磁共振扩散张量成像对脊髓型颈椎病的初步研究

宋春瑶，王晓明

脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)多发生于40岁以上的患者，它是由于颈椎椎体退化及相邻软组织(如椎间盘突出、椎体后缘骨刺、后纵韧带骨化、黄韧带肥厚或钙化、椎管狭窄等)的退变而造成了对脊髓的直接压迫，加上剧烈的运动或长期的不良姿势等动态因素的影响，导致脊髓受压或脊髓缺血，继而出现脊髓的功能障碍，是颈椎病中较严重的一型。目前磁共振成像是脊髓型颈椎病最佳的检查手段，可以显示被压迫颈髓病变部位与邻近的组织关系，同时初步估计脊髓病变的性质和受累程度，但在脊髓型颈椎病早期诊断中敏感度较低，T2WI显示高信号的患者其病程多为晚期，多提示不可逆性损伤[1]，往往低估脊髓损伤的程度，其与脊髓临床功能状态无相关性[2-4]，不能为临床早期干预提供可靠信息。随着低头工作方式人群增多、电脑、空调的广泛使用，颈椎病患病率正不断上升、并且发病年龄不断提前，早期检出脊髓损伤意义重大。在DWI基础上改进和发展的全新显示和定量分析灰质病变及其周围白质纤维束的磁共振成像—磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI) 是一项可以在活体状态研究中枢神经白质纤维结构的新技术，能较DWI 更准确地反映组织内水分子的扩散情况，可以在三维空间内定量分析水分子扩散特性，显示脊髓的细微病理生理变化及白质纤维束的走行、连接及细微变化，在显示脊髓损伤方面具有重要潜在价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

对照组13例健康志愿者(年龄从10～46岁，其中男性5例；女性8例)，主诉无身体不适，颈椎MRI检查正常。病例组13例，均来自本院门诊及住院患者，病例入选条件符合1984年及1992年两次全国颈椎病专题研讨会制定的CSM 的诊断标准：①临床上出现颈髓损害的早期表现，如颈部不适，僵硬、疼痛，四肢麻木、无力，精细运动差及Hoffmann征阳性等；②常规MRI 示：椎体及附件骨质增生、椎间盘突出、椎间隙变窄、后纵韧带及黄韧带增厚和硬膜囊及脊髓受压等；脊髓受压部位无T2 高信号；脊髓受压为单节段；③除外肌萎缩性脊髓侧索硬化症、脊髓肿瘤、脊髓损伤、多发性末梢神经炎、继发性粘连性蛛网膜炎等脊髓病变；④无严重心、脑、肺、肾及消化系统等疾病。检查前均签署知情同意书。

1.2 设备和技术指标

采用GE HDxt 3.0T MR扫描仪，12通道头颈联合线圈，对照组和病例组获取常规MRI横断位T2WI、矢状位T1WI和T2WI和横断位的DTI扫描。DTI扫描参数：轴位DTI 扫描C2～C7水平，FOV=200mm，TE=75 ms，TR=7000ms，层厚为3 mm，层间距为0，采集矩阵为256×256，共32层，扩散敏感梯度取15个不同方向，扩散加权系数(b值)取600s/mm²。

1.3 图像处理及分析

采用 GE functool 3.0软件对DTI数据进行后处理，用校准程序对 DTI 原始数据校正，以减少图像变形，由两位有经验的MRI诊断专家共同对影像质量做出评价，筛选图像质量符合标准。对照组和病例组都对 C3～4、C4～5、C5～6、C6～7椎间盘层面进行分析和测值，其中病例组中脊髓受压或损伤的层面根据轴位b=0图和弥散图像确定感兴趣区(ROI取10mm²)置于脊髓受压部位，记录各间盘水平对应脊髓的ADC值和FA值。通过DTI而获得的ADC图和FA图是以ADC值、FA值大小为图像信号强度拟合而成的伪彩图，由大到小分别显示为红色、黄色、绿色、蓝色。红色代表 ADC、FA 值最大区域，蓝色代表ADC、FA值最小区域。在ADC彩图中，正常颈髓为较均匀蓝色，脑脊液为较高ADC值呈红色；在FA彩图中，正常颈髓呈深红色信号，脑脊液呈蓝色信号。对所有受检者行颈髓纤维束重建。

1.4 统计处理

2 结果

图1 男，37岁，1A、1B：矢状位、轴位T2WI颈髓未见异常；1C：ADC伪彩图显示颈髓为较均匀蓝色,脑脊液显示为红色；1D：FA彩图显示颈髓呈深红色信号，脑脊液呈蓝色信号；1E：颈髓纤维束成像显示正常Fig 1 A 37-year-old male.1A, 1B: T2WI showing intact cervical spinal cord; 1C: ADC color map showing blue cervical spinal cord and red CSF; 1D: FA color map showing deepened cervical spinal cord in color and blue CSF; 1E:Intact spinal cord fi ber bundles.

图2 女，55岁，四肢无力15天，疼痛逐渐加重。2A、2B：矢状位、轴位T2WI显示C5～6椎间盘突出；2C：受压部位脑脊液红色信号消失；2D：硬膜囊脑脊液蓝色信号消失，受压脊髓红色信号变浅Fig 2 A 55-year-old female complained of weakened superior and inferior limbs lasting 15 days with aggravated pain gradually.2A, 2B: Sagittal and axial T2WI demonstrating herniated intervertebral disc in C5/6 level with intact cervical spinal cord.2C: ADC color map indicating disappeared red CSF; 2D: FA color map.Redness of spinal cord becomes light with disappeared blue CSF.

图3 女，48岁，右肩、右手臂疼痛月余。3A、3B：C3～4椎间盘突出，C4～6间盘膨出；C6～7椎间盘突出，椎管狭窄，脊髓受压水肿；3C：受压部位脑脊液红色信号消失，受压部位脊髓颜色变深；3D：硬膜囊脑脊液蓝色信号消失，受压脊髓红色信号不均匀、变浅；3E：颈髓纤维束受压变形、移位Fig 3 A 48 year-old female complained of pain of the right superior limb for months.3A, 3B: Sagittal and axial T2WI showing herniated intervertebral disc in C3-4 and C6-7 level,bulged C4-6 intervertebral disc, spinal stenosis, and edematous spinal cord; 3C: ADC color map.Compressed cord becomes dark in color with disappeared red CSF; 3D: FA color map.Red signals of spinal cord become uneven and light with disappeared blue CSF; 3E: Spinal cord fiber bundles are compressed and deformed.

所有受检者得到较满意常规MRI、ADC图、FA图，13例CSM的常规MRI表现为颈椎曲度僵直、椎体及附件骨质增生、椎间盘突出、椎间隙变窄、硬膜囊及脊髓受压等,部分伴有椎管狭窄。对照组正常颈髓DTI伪彩图显示清晰(图1)；病例组中颈髓受压层面ADC图表现脑脊液红色信号消失，脊髓颜色变深(变绿/黄)；FA图显示硬膜囊脑脊液蓝色信号消失，受压脊髓红色信号不均匀变浅(变黄/绿)。

测量对照组和病例组C3～4、C4～5、C5～6、C6～7椎间盘对应脊髓的ADC值和FA值。按α=0.05水准，对照组中不同椎间盘对应脊髓节段的ADC值间无明显差异(F=0.846, P=0.476)；不同椎间盘水平的FA 值之间有差异(F=4.752, P=0.006＜0.05)，C4～5水平对应颈髓的FA 值最高(见表1)。

表1 对照组四组椎间盘水平对应脊髓的FA和ADC均值(ADC单位：10-3 mm2/s)Tab.1 Average FA and ADC of cervical spinal cord in 13 healthy volunteers (ADC Unit: 10-3 mm2/s)

表2 病例组中受压或损失层面颈髓的ADC和FA均值与对照组颈髓的ADC、FA均值比较Tab.2 Comparisons of ADC and FA mean values of the compressed or compromised cord and non-compressed cord in the control group

在病例组中共有22个椎间盘层面的脊髓受压或损伤，病例组受压或损伤脊髓节段测得的ADC和FA均值与对照组均值进行t 检验，皆有统计学差异(见表2)。其中有9例在常规MRI脊髓尚未发现异常信号改变，仍发现这9例椎间盘受压层面测得的ADC值比对照组ADC值大(t=6.98, P＜0.001)；而FA值比对照组FA值小(t=-8.44, P＜0.001)。所有研究表明脊髓受压或受损部分的ADC值升高、FA值降低。

病例组中9例患者在常规MRI中脊髓未发现异常信号(图2)，4例患者T2WI脊髓内见高信号(图3)；在DTI伪彩图中，12例发现异常信号，1例无信号改变。约92.3 % (12/ 13)患者脊髓受压部位伪彩图信号改变；约30.8 % (4/13)患者T2WI脊髓内可见高信号，统计学分析发现DTI比常规MRI对脊髓损伤检测更加敏感(用Fisher确切概率法，P≈0.0018)。

对照组颈髓纤维束成像显示清晰、正常，病例组中发现有12例可观察到受压层面神经纤维束改变，表现局部受压、移位或局部颜色变浅。

3 讨论

人体脊髓组织的水分子的扩散运动受到细胞膜、髓鞘、白质纤维束等自然屏障的影响而表现为扩散的各向异性，垂直于纤维走行的方向的扩散运动比平行于纤维走行的方向的扩散运动慢，有研究发现中枢神经系统扩散的各向异性与神经纤维的直径、密度、神经胶质细胞的密度和磷脂化程度有关。脊髓型颈椎病发病是一个连续的过程，引起脊髓进行性的损伤具体机理还不完全清楚，一般认为是脊髓受到持续或间歇挤压引起慢性血流灌注不足，继之产生组织缺氧、缺血造成脊髓灰质和或白质神经细胞膜通透性增加、脱髓鞘、神经细胞坏死等损伤[5]，使细胞外间隙水肿或纤维束数目减少；由于慢性压迫时椎管内压力增大，导致蛛网膜下腔脑脊液异常流动，脑脊液进入脊髓造成小裂隙。Nevo等[6]对大鼠脊髓压迫的实验研究发现FA值降低有各种不同因素：髓鞘和神经纤维撕裂，细胞外水肿，Wallerian变性，脱髓鞘改变，组织液化和囊性变等，这些都会使颈髓受压或损伤部位各向异性及扩散速率发生改变，使ADC值升高、FA值减低。

本研究发现病例组ADC值比对照组ADC值大；FA值比对照组FA值小，即便受压脊髓在T2WI中还未发现信号改变前提下，DTI测得的ADC值和FA值仍和对照组正常脊髓测得值有差别，DTI可以比常规MRI更早提示脊髓损伤。DTI对脊髓损伤动物模型及临床研究[7-8]发现对照组与病例组的FA值有显著差异，脊髓损伤FA值减低，可能与Wallerian变性有关。Laura等[9]研究发现脊髓损伤FA值减低，在脊髓损伤方面DTI比常规MRI更敏感。DTI对脊髓损伤动物模型和临床研究中发现[10-11]脊髓白质ADC值改变与运动功能恢复过程和解剖证实轴突再生过程相关。在脊髓病变早期DTI就会出现变化，而常规T2WI 只能检测出水含量增多到一定程度显示的高信号，该征象往往表明颈椎病严重脊髓受压或脊髓受压后期阶段。

本研究发现病例组中约92.3% (12/13)患者脊髓受压部位伪彩图信号改变；而常规MRI仅约30.8%(4/13)患者T2WI脊髓内见高信号，DTI比常规MRI对脊髓损伤检测更加敏感(P＜0.001)。研究[12]发现约29% (9/31)患者常规T2WI颈髓病变处出现高信号，DTI显示颈髓病变区更为广泛；而约67.7% (21/31)患者DTI脊髓发现信号改变。Demir等[13]报告ADC图在检出脊髓损伤方面比较敏感(17/21例，敏感性约为80%)，高于T2W(13/21例，敏感性仅为61%)。同时纤维束成像主要表现为损伤部位脊髓白质纤维束的移位、变形及断裂等改变[14]。这些研究提示DTI 对颈髓慢性损伤的的敏感性较常规T2WI高，DTI可以在常规T2WI 显示颈髓信号改变之前定量评价受压颈髓微结构改变的程度，同时神经纤维束成像又可形象显示颈髓纤维束的改变，DTI可以为脊髓病变早期诊断、病变程度及预后评估提供依据。

颈髓DTI技术也存在一定的局限性：由于脊髓体积小、所处解剖位置复杂及DTI成像序列对磁场不均匀性的敏感度高，使图像易出现变形或信号缺失；同时也缺乏验证脊髓DTI结果的金标准。然而随着成像技术不够成熟，后处理技术进一步完善，DTI将成为常规MRI的重要补充，为脊髓疾病早期诊断和预后评估提供影像学依据。

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