脊髓型頸椎病MRI診斷的研究進展

張夢澤，袁慧書

脊髓型頸椎病(cervical spondylosis myelopathy，CSM)是成人常見的脊髓損傷[1-3]，被認(rèn)為是全球成人致殘的重要原因。荷蘭CSM患病率約為每100萬居民中有1.6例，我國臺灣地區(qū)CSM患病率約為每100萬居民中有4.04例[4]。CSM多發(fā)于頸椎C4～7，由于頸椎退行性改變，繼發(fā)導(dǎo)致椎間盤突出、骨贅增生、黃韌帶肥大等改變，這些改變可使脊髓受壓，導(dǎo)致軸突損傷[1-2，5]。CSM診斷主要依賴于相關(guān)臨床癥狀及影像學(xué)表現(xiàn)。臨床癥狀包括膀胱功能障礙、步態(tài)異常及手部功能障礙等[4]。目前CSM的影像診斷多依賴于常規(guī)MRI[3，6-7]。CSM患者MRI上可見椎間盤突出、骨贅形成、韌帶骨化等表現(xiàn)，這些都可導(dǎo)致椎管狹窄和脊髓受壓。CSM患者因為脊髓受機械性壓迫，可產(chǎn)生缺血及囊性壞死等病理表現(xiàn)，反映在MRI的T2加權(quán)像上則表現(xiàn)為高信號[8]。但常規(guī)MRI敏感度在15%～65%，尚不十分理想，有待進一步改善[9]。因此，多參數(shù)MRI技術(shù)被嘗試著應(yīng)用于CSM患者中，并日益得到臨床醫(yī)生的關(guān)注，本文將對多種多參數(shù)MRI技術(shù)進行分別介紹。

1 擴散加權(quán)成像

擴散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)通過研究微觀水平的水分子運動，間接反映神經(jīng)髓鞘的受損情況：軸突的髓鞘完整，水分子受髓鞘限制，主要沿軸突方向運動；一旦軸突受損，水分子運動將不受約束。表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)用于量化水分子的擴散程度，軸突受損時，水分子運動不受限制，ADC值升高[10-11]。Demir等[12]對21例CSM患者進行DWI掃描，發(fā)現(xiàn)在17例頸椎病患者中ADC值顯著升高，計算得ADC的靈敏度為80%，特異性為53%。Sato等[13]的研究表明，ADC和CSM癥狀的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，ADC值越高，患者癥狀越重。此外，壓迫性CSM手術(shù)減壓后ADC值顯著降低，作者認(rèn)為是手術(shù)減壓改善了脊髓水腫情況。

2 擴散張量成像

擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)通過量化水分子在生物組織中各個方向的擴散進行成像，廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)評估中。其參數(shù)各向異分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)的范圍為0～1，0表示各向同性，即水分子的理化性質(zhì)在各個方向上沒有差異，與之相反，1則表現(xiàn)為各向異性。緩慢壓迫所導(dǎo)致的脫髓鞘和水腫會導(dǎo)致水分子擴散性增加，表現(xiàn)為ADC值的增加，F(xiàn)A值降低。FA值的大小和癥狀的嚴(yán)重程度有關(guān)[10-11]。Scholler等[14]在20例CSM患者上進行DTI以及脊髓造影計算機斷層掃描(computed tomography myelography，CTM)掃描，發(fā)現(xiàn)FA和ADC作為手術(shù)指征的敏感度分別為79%和82%，和CTM相比，DTI更為敏感。除此之外，部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)FA和術(shù)前脊髓功能呈正相關(guān)，和術(shù)后12個月的脊髓功能呈負(fù)相關(guān)，認(rèn)為DTI可用于預(yù)測預(yù)后結(jié)果，并作為頸椎病恢復(fù)的指標(biāo)[15-16]。然而，Kitamura等[17]的研究結(jié)果則得出了不同的結(jié)論，他們招募了15例接受減壓手術(shù)的CSM患者，于術(shù)前及術(shù)后1年進行DTI掃描，發(fā)現(xiàn)術(shù)前和術(shù)后的DTI參數(shù)沒有顯著改變，認(rèn)為DTI不足以作為明確的術(shù)后脊髓功能改變指標(biāo)。DTI和其他技術(shù)的結(jié)合也引起了部分學(xué)者的研究興趣。例如Wen等[6]將DTI和纖維束成像(fiber tractography，F(xiàn)T)結(jié)合，發(fā)現(xiàn)在CSM中神經(jīng)束的長度和密度均下降，其神經(jīng)束密度也和其臨床癥狀密切相關(guān)。

3 擴散峰度成像

擴散峰度成像(diffusional kurtosis imaging，DKI)同樣是通過微觀上的水分子運動反映神經(jīng)結(jié)構(gòu)的改變。但DKI假設(shè)水分子受細(xì)胞器膜及核膜的限制，其擴散遵循非正態(tài)分布，相較DTI而言更符合實際的生理情況。Li等[18]、Hori等[19]招募了25例早期CSM患者以及25名健康對照，接受DKI掃描、帶有平面回聲成像(echo-planar imaging，EPI)序列的DKI掃描以及常規(guī)MRI掃描。他們發(fā)現(xiàn)早期CSM患者中的平均擴散峰度(mean kurtosis，MK)明顯高于對照組，同時CSM患者中的白質(zhì)及灰質(zhì)的DKI指標(biāo)也明顯高于對照組。此外，他們還募集13例CSM患者，用DKI對患者的脊髓灰質(zhì)及白質(zhì)進行掃描，發(fā)現(xiàn)在患者脊髓白質(zhì)的受累側(cè)和未受累側(cè)，DKI各項指標(biāo)無明顯差異，在患者脊髓灰質(zhì)的受累處，其MK顯著降低[20]。

4 磁共振波譜

磁共振波譜(MR spectroscopy，MRS)在CSM中也得到了廣泛重視。MRS可以提供細(xì)胞生物化學(xué)，例如N-乙酰天冬氨酸(N-acetylaspartate，NAA)、乳酸、膽堿(choline，Cho)、肌酸(creatine，Cr)和脊髓神經(jīng)結(jié)構(gòu)功能代謝的相關(guān)信息。NAA主要存在于神經(jīng)元軸突中，是軸突是否完整的重要指標(biāo)。肌酸則是衡量細(xì)胞代謝活性的一個重要指標(biāo)，在許多病理過程中，其峰值維持穩(wěn)定，可作為一個有效的內(nèi)參[21-23]。在CSM中，NAA/Cr比值降低。CSM和運動功能受損密切相關(guān)，可導(dǎo)致大腦運動相關(guān)皮質(zhì)的改變。Aleksanderek等[5]以中央前回的“手結(jié)”區(qū)為感興趣區(qū)，重點研究功能損傷較嚴(yán)重一側(cè)的運動皮質(zhì)的情況。他們通過NAA和肌酐的比值以及初級運動皮層激活量，發(fā)現(xiàn)MRS可以用來區(qū)分輕度和中度CSM。同時，在CSM患者行減壓術(shù)后6個月進行DTI和MRS檢查，對比發(fā)現(xiàn)DTI相關(guān)指標(biāo)有所改善，但NAA/Cr的比值卻下降了，作者認(rèn)為這說明CSM術(shù)后軸突受壓的情況得到了明顯改善，但是細(xì)胞代謝仍難以恢復(fù)正常。此外，膽堿的研究在CSM中越來越得到重視。膽堿來源于膜磷脂，膽堿信號的升高則代表細(xì)胞膜降解。Craciunas等對右側(cè)運動皮質(zhì)M1區(qū)進行掃描，發(fā)現(xiàn)在CSM患者和正常對照組中，膽堿信號有顯著的改變，而NAA、Cr等均沒有顯著改變，這和Aleksanderek等[5]的結(jié)果有明顯差異。作者認(rèn)為這可能是他們所采用的光譜體素尺寸或者場強不同所導(dǎo)致的。Holly等[23]在常規(guī)MRI所示脊髓受壓部分進行MRS掃描，他們在隨訪16例患者19個月后發(fā)現(xiàn)，術(shù)前NAA/Cr和術(shù)后功能評分的變化有顯著相關(guān)，這說明NAA/Cr更能表征患者不可逆的神經(jīng)損傷情況，對患者的遠(yuǎn)期預(yù)后更有意義。此外，Holly等[23]研究發(fā)現(xiàn)CHO/Cr和患者預(yù)后改善的相關(guān)性更為顯著，這提示Cho有可能是比NAA更為敏感的一個指標(biāo)。

5 神經(jīng)突方向離散度與密度成像

神經(jīng)突方向離散度與密度成像(neurite orientation dispersion and density imaging，NODDI)被認(rèn)為可以量化和神經(jīng)元的微觀結(jié)構(gòu)，它以細(xì)胞內(nèi)區(qū)室、細(xì)胞外區(qū)室和腦脊液構(gòu)建三室模型，其中細(xì)胞內(nèi)區(qū)室及細(xì)胞外區(qū)室的水分子的擴散都是受限的，只有腦脊液的水分子是自由運動的。以此為基礎(chǔ)，通過分析水分子的運動情況而表現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)[24]。神經(jīng)突方向離散度(orientation dispersion index，ODI)可用來衡量神經(jīng)突方向的分布情況，神經(jīng)突內(nèi)體積分?jǐn)?shù)(intracellular volume fraction，Vic)可用來衡量神經(jīng)突的密集程度，腦脊液體積分?jǐn)?shù)(isotropic volume fraction，Viso)則可用來衡量游離水分子的比例。CSM患者Vic和Viso降低，ODI值無明顯變化[24]。其中，Vic和術(shù)后功能恢復(fù)相關(guān)，這可能是因為壞死的神經(jīng)元和神經(jīng)突無法再生，無法通過手術(shù)挽救，故而神經(jīng)突密度的下降是術(shù)后功能障礙的主要因素。有研究分別用DTI和NODDI評估CSM患者的術(shù)前、術(shù)后脊髓功能情況，發(fā)現(xiàn)Vic和2個脊髓功能評分量表均呈正相關(guān)，而ADC只和日本骨科協(xié)會評估治療分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，這說明Vic對術(shù)后神經(jīng)功能恢復(fù)更為敏感[24]。ODI和預(yù)后無關(guān)，可能是因為椎管狹窄和壓迫會導(dǎo)致神經(jīng)突方向紊亂，手術(shù)解除壓迫后神經(jīng)突方向便會恢復(fù)。

6 其他MRI研究

磁化轉(zhuǎn)移(magnetization transfer，MT)通過測量自由移動的質(zhì)子和大分子的交換能力，以磁化轉(zhuǎn)移率(magnetization transfer ratio，MTR)間接評估髓鞘的完整性。在CSM中，MTR降低，且CSM癥狀的嚴(yán)重程度和MTR直接相關(guān)[9]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，MTR降低主要集中于脊髓前索，和已知的疾病自然病程一致。前索受損可能是CSM患者致殘的主要因素。脊髓損傷可導(dǎo)致大腦皮層的繼發(fā)性改變，CSM患者的諸多中樞神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域，例如初級運動皮層、內(nèi)側(cè)前額葉、扣帶回及小腦皮質(zhì)的灰質(zhì)。脊髓功能磁共振成像(functional MRI，fMRI)以血氧水平依賴性(blood oxygen-level dependent，BOLD)通過研究大腦繼發(fā)于CSM的變化，可間接表征CSM的情況。Bhagavatula等運用BOLD序列，對比手術(shù)前后CSM神經(jīng)功能，發(fā)現(xiàn)CSM患者術(shù)后會刺激輔助運動區(qū)和運動前區(qū)，以彌補脊髓功能的損害。

7 展望

CSM起病隱匿，癥狀嚴(yán)重，一直受到臨床的廣泛關(guān)注。常規(guī)MRI因其敏感度低，發(fā)現(xiàn)時多為中晚期，容易延誤最佳治療時機。早期軸突損傷將改變水分子的運動方向。利用這一原理，DWI、DTI、DKI等擴散成像序列可以盡早地發(fā)現(xiàn)CSM。MRS則立足于軸突損傷所帶來的的Cho、NAA等分子水平改變，來評估軸突細(xì)胞代謝的紊亂程度，對CSM的預(yù)后更有意義。目前，多種多參數(shù)MRI技術(shù)仍在探索中，它們對于識別早期CSM、預(yù)測患者預(yù)后以及臨床治療有巨大幫助。

利益沖突：無。