MRI新技術(shù)在脊髓型頸椎病中的研究進(jìn)展

黃香紅，劉四斌（通信作者）

（長江大學(xué)附屬荊州醫(yī)院放射科 湖北 荊州 434020）

脊髓型頸椎病是指由持續(xù)性頸髓壓迫或缺血引起的一種臨床綜合征，是頸椎病中最嚴(yán)重的一種。上下終板的骨贅進(jìn)展，關(guān)節(jié)突和/或鉤突肥大以及椎間盤突出會導(dǎo)致頸髓神經(jīng)病變。CSM主要由頸椎的靜態(tài)或動態(tài)因素所引起。靜態(tài)因素如椎小關(guān)節(jié)囊腫和后縱韌帶骨化（OPLL）可能會進(jìn)一步減少椎管的數(shù)量，從而加重頸椎病。黃韌帶的屈曲可能是導(dǎo)致脊髓型頸椎病的動力學(xué)因素。脊髓經(jīng)歷廣泛的或局部的軸突損傷，增加應(yīng)變或剪切力以及機(jī)械或動態(tài)壓縮。過度的頸椎屈曲會通過拉伸椎管內(nèi)的脊髓造成動態(tài)壓迫。缺血是加重脊髓型頸椎病的重要病理因素。近年來，人們提出了一種新的“凋亡”理論，用以解釋在缺血性或外傷后，脊髓中活躍的細(xì)胞死亡現(xiàn)象[1]。急性脊髓損傷后發(fā)生的細(xì)胞凋亡會導(dǎo)致與遠(yuǎn)離病變區(qū)域的慢性脫髓鞘直接相關(guān)的病變的繼發(fā)性變性[2]。隨著近年來不斷發(fā)展的MRI技術(shù)，如磁化傳遞（MT）、神經(jīng)元定向彌散和密度成像（NODDI）及動態(tài)MRI（dMRI）等，通過提供髓鞘完整性和脊髓微結(jié)構(gòu)的相關(guān)信息，為深入理解脊髓型頸椎病的發(fā)病機(jī)制提供了新的思路。

1 常規(guī)MRI

MRI對頸椎病的診斷和治療意義非常重要，磁共振可以清楚地顯示脊髓壓迫的情況，甚至脊髓內(nèi)部的病理變化，如水腫、出血、空洞、占位等[3-4]。有研究通過121例脊髓型頸椎病患者得出結(jié)論，頸椎壓迫是唯一的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，當(dāng)脊髓受壓程度超過30%時(shí)，臨床癥狀更為嚴(yán)重[5]。該研究還指出相應(yīng)節(jié)段性椎旁肌變性與頸痛有關(guān)，但與肢體無力、神經(jīng)功能障礙、步態(tài)障礙、感覺和膀胱/腸功能障礙無關(guān)。這可能是因?yàn)镃SM患者的癥狀（除疼痛外）受脊髓壓迫程度的影響很大，而椎旁肌肉退化的影響則與頸部疼痛有關(guān)。Yukawa等[6]提出ISI的概念，ISI被定義為在T2加權(quán)圖像上的矢狀面和軸狀面與相鄰的脊髓等強(qiáng)度部分形成對比的高強(qiáng)度區(qū)域。ISI的模式以3種方式分類：①根據(jù)ISI的質(zhì)量分為0級（無）、1級微弱（模糊）和2級強(qiáng)烈（尖銳）[7]；②按照ISI的縱向范圍劃分為無、局灶性（ISI僅限于一塊椎間盤，且受脊髓壓力）以及多段（超出一塊椎間盤）[8]；③根據(jù)質(zhì)量和縱向范圍的綜合分類，其中1型（無 /無）顯示正常強(qiáng)度；2型（局灶/微弱）顯示局灶和微弱ISI；3 型（局灶/強(qiáng)烈）顯示局灶和強(qiáng)烈ISI；4型（多節(jié)段/微弱）顯示多節(jié)段和微弱ISI；5型（多節(jié)段/強(qiáng)烈）顯示多節(jié)段和強(qiáng)烈ISI。有研究表明這種綜合的ISI分類比單獨(dú)的信號質(zhì)量變化或信號縱向范圍變化可能更精確定量脊髓內(nèi)信號的改變，對于預(yù)測手術(shù)效果具有重要意義[9]。部分研究提出，疾病持續(xù)時(shí)間是影響ISI出現(xiàn)的唯一重要獨(dú)立因素，脊髓型頸椎病患者在T2W MR圖像上的ISI與其他患者相比，ACDF術(shù)后的手術(shù)結(jié)果較差，該研究還表明，高強(qiáng)度區(qū)域范圍增大可能會導(dǎo)致術(shù)前神經(jīng)功能障礙，但對手術(shù)結(jié)果無影響[10]。Huang等[11]通過312例脊髓壓迫患者的傾向匹配評分的研究表明，只有頸部脊髓缺血性再灌注損傷對于脊髓壓迫患者圍手術(shù)期并發(fā)癥的發(fā)生率有明顯差異，而對于有T2高信號的脊髓受壓病人，圍術(shù)期的合并癥發(fā)生率并無顯著差別。此外，該研究還顯示沒有MRI T2高信號的患者的JOA改善率明顯更好。

2 MT

2.1 技術(shù)原理

MT是MR技術(shù)采用的一種新技術(shù)，基于應(yīng)用非共振射頻脈沖并觀察其對MR信號的影響[12]。磁化轉(zhuǎn)移為描述組織的特征提供了一個(gè)獨(dú)特的窗口，并能提高組織對比度。該技術(shù)對結(jié)合在大分子基質(zhì)中的不動質(zhì)子和自由水質(zhì)子之間的磁化交換敏感。射頻的脈沖應(yīng)用優(yōu)先使大分子質(zhì)子飽和，這種飽和度隨后通過交叉松弛、化學(xué)交換和其他過程轉(zhuǎn)移到液體質(zhì)子庫中[13]。這種效應(yīng)的大小可以通過MTR來定量測量，即比較有無射頻脈沖的信號強(qiáng)度[14]。通過測量自由移動的質(zhì)子與大分子的交換能力，MT對比已經(jīng)被確立為髓鞘完整性的標(biāo)志[14]。

2.2 在CSM中的應(yīng)用

在一項(xiàng)橫斷面分析中，Oh等[15]得出結(jié)論，常規(guī)MRI無法檢測到的微觀結(jié)構(gòu)變化，通過MTR等MR定量指標(biāo)進(jìn)行評估效果更好。與基于擴(kuò)散的方法相比，MT成像的優(yōu)勢在于更高的信噪比和更高的空間分辨率，可以減少CSF的部分體積效應(yīng)。Suleiman等[16]提出CSM患者所有椎間盤水平的平均MTR與對照組組間差異不大，這可能與CSM的微結(jié)構(gòu)變化發(fā)生在最大的壓迫部位，而不是全局性的有關(guān)。但CSM患者的MTR往往較低，且MTR越低，髓鞘越低，CSM患者的嚴(yán)重程度越高。mJOA評分和Nurick評分是臨床最廣泛使用的指標(biāo)之一[17]，有研究提出脊髓前方MTR與mJOA指數(shù)、Nurick得分以及定量的反射亢進(jìn)有關(guān)，其中脊髓前部MTR與臨床相關(guān)的反射亢進(jìn)有關(guān)，可以在CSM的術(shù)前評估中發(fā)揮一定作用[18]。此外，Paliwal等[19]在研究退行性脊髓型頸椎?。―CM）結(jié)果表明術(shù)前脊髓MTR也與mJOA評分的恢復(fù)有關(guān)，且術(shù)前MTR還與頸部殘疾指數(shù)和疼痛干擾評分等相關(guān)，患者在經(jīng)過減壓手術(shù)6個(gè)月后，術(shù)后mJOA評分增加、頸部殘疾指數(shù)降低等，相應(yīng)的功能有了明顯的改善。

3 NODDI

3.1 技術(shù)原理

NODDI因?yàn)槠洳杉瘯r(shí)間相對較短，是臨床應(yīng)用的實(shí)際選擇[20]。在NODDI模型中，水分子被分為三個(gè)部分：擴(kuò)散受限的細(xì)胞內(nèi)水、擴(kuò)散受阻的細(xì)胞外水和自由或各向同性擴(kuò)散的腦脊液（CSF）。使用這個(gè)模型，可以測量一些與微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)的指標(biāo)，如細(xì)胞內(nèi)體積分?jǐn)?shù)（Vic，表示神經(jīng)元密度）、方向分散指數(shù)（ODI）和各向同性體積分?jǐn)?shù)（Viso，表示自由水的分?jǐn)?shù)）。

3.2 在CSM中的應(yīng)用

與DTI相比，NODDI能夠更好地揭示微觀結(jié)構(gòu)信息[21]。有研究指出NODDI指標(biāo)中雖然Vic和Viso可以顯示出患者和健康志愿者之間的明顯差異，但是只有神經(jīng)元密度Vic與mJOA呈正相關(guān)，這表明DCM患者的脊髓功能障礙主要與Vic的降低有關(guān)，而不是與ODI或Viso的增加有關(guān)[22]。另外，部分研究提出Vic指標(biāo)與術(shù)后約一年（12～14個(gè)月）患者的mJOA相關(guān)，表明它可以作為預(yù)測長期手術(shù)結(jié)果的潛在生物標(biāo)志物來預(yù)測術(shù)后恢復(fù)[23]。但是，Han等[24]研究表明C2水平的術(shù)前Vic和方向分散指數(shù)（orientation dispersion index，ODI）都對康復(fù)率有預(yù)測能力，這可能與脊髓壓迫程度及隨訪時(shí)間不同有關(guān)。另外，該研究還提出在術(shù)前階段C2水平的Vic（即神經(jīng)元密度）與臨床評估分?jǐn)?shù)相關(guān)，這與以前研究C2/3非壓迫水平的術(shù)前FA值與術(shù)前mJOA評分的相關(guān)性高于MC（最大壓迫水平）一致[25]。Iwama等[26]提出NODDI是評估CSM的一種可重復(fù)的、可靠的方法，術(shù)前細(xì)胞內(nèi)體積分?jǐn)?shù)（Vic）也與術(shù)后2年的JOA恢復(fù)率明顯相關(guān)，其中體格檢查結(jié)果的恢復(fù)也伴隨著這種變化。此外，該研究還提出細(xì)胞內(nèi)體積分?jǐn)?shù)（Vic）比FA值對預(yù)測術(shù)后恢復(fù)更為敏感和有用。

4 dMRI

4.1 技術(shù)原理

由于脊髓在頸部運(yùn)動過程中，尤其是在伸展過程中反復(fù)受到損傷，因此已知頸部伸展姿勢會加重頸脊髓壓迫[2]。頸椎的dMRI對于評估脊髓、椎體、椎間盤、韌帶和關(guān)節(jié)的病理變化非常有用[27]。dMRI包括在頸部屈曲和伸展時(shí)分別進(jìn)行的掃描，可以更準(zhǔn)確地確定頸椎病患者的病理狹窄或壓迫[28]。

4.2 在CSM中的應(yīng)用

與靜態(tài)MRI相比，動態(tài)MRI能更好地顯示脊髓的多級壓迫[29]。據(jù)Kim等[30]研究顯示，基于動態(tài)MRI結(jié)果做出的臨床決策產(chǎn)生了更好的結(jié)果，然而該研究只證實(shí)了觀察者之間的可靠性，沒有證實(shí)觀察者內(nèi)部的可靠性。Park等[31]的研究既證實(shí)了觀察者之間的可靠性，又證實(shí)了觀察者內(nèi)部的可靠性，該研究表明動態(tài)MR掃描中的擴(kuò)展MRI掃描可能比其他圖像為脊柱醫(yī)生提供更準(zhǔn)確的信息，包括診斷的建立、手術(shù)治療的必要性、入路方法和CSM的手術(shù)水平。此外，動態(tài)MR在評估術(shù)后結(jié)局的診斷準(zhǔn)確性方面顯示出更好的結(jié)果。Pratali等[32]通過研究18例CSM患者的脊髓前部長度（ALSC）、脊髓后部長度（PLSC）、椎管直徑和脊髓寬度發(fā)現(xiàn)這些形態(tài)參數(shù)能更好顯示良好的觀察者間和觀察者內(nèi)的可靠性。雖然研究中的橫向形態(tài)參數(shù)產(chǎn)生的數(shù)值與Zhang等[33]提出的數(shù)值相似，但是Pratali等[32]研究中的測量是每個(gè)椎體水平的椎間盤后部與黃韌帶前緣的中點(diǎn)之間的距離，然而Zhang等[33]研究考慮的是每個(gè)椎體水平的椎體到脊柱層線的最短距離。與傳統(tǒng)的MRI方案相比，動態(tài)MRI方案是安全的，可以對CSM患者的頸椎變化進(jìn)行更全面的評估。

5 不足與展望

綜上所述，MRI對脊髓型頸椎病患者的診治具有不可替代的作用，既能對疾病進(jìn)行診斷，又能對疾病的預(yù)后進(jìn)行預(yù)測。MTR通過提供髓鞘的完整性，進(jìn)一步反映CSM患者的嚴(yán)重程度，NODDI能夠更好地揭示微觀結(jié)構(gòu)信息，用來預(yù)測患者的術(shù)后恢復(fù)，dMRI可以更準(zhǔn)確地確定頸椎病患者的病理狹窄或壓迫。

MRI在CSM的診斷中尚存在局限性。由于MTR有年齡的因素干擾，且軸向切面上脊髓實(shí)質(zhì)邊緣的部分體積平均化限制了數(shù)據(jù)的精確度，導(dǎo)致無法充分評估這種比較[18]；另外NODDI的平面內(nèi)空間分辨率也較低[22]。因此，界定基于年齡的MTR參考范圍、通過更小的體素尺寸及引入多拍技術(shù)用來提高M(jìn)TR和NODDI的成像質(zhì)量；而dMRI除了沒有明確的dMRI屈曲-伸展位置，最常見的問題是缺乏對可能導(dǎo)致屈伸過程中脊髓受壓的特定解剖學(xué)病理的評估[32]。

此外，彌散譜成像（diffusion basis spectrum imaging，DBSI）、多次彌散加權(quán)成像以及影像組學(xué)等新技術(shù)也在不斷發(fā)展，隨著磁共振成像技術(shù)的進(jìn)步，脊髓型頸椎病的診斷手段也會越來越成熟，為CSM患者的早期診治提供了可能。