián)系起來，對研究對象進(jìn)行了手術(shù)前后的DTI掃描與評價，證實(shí)了頸髓的損傷程度影響手術(shù)效果，提示DTI參數(shù)可用于評價手術(shù)預(yù)后和時機(jī)，同時手術(shù)治療亦能幫助受損的頸髓恢復(fù)、改善癥狀，F(xiàn)A值可在術(shù)后較早期對手術(shù)療效作出評估?？傊?，DTI可以評價頸髓結(jié)構(gòu)功能的變化，有著重要的臨床應(yīng)用價值和廣泛的應(yīng)用前景。