脊髓型頸椎病患者減壓術(shù)后軀體感覺(jué)傳導(dǎo)纖維損傷的縱向研究

吳開(kāi)富，何來(lái)昌，譚永明

作者單位：南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，南昌 330006

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)患者由于頸椎椎體、椎間盤(pán)、韌帶等組織病變繼發(fā)頸髓受壓而出現(xiàn)各種癥狀及體征[1-3]。如何能夠早期、精準(zhǔn)判斷脊髓損害程度對(duì)于CSM患者手術(shù)時(shí)機(jī)決斷及其預(yù)后具有重要的臨床意義，評(píng)估脊髓型頸椎病手術(shù)干預(yù)時(shí)機(jī)目前研究?jī)H僅局限于頸髓損傷層面，但是遠(yuǎn)端軸突及髓鞘甚至大腦的繼發(fā)性損傷對(duì)神經(jīng)功能保持、術(shù)后神經(jīng)康復(fù)效能至關(guān)重要。擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術(shù)在不同方向上使用多個(gè)擴(kuò)散敏感梯度來(lái)量化水分子擴(kuò)散的各向異性，它已被用于神經(jīng)纖維束成像和定量分析腦組織微觀結(jié)構(gòu)改變[4]。丘腦內(nèi)部含大量的上行、下行感覺(jué)纖維，是軀體感覺(jué)傳導(dǎo)中繼站，因此，本研究以中央后回、丘腦、中腦作為種子點(diǎn)，探究感覺(jué)傳導(dǎo)通路相關(guān)的皮質(zhì)丘腦束及丘腦脊髓束微細(xì)結(jié)構(gòu)改變，分析其與CSM患者術(shù)前感覺(jué)功能障礙、術(shù)后感覺(jué)傳導(dǎo)神經(jīng)康復(fù)的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 一般資料

搜集2015年9月至2018年5月間我院就診，參考2008年第三屆全國(guó)頸椎病專(zhuān)題專(zhuān)題座談會(huì)制定的頸椎病診斷標(biāo)準(zhǔn)診斷為CSM的患者，其中男13例，女14例，共27例，年齡30～59 (47.50±7.01)歲，均無(wú)其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、無(wú)顱腦或脊髓外傷病變、無(wú)磁共振檢查禁忌證者，設(shè)為實(shí)驗(yàn)組。隨機(jī)選取27名健康志愿者作為對(duì)照組，性別、年齡、受教育程度均匹配，無(wú)脊髓壓迫癥狀和影像改變，無(wú)其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、無(wú)顱腦或脊髓外傷病變、無(wú)磁共振檢查禁忌證。對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組在年齡、性別等方面無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)(表1)。所有受試者進(jìn)行JOA評(píng)分及NDI評(píng)分測(cè)試，術(shù)前CSM患者JOA平均得分(11.16±2.21)，NDI平均得分33.25%±11.06%。對(duì)照組JOA平均得分17，NDI平均得分5%。所有受試者均無(wú)MR檢查禁忌證，且均為右利手。檢查前已告知所有受試者研究目的及詳細(xì)方法，所有受試者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 磁共振掃描

使用16通道相控陣頭線(xiàn)圈在3.0 T Trio,Siemens，Erlangen掃描儀上采集MR圖像。受試者進(jìn)行掃描時(shí)保持清醒，眼罩遮眼，固定頭部，雙耳置入海綿套靜音塞，囑保持頭部勿動(dòng)。T1解剖結(jié)構(gòu)像參數(shù)及序列如下：采用3D梯度回波(three—dimensional spoiled gradient recalled acquisition，3D SPGR) T1WI序列采集，TR 1900 ms，TE 2.26 ms，反轉(zhuǎn)角9°，層厚1 mm，層間距1 mm，矩陣256×256，視野(field of view，F(xiàn)OV) 250 mm×250 mm，體素大小1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，獲得176層全腦矢狀位連續(xù)解剖圖像。DTI數(shù)據(jù)采用單次激發(fā)平面回波成像(echo-planar imaging，EPI)序列軸位掃描，層數(shù)為65層，層厚2.5 mm，TR 7200 ms，TE 104 ms，NEX為1次，矩陣128×128，視野230 mm×230 mm，施加32個(gè)非線(xiàn)性擴(kuò)散梯度(b=0、1000 s/mm)，掃描持續(xù)時(shí)間為8 min 15 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

(1)使用基于Linux平臺(tái)的FSL5.1軟件(http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fsl)對(duì)所有DTI數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像預(yù)處理，步驟如下：①圖像轉(zhuǎn)化；②渦流校正；③剝腦，去掉顱骨及頭皮等非腦組織，以減少DTI擬合和追蹤過(guò)程中的運(yùn)算量并提高配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性；④擴(kuò)散指標(biāo)計(jì)算，獲得每個(gè)體素的部分各項(xiàng)異性(FA)、平均擴(kuò)散量(MD)值和擴(kuò)散本征值(MD)；⑤空間配準(zhǔn)，將所得個(gè)體空間的DTI數(shù)據(jù)配準(zhǔn)至蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所標(biāo)準(zhǔn)空間。(2)設(shè)置雙側(cè)中央后回、丘腦、中腦為mask，然后對(duì)雙側(cè)中央后回、中腦、丘腦進(jìn)行重采樣。(3)將MRIcroN軟件轉(zhuǎn)換后的DTI數(shù)據(jù)導(dǎo)入Diffusion Toolkit 0.6.4 (http://trackvis.org/dtk)及Track Vis 0.6.1 (http://www.trackvis.org/)軟件進(jìn)行FACT算法及重組參數(shù)處理，在統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖譜(statistical parametric mapping，SPM8)軟件下對(duì)重采樣后的皮質(zhì)、丘腦、中腦進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化、逆轉(zhuǎn)換等處理，經(jīng)Diffusion Toolkit軟件處理后得出的相關(guān)數(shù)據(jù)載入Track Vis 0.6.1，加入皮質(zhì)、丘腦、中腦Mask，記錄同時(shí)通過(guò)皮質(zhì)、丘腦的track (皮質(zhì)丘腦束；圖1)及同時(shí)通過(guò)丘腦、中腦的track (丘腦-中腦束；圖2)的表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)、部分各向異性分?jǐn)?shù)(FA)、平均擴(kuò)散系數(shù)(MD)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

圖1 丘腦皮質(zhì)束差異圖 Fig. 1 The diagram of the thalamocortical tracts.

圖2 丘腦中腦束差異圖 Fig. 2 The diagram of the spinothalamic tracts.

2 結(jié)果

術(shù)前CSM組、健康對(duì)照組、術(shù)后CSM組的DTI參數(shù)均值、標(biāo)準(zhǔn)差及組間方差分析如表2，進(jìn)一步組間兩兩比較：與健康對(duì)照組相比，術(shù)前CSM患者的丘腦皮質(zhì)束及脊髓丘腦束的FA值均減低(P＜0.05)，丘腦皮質(zhì)束及脊髓丘腦束ADC、MD值升高(P＜0.05)(圖3，4)；術(shù)后CSM組丘腦皮質(zhì)束較對(duì)照組FA值減低(P＜0.05)，脊髓丘腦束較對(duì)照組FA值升高(P＜0.05)，丘腦皮質(zhì)束及脊髓丘腦束ADC、MD值較對(duì)照組無(wú)明顯差異。術(shù)后6個(gè)月，術(shù)后CSM患者丘腦皮質(zhì)束較術(shù)前FA值減低(P＜0.05)，脊髓丘腦束FA值較術(shù)前升高(P＜0.05)。

表1 受試者人口學(xué)資料統(tǒng)計(jì)表Tab. 1 Demographic information of participants

3 討論

脊髓型頸椎病的脊髓損傷病理在于脊髓受壓、物理?yè)p傷和脊髓血供障礙所致，繼發(fā)一系列病理生理改變，包括軸漿流阻斷、扭曲變形，脊髓炎癥缺血，血管周?chē)g隙出現(xiàn)脂質(zhì)吞噬細(xì)胞；神經(jīng)細(xì)胞損傷后，神經(jīng)纖維束會(huì)沿其順行方向發(fā)生軸突壞死、髓鞘崩解及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生等一系列變化，即發(fā)生順行性變性，也稱(chēng)沃勒變性[5]。除沿纖維束順行方向的遠(yuǎn)隔部位會(huì)發(fā)生順行性變性外，其逆行方向的纖維束也會(huì)發(fā)生繼發(fā)性損害，稱(chēng)為逆行性變性[6]。上方脊髓傳導(dǎo)束甚至大腦的這些繼發(fā)性變性可能是影像CSM患者術(shù)后神經(jīng)功能康復(fù)的重要因素[7-8]。

表2 術(shù)前CSM組、健康對(duì)照組、術(shù)后CSM組組間感覺(jué)傳導(dǎo)纖維的FA、ADC，MD值(×10-3 mm2/s, ±s)Tab. 2 FA, ADС, MD valuеs оf sеnsоry cоnductiоn fibеrs bеtwееn prеоpеrativе СSM grоup, hеalthy cоntrоl(xiāng) grоup and pоstоpеrativе CSM group (×10-3 mm2/s, ±s)

表2 術(shù)前CSM組、健康對(duì)照組、術(shù)后CSM組組間感覺(jué)傳導(dǎo)纖維的FA、ADC，MD值(×10-3 mm2/s, ±s)Tab. 2 FA, ADС, MD valuеs оf sеnsоry cоnductiоn fibеrs bеtwееn prеоpеrativе СSM grоup, hеalthy cоntrоl(xiāng) grоup and pоstоpеrativе CSM group (×10-3 mm2/s, ±s)

分組 例數(shù) 丘腦皮質(zhì)束 脊髓丘腦束FA值 ADC值 MD值 FA值 ADC值 MD值術(shù)前CSM組 27 518.54±11.77 0.94±0.01 1.52±0.03 339.49±39.90 1.11±0.18 1.54±0.18對(duì)照組 27 555.21±6.94 0.76±0.01 1.29±0.02 415.09±40.29 0.88±0.09 1.32±0.01術(shù)后CSM組 27 489.32±9.52 0.72±0.55 1.35±0.03 447.32±56.97 0.95±0.11 1.44±0.02 F值 318.360 3.675 524.045 38.408 21.405 29.872 P值 ＜0.001 0.03 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

圖3 術(shù)前CSM組、健康對(duì)照組、術(shù)后CSM組組間丘腦皮質(zhì)束纖維的FA (A)、ADC (B)、MD (C)值統(tǒng)計(jì)圖(preCSM：術(shù)前CSM組；HC：對(duì)照組；postCSM：術(shù)后CSM6個(gè)月復(fù)查組) 圖4 術(shù)前CSM組、健康對(duì)照組、術(shù)后CSM組組間脊髓丘腦束纖維的FA (A)、ADC (B)，MD (C)值統(tǒng)計(jì)圖(preCSM：術(shù)前CSM組；HC：對(duì)照組；postCSM：術(shù)后CSM6個(gè)月復(fù)查組) Fig. 3 Thе cоl(xiāng)umn diagrams shоw thе rеsults оf multiplе cоmparisоns in thе thalamоcоrtical tracts fibеrs with significantly diffеrеnt FA (A), ADС (B), and MD (С) values among three groups (preCSM: preoperative CSM group. HC: healthy control group. postCSM: 6 months postoperative review of CSM). Fig. 4 The column diagrams shоw thе rеsults оf multiplе cоmparisоns in thе spinоthalamic tracts fibеrs with significantly diffеrеnt FA (A), ADС (B), and MD (С) valuеs amоng thrее groups (preCSM: preoperative CSM group. HC: healthy control group. postCSM: 6 months postoperative review of CSM).

MRI是目前脊髓解剖學(xué)成像的最佳方法，可通過(guò)形態(tài)學(xué)改變初步評(píng)估對(duì)脊髓受壓損傷程度和預(yù)后。但其對(duì)脊髓病變的敏感性較低，T2加權(quán)像上脊髓內(nèi)高信號(hào)多已處于臨床晚期[9]，評(píng)價(jià)脊髓白質(zhì)傳導(dǎo)束的功能完整性尚需結(jié)合DTI[10]。DTI探測(cè)組織中水分子隨機(jī)擴(kuò)散的能力遠(yuǎn)超其他MRI技術(shù)，可無(wú)創(chuàng)定量評(píng)價(jià)活體神經(jīng)纖維微結(jié)構(gòu)變化，已廣泛應(yīng)用于評(píng)估神經(jīng)損傷、神經(jīng)退行性及腦血管疾病等，在腦缺血性疾病中的應(yīng)用最為常見(jiàn)[11-15]。DTI能通過(guò)探測(cè)水分子在脊髓束的擴(kuò)散來(lái)反映脊髓束的功能完整性。當(dāng)脊髓發(fā)生軸突水腫、脫髓鞘等病理改變時(shí)，相關(guān)細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，神經(jīng)纖維的減少或細(xì)胞外的水腫會(huì)使細(xì)胞外的間隙明顯加大，引起水分子的各向異性降低，同向性加大，導(dǎo)致DTI信號(hào)改變[16-17]。理論上認(rèn)為，脊髓損傷的程度和軸突再髓鞘的修復(fù)過(guò)程可以通過(guò)DTI測(cè)量的ADC值和FA值來(lái)反映[18]。DTI技術(shù)的擴(kuò)散指標(biāo)可反映脊髓型頸椎病所致神經(jīng)纖維束的繼發(fā)性改變，包括MD值升高、FA值降低等。本研究CSM術(shù)前組脊髓丘腦束和丘腦皮質(zhì)束的FA值均低于對(duì)照組，而脊髓丘腦束的ADC、MD值均高于對(duì)照組，提示脊髓型頸椎病可能存在逆行方向上纖維束的損傷。

丘腦由多個(gè)具有獨(dú)立神經(jīng)功能的神經(jīng)細(xì)胞群組成，它直接參與軀體感覺(jué)功能，是皮質(zhì)下最大的信息中繼站、接收站[19]。筆者發(fā)現(xiàn)，CSM術(shù)前組脊髓丘腦束(丘腦至中腦段)FA值低于正常對(duì)照組，與Yoon等[20]關(guān)于脊髓損傷后軸突逆行性變性結(jié)果一致。FA值反映神經(jīng)纖維束中水分子擴(kuò)散的方向性，與髓鞘的完整性及平行性密切相關(guān)。ADC、MD值反映水分子整體擴(kuò)散水平，與擴(kuò)散方向無(wú)關(guān)[21]。丘腦皮質(zhì)束和脊髓丘腦束FA值的升高與白質(zhì)脫髓鞘變化有關(guān)，表明水分子在脊髓慢性損傷過(guò)程中擴(kuò)散的各向異性降低，沿垂直纖維束走行方向擴(kuò)散增強(qiáng)。而脊髓丘腦束ADC、MD值的降低與神經(jīng)血管源性水腫相關(guān)，丘腦皮質(zhì)束的ADC、MD的升高沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究術(shù)前CSM組脊髓丘腦束ADC、MD值升高，脊髓丘腦束和丘腦皮質(zhì)束FA值降低，提示脊髓丘腦束及丘腦皮質(zhì)束均發(fā)生繼發(fā)性變性，且脊髓丘腦束較為明顯。

減壓術(shù)后，脊髓丘腦束FA值較術(shù)前升高，提示椎管減壓后CSM患者脊髓丘腦束神經(jīng)康復(fù)進(jìn)展，可能存在受壓迫的背側(cè)和側(cè)索存在出芽及纖維數(shù)量增加(軸突再生和髓鞘化)[22]。但是丘腦皮質(zhì)束較對(duì)照組、術(shù)前組FA值均減低，與Guleria等[23]研究結(jié)果一致，即在脊髓慢性損傷期皮質(zhì)脊髓束逆行變性FA值降低，術(shù)后丘腦皮質(zhì)束神經(jīng)損傷繼續(xù)存在，提示原有透射纖維的失用及鄰近皮質(zhì)透射纖維的招募。

本研究的局限性：樣本量較小，結(jié)果可能存在偏倚，以及缺乏臨床感覺(jué)功能量表進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，無(wú)法證明神經(jīng)纖維束的病變與感覺(jué)功能損傷的聯(lián)系。

結(jié)論：DTI數(shù)據(jù)值可以量化反映繼發(fā)脊髓損傷遠(yuǎn)端神經(jīng)微細(xì)損傷，對(duì)判斷CSM病情及揭示病理生理機(jī)制有重要意義；CSM可致脊髓丘腦束及丘腦皮質(zhì)束發(fā)生繼發(fā)性、逆行性損害，減壓術(shù)后丘腦皮質(zhì)神經(jīng)束康復(fù)效能不明顯，但是術(shù)后脊髓丘腦神經(jīng)束存在重塑。

利益沖突：無(wú)。