脊髓腰骶膨大擴(kuò)散張量成像參數(shù)評(píng)估脊髓型頸椎病患者損傷程度和術(shù)后神經(jīng)功能恢復(fù)的研究

許崧杰，趙鵬，陳學(xué)明*，彭如臣，鐘佳利

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)是由頸椎退變導(dǎo)致頸脊髓受壓，進(jìn)而引起神經(jīng)功能障礙的常見病。MRI是診斷CSM的首選檢查方法。傳統(tǒng)MRI所顯示的脊髓壓迫程度與CSM 的嚴(yán)重程度相關(guān)性差，無(wú)法定量評(píng)估損傷嚴(yán)重程度及神經(jīng)功能狀態(tài)[1,9,15,30]。

擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)在1994年被首次提出[10]，利用水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)各向異性的原理，反映白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)改變[11,16,28]，已應(yīng)用于大腦疾病方面。CSM 患者部分需要手術(shù)治療，而術(shù)后內(nèi)固定物偽影影響限制了使用DTI直接觀察頸脊髓變化。以往研究多集中在DTI 直接觀察術(shù)前頸脊髓或腰骶膨大部位的參數(shù)變化情況[1-3,13]，或評(píng)估術(shù)前頸脊髓或腰骶膨大部位的DTI 參數(shù)與神經(jīng)功能情況[11,21,29]，而應(yīng)用于CSM 患者術(shù)后神經(jīng)功能評(píng)估方面的DTI 研究較少[22,25,26]，多集中于頸脊髓[27,31]，且結(jié)果存在爭(zhēng)議。前期研究[2]證實(shí)，CSM患者術(shù)前脊髓腰骶膨大DTI 參數(shù)與頸脊髓DTI 參數(shù)存在相關(guān)性。

本研究通過分析脊髓腰骶膨大DTI 參數(shù)在CSM 患者術(shù)前及術(shù)后變化情況，評(píng)估脊髓損傷程度和頸椎術(shù)后神經(jīng)功能變化情況。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究為回顧性研究，收集2018年8月至2020年12月于我院脊柱外科診斷為CSM 并住院行手術(shù)治療的患者病例11 例，男8 例，女3 例，年齡(59.1±8.7)歲，病程(5.6±3.7)個(gè)月。所有患者均行頸椎前路或后路減壓手術(shù)，手術(shù)由同一組醫(yī)生完成。

入組標(biāo)準(zhǔn)：(1)患者均有以下臨床癥狀：頸痛、僵硬，運(yùn)動(dòng)障礙，四肢肌力感覺變化；(2)癥狀持續(xù)超過6 周；(3)頸椎MRI顯示明顯脊髓受壓，但T2WI 無(wú)高信號(hào)，致壓因素包括后縱韌帶骨化，黃韌帶肥厚，頸椎間盤突出，頸椎管狹窄；(4) mJOA 評(píng)分≤14；(5)影像及隨訪數(shù)據(jù)完整。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)既往外傷導(dǎo)致頭部或顱腦損傷病史；(2)腦癱病史；(3)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎；(4)脊柱腫瘤或感染等。

本研究經(jīng)首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京潞河醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號(hào)：2022-LHKY-034-01)，免除受試者知情同意。

1.2 神經(jīng)功能評(píng)估

應(yīng)用改良日本骨科協(xié)會(huì)(modified Japanese Orthopedic Association，mJOA)評(píng)分系統(tǒng)對(duì)CSM 患者術(shù)前及術(shù)后1 年[隨訪時(shí)間(12.6±0.7)個(gè)月)]神經(jīng)功能進(jìn)行評(píng)估。由兩位工作10年以上主治醫(yī)師進(jìn)行mJOA評(píng)分，取兩位醫(yī)師的平均值作為mJOA評(píng)分(表1)。

表1 患者mJOA評(píng)分與影像學(xué)數(shù)據(jù)比較

1.3 常規(guī)MRI及DTI掃描

所有患者頸椎術(shù)前術(shù)后脊髓腰骶膨大常規(guī)MRI 及DTI 掃描均采用SIEMENS 公司MAGNETOM skyra 3.0 T 核磁共振機(jī)。脊髓腰骶膨大常規(guī)MRI掃描包括矢狀面T2WI、矢狀面T1WI、橫斷面T2WI 序列。(1)矢狀面T2WI 序列掃描參數(shù)：TR 2700 ms，TE 106 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，矩陣320×320，AVERAGE 1；(2)矢狀面T1WI序列掃描參數(shù)：TR 550 ms，TE8.9 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，矩陣320×320，AVERAGE 1；(3)橫斷面T2WI 序列掃描參數(shù)：TR 3000 ms，TE117 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，矩陣320×320，AVERAGE 2。DTI掃描與常規(guī)掃描定位相同，掃描時(shí)間6 min 42 s，采用單次激發(fā)自旋回波平面回波成像(single-shot spin echo echo-planar imaging，SS-SE-EPI)序列：擴(kuò)散敏感梯度取12個(gè)不同方向，TR 3000 ms，TE 117 ms，層厚4 mm，層間距0，F(xiàn)OV 240 mm × 240 mm，采集矩陣為128×128，AVERAGE 1。擴(kuò)散加權(quán)系數(shù)(b)分別取0 和500 s/mm2，掃描結(jié)束后每一層面共獲取16 幅圖像，第l 幅為b=0 s/mm2時(shí)的圖像，其余15幅為b=500 s/mm2時(shí)不同梯度方向的圖像。

本研究入組病例11人，9人完成術(shù)后1年腰骶膨大DTI掃描，隨訪順利。2 人因自身身體原因無(wú)法耐受DTI 掃描，隨訪數(shù)據(jù)缺失。

1.4 圖像后處理

全部數(shù)據(jù)由SIEMENS 公司syngo via 軟件處理。在T2WI矢狀面選擇脊髓腰骶膨大最寬層面作為參考，在每個(gè)患者術(shù)前術(shù)后脊髓腰骶膨大T2WI 軸位相選擇5 個(gè)感興趣區(qū)(regions of interest，ROI)，盡量避開脊髓灰質(zhì)(圖1)，測(cè)量其各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值和表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值(表1)。

圖1 脊髓型頸椎病患者脊髓腰骶膨大感興趣區(qū)示意圖。1A：T2WI軸位圖；1B：ADC 圖；1C：FA 圖。ADC：表觀擴(kuò)散系數(shù)；FA：各向異性分?jǐn)?shù)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，所有數(shù)值均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。同一患者術(shù)前術(shù)后脊髓腰骶膨大ADC 值、FA值采用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行比較；術(shù)前術(shù)后CSM患者脊髓腰骶膨大ADC 值、FA 值與mJOA 評(píng)分采用Pearson 檢驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)性分析。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 脊髓腰骶膨大術(shù)前術(shù)后DTI參數(shù)FA值和ADC值比較

所有患者常規(guī)MRI及DTI掃描均獲得清晰腰骶膨大圖像，無(wú)明顯扭曲(圖2)。脊髓腰骶膨大術(shù)前術(shù)后FA 值、ADC 值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。

圖2 脊髓型頸椎病患者術(shù)前術(shù)后腰骶膨大T2加權(quán)像和DTI圖像。2A：術(shù)前腰骶膨大T2矢狀位圖；2B：術(shù)前腰骶膨大T2軸位圖；2C：術(shù)前腰骶膨大ADC圖；2D：術(shù)前腰骶膨大FA圖；2E：術(shù)后腰骶膨大T2矢狀位圖；2F：術(shù)后腰骶膨大T2軸位圖；2G：術(shù)后腰骶膨大ADC圖；2H：術(shù)后腰骶膨大FA圖。DTI：擴(kuò)散張量成像；ADC：表觀擴(kuò)散系數(shù)；FA：各向異性分?jǐn)?shù)。

表2 脊髓腰骶膨大術(shù)前術(shù)后DTI參數(shù)FA值和ADC值

2.2 術(shù)前術(shù)后脊髓腰骶膨大DTI參數(shù)FA值和ADC值與mJOA評(píng)分相關(guān)性分析

術(shù)前脊髓腰骶膨大FA 值與mJOA 評(píng)分有相關(guān)性(r=0.832，P＜0.05)，而術(shù)前脊髓腰骶膨大ADC 值與mJOA 評(píng)分無(wú)相關(guān)性(r=0.281，P=0.465) (圖3)。術(shù)后脊髓腰骶膨大FA 值與mJOA評(píng)分有相關(guān)性(r=0.710，P＜0.05)，而術(shù)后脊髓腰骶膨大ADC值與mJOA評(píng)分無(wú)相關(guān)性(r=0.195，P=0.616) (圖4) 。

圖3 脊髓型頸椎病患者術(shù)前腰骶膨大DTI參數(shù)與mJOA 評(píng)分相關(guān)性分析。術(shù)前脊髓腰骶膨大FA 值與mJOA 評(píng)分有相關(guān)性(r=0.832，P＜0.05)，而術(shù)前脊髓腰骶膨大ADC 值與mJOA 評(píng)分無(wú)相關(guān)性(r=0.281，P=0.465)。 圖4 脊髓型頸椎病患者術(shù)后腰骶膨大DTI 參數(shù)與mJOA 相關(guān)性分析。術(shù)后脊髓腰骶膨大FA值與mJOA評(píng)分有相關(guān)性(r=0.710，P＜0.05)，而術(shù)后脊髓腰骶膨大ADC值與mJOA評(píng)分無(wú)相關(guān)性(r=0.195，P=0.616)。DTI：擴(kuò)散張量成像；mJOA：改良日本骨科協(xié)會(huì)；FA：各向異性分?jǐn)?shù)；ADC：表觀擴(kuò)散系數(shù)。

3 討論

本研究首次應(yīng)用脊髓腰骶膨大DTI 參數(shù)評(píng)估CSM 患者頸脊髓損傷程度和頸椎術(shù)后神經(jīng)功能恢復(fù)情況，發(fā)現(xiàn)脊髓腰骶膨大DTI 參數(shù)FA 值在術(shù)前術(shù)后與神經(jīng)功能相關(guān)，可為頸脊髓損傷術(shù)后功能恢復(fù)情況的臨床評(píng)估提供新的途徑。

3.1 脊髓腰骶膨大DTI參數(shù)評(píng)估頸脊髓損傷的可行性

與傳統(tǒng)MRI 相比，DTI 能檢測(cè)脊髓內(nèi)部細(xì)微損傷，并通過特定參數(shù)值對(duì)損傷進(jìn)行量化[12]。對(duì)于CSM 患者，DTI 在臨床上有更高的敏感性和特異性[3-4]。CSM 患者頸脊髓DTI 參數(shù)(如ADC 值和FA 值)與健康對(duì)照組不同。與健康對(duì)照組相比，CSM患者受壓頸脊髓FA值明顯下降，而ADC值明顯升高[3,13]。在我們之前的研究中[2]，CSM 患者脊髓腰骶膨大DTI 參數(shù)也存在與受損頸脊髓DTI參數(shù)同樣的變化，但受壓頸脊髓DTI參數(shù)與腰骶膨大DTI 參數(shù)無(wú)相關(guān)性。既往研究[5-6]認(rèn)為，脊髓損傷后白質(zhì)纖維束髓鞘的完整性被破壞，受損部位水分子各向異性程度降低，表現(xiàn)為FA 值降低[13-14]；而頸脊髓損傷后，神經(jīng)細(xì)胞通透性增加，受損部位水分子同向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)[14]，進(jìn)而引起ADC 值升高。但內(nèi)在的病理學(xué)機(jī)制仍不清楚。由于CSM 患者頸椎減壓術(shù)后內(nèi)固定物偽影的影響，無(wú)法應(yīng)用DTI 對(duì)減壓后的頸脊髓直接進(jìn)行定量評(píng)估。由于呼吸和心跳的存在，胸段脊髓的DTI 圖像也會(huì)受影響。以往研究結(jié)果提示受損頸脊髓遠(yuǎn)端，脊髓腰骶膨大也存在與受損頸脊髓DTI 參數(shù)同樣的變化[2]，可能的病理學(xué)基礎(chǔ)是頸脊髓的慢性壓迫導(dǎo)致受損頸脊髓遠(yuǎn)端神經(jīng)的軸突傳導(dǎo)和運(yùn)動(dòng)傳入受損。已有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，大鼠脊髓損傷后損傷脊髓遠(yuǎn)端DTI 參數(shù)變化可作為評(píng)估脊髓損傷的替代方法；受損脊髓節(jié)段遠(yuǎn)端可能發(fā)生繼發(fā)性病理學(xué)改變，進(jìn)而間接反映脊髓損傷的嚴(yán)重程度。對(duì)頸脊髓遠(yuǎn)端神經(jīng)組織，如脊髓腰骶膨大行DTI檢查，分析DTI參數(shù)變化，來(lái)間接反映頸脊髓損傷的嚴(yán)重程度[7-8]。在前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)選擇對(duì)CSM 患者頸椎術(shù)前術(shù)后脊髓腰骶膨大行DTI 掃描，分析DTI參數(shù)變化來(lái)間接反映頸脊髓減壓后頸脊髓DTI參數(shù)變化。本研究結(jié)果顯示，脊髓腰骶膨大DTI 參數(shù)在頸椎術(shù)前術(shù)后FA 值、ADC 值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。脊髓腰骶膨大頸椎減壓術(shù)后FA 值升高，反映了脊髓白質(zhì)纖維束髓鞘在頸脊髓減壓術(shù)后的修復(fù)與區(qū)域水分子各向異性程度恢復(fù)有關(guān)；ADC值降低、區(qū)域水分子同向擴(kuò)散減弱以及脊髓神經(jīng)細(xì)胞通透性降低可能與頸椎減壓術(shù)后神經(jīng)細(xì)胞功能恢復(fù)有關(guān)。但內(nèi)在的病理學(xué)機(jī)制尚需進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.2 DTI 定量CSM 患者脊髓壓迫程度和預(yù)測(cè)術(shù)后臨床恢復(fù)的應(yīng)用

已有研究證實(shí)DTI 參數(shù)和術(shù)后神經(jīng)功能狀態(tài)存在不同的相關(guān)性[17-20,24]。Lee 等[11]研究發(fā)現(xiàn)CSM 患者頸脊髓壓迫最重節(jié)段的FA 值與神經(jīng)功能評(píng)分相關(guān)。Gao 等[21]對(duì)不同壓迫程度的CSM 患者進(jìn)行對(duì)比研究，同樣發(fā)現(xiàn)頸脊髓壓迫最重節(jié)段的FA值與mJOA 評(píng)分相關(guān)。Maki 等[22]對(duì)行頸椎前路或后路減壓的26例CSM患者頸脊髓行DTI參數(shù)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)CSM患者術(shù)前頸脊髓FA值與頸椎減壓術(shù)后6個(gè)月的mJOA改善率相關(guān)。由于CSM患者頸椎減壓術(shù)后內(nèi)固定物偽影的影響，無(wú)法應(yīng)用DTI 對(duì)減壓后的頸脊髓直接進(jìn)行定量評(píng)估，以往研究多集中在術(shù)前頸脊髓DTI 參數(shù)與mJOA 相關(guān)性研究方面，而對(duì)于頸脊髓壓迫減壓術(shù)后DTI 變化情況研究較少。Kitamura 等[25]對(duì)15 例CSM 患者術(shù)前和術(shù)后1 年頸脊髓DTI 參數(shù)和mJOA 評(píng)分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)術(shù)后頸脊髓DTI 參數(shù)不能作為評(píng)估神經(jīng)功能的指標(biāo)，術(shù)前頸脊髓DTI 參數(shù)可對(duì)術(shù)后神經(jīng)功能進(jìn)行推測(cè)。CSM 患者頸椎減壓術(shù)后，受壓頸脊髓近端或遠(yuǎn)端神經(jīng)DTI 參數(shù)與神經(jīng)功能變化的相關(guān)研究較少。近期的研究中[1]，應(yīng)用常規(guī)DTI 參數(shù)來(lái)源的軸突方向的擴(kuò)散和密度成像參數(shù)對(duì)CSM 患者頸2/3 水平和頸脊髓壓迫最嚴(yán)重水平進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)頸脊髓壓迫最嚴(yán)重節(jié)段和壓迫近端(頸2/3 水平)的FA 值與術(shù)前mJOA 評(píng)分相關(guān)。Yang 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，CSM 患者頸椎減壓術(shù)后頸脊髓壓迫遠(yuǎn)端(C7/T1) FA 值與術(shù)后mJOA 評(píng)分相關(guān)。本課題組前期研究證實(shí)[23]，CSM患者術(shù)前脊髓腰骶膨大FA值與術(shù)前mJOA評(píng)分相關(guān)。CSM患者頸椎減壓術(shù)后，受壓頸脊髓遠(yuǎn)端神經(jīng)DTI參數(shù)是否存在變化未見報(bào)道。本研究中，CSM 患者術(shù)后脊髓腰骶膨大FA值與術(shù)后1 年mJOA 評(píng)分相關(guān)。脊髓腰骶膨大部位沒有受壓，因此DTI 參數(shù)可以客觀反映神經(jīng)功能狀態(tài)，頸脊髓壓迫解除之后，與脊髓白質(zhì)纖維束髓鞘的完整性在減壓術(shù)后逐漸恢復(fù)有關(guān)，其內(nèi)在機(jī)制需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.3 本研究的局限性

本研究尚存在以下局限性：(1)本研究為單中心回顧性研究，樣本量少；(2) DTI 掃描及參數(shù)處理軟件缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；(3)頸椎減壓術(shù)后觀察時(shí)間點(diǎn)單一。以上均有待進(jìn)一步研究完善。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。