磁共振擴(kuò)散峰度成像評價(jià)頸椎病脊髓微觀結(jié)構(gòu)的變化

于金芬 鄭修竹 李傳亭

頸椎病是一種常見的退行性疾病，可引起多種類型的運(yùn)動和感覺功能障礙。這類疾病常伴有頸椎管狹窄和脊髓病變，由椎間盤突出，骨贅形成和后縱韌帶骨化引起。常規(guī)磁共振成像廣泛用于評估頸椎病的形態(tài)學(xué)變化。然而，MR成像結(jié)果與臨床嚴(yán)重程度的相關(guān)性比較弱[1]。

擴(kuò)散峰度成像（DKI）是擴(kuò)散張量成像（DTI）的直接延伸，其采用真正的擴(kuò)散技術(shù)實(shí)現(xiàn)非高斯擴(kuò)散運(yùn)動，從而可以更加準(zhǔn)確地描述體內(nèi)組織的復(fù)雜擴(kuò)散運(yùn)動，并提供非高斯擴(kuò)散的量化，揭示更多的組織微觀結(jié)構(gòu)信息[2]。除了獲得MD和FA值[1]的擴(kuò)散系數(shù)[3]之外，還可以獲得平均峰度（MK-DKI參數(shù)）。研究表明FA值的降低有很多種因素：髓鞘和神經(jīng)纖維撕裂、脫髓鞘改變、細(xì)胞內(nèi)水分子外流所致的血管源性水腫等，脊髓受壓數(shù)月內(nèi)會發(fā)生脫髓鞘等一系列的變化[4-5]。本研究的目的是通過擴(kuò)散峰度成像（DKI）研究頸椎病患者脊髓的微觀結(jié)構(gòu)變化。

方 法

1.臨床資料

本研究選擇29例脊髓型頸椎病患者（11名男性和18名女性；年齡范圍：26～87歲；平均年齡：58.9歲）。所有患者都有一系列的癥狀和體征，包括疼痛、肌肉無力、麻木和頸部僵硬等，疼痛和麻木是促使所有患者就診的主要癥狀，癥狀持續(xù)時(shí)間為3個(gè)月至10年不等，所有出現(xiàn)癥狀性脊椎病的患者均由神經(jīng)外科醫(yī)生或神經(jīng)科醫(yī)生進(jìn)行評估。

納入標(biāo)準(zhǔn)如下：①神經(jīng)外科醫(yī)生或神經(jīng)科醫(yī)生檢查有脊髓型頸椎病癥狀和體征的患者； ②患者未進(jìn)行任何脊柱手術(shù)，無創(chuàng)傷史和卒中史及其他神經(jīng)系統(tǒng)疾?。虎跰RI檢查前未進(jìn)行任何放療和化療。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，每位患者均簽署知情同意書。

2.MRI檢查技術(shù)

所 有圖像均在 3.0T MR 掃描儀（Skyra，Siemens Medical Systems，Germany）上獲得。所有患者行頸椎磁共振常規(guī)掃描和DKI矢狀位掃描，仰臥位。DKI的成數(shù)像參如下：重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間，3000/91ms；激發(fā)次數(shù)，2；層厚/層間隔，4/0mm；層數(shù)：17；FOV，230×230mm；空間分辨率，1.3×1.3×4.0； 三 個(gè) b 值（0，1000 和 2000s/mm2），每個(gè)b值在20個(gè)擴(kuò)散方向上進(jìn)行編碼，得出各向異性（FA）、表觀彌散系數(shù)（ADC）和平均擴(kuò)散峰度（MK）的值，并比較病變頸髓、鄰近病變頸髓和正常頸髓的FA、ADC和MK值。

3.圖像分析

通過使用Matlab，Version Release 2012a/7.14（MathWorks，Natick，Massachusetts）中的內(nèi)部軟件（Diffusion and Kurtosis Estimator）對MK、FA、平均擴(kuò)散率（MD）圖進(jìn)行分析，獲得DKI參數(shù)的數(shù)據(jù)。在矢狀位T2WI圖像上繪制病變頸髓、鄰近病變頸髓和正常頸髓中的標(biāo)準(zhǔn)化感興趣區(qū)域（ROI），ROI大小約20個(gè)體素，并保存ROI的位置，分別測試以上3個(gè)頸髓節(jié)段的相同ROI的MK、MD和FA的值，共測3個(gè)ROI的MK、MD和FA值并取平均值。所有圖像均由兩位經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師采用雙盲法（15年和20年的放射學(xué)經(jīng)驗(yàn)）進(jìn)行評估。

4、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。MK，MD和FA的值以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式呈現(xiàn)。通過受試者工作特征（ROC）曲線分析，獲得病變頸髓、鄰近病變頸髓和正常頸髓的MK，MD和FA的診斷臨界值；為了測試MK、MD和FA值的一致性，將每個(gè)原始數(shù)據(jù)與臨界值進(jìn)行比較。然后，用校正卡方檢驗(yàn)比較病變頸髓、鄰近病變頸髓和正常頸髓的MK、MD和FA的一致性檢查結(jié)果。P＜0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。通過使用校準(zhǔn)卡方檢驗(yàn)，P＜0.017被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.鄰近病變頸髓、正常頸髓和病變頸髓的MK，F(xiàn)A和MD值

鄰近病變頸髓、正常脊髓和病變頸髓的MK、FA和MD值見表1(圖1)。鄰近病變頸髓的MK值明顯低于病變頸髓處，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.0001），但FA和ADC值無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05）。

表1 病變頸髓、鄰近病變頸髓和正常頸髓 的MK、FA和MD值

表2 病變頸髓、鄰近病變頸髓和正常頸髓MK 、FA和MD值的校正卡方檢驗(yàn)

圖1 A.T2WI顯示C3/4椎間盤突出、椎管狹窄，相應(yīng)節(jié)段脊髓受壓、變形、水腫，相鄰節(jié)段頸髓形態(tài)和信號均未見改變；B.MK map顯示C3/4間盤水平MK值：0.6538，相鄰節(jié)段頸髓MK值：0.8665；C.MK map與T2WI偽彩融合圖顯示，脊髓受壓、信號改變，相鄰節(jié)段頸髓形態(tài)、信號未見異常；D、E.FA 和MD map顯示C3/4間盤水平和相鄰節(jié)段頸髓的FA 和 MD 值分別為 0.2502，1.5528 和 0.3723，1.4726。

2.鄰近病變頸髓、正常頸髓和病變頸髓的MK，MD和FA值的一致性并兩兩比較

為了評估MK值在評估頸椎病脊髓微觀結(jié)構(gòu)變化中的價(jià)值，進(jìn)行一致性檢查，并通過使用受試者工作特征曲線（ROC）分析計(jì)算MK、MD和FA診斷臨界值。然后，在MK、MD和FA之間使用校準(zhǔn)卡方檢驗(yàn)來顯示三個(gè)值的準(zhǔn)確性。與診斷臨界值相比，病變鄰近病變頸髓和病變頸髓的MK值具有較高的一致性（表2和圖2）。通過校正卡方檢驗(yàn)，鄰近病變頸髓的平均MK值的一致性比平均MD和FA值有顯著差異（P＜0.0001 和P=0.016）（圖 2）。

圖2 鄰近病變頸髓、正常頸髓和病變頸髓的MK、MD和FA值得到一致性檢驗(yàn)和比較。ROC曲線得出病變頸髓MK、MD和FA的診斷臨界值，每一個(gè)原始數(shù)據(jù)與診斷臨界值比較進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。鄰近病變頸髓的MK值比MD和FA具有更高的一致性。1.MK值；2.MD值；3.FA 值 。

討 論

在本研究中，通過應(yīng)用DKI技術(shù)和校準(zhǔn)卡方檢驗(yàn)，對病變頸髓、鄰近病變頸髓和正常頸髓進(jìn)行兩兩比較。病變頸髓和正常頸髓的MK、FA和ADC值以及病變頸髓和鄰近病變頸髓的MK、FA和ADC值間存在顯著改變和統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但是只有鄰近病變頸髓和正常頸髓之間的平均MK值有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。通過校正卡方檢驗(yàn)，鄰近病變頸髓的平均MK值的一致性與MD和FA值存在顯著差異（P＜0.0001和P=0.016）。這表明廣泛的頸髓損傷累及鄰近病變的頸髓并非局限在病變頸髓水平，同時(shí)也表明MK可以檢測病變早期T2WI序列無異常信號改變的脊髓損傷，是檢測組織微觀結(jié)構(gòu)變化比FA和MD更加敏感的指標(biāo)。這先前多發(fā)性硬化癥的DKI研究一致[6]。研究認(rèn)為DKI用于檢測組織學(xué)特性有重要的價(jià)值。

傳統(tǒng)擴(kuò)散成像（DWI和DTI）模型假設(shè)擴(kuò)散水分子的位移概率函數(shù)遵循高斯分布[7]。事實(shí)上，由于組織的復(fù)雜細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞膜、細(xì)胞器等許多因素障礙體內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動，使得體內(nèi)組織水分子的擴(kuò)散運(yùn)動偏離了高斯形分布。擴(kuò)散峰度可以量化非高斯分布并用此指標(biāo)微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性[8]。因此，與傳統(tǒng)的磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像和擴(kuò)散張量成像相比，擴(kuò)散峰度成像對微觀結(jié)構(gòu)變化的檢測更敏感[9]。磁共振擴(kuò)散峰度成像在至少15個(gè)非線性方向上獲取至少兩個(gè)非零擴(kuò)散梯度因子（至少2個(gè)b值）的數(shù)據(jù)，獲得傳統(tǒng)的擴(kuò)散成像系數(shù)（包括MD和FA）的同時(shí)獲得擴(kuò)散峰度系數(shù)（MK）。MK是所有擴(kuò)散方向的平均峰度。MK值是擴(kuò)散系數(shù)（FA和MD）之外的新參數(shù)，通過使用比傳統(tǒng)擴(kuò)散加權(quán)成像和張量成像更高的b值來測量[10]。本研究中應(yīng)用的最高b值為2000s/mm2。早期研究發(fā)現(xiàn)MK能夠反映腦梗死、多發(fā)性硬化和脊髓型脊髓病早期臨床階段的微觀結(jié)構(gòu)變化等[8，10-11]。在我們的研究中，鄰近病變頸髓的平均MK值明顯低于正常頸髓，但FA和ADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。MK值對鄰近病變頸髓的診斷準(zhǔn)確性高于MD和FA值。這表明評估脊髓損傷的變化，MK比MD和FA更加敏感。鄰近病變頸髓MK值的降低可能由脫髓鞘的存在、退行性改變和神經(jīng)元萎縮引起[12]。

脊髓型頸椎病脊髓的灰質(zhì)和白質(zhì)都會受到影響[13]，本研究ROI設(shè)置在直觀的矢狀位圖像，既能直觀顯示頸髓形態(tài)和信號的改變，又能同時(shí)獲得包含灰質(zhì)和白質(zhì)的信息。本研究結(jié)果病變頸髓和鄰近病變頸髓MK值的減低，不僅反映軸突結(jié)構(gòu)性變化，同時(shí)也代表了灰質(zhì)纖維束方向和損傷程度的變化[14]，與潘海賓等認(rèn)為MK值可以同時(shí)反映灰白質(zhì)的變化相一致[15]。

本研究認(rèn)為MK是檢測組織微觀結(jié)構(gòu)特性最有說服力的指標(biāo)。由于退行性變、神經(jīng)元萎縮、脫髓鞘等引起的一系列變化引起組織微觀結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性和復(fù)雜性，從而影響組織擴(kuò)散異質(zhì)性。MK對于微觀結(jié)構(gòu)變化的檢測更靈敏和準(zhǔn)確，因此，這些變化的早期階段可以被MK檢測到，但是不足以使得MD或FA識別。因此，MK可作為評估頸椎病患者脊髓損傷范圍的有效參數(shù)。

在本研究中，存在一些局限性和不足。實(shí)驗(yàn)樣本量相對較小，這可能引起統(tǒng)計(jì)學(xué)偏差。因此，本研究結(jié)果需要進(jìn)一步大數(shù)據(jù)研究確認(rèn)。

總之，研究結(jié)果顯示鄰近病變頸髓的平均MK值較MD和FA值存在顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。評估脊髓損傷的微觀結(jié)構(gòu)的變化，磁共振擴(kuò)散峰度成像參數(shù)MK明顯優(yōu)于傳統(tǒng)擴(kuò)散加權(quán)和張量成像的MD和FA參數(shù)。MK值比傳統(tǒng)擴(kuò)散成像參數(shù)提供更多的信息。