擴散張量成像在脊髓型頸椎病患者臨床癥狀中的應(yīng)用價值

徐州醫(yī)科大學(xué)附屬連云港醫(yī)院影像科，江蘇連云港222061

引言

脊髓型頸椎病（Cervical Spondylotic Myelopathy，CSM）是指因頸椎退變、頸椎間盤突出等多種原因?qū)е录闺S功能障礙的脊髓病[1]。磁共振擴散張量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）序列對于評價CSM患者的脊髓損傷程度具有較高的敏感性，相對于常規(guī)MRI掃描是利用脊髓形態(tài)，并與T2W1異常高信號變化相結(jié)合進(jìn)行判定，而DTI序列可將脊髓中水分子向各向異性的擴散變化及脊髓損傷情況反應(yīng)出來，對脊髓慢性損傷早期病變予以及時發(fā)現(xiàn)，并且可以對脊髓的損傷程度進(jìn)行評價[2-4]。通過DTI測量數(shù)值進(jìn)行神經(jīng)纖維束成像重建，可以更為直觀地顯示脊髓纖維束的連貫性以及是否被突出的椎間盤或其他椎管內(nèi)占位所壓迫[5]。

但是目前DTI序列的臨床應(yīng)用在腦部是比較成熟的，與腦部DTI序列相比，頸部脊髓DTI掃描容易受到腦脊液波動，周圍骨性椎管結(jié)構(gòu)等影響[5]，所以在選擇和勾畫感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）時不能選擇過大的范圍，一方面是因為本來神經(jīng)纖維單位比較小，較大ROI易產(chǎn)生誤差；另一方面是因為面積較大的ROI更容易將臨近脊髓的腦脊液信號圈入其中，從而對實驗結(jié)果造成影響。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)脊髓受壓變性時會出現(xiàn)各項異性分?jǐn)?shù)（Fractional Anisotropy，F(xiàn)A）值的減低，表觀擴散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）值的異常，臨床更需要的是受壓脊髓段FA及ADC數(shù)值與CSM患者臨床表現(xiàn)的一個相關(guān)性。

本研究在勾畫受壓段脊髓ROI時，首先對其進(jìn)行一定的放大處理，再選擇更小的4 mm2ROI，更好的避免周圍正常脊髓纖維束以及鄰近腦脊液對測量熟知的影像；并且發(fā)現(xiàn)CSM患者的臨床癥狀越重，其受壓段脊髓FA數(shù)值越低，這一結(jié)論更有利于神經(jīng)外科醫(yī)生對CSM患者病情的評估，以及可以作為術(shù)后恢復(fù)情況一個量化的參考數(shù)值。在重建神經(jīng)纖維束圖像時選擇多次小ROI的方法，重建所得CSM患者的頸髓圖像更為直觀、準(zhǔn)確，并且可以看到臨床癥狀較重的CSM患者的神經(jīng)纖維束圖像出現(xiàn)局部的紊亂、斷裂，與3D-BRAVO序列圖像動態(tài)融合可以更為準(zhǔn)確地判斷哪一段的脊髓纖維束受損，為CSM患者的診治提供了更好的醫(yī)學(xué)影像資料。

1 資料和方法

1.1 患者資料

回顧性分析2018年9月至2019年8月徐州醫(yī)科大學(xué)附屬連云港市第一人民醫(yī)院檢查的52例CSM患者。男30例，女22例，年齡15～76歲，平均年齡49歲。入組標(biāo)準(zhǔn)：①有明確CSM臨床表現(xiàn)；②排除頸部其他疾病因素，包括占位、外傷等；③既往未進(jìn)行過其它相關(guān)治療（手術(shù)、γ刀、針灸）；④參與檢查的患者身體無其他禁忌癥；⑤告知患者檢查及實驗事項，并簽署相關(guān)知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有幽閉恐懼，或無法平臥配合檢查患者；②頸部椎體及脊髓有手術(shù)病史；③既往有頸部外傷病史或者占位性病變者；④影像資料不全者。

1.2 基本資料收集

通過調(diào)查問卷形式，根據(jù)日本骨科學(xué)會（Japanese Orthopaedic Association，JOA）評分對檢查的CSM患者進(jìn)行分組，分為：正常（17分）、輕度（12～16分）、中度（7～11分）、重度（0～6分）。

1.3 MRI掃描方法

采用GE Signa HDx 1.5 TMR掃描儀，使用8通道頭頸相控陣線圈。檢查患者呈仰臥位，根據(jù)頸段脊髓走行范圍做橫斷面成像。掃描范圍包括上界頸1椎體以上一個椎體單位，下界T1椎體。DTI掃描序列：患者取水平臥位，行MRI頸椎平掃，DTI序列及3D-BRAVO序列掃描。DTI掃描序列：TR=9000 ms，TE=100.2 ms，掃描矩陣 128×128，掃描視野（Field of View，F(xiàn)OV）24 cm×24 cm，層厚5 mm，層間距0，擴散系數(shù)b值取1000 s/mm2，15個擴散敏感梯度方向，平均采集次數(shù)為 2。3D-BRAVO掃描序列：TR=12.3ms，TE=5.1ms，反轉(zhuǎn)角度12°，掃描矩陣 256×256，F(xiàn)OV24cm×24cm，層厚1.4mm，層間距0，平均采集次數(shù)為1。

1.4 圖像處理及分析

將DTI原始圖像傳至GEADW4.6工作站，使用Functool軟件進(jìn)行DTI圖像數(shù)據(jù)分析，將DTI掃描獲得的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機圖像校正，手動處理背景噪聲范圍[6]，生成FA和ADC數(shù)據(jù)圖像。由兩名經(jīng)驗豐富（工作5年以上）的影像診斷醫(yī)師討論，在受壓頸部脊髓處選取4 mm2ROI[7]，分別測量FA及ADC數(shù)值，為了提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、盡量減少誤差，每次ROI數(shù)據(jù)的記錄都進(jìn)行三次測量并取平均值，要求避開周圍淺綠色腦脊液帶來的影響。多次選取ROI重建神金纖維束圖像，并將3D-BRAVO序列圖像與神經(jīng)纖維束圖像融合，動態(tài)觀察受壓頸部脊髓情況。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，所有統(tǒng)計學(xué)過程取P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。ADC值、FA值用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，各組間測量參數(shù)的多重比較根據(jù)方差齊性檢驗結(jié)果選擇。選用Spearman相關(guān)性分析法來評價各組DTI測量數(shù)值與JOA數(shù)值相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 正常脊髓DTI掃描圖像

MRI平掃及DTI掃描顯示頸髓滿意，F(xiàn)A圖像顯示頸髓呈紅色，脊髓周圍包繞的腦脊液成淺綠色信號。ADC圖像顯示脊髓成藍(lán)色信號，脊髓周圍包繞的腦脊液呈淺綠色信號。根據(jù)原始圖像橫斷位選取脊髓ROI范圍，追蹤重建出神經(jīng)纖維束圖像，與3D-BRAVO融合良好。重建的脊髓神經(jīng)纖維束圖像，可以觀察神經(jīng)纖維束的連續(xù)性、完整性（圖1）。

2.2 患者影像資料

52位患者配合良好，磁共振平掃圖像可以看到相應(yīng)層面頸髓前緣出現(xiàn)不同程度受壓，嚴(yán)重組相應(yīng)脊髓出現(xiàn)受壓變形，前緣硬膜囊明顯變窄或完全消失。DTI掃描序列的FA及ADC圖像，可以觀察頸部受壓脊髓信號顏色及形態(tài)的改變。頸髓神經(jīng)纖維束圖像與3D-BRAVON重建圖像融合后，可以直觀地觀察到局部神經(jīng)纖維束因為壓迫發(fā)生的異常改變，在輕度患者中，局部受壓纖維束稀疏。輕度組患者影像圖像如圖2所示。在重度患者中，可以看到局部神經(jīng)纖維束紊亂，局部甚至出現(xiàn)斷裂的情況（圖3）。

圖1 正常的脊髓DTI及后處理圖像

圖2 輕度組患者影像圖像

圖3 重度組患者影像圖像

2.3 輕度組、中度組、重度FA及ADC測量參數(shù)比較

DTI數(shù)據(jù)與臨床相關(guān)性分析輕度、中度和重度受壓段脊髓測量的 FA 數(shù)值分別為：0.65±0.03、0.51±0.03、0.42±0.02。三組之間FA數(shù)值比較具有差異性，結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)意義（F=290.44，P<0.05）。ADC 數(shù)值分別為：1.02±0.14、1.30±0.25、1.19±0.29。三組之間ADC數(shù)值比較具有差異性（F=10.509，P<0.05）（表 1）。

表1 輕度組、中度組、重度FA及ADC測量參數(shù)比較（±s）

表1 輕度組、中度組、重度FA及ADC測量參數(shù)比較（±s）

組別 例數(shù)/例 FA值 ADC值/(×10-3mm/s)輕度組 30 0.65±0.03 1.02±0.14中度組 15 0.51±0.03 1.30±0.25重度組 7 0.42±0.02 1.19±0.29 F值 10.509 290.44 P值 <0.001 <0.001

對各組FA及ADC均值進(jìn)行兩兩比較，方差齊性檢驗發(fā)現(xiàn)FA值顯著性為0.097（P>0.05），選用最小顯著差值法，發(fā)現(xiàn)FA值兩兩比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。ADC值因方差齊性檢驗顯著性為0.013（P<0.05），選用Dunnett T3進(jìn)行多重比較，發(fā)現(xiàn)在輕度與中度組間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P值均<0.05），在輕度與重度、中度與重度組間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P 值均 >0.05）（表 2～3）。

表2 各組FA均值及ADC均值方差齊性檢驗

表3 Dunnett T3評價：ADC均值多重比較結(jié)果

各組的JOA評分?jǐn)?shù)值和平均FA值具有正相關(guān)性（r=0.972，P<0.05）。FA數(shù)值隨著臨床癥狀加重、JOA評分降低表現(xiàn)出下降的趨勢說明受壓段脊髓損傷越重。ADC值與JOA評分相關(guān)性不強（表4、圖4）。

表4 JOA評分與各向異性分?jǐn)?shù)（FA值）相關(guān)性分析

3 討論

本研究對52例CSM患者的DTI測量參數(shù)分析時，選擇了更小的ROI，使得對受損神經(jīng)纖維束數(shù)值的測量更為精準(zhǔn)，并且發(fā)現(xiàn)，輕度、中度和重度三組受壓段脊髓測量的FA和ADC比較具有差異性，且結(jié)果具有統(tǒng)計學(xué)意義，這點與前人文獻(xiàn)報道[8-9]一致。DTI序列可將脊髓中水分子向各向異性的擴散變化及脊髓損傷情況反映出來，對脊髓慢性損傷早期病變予以及時發(fā)現(xiàn)，并且可以對脊髓的損傷程度進(jìn)行評價[10-13]，本文中將CSM患者的臨床表現(xiàn)通過JOA評分分組，通過判斷JOA評分與受壓段脊髓FA的數(shù)值來更好的評價CSM患者的病情情況。

圖4 JOA評分與FA值、ADC值相關(guān)性分析散點圖

各組的JOA評分?jǐn)?shù)值和平均FA數(shù)值具有正相關(guān)性，患者臨床表現(xiàn)癥狀越重，F(xiàn)A數(shù)值降低，說明受壓段脊髓損傷越重，很多學(xué)者也有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)神經(jīng)纖維束受損時會出現(xiàn)FA數(shù)值的減低[14-17]。但是ADC數(shù)值與患者的臨床表現(xiàn)相關(guān)性表現(xiàn)不強，可能與腦脊液波動或其他偽影有關(guān)[18]。同時，DTI序列追蹤重建的頸部神經(jīng)纖維束圖像，在輕度組的患者中，可以看到受壓段的脊髓局部纖維束圖像顏色變淺、稀疏；在重度組患者中，可以看到受壓段的神經(jīng)纖維束紊亂，局部出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，與3D-BRAVO序列圖像動態(tài)融合后，相對于單純的觀察神經(jīng)纖維束圖像，顯得更為直觀，定位也更為方便。在臨床中方便神經(jīng)外科醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)定位，也方便、直觀的醫(yī)生向患者家屬交待病情。

本研究的局限性：樣本量相對較少；臨床評分以及ROI的選取具有一定的主觀性；本研究為一段時間的回顧性研究，難以避免出現(xiàn)選擇性偏差。

總之，DTI序列所測量的FA數(shù)值能夠更好地反映CSM患者的病情，并且為神經(jīng)外科醫(yī)生評估CSM患者受壓段脊髓損傷程度提供了良好依據(jù)，為CSM患者復(fù)查時評價受壓段脊髓恢復(fù)情況提供了量化的參考數(shù)值[19]。CSM患者的神經(jīng)纖維束圖像與3D-BRAVO序列圖像動態(tài)融合后，更為直觀清晰地顯示受損或斷裂的神經(jīng)纖維束位置，在臨床中可以像骨科一樣做出3D重建模型，為臨床術(shù)前定位討論，遠(yuǎn)程圖像會診，微創(chuàng)手術(shù)治療的開展提供了更充分地三維影像數(shù)據(jù)支持。