多模態(tài)MRI在頸椎間盤源性疼痛的研究進(jìn)展

楊 倩 馬鳴岳 王 淵*

頸椎?。╟ervical spondylosis disease，CSD）指由頸椎間盤退變 （cervical intervertebral disc degeneration，CIDD）、頸椎椎體骨質(zhì)增生和頸部的急慢性損傷等因素刺激或壓迫鄰近脊神經(jīng)根、椎動(dòng)脈、交感神經(jīng)或脊髓而引起的一組疾病。其中，神經(jīng)根型頸椎?。╟ervical spondylotic radiculopathy，CSR）是最常見的引起頸椎源性疼痛的頸椎疾患之一，即神經(jīng)根遭受刺激、壓迫而導(dǎo)致頸肩背部疼痛，對應(yīng)上肢及手放射性疼痛、麻木、無力為主要臨床表現(xiàn)的一類疾病。由于頸部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，神經(jīng)血管間關(guān)系密切，故引起神經(jīng)根型頸椎病的因素很多，其中頸椎退行性變最為多見，其次為CIDD、頸部軟組織損傷、頸椎其他病變（如炎癥、結(jié)核和腫瘤）。在中青年CSR病人中，CIDD是頸椎源性疼痛的主要病因。

1 CIDD病人頸椎間盤局部形態(tài)和信號(hào)異常

MRI能夠早期識(shí)別椎間盤退變，是評估椎間盤形態(tài)、信號(hào)改變最準(zhǔn)確的技術(shù)。CIDD尚無統(tǒng)一的評判標(biāo)準(zhǔn)。早期多應(yīng)用Pfirrmann等[1]分級標(biāo)準(zhǔn)，即以T2WI上椎間盤高度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、髓核與纖維環(huán)界限以及椎間盤信號(hào)為依據(jù)，但此分級系統(tǒng)主要針對腰椎間盤退變病人，且對于輕度椎間盤退變評估能力較差。在此基礎(chǔ)上，Kolstad等[2]建議以椎間盤高度為獨(dú)立評價(jià)指標(biāo)，輔以髓核信號(hào)強(qiáng)度、椎間盤脫垂、鄰近椎體骨髓信號(hào)改變，從而進(jìn)行綜合判斷，但該方法分類復(fù)雜、各級間差別模糊，且缺乏與臨床治療有關(guān)的信息。Miyazaki等[3]通過大樣本臨床研究，對頸椎動(dòng)態(tài)MRI改變與頸椎運(yùn)動(dòng)節(jié)段進(jìn)行相關(guān)分析，提出髓核信號(hào)強(qiáng)度、髓核結(jié)構(gòu)及分布、髓核與纖維環(huán)界限和椎間盤高度4項(xiàng)頸椎間盤分級評價(jià)指標(biāo)，這4項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)結(jié)果重復(fù)性好，對手術(shù)方案制定的參考價(jià)值較高。由于上述三項(xiàng)研究均為半定量分級，無法對椎間盤退變進(jìn)行絕對定量分級。而早期CIDD以髓核含水量和蛋白聚糖減少為著，需要敏感性高的MRI技術(shù)來檢測早期椎間盤退變的生化改變。T2mapping序列能對椎間盤進(jìn)行定量研究，測量出興趣區(qū)的T2值，進(jìn)而準(zhǔn)確評價(jià)椎間盤的物質(zhì)組成，準(zhǔn)確識(shí)別早期CIDD[4]。Chen等[5]對70名無癥狀年輕人的頸椎間盤T1、T2WI和T2mapping影像進(jìn)行獨(dú)立T2mapping分級和Pfirrmann分級。其中，無癥狀年輕人多處于PfirrmannⅠ～Ⅱ級，髓核T2值均明顯高于同層面纖維環(huán)T2值，并且髓核T2值與Pfirrmann分級呈顯著線性負(fù)相關(guān)；此外，頸2-3到頸4-5髓核T2值逐漸減少，而頸4-5到頸6-7髓核T2值逐漸增加，以頸6-7椎間盤髓核T2值最大；頸2-3到頸6-7纖維環(huán)T2值逐漸增加。目前認(rèn)為，T2mapping具有可定量分析、敏感性高等優(yōu)勢，矢狀面T2mapping有可能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CIDD分級，成為評估各種治療手段的新方法。崔等[6]也證實(shí)T2mapping對CIDD診斷價(jià)值較高。與T2mapping不同，T2*mapping可以較好地顯示軟骨組織結(jié)構(gòu)，因而能用來檢測早期椎間盤退變[7]。張等[8]采集病人MR影像分別進(jìn)行Pfirrmann分級和T2*mapping分級，發(fā)現(xiàn)病人多處于PfirrmannⅢ～Ⅴ級；分級越高，髓核T2*值越低，證明T2*mapping能夠早期識(shí)別椎間盤退變并準(zhǔn)確分級，從而優(yōu)化治療策略。

2 CIDD病人脊髓和大腦結(jié)構(gòu)、功能及代謝異常

2.1 脊髓

2.1.1 白質(zhì)異常 擴(kuò)散張量成像 （diffusion tensor imaging，DTI）是目前唯一在體研究白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的成像方法，通過檢測組織中水分子擴(kuò)散特性來反映白質(zhì)完整性。由于脊髓型頸椎病早期手術(shù)成功率更高，早期診斷尤為重要。Kara等[9]采集頸椎病組（脊髓T2WI序列無高信號(hào)）和健康對照組的DTI數(shù)據(jù)，在脊髓最狹窄水平和正常水平測量其ADC值和FA值，比較相應(yīng)層面脊髓ADC值和FA值的差異并分析DTI相關(guān)參數(shù)是否與病程有關(guān)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，頸椎病組DTI各項(xiàng)參數(shù)均有改變，脊髓最狹窄水平的FA值顯著降低，而ADC值顯著增加，但DTI各項(xiàng)參數(shù)與病程無相關(guān)關(guān)系，由此初步提出在T2WI未檢測出高信號(hào)之前，DTI能夠發(fā)現(xiàn)脊髓的信號(hào)改變，從而可以指導(dǎo)臨床治療。頸椎病病人脊髓受壓程度與臨床癥狀關(guān)系常不密切，常規(guī)MRI診斷價(jià)值有限，DTI對脊髓的細(xì)微病理變化更為敏感。為了分析頸髓DTI在脊髓型頸椎病檢出的應(yīng)用價(jià)值，Kerkovsky等[10]采集頸椎病組（根據(jù)有無脊髓相關(guān)癥狀區(qū)分亞組，有癥狀組接受電生理檢查）和健康對照組的脊髓DTI數(shù)據(jù)，包括未受壓的頸2-3水平、最大受壓水平的ADC和FA值，矢狀面椎管直徑，脊髓橫截面積，最大受壓水平T2值，發(fā)現(xiàn)病人組和健康對照組最大受壓水平的脊髓DTI參數(shù)均有顯著差異，在非受壓水平未見差異。與無癥狀組頸椎病病人相比，有癥狀組最大受壓水平的脊髓FA值降低、ADC值增高。對比常規(guī)MRI參數(shù)和電生理結(jié)果，DTI具有更好的臨床亞組鑒別能力，對于區(qū)分脊髓型頸椎病亞組具有重要的臨床意義。

2.1.2 代謝異常 磁共振波譜成像（M RS）是目前唯一一種能夠進(jìn)行無創(chuàng)活體組織器官物質(zhì)代謝、生化變化以及化合物定量分析的研究方法。MRS利用核磁共振現(xiàn)象及化學(xué)位移作用，探測組織中各化合物分子及元素的含量，從而了解組織器官的物質(zhì)代謝及功能變化，對一些疾病的病理生理改變、早期診斷、預(yù)后及療效判斷和評估都具有非常重要的意義。以往有關(guān)脊髓型頸椎病 （cerv ical spondylotic myelopathy,CS M）的影像研究大多集中在脊髓的宏觀結(jié)構(gòu)上，近年來應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到代謝水平。Holly等[11]利用MRS對CSM病人脊髓生化指標(biāo)進(jìn)行檢測，納入的CSM病人和健康對照均行術(shù)前神經(jīng)系統(tǒng)檢查和功能評估，同期進(jìn)行頸椎MRS檢查，研究將興趣區(qū)置于頸2脊髓內(nèi)，主要測量N-乙酰天冬氨酸（NAA）、膽堿（Cho）、肌酸（Cr）、乳酸（Lac）等波峰，發(fā)現(xiàn)CSM病人組的NAA/Cr明顯低于正常對照組，但兩組間Cho/Cr差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；與對照組相比，病人組有7例出現(xiàn)Lac峰。病人組脊髓癥狀嚴(yán)重程度與NAA/Cr無相關(guān)關(guān)系。該研究證實(shí)MRS可用于評價(jià)CSM病人脊髓細(xì)胞生化功能，CSM病人NAA/Cr比值明顯低于健康對照組，可能是由于軸突和神經(jīng)元丟失所致，1/3的CSM病人出現(xiàn)Lac峰進(jìn)一步支持了缺血在CSM病理生理學(xué)中的作用。

2.2 大腦

2.2.1 灰質(zhì)異常 基于體素的形態(tài)學(xué)分析 （vo xelbased morphometry,VB M）是一種基于體素水平對MR高分辨力3D T1腦結(jié)構(gòu)像進(jìn)行自動(dòng)定量測定的方法，可以獲得全腦和局部灰質(zhì)、白質(zhì)及腦脊液體積，從而研究全腦或局部腦區(qū)結(jié)構(gòu)差異的相關(guān)信息[12]。通常用灰質(zhì)體積或灰質(zhì)密度來評定，灰質(zhì)密度是神經(jīng)影像形態(tài)學(xué)研究中間接反映灰質(zhì)體積（grey matter volume,GMV）增加或縮小的一個(gè)指標(biāo)，將個(gè)體腦容量拉伸或壓縮到標(biāo)準(zhǔn)腦模板，這時(shí)每個(gè)體素內(nèi)的灰質(zhì)含量就會(huì)發(fā)生改變，采用VBM技術(shù)可以測量灰質(zhì)密度。慢性疼痛病人普遍存在腦內(nèi)形態(tài)學(xué)異常，如偏頭痛、三叉神經(jīng)痛、腸易激綜合征、痛經(jīng)等病人均存在島葉、扣帶回前部及中部、丘腦、前額葉等腦區(qū)的GMV不同程度減少，而這些腦區(qū)被學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)定為痛覺矩陣核心腦區(qū)[13-16]。Yu等[17]分析CIDD相關(guān)性大腦形態(tài)學(xué)改變，但可能由于樣本量少、納入病人情況混雜（病人均擬診為頸肩痛，病因未詳細(xì)區(qū)分）等因素，CIDD病人與健康對照組GMV之間未發(fā)現(xiàn)差異。Woodworth等[18]通過采集頸椎病病人和正常對照組高分辨3DT1WI影像和臨床相關(guān)量表，分析2組之間皮質(zhì)厚度、皮質(zhì)下灰質(zhì)體積、改良日本骨科評分（mJOA，即評價(jià)神經(jīng)功能損害的嚴(yán)重程度）、頸椎功能障礙指數(shù)（NDI，反映頸部疼痛的嚴(yán)重程度）的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)病人組額上回、前扣帶回、楔前葉皮質(zhì)厚度減少、殼核體積萎縮、神經(jīng)功能障礙等與疼痛癥狀加重有關(guān)，其中左側(cè)楔前葉厚度、雙側(cè)殼核體積與mJOA評分呈明顯負(fù)相關(guān)，左側(cè)楔前葉、島葉、右側(cè)殼核與NDI評分亦呈明顯負(fù)相關(guān)；此外，布羅德曼3a、4a、4p與mJOA評分呈中度負(fù)相關(guān)，從而提出頸椎病病人在感覺運(yùn)動(dòng)和疼痛處理相關(guān)腦區(qū)的皮質(zhì)變薄，皮質(zhì)下灰質(zhì)萎縮，其灰質(zhì)結(jié)構(gòu)異常的嚴(yán)重程度與神經(jīng)系統(tǒng)功能損害和疼痛加重關(guān)系密切。

2.2.2 腦功能異常 目前應(yīng)用較廣的血氧水平依賴功能MRI（BOLD-fMRI）是以內(nèi)源性血紅蛋白作為對比劑，具有無創(chuàng)性、無輻射及可重復(fù)等特點(diǎn)，在腦功能研究領(lǐng)域具有不可比擬的優(yōu)勢[19]。BOLD-fMRI分為靜息態(tài)功能MRI和任務(wù)態(tài)fMRI，前者不考慮受試者執(zhí)行任務(wù)能力的差異，臨床上簡單易行；后者不僅與受試者執(zhí)行任務(wù)能力的差異有關(guān)，而且檢查時(shí)間較長，臨床應(yīng)用有一定程度的限制。靜息態(tài)功能 M RI（resti ng-state MRI,rs-fM RI）包括局部一致性（regional homogeneity,ReHo）、腦功能連接（functional connectiviy，F(xiàn)C）、獨(dú)立成分分析（independent component analysis，ICA）等數(shù)據(jù)處理方法。Yu等[17]應(yīng)用ReHo分析慢性頸痛病人組和健康對照組腦功能活動(dòng)的差異，發(fā)現(xiàn)2組后扣帶回、楔前葉、頂下小葉、內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)ReHo值均顯著高于全腦均值；病人組左側(cè)島葉、額上回、中扣帶回、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、右側(cè)中央后回、頂上小葉多個(gè)腦區(qū)ReHo值均較對照組顯著降低，而兩側(cè)額中回ReHo值有所增加。張等[21]分析了慢性頸痛病人經(jīng)中醫(yī)推拿治療前后的BOLD數(shù)據(jù)和頸椎病相關(guān)量表評分，應(yīng)用ICA方法提取出默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（default mode network,DMN），采用支持向量機(jī)方法尋找區(qū)分治療前后DMN最有效腦區(qū)，進(jìn)而分析最有效腦區(qū)與臨床量表的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)左側(cè)中央后回、右側(cè)頂上及頂下小葉、右側(cè)額中回前部等腦區(qū)激活程度增強(qiáng)與病情好轉(zhuǎn)呈正相關(guān)，而額中回眶部、額下回、左側(cè)舌回、右側(cè)梭狀回、右側(cè)楔前葉等腦區(qū)激活程度減弱與病情加重呈正相關(guān)，推測中醫(yī)推拿治療可能通過增強(qiáng)DMN與感覺和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)相關(guān)腦區(qū)的連接，抑制DMN與認(rèn)知、視覺及記憶中樞的聯(lián)系而改善臨床癥狀。為了探索大腦的rs-fMRI中FC與頸椎病病人神經(jīng)功能損害之間的關(guān)系，Woodworth等[22]采集頸椎病組（有或無脊髓損傷）和健康對照組的功能影像和mJOA量表，并將FC與年齡和mJOA評分進(jìn)行相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)頸椎病組神經(jīng)功能損害加重，其大腦感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)域，包括中央前回、中央后回、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的FC增強(qiáng)，前扣帶回與輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、丘腦和小腦的FC與神經(jīng)功能損害呈正相關(guān)；同樣，雙側(cè)楔前葉和后扣帶回與丘腦、小腦和殼核的FC也隨著mJOA評分的增加而增強(qiáng)，從而提出神經(jīng)功能損害的頸椎病病人與慢性創(chuàng)傷性脊髓損傷病人的大腦功能連接變化相似，病人神經(jīng)損害加重，感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)域的FC隨之增強(qiáng)，前、后扣帶回和額葉與小腦、殼核和丘腦的FC減弱。Beinert等[23]對1例頸痛、頸椎左旋受限的病人進(jìn)行任務(wù)態(tài)fMRI研究，發(fā)現(xiàn)該病人在無注意力分散、頸椎轉(zhuǎn)向疼痛側(cè)時(shí)，初級軀體感覺皮質(zhì)、丘腦、島葉、前扣帶回、初級運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、前額葉皮質(zhì)、后扣帶回激活程度均高于頸椎轉(zhuǎn)向非疼痛側(cè)，推測病人大腦功能活動(dòng)可能與頸椎姿勢有關(guān)。

3 小結(jié)

現(xiàn)階段頸椎源性疼痛病人的椎間盤局部和脊髓、全腦結(jié)構(gòu)、功能和代謝成像方面的研究尚屬起步階段。隨著MR新設(shè)備、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，可能為CIDD病人頸椎間盤的定量檢測和腦內(nèi)結(jié)構(gòu)、功能和代謝研究搭建新平臺(tái)，為病人的術(shù)前評價(jià)和術(shù)后評估提供新的研究機(jī)遇。