DTI在脊髓型頸椎病中的研究進(jìn)展

和一帆(綜述)，閆 東(審校)

(1．昆明醫(yī)學(xué)院，昆明650031;2．昆明醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院放射科，昆明650101)

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)是一種嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量的常見病。目前，磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)是診斷CSM的最佳檢查手段，T2加權(quán)成像(T2 weighted imaging，T2WI)能清楚地顯示受壓頸髓形態(tài)及信號(hào)改變，但T2WI對(duì)頸髓早期損傷變性和微結(jié)構(gòu)改變敏感性低。磁共振擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)通過水分子在脊髓中彌散運(yùn)動(dòng)，可提供疾病早期組織空間組成和病理生理狀態(tài)下各組織成分之間水交換的功能改變，并能顯示神經(jīng)纖維束的走行方向，反映脊髓束功能的完整性，對(duì)CSM脊髓損傷早期的判斷和預(yù)后評(píng)估均有較大作用。

1 CSM概述

CSM是由于頸椎椎體退化(如椎體后緣骨刺)及相鄰軟組織退變(如椎間盤突出、后縱韌帶骨化、黃韌帶肥厚或鈣化等)造成椎管狹窄，導(dǎo)致脊髓受壓或脊髓缺血，繼而出現(xiàn)脊髓功能障礙和相應(yīng)臨床不適的一種病變，如四肢麻木無力、活動(dòng)不靈、走路時(shí)踩棉花樣的感覺等。

MRI是CSM的最佳影像檢查手段，能清楚地顯示軟組織的解剖結(jié)構(gòu)、脊髓受壓狀況、程度及脊髓信號(hào)改變;T2WI脊髓高信號(hào)是MRI診斷脊髓變性的重要標(biāo)志。CSM脊髓內(nèi)T2WI高信號(hào)的病理基礎(chǔ)主要有脊髓的非特異性水腫、炎性反應(yīng)、缺血、脊髓軟化、灰質(zhì)壞死及膠質(zhì)增生等，但此征象往往提示脊髓長期受壓損傷已達(dá)到了相當(dāng)嚴(yán)重的程度，對(duì)于指導(dǎo)手術(shù)時(shí)機(jī)的選擇而言明顯滯后［1，2］，早期CSM患者T2WI脊髓并不增高。因此，傳統(tǒng)MRI手段對(duì)早期CSM脊髓損傷判斷存在局限性。

2 DTI簡(jiǎn)介

2．1 原理 DTI是在擴(kuò)散加權(quán)成像的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它至少在6個(gè)方向上對(duì)體內(nèi)水分子的位移情況進(jìn)行測(cè)量，較擴(kuò)散加權(quán)成像能更準(zhǔn)確地反映體內(nèi)水分子的擴(kuò)散情況，顯示出神經(jīng)纖維束的走行方向。因此，可通過DTI探測(cè)水分子在脊髓束的擴(kuò)散過程，反映脊髓束功能的完整性。擴(kuò)散是物質(zhì)分子的自由運(yùn)動(dòng)，也稱布朗運(yùn)動(dòng)，張量是指固體內(nèi)三維排列的向量張力。DTI的幾個(gè)主要參數(shù)包括表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值和擴(kuò)散張量的3個(gè)本征值:λ1、λ2和 λ3。ADC值反映水分子在各個(gè)方向上的平均擴(kuò)散能力，ADC值越大，說明水分子的擴(kuò)散能力越強(qiáng);ADC值越小，說明水分子的擴(kuò)散能力越弱［3］。FA值是指水分子各向異性成分占整個(gè)擴(kuò)散張量的比例，F(xiàn)A取值范圍0～1，當(dāng)FA值趨近于1時(shí)，各向異性最大;當(dāng)FA值接近于0時(shí)，表示各向同性［4］。借助橢球體的3個(gè)直徑來描繪擴(kuò)散張量的3個(gè)本征值λ1、λ2和λ3。λ1代表橢球體最長徑的擴(kuò)散能力，λ2、λ3代表橢球體前后徑和左右徑2個(gè)短軸的擴(kuò)散能力。當(dāng)λ1=λ2=λ3時(shí)擴(kuò)散為各向同性，各個(gè)方向上的擴(kuò)散速度相同，擴(kuò)散橢球體為球體;當(dāng)λ1≠λ2≠λ3時(shí)，擴(kuò)散為各向異性，即水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受限，沿不同方向擴(kuò)散速度不同;當(dāng) λ1＞(λ2+λ3)時(shí)，說明各向異性較強(qiáng)，橢球體較細(xì)長，代表該體素在橢球體最長徑λ1方向上的擴(kuò)散系數(shù)或擴(kuò)散能力遠(yuǎn)比其他方向大，有學(xué)者已證明神經(jīng)纖維中的水分子擴(kuò)散即為此種擴(kuò)散方式，最大擴(kuò)散所在的軸向與神經(jīng)纖維的長軸方向一致。

2．2 DTI掃描序列 自1999年Clark等［5］首先將擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)成功應(yīng)用于脊髓以來，國內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用多種序列進(jìn)行脊髓DTI成像，有線性掃描成像、單次激發(fā)平面回波成像(echo planar imaging，EPI)、多次激發(fā)EPI、單次激發(fā)快速自旋回波以及單次激發(fā)并行采集EPI等。目前在臨床研究中應(yīng)用較多的技術(shù)為EPI。單次激發(fā)EPI成像速度快，對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影不敏感，缺點(diǎn)是圖像分辨率和信噪比較低。多次激發(fā)EPI成像采用了導(dǎo)航校正技術(shù)，大大降低了運(yùn)動(dòng)偽影，提高了信噪比，同時(shí)也降低了對(duì)去共振效應(yīng)的敏感性，明顯提高了圖像質(zhì)量，但成像時(shí)間相對(duì)較長［6］。應(yīng)用導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行交叉EPI可使掃描時(shí)間大大縮短。單次激發(fā)快速自旋回波方法可以縮短TE時(shí)間，提高圖像的信噪比，降低運(yùn)動(dòng)和磁敏感性偽影，在脊髓DTI成像研究中應(yīng)用廣泛。采用并行采集EPI技術(shù)對(duì)頸髓纖維束進(jìn)行追蹤研究，可以顯示頸髓的纖維束及其頭尾方向上的各向異性［7］。來源于DTI的纖維束示蹤成像可直觀三維顯示白質(zhì)纖維束的改變，是目前顯示活體纖維束最有效的手段。

3 DTI在健康人及CSM的表現(xiàn)及應(yīng)用價(jià)值

3．1 正常脊髓及不同類型CSM患者DTI表現(xiàn)

3．1．1 正常人的頸髓DTI表現(xiàn) 根據(jù)一些學(xué)者進(jìn)行的研究，正常人的脊髓DTI參數(shù)值范圍為:ADC(650～1390)× 10－6mm2/s、FA(495～ 843)× 10－3、λ1(1380～1661)× 10－6mm2/s、λ2(330 ～ 639)×10－6mm2/s、λ3(310～ 595)× 10－6mm2/s［8，9］。正常人ADC圖像顯示頸髓及神經(jīng)根呈藍(lán)綠色信號(hào)，頸髓周圍腦脊液呈黃色信號(hào)。FA圖清晰顯示頸髓呈深紅色信號(hào)，相應(yīng)神經(jīng)根呈紅黃色信號(hào)，腦脊液呈藍(lán)色信號(hào)。λ2、λ3圖像顯示脊髓呈淡黃色信號(hào)，神經(jīng)根呈紅黃色，腦脊液呈深紅色。λ1圖像顯示脊髓中央呈淡黃色，較λ2、λ3圖顏色淺，其周圍呈深紅色，神經(jīng)根呈紅黃色，顏色較λ2、λ3圖深。

3．1．2 CSM中T2WI等信號(hào)患者的DTI表現(xiàn) 根據(jù)一些學(xué)者進(jìn)行的研究，CSM中T2WI等信號(hào)患者脊髓DTI參數(shù)值范圍為:ADC(674～1820)×10－6mm2/s、FA(366～820)×10－3、λ1(1390～1710)×10－6mm2/s、λ2(411 ～ 630)× 10－6mm2/s、λ3(400 ～ 660)×10－6mm2/s［8-11］。CSM 患者 DTI參數(shù)圖顯示頸髓受壓變形，硬膜囊變窄或消失，ADC圖像顯示受壓部位硬膜囊腦脊液黃色信號(hào)消失，受壓脊髓顏色變深，呈藍(lán)色信號(hào)，隨脊髓受壓程度加重，其顏色隨之變深;FA圖像顯示受壓部位硬膜囊腦脊液藍(lán)色信號(hào)消失，受壓脊髓紅色信號(hào)變淺，隨脊髓受壓程度加重，其顏色隨之變淺;λ1圖像顯示受壓脊髓中央淡黃色消失，呈均深紅色，λ2和λ3圖像顯示脊髓中央呈紅黃色信號(hào)，脊髓周圍腦脊液信號(hào)變淺。

陳蕾等［10］采用 DTI對(duì) CSM 研究顯示，T2WI呈等信號(hào)患者中36%的患者頸髓相應(yīng)節(jié)段平均ADC值、平均FA值與正常組比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;但64%的患者頸髓相應(yīng)節(jié)段平均ADC值較正常組明顯增高，平均FA值較正常組明顯下降。脊髓T2WI等信號(hào)組的DTI改變與臨床癥狀、體征嚴(yán)重程度相關(guān)［12］。孟祥水等［11］將CSM分為陰性體征組和陽性體征組，發(fā)現(xiàn)陰性體征組頸髓ADC、FA、λ1值總體均數(shù)與正常組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但λ2、λ3值總體均數(shù)大于對(duì)照組，提示該組受壓頸髓神經(jīng)細(xì)胞膜和髓鞘結(jié)構(gòu)保持完整，微結(jié)構(gòu)沒有破壞，水分子彌散仍保持正常;該組的λ2、λ3值增大，可能是脊髓受壓造成頸髓水分子彌散方向的輕度改變，或者是存在測(cè)量誤差，其原因還需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。陽性體征組受壓頸髓的ADC、λ1、λ2、λ3 值均大于陰性體征組，F(xiàn)A 值小于陰性體征組，該結(jié)果提示該組受壓脊髓神經(jīng)細(xì)胞通透性增大，甚至細(xì)胞溶解，細(xì)胞內(nèi)水分子外流使細(xì)胞間隙增大，造成血管源性水腫，受壓脊髓水分子彌散能力增強(qiáng)，各向異性降低［4，13］，導(dǎo)致 ADC、λ2、λ3 值升高，F(xiàn)A值降低;而陽性體征組λ1值與正常組比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，其原因可能是受壓脊髓沿縱軸方向的彌散強(qiáng)度未發(fā)生改變。研究還顯示受壓頸髓的λ1值明顯大于λ2、λ3值，提示沿頸髓左右徑和前后徑的彌散能力雖有增加，但平行于頸髓長軸方向彌散強(qiáng)度仍大于頸髓前后方向和左右方向的彌散強(qiáng)度，受壓頸髓仍保持平行于脊髓長軸方向的圓柱狀彌散方式。

3．1．3 CSM中T2WI高信號(hào)患者的DTI表現(xiàn) 自從有CSM患者脊髓MRI T2WI高信號(hào)的報(bào)道后，很多學(xué)者對(duì)其發(fā)生率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，其范圍較大，為14．8%～76．0%。根據(jù)一些學(xué)者進(jìn)行的研究，CSM中T2WI高信號(hào)患者脊髓DTI參數(shù)值范圍為:ADC(875～ 1643)× 10－6mm2/s、FA(448 ～ 615)× 10－3、λ1(1560～1800)× 10－6mm2/s、λ2(480 ～ 780)×10－6mm2/s、λ3(580～ 900)× 10－6mm2/s［10-12］。CSM中T2WI高信號(hào)患者的參數(shù)圖顯示與T2WI等信號(hào)組相似，改變程度更顯著。

T2WI高信號(hào)組脊髓平均ADC值較正常組平均ADC值明顯升高，相應(yīng)節(jié)段平均FA值較正常平均FA值明顯下降。ADC值增高及FA值降低的幅度較T2WI等信號(hào)者更明顯。在頸髓慢性損傷的DTI中，F(xiàn)A值降低及ADC值增高主要是由于細(xì)胞外水腫或神經(jīng)纖維減少導(dǎo)致細(xì)胞外間隙增大，水分子沿神經(jīng)纖維束方向異向性彌散降低，而同向性彌散增加［14-16］。脊髓壓迫持續(xù)存在，將使脊髓的非特異性水腫、炎性反應(yīng)、缺血等進(jìn)一步加劇，導(dǎo)致脊髓軟化、灰質(zhì)壞死及膠質(zhì)增生，CSM脊髓信號(hào)由T2WI等信號(hào)逐漸演變?yōu)門2WI高信號(hào)，表明脊髓受壓變性損傷已經(jīng)達(dá)到了比較嚴(yán)重程度，脊髓內(nèi)白質(zhì)纖維束及水分子擴(kuò)散的改變程度較病情輕時(shí)明顯，在DTI上表現(xiàn)為ADC值、FA值、本征值及其各自值圖改變更明顯，纖維示蹤成像顯示纖維變形移位等明顯改變。

3．1．4 DTI診斷CSM脊髓損傷的敏感性 近年來，一些國內(nèi)外學(xué)者對(duì)DTI及T2WI診斷CSM的敏感性進(jìn)行了對(duì)比研究［17］。陳蕾等［10］的研究得出常規(guī)MRI顯示T2WI脊髓病變檢出的靈敏度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值分別為23．44%、56．80%、21．84%和 60．70%，DTI分別為 76．56%、41．50%、78．20%和39．30%。DTI的靈敏度及陽性預(yù)測(cè)值都較常規(guī) T2WI高，而特異度及陰性預(yù)測(cè)值較常規(guī)T2WI低。劉記存等［17］的研究中 ADC值、FA值和T2WI診斷脊髓慢性壓迫損傷的靈敏度分別是87．5%、62．5%、40．6%。該研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于判斷脊髓慢性壓迫損傷，ADC值靈敏度最高，F(xiàn)A值靈敏度稍低，T2WI靈敏度最低。Aota等［12］研究中 T2WI及ADC圖診斷CSM的靈敏度和特異度分別為42%和100%、65%和56%。這種差異與DTI對(duì)水分子的運(yùn)動(dòng)敏感有關(guān)，較T2WI能夠更早地顯示病灶內(nèi)部的水分子改變。

3．2 DTI對(duì)CSM患者治療及預(yù)后的價(jià)值 CSM的治療包括非手術(shù)治療和手術(shù)治療。非手術(shù)治療的方法包括頸部制動(dòng)、頸部牽引、良好的工作和睡眠姿勢(shì)等。手術(shù)治療需綜合考慮患者的臨床和影像學(xué)因素。緣于1個(gè)節(jié)段病變、T2WI只有一個(gè)節(jié)段信號(hào)增高的CSM患者，可行頸椎前路單間隙椎間盤切除融合術(shù)治療;對(duì)2～3個(gè)節(jié)段病變、T2WI 2～3個(gè)節(jié)段信號(hào)增高的患者，可行椎體次全切或椎體次全切+頸椎前路單間隙椎間盤切除融合術(shù);對(duì)≥3個(gè)節(jié)段病變、T2WI≥3個(gè)節(jié)段信號(hào)增高的患者，應(yīng)根據(jù)患者的矢狀對(duì)線行頸前路減壓為主的環(huán)形融合或Ⅰ、Ⅱ期前后路手術(shù)治療。CSM一旦確診一般均施行手術(shù)治療。CSM患者行減壓手術(shù)后臨床預(yù)后良好與否取決于實(shí)施手術(shù)時(shí)疾病所處的進(jìn)展期［8］。對(duì)于T1WI低信號(hào)、T2WI高信號(hào)患者其預(yù)后不佳的觀點(diǎn)目前已不存在爭(zhēng)議。對(duì)于T1WI無異常、單純頸髓T2WI高信號(hào)患者與手術(shù)預(yù)后關(guān)系尚存在爭(zhēng)議，一些觀點(diǎn)認(rèn)為T2WI高信號(hào)預(yù)示著手術(shù)效果欠佳［1，2］。另一些觀點(diǎn)認(rèn)為兩者之間并無緊密聯(lián)系［18，19］。Yukawa 等［2］將單純T2高信號(hào)分出等級(jí)，再分別與預(yù)后作相關(guān)分析，結(jié)論是T2WI高信號(hào)與術(shù)后改善相關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)T2WI高信號(hào)時(shí)提示預(yù)后較差，T2WI信號(hào)越高、手術(shù)療效越差。因此，影像學(xué)早期發(fā)現(xiàn)CSM脊髓損傷對(duì)手術(shù)治療有明確的指導(dǎo)意義。CSM的影像學(xué)診斷越早對(duì)手術(shù)治療指導(dǎo)意義越明顯，而患者術(shù)后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的預(yù)后也越佳。DTI能較T2WI早期發(fā)現(xiàn)脊髓損傷，能使患者在疾病更早期接受相適應(yīng)的手術(shù)治療，達(dá)到較良好的臨床預(yù)后。有研究者對(duì)大鼠脊髓橫斷損傷后BDNF成纖維細(xì)胞植入模型行DTI檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，脊髓白質(zhì)ADC值的改變與運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)程度和解剖證實(shí)的軸突再生程度相關(guān)，證實(shí)DTI觀察脊髓病變及其修復(fù)過程是可行的［20］。

4 展望

人類脊髓橫徑僅12 mm左右，要求DTI有較高的空間分辨率，脊髓所在的蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液流動(dòng)、呼吸、吞咽動(dòng)作等會(huì)產(chǎn)生偽影，要求掃描序列對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影不敏感。此外，鄰近脊柱骨質(zhì)和脊髓的磁敏感性差別大，還需DTI掃描序列對(duì)磁敏感偽影不敏感。但目前成像技術(shù)還不能滿足以上要求，纖維束示蹤成像圖像質(zhì)量還有待提高。DTI研究數(shù)據(jù)相對(duì)較少，其ADC值、FA值、本征值、閾值設(shè)定及與臨床相關(guān)性等研究尚需進(jìn)一步的臨床資料積累。盡管目前DTI應(yīng)用研究較少，但已展現(xiàn)了DTI在CSM的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。

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