擴散張量成像預測頸椎后路椎管擴大成形術后脊髓功能波動的價值*

韓驍 李東航 王晉超 蔣雯 李廣祺 郭華 田偉**

（1.北京積水潭醫(yī)院脊柱外科，北京 100035；2.北京市創(chuàng)傷骨科研究所，北京 100035；3.北京醫(yī)院胸外科國家老年醫(yī)學中心，北京 100730；4.北京積水潭醫(yī)院放射科，北京 100035；5.清華大學生物醫(yī)學影像研究中心，北京 100084）

頸椎后路椎管擴大成形術對于多節(jié)段脊髓壓迫的頸椎退行性疾病脊髓型（degenerative cervical my?elopathy,DCM）患者是較為常用的手術方式[1,2]。手術治療只能解除神經(jīng)壓迫但不能修復壞死的神經(jīng)元，故合適的手術時機能夠盡早阻止脊髓病變進展并給予脊髓最大的恢復可能[3,4]。但有部分研究表明[5]，少部分患者在頸椎后路椎管擴大成形術后短期內(nèi)脊髓功能改善，但出現(xiàn)遠期脊髓功能加重，其發(fā)生率為10%～16%[6,7]。而常規(guī)影像學方法并不能預測術后脊髓功能波動的發(fā)生。擴散張量成像（diffusion tensor imaging,DTI）通過測量多個方向上的水分子擴散運動進行成像，獲得水分子擴散的各向異性信息，是目前唯一可以無創(chuàng)、直觀地顯示脊髓纖維束的方法[8]。DTI參數(shù)變化可能能夠幫助理解術后發(fā)生脊髓功能波動的患者其脊髓組織的變性情況。本研究擬探討DTI 預測頸椎后路椎管擴大成形術后脊髓功能波動的價值。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標準

納入標準：①頸椎退行性疾病中退行性頸椎管狹窄癥、頸椎間盤突出癥或頸椎后縱韌帶骨化癥患者；②年齡18～80歲，性別不限；③癥狀學診斷為脊髓型，神經(jīng)定位與影像學相符；④神經(jīng)壓迫節(jié)段≥3 個；⑤經(jīng)正規(guī)保守治療無效，無明確手術禁忌證；⑥患者知情并同意進入本研究。

排除標準：①脊柱創(chuàng)傷、感染、腫瘤性疾病；②全身活動性感染，或其他身體情況不適合行頸椎后路椎管擴大成形術者；③嚴重骨質疏松癥；④存在頸椎后凸，改良K 線陽性，需要同時行后路內(nèi)固定或前路減壓手術的患者；⑤頸椎不穩(wěn)定；⑥C2椎體水平存在脊髓壓迫的患者；⑦合并根性癥狀或腦、胸腰椎及外周神經(jīng)病變；⑧術后伴有C5神經(jīng)根麻痹，或出現(xiàn)其他手術相關的脊髓、神經(jīng)損傷，術后末次隨訪時仍未完全緩解；⑨術后影像學隨訪顯示脊髓再次受壓者；⑩因其他原因無法進行3.0T MRI掃描者。

1.2 研究對象

依據(jù)納入與排除標準，選擇2017 年1～12 月北京積水潭醫(yī)院收治的行頸椎后路椎管擴大成形術的頸椎退行性疾病患者。本研究經(jīng)北京積水潭醫(yī)院倫理委員會批準。

1.3 手術方法

所有納入患者均接受棘突縱割式頸椎后路椎管擴大人工骨橋成形術。患者全身麻醉后，取俯臥位。頸后正中切口，暴露C3～C7 棘突，保留C2 和C7 棘突肌肉止點，C3切除全椎板，C7頭側部分椎板切除；分別從C6/7 和C3/4 椎間隙切除部分黃韌帶，從C6/7 椎間隙穿入特制的硬膜外導管至C3/4椎間隙穿出，從導管內(nèi)穿入線鋸，縱行劈開C4～C6棘突；應用高速磨鉆在C4～C6兩側椎板根部、小關節(jié)內(nèi)側開槽；正中掀開棘突，擴大椎管并去除粘連壓迫組織；見到硬膜囊后移并有明顯搏動后，于各劈開棘突間植入珊瑚人工骨，絲線固定于棘突；放置引流管后，逐層關閉切口。

1.4 隨訪及評價指標

術前評估納入患者的頸脊髓功能，記錄日本骨科協(xié)會（Japanese Orthopaedic Association,JOA）評分[9]，術前采集常規(guī)MRI 圖像及DTI 參數(shù)。術后3 個月、1年隨訪復查，評估患者頸脊髓功能，記錄JOA評分，并采集常規(guī)MRI圖像。

DTI 參數(shù)包括平均擴散系數(shù)（mean diffusivity,MD）值、各向異性分數(shù)（fractional anisotropy,FA）值、軸向擴散系數(shù)（axial diffusivity,AD）值、徑向擴散系數(shù)（radial diffusivity,RD）值。通過在橫斷位圖像上沿脊髓輪廓手工繪制感興趣區(qū)并讀取參數(shù)平均值得到各參數(shù)值。每次檢查時，分別記錄脊髓壓迫最重節(jié)段（level of maximal compressed,LMC）與C2 椎體后方正常脊髓的DTI 參數(shù)值。LMC 定義為常規(guī)MRI 檢查提示脊髓受壓形變最重、橫截面積最小、脊髓內(nèi)核磁信號改變最顯著、并且與患者癥狀體征相符的脊髓對應的頸椎間盤節(jié)段。術前影像學評估內(nèi)容包括：頸椎整體曲度、脊髓壓迫程度、術前影像學診斷。術后影像學評估手術減壓是否徹底、是否存在骨贅或間盤突出進展造成脊髓再次受壓。

計算JOA評分改善率，計算公式為JOA評分改善率=（術后JOA評分－術前JOA評分）/（17－術前JOA評分）×100%，并分為4 級：≥75%為優(yōu)，50%～74%為良，25%～49%為中，≤24%為差。分別評估術后即刻、3個月及1年的JOA評分改善率。將JOA評分改善率為優(yōu)和良的定義為神經(jīng)功能障礙改善好，中和差的定義為神經(jīng)功能障礙改善不好。脊髓功能波動包括2種情況：①術后神經(jīng)功能改善好，術后3個月和（或）術后1年神經(jīng)功能改善不好；②術后3個月神經(jīng)功能改善好，術后1年神經(jīng)功能改善不好。

1.5 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計學軟件進行統(tǒng)計學分析。LMC 的DTI 參數(shù)值及C2 椎體后方正常脊髓的MD 值經(jīng)統(tǒng)計學分析均符合正態(tài)分布，以表示；C2的FA值、AD值、RD值經(jīng)統(tǒng)計學分析均符合偏態(tài)分布，以M（QR）表示。采用t檢驗及Mann-WhitneyU檢驗比較術后脊髓功能波動組與無波動組患者DTI參數(shù)值差異。繪制術前DTI參數(shù)預測術后脊髓功能波動的受試者操作特征（receiver operating characteristic,ROC）曲線。

2 結果

2.1 一般資料

本研究初始納入患者74例。在后續(xù)隨訪過程中，7例患者因術后C5神經(jīng)根麻痹、手術相關神經(jīng)損傷等原因被剔除，2例患者完全失隨訪，最終納入65例患者。其中男43例，女22例，年齡35～73歲，平均年齡（60.1±7.5）歲。所有納入的65例患者術前均完成DTI掃描。

2 例患者僅完成術后3 個月的隨訪，此2 例患者在術后3個月已發(fā)生脊髓功能波動。其余63例患者完成所有隨訪。隨訪時間為1.0～1.9 年，平均隨訪（1.4±0.3）年。所有患者術前JOA評分為9.0～16.0分，平均（12.9±2.1）分，術后末次隨訪JOA 評分為8.5～17.0 分，平均（15.6±2.0）分。術后11 例患者（16.9%）發(fā)生脊髓功能波動（術后脊髓功能波動組），發(fā)生的時間分別為術后1～3個月7例（63.6%）、3～6個月2例（18.2%）、6～12 個月2 例（18.2%）；54 例患者（83.1%）術后未發(fā)生脊髓功能波動（術后脊髓功能無波動組）。術后脊髓功能波動典型病例見圖1。

2.2 兩組患者術前DTI參數(shù)值比較

術前兩組患者LMC的4個DTI參數(shù)值差異均無統(tǒng)計學意義。在C2椎體后方正常脊髓，術后脊髓功能波動組患者的AD值低于無波動組患者，且差異均有統(tǒng)計學意義，而其余3個參數(shù)值差異均無統(tǒng)計學意義（表1）。

2.3 術前DTI參數(shù)預測術后脊髓功能波動的價值

以術后脊髓功能波動為陽性結果，無波動為陰性結果，繪制術前DTI參數(shù)預測術后脊髓功能波動的ROC曲線。結果顯示，LMC的DTI參數(shù)對術后脊髓功能波動的預測能力不佳。C2 椎體后方正常脊髓的DTI 參數(shù)中，AD 值預測術后脊髓功能波動的最佳截斷值為1.4×10-3mm2/s，敏感度為90.0%，特異度為56.9%；而其余3個參數(shù)預測能力均不佳（圖2，表2）。

3 討論

圖1 患者，男，35歲，頸椎后縱韌帶骨化癥，壓迫節(jié)段C23-C56，壓迫最重節(jié)段C3/4，行棘突縱割式頸椎后路椎管擴大人工骨橋成形術。術前、術后即刻、3個月、12個月JOA評分分別為9.5、13.5、11.0、12.0分

頸椎后路椎管擴大成形術是治療多節(jié)段頸椎退行性疾病的常用和經(jīng)典術式。手術治療的目的在于解除脊髓壓迫、阻止脊髓損傷和變性進展、為脊髓自我修復創(chuàng)造條件。通過明確和嚴格把握頸椎后路椎管擴大成形術的手術適應證，多數(shù)患者的脊髓功能在術后能得到不同程度的改善。部分研究表明[5]，少部分患者在頸椎后路椎管擴大成形術后短期內(nèi)脊髓功能改善，但出現(xiàn)遠期脊髓功能加重。這類脊髓功能波動情況可能是由于術中脊髓發(fā)生醫(yī)源性損傷、術后脊髓水腫、硬膜外血腫形成壓迫脊髓、頸椎矢狀位失衡導致脊髓再次受到前方壓迫等原因造成[10-14]。而通過常規(guī)影像學檢查除外上述原因后仍有部分患者出現(xiàn)脊髓功能波動情況，目前尚無文獻進行報道如何預測這一現(xiàn)象。DTI是可以無創(chuàng)、直觀地顯示脊髓纖維束的方法[8,15,16]，DTI 反映的參數(shù)變化可能能夠幫助理解術后發(fā)生脊髓功能波動的患者其脊髓組織的變性情況，從而可能預測術后脊髓功能波動的發(fā)生。

表1 兩組患者術前DTI參數(shù)值比較

圖2 術前DTI參數(shù)預測術后脊髓功能波動的ROC曲線

表2 術前DTI參數(shù)對術后脊髓功能波動的預測效能

本研究中納入的患者均接受改良的棘突縱割式椎管擴大聯(lián)合人工骨橋成形術[17]，該術式是頸椎后路椎管擴大椎板成形術中的一種。術中保留C2 及C7肌肉止點，在保留傳統(tǒng)雙開門手術的優(yōu)點外進一步減少了對頸半棘肌等重要肌肉的傷害，降低了術后遠期脊柱畸形的發(fā)病率[18]。經(jīng)本研究隨訪，納入的病例在術后末次影像學隨訪時均未出現(xiàn)脊柱后凸畸形、脊髓再次受到機械壓迫等情況，手術效果滿意。

通過前瞻性的納入患者，并進行術后隨訪，本研究得出術后脊髓功能波動情況發(fā)生率約為16.9%，最常出現(xiàn)波動的時間為術后1～3個月，與部分回顧性研究結果類似[6,7]。術后脊髓功能的惡化或波動情況的在既往文獻中報道較少，但確是困擾醫(yī)師和患者的一類臨床問題，特別是在除外了機械壓迫、硬膜外血腫形成等因素后。

DTI 是目前常用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床診療及研究的核磁成像技術[8,15,16]。其側重反映組織結構信息，在神經(jīng)、肌肉等高度有序組織中敏感度更高，目前已有部分研究表明術前脊髓DTI 參數(shù)對減壓手術預后具有提示意義[19,20]。何達等[21]的長期隨訪結果表明，患者術后的最佳JOA 評分往往高于末次隨訪JOA 評分，提示術后脊髓功能的改善可能與其他因素如脊髓血液循環(huán)改變等有關。本研究結果表明，術后發(fā)生脊髓功能波動的患者，其術前C2 椎體后方脊髓的軸向擴散系數(shù)AD 值下降。在神經(jīng)纖維內(nèi)，參數(shù)AD可以描述水分子沿神經(jīng)傳導方向的擴散運動，參數(shù)RD可以反映水分子垂直與神經(jīng)纖維傳導方向的擴散運動，參數(shù)MD則能夠反映水分子沿各個方向總的擴散運動。FA 能夠量化水分子擴散的各向異性。C2椎體后方在常規(guī)MRI上均顯示無脊髓受壓形變，DTI參數(shù)改變可能由于Wallerian 變性向頭端傳導引起[22]。當患者表現(xiàn)為軸突脫髓鞘、水分子向軸突側壁擴散運動增加，使RD增加。本研究中出現(xiàn)波動的患者非壓迫節(jié)段AD值降低，提示該組患者出現(xiàn)神經(jīng)纖維軸突脫髓鞘、甚至軸突壞死、崩解等病理改變。說明術前整體脊髓的變性情況與術后發(fā)生脊髓功能波動情況有關：術前脊髓變性情況越重、脫髓鞘改變程度越重，術后則更容易出現(xiàn)脊髓功能的惡化或波動。

ROC 曲線分析結果顯示，C2 椎體后方脊髓的軸向擴散系數(shù)AD值＜1.4×10-3mm2/s能夠預測術后脊髓功能波動的發(fā)生，為術前預測術后脊髓功能波動情況，乃至手術轉歸提供了一種新思路。作為目前臨床上最常用的術前影像學檢查，常規(guī)MRI僅能夠部分反映脊髓變性情況，對手術預后的提示意義仍存爭議[23]。DTI提供的定量參數(shù)將有助于判斷合適的手術干預時機，減少術后脊髓功能波動或惡化的發(fā)生。

本研究通過前瞻性的研究設計，初步探索了DTI用于預測術后脊髓功能波動情況的效果。影像學參數(shù)理論上反映的脊髓病理生理變化仍需要與動物實驗或病理學研究結果相印證。DTI在脊髓組織中的應用仍存在一些技術限制，如成像分辨率有待提高，容易受到脊髓搏動干擾等，需要在持續(xù)完善成像技術的基礎上繼續(xù)深入研究。作為評價脊髓功能的指標，JOA評分仍有其局限性，未來的研究可以嘗試引入電生理檢查等客觀指標來定量反映脊髓功能狀態(tài)。

綜上，DTI 參數(shù)中，C2 非壓迫節(jié)段的AD 值能夠在術前提示頸椎后路椎管擴大成形術后患者脊髓功能波動，若術前C2 AD 值＜1.4×10-3mm2/s，則有術后出現(xiàn)脊髓功能波動的風險。