彌散張量成像技術(shù)定位腰椎管狹窄責(zé)任節(jié)段的臨床應(yīng)用價(jià)值

陳適，徐鵬，葛鵬，王海寶，申才良，劉暢

(安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科脊柱外科病區(qū)，安徽合肥 230022)

腰椎管狹窄癥是由解剖學(xué)上縮小的腰椎椎管引起的癥狀，可引起老年人較多的功能障礙[1]，典型的神經(jīng)源性間歇性跛行具有嚴(yán)重的行走后下肢痛，可伴有靜息態(tài)下肢運(yùn)動(dòng)、感覺功能障礙，反復(fù)發(fā)作且保守治療效果不佳，目前被公認(rèn)為是椎管減壓手術(shù)治療的絕對指征[2]。腰椎管狹窄癥也是進(jìn)行脊柱手術(shù)最常見的病因[3-4]。經(jīng)典的手術(shù)方案是針對引起神經(jīng)根刺激和炎癥的節(jié)段進(jìn)行減壓性椎板切除術(shù)。解剖學(xué)基礎(chǔ)對于腰椎管狹窄癥的診斷同樣必要，但是單純的解剖學(xué)狹窄與患者的癥狀嚴(yán)重程度往往并不完全相符[5]；此外，在無癥狀人群中也能發(fā)現(xiàn)影像學(xué)上存在明顯狹窄的病例[5-8]。常規(guī)MRI的T1或T2加權(quán)成像既不能選擇性地對外周神經(jīng)進(jìn)行可視化，也不能定量評(píng)估神經(jīng)損傷的嚴(yán)重程度[9]，因此，用以判定引起癥狀和體征的有一定難度。磁共振彌散張量技術(shù)(DTI)可以選擇性記錄不同神經(jīng)根的彌散各向異性，是目前能夠直觀地描述神經(jīng)組織微觀結(jié)構(gòu)和纖維束通路走行的唯一方法[9-12]。本研究針對腰椎管狹窄癥患者通過應(yīng)用DTI技術(shù)，探索術(shù)前責(zé)任節(jié)段定位的新思路。

1 資料與方法

1.1 一般資料

由安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院脊柱外科于2019年2月～2019年10月收集40例腰椎管狹窄癥患者納入研究，男23例，女17例，年齡(59.25±8.3)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①患者年齡 40-70 歲；②具有腰痛及持續(xù)性或間歇性下肢疼痛癥狀，但缺乏典型的定位體征，癥狀出現(xiàn)時(shí)間1個(gè)月-1年；③影像學(xué)(CT 掃描或常規(guī)MRI)證據(jù)顯示存在多節(jié)段腰椎管狹窄，范圍自L3-S1，綜合癥狀分析，存在明確的后路椎管減壓手術(shù)治療指征。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有腰椎和下肢外傷史及相應(yīng)手術(shù)治療史；②有脊柱或下肢軟組織感染病史，風(fēng)濕免疫系統(tǒng)疾病病史，以及嚴(yán)重的酗酒史(酒精濃度>40°，平均日飲酒量>20 mL)、糖尿病史、長期糖皮質(zhì)激素治療史和較嚴(yán)重的高血壓病史(入院收縮壓≥160 mmHg 或舒張壓≥100 mmHg)；③各種原因引起的脊髓壓迫癥狀、多發(fā)性神經(jīng)炎，妊娠或預(yù)備妊娠以及幽閉恐懼癥、金屬和電子植入物等不適合進(jìn)行磁共振檢查的情況。將40例隨機(jī)納入(根據(jù)接診順序交替納入)分為兩組：20例納入試驗(yàn)組(男∶女=11∶9)，20例納入對照組(男∶女=12∶8)，兩組一般資料經(jīng)x2檢驗(yàn)(fisher確切概率法)和秩和檢驗(yàn)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。

本研究通過安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有對象完成知情同意程序，簽署文書并公證。

1.2 研究方法

所有研究對象均采用3.0 T 磁共振成像儀(美國，GE HDxt)進(jìn)行腰椎序列常規(guī)MRI掃描和DTI序列掃描。使用彌散擴(kuò)權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)作為常規(guī)MRI掃描方案，采用快速自旋回波(Fast Spin Echo, FSE)序列。矢狀位T1加權(quán)成像(T1WI)掃描參數(shù)設(shè)置為：TR=458 ms，TE=8 ms，矩陣 176×290，層厚=4 mm，層間隔=0.4 mm；T2加權(quán)成像(T2WI)掃描參數(shù)設(shè)置為：TR=3604 ms，TE=110 ms，矩陣 176×290，層厚=4 mm，層間隔=0.4 mm。DTI掃描使用8通道相控陣線圈，應(yīng)用平面回波(echo planar imaging, EPI)序列。掃描參數(shù)設(shè)置為：b=0和 600 s/mm2，擴(kuò)散敏感梯度方向設(shè)為15，TR=6000 ms，TE=76 ms，矩陣64×78，層厚=3 mm，層間隔=0 mm，40層，掃描時(shí)間5 min 32 s。影像數(shù)據(jù)處理使用圖像處理軟件GE DICOM Viewer及Functool形成各向異性圖(FA圖)，軸位片上在神經(jīng)根影像外圍進(jìn)行徒手描繪，標(biāo)記神經(jīng)纖維最小范圍。腰椎神經(jīng)根興趣區(qū)(region of interest, ROI)常規(guī)選定在椎管內(nèi)、椎間孔內(nèi)、椎間孔外三個(gè)平面，三個(gè)平面上的神經(jīng)根FA值的最小值作為該神經(jīng)根的FA值，軟件計(jì)算樣本L3-S1節(jié)段的馬尾神經(jīng)和神經(jīng)根FA值及相應(yīng)每個(gè)平面的ADC值。每個(gè)神經(jīng)根ROI的尺寸從15-55 mm2不等，每個(gè)馬尾神經(jīng)興趣區(qū)的尺寸從50-150 mm2不等，選定ROI必需盡可能精確，以降低部分容積效應(yīng)，提高FA值測算精確性。

由有經(jīng)驗(yàn)的脊柱?？漆t(yī)師使用腰椎日本骨科協(xié)會(huì)評(píng)分(Japanese orthopedic association, JOA)、下腰痛視覺模擬評(píng)分(VAS-BP)和下肢痛視覺模擬評(píng)分(VAS-LP)針對所有患者進(jìn)行術(shù)前、術(shù)后1個(gè)月、術(shù)后3個(gè)月的臨床評(píng)分采集。采集臨床評(píng)分的醫(yī)務(wù)人員不再參與該樣本的其他診療活動(dòng)，以減少觀察者偏倚。

試驗(yàn)組和對照組所有患者由有經(jīng)驗(yàn)的脊柱?？漆t(yī)師根據(jù)臨床經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)MRI讀片認(rèn)定責(zé)任節(jié)段，并由影像?？漆t(yī)師根據(jù)DTI參數(shù)和各向異性彩圖再次認(rèn)定責(zé)任節(jié)段。由另一位脊柱?？漆t(yī)師評(píng)估所有病例責(zé)任節(jié)段的認(rèn)定結(jié)果，不做結(jié)果修改，但如有必要，可將試驗(yàn)組中DTI認(rèn)定方法存在特別異常的患者轉(zhuǎn)入對照組。試驗(yàn)組以DTI方式結(jié)果為準(zhǔn)，對照組以常規(guī)MRI方式結(jié)果為準(zhǔn)，由固定成員的手術(shù)治療組根據(jù)責(zé)任節(jié)段的認(rèn)定情況，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的后路腰椎椎板切除減壓和椎間融合內(nèi)固定術(shù)治療。

1.3 參數(shù)分析

參考既往研究和臨床診療常規(guī)，責(zé)任節(jié)段診斷標(biāo)準(zhǔn)如下：常規(guī)MRI上，硬膜囊橫截面積(dural sac cross section area, DSCSA)≥100 mm2為正常，76-100 mm2為輕度狹窄，76 mm2為重度狹窄。DTI上，神經(jīng)根軸位設(shè)定ROI的FA值較正常神經(jīng)根FA值數(shù)值差異≥0.1。故定義，較正常神經(jīng)根FA值低，且FA值差異值大于0.1的神經(jīng)根為受壓迫神經(jīng)根，其所在節(jié)段為責(zé)任節(jié)段。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 受累神經(jīng)根和健康神經(jīng)根FA值和ADC值比較

通過對比納入樣本可能的責(zé)任節(jié)段受累神經(jīng)根和同節(jié)段對側(cè)神經(jīng)根，可見興趣區(qū)(ROI)讀取FA值和ADC值在可出現(xiàn)顯著的差異性，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表1。

表1 患側(cè)和健側(cè)神經(jīng)根DTI參數(shù)比較

2.2 兩種方法認(rèn)定責(zé)任節(jié)段數(shù)量比較

兩種不同的責(zé)任節(jié)段認(rèn)定方法針對相應(yīng)分組進(jìn)行處理，試驗(yàn)組認(rèn)定的責(zé)任節(jié)段數(shù)量較對照組更少，差異性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表2 試驗(yàn)組和對照組使用不同方法認(rèn)定責(zé)任節(jié)段數(shù)量比較

2.3 試驗(yàn)組和對照組術(shù)前、術(shù)后臨床評(píng)分比較

表3 試驗(yàn)組和對照組各臨床評(píng)分及手術(shù)后改善率比較

試驗(yàn)組和對照組使用不同的責(zé)任節(jié)段認(rèn)定結(jié)果指導(dǎo)進(jìn)行椎管減壓手術(shù)治療后隨訪結(jié)果可見：術(shù)后1個(gè)月和術(shù)后3個(gè)月隨訪，兩組JOA評(píng)分、1個(gè)月后JOA改善率、VAS評(píng)分均有所改善；組間比較，JOA評(píng)分、1個(gè)月后JOA改善率、VAS-BP評(píng)分、VAS-LP評(píng)分的組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表3。

2.4 DTI纖維束示蹤FA圖分析

試驗(yàn)組典型病例見圖1～3，患者為老年女性，存在典型的下腰痛和間歇性跛行癥狀，靜息狀態(tài)下無明確神經(jīng)定位體征，臨床診斷為腰椎管狹窄癥，常規(guī)MRI可見L4-5、L5-S1節(jié)段椎間盤退變膨出、椎管狹窄，DTI纖維束示蹤技術(shù)形成FA彩圖可見明確的左側(cè)S1神經(jīng)根纖細(xì)，DTI參數(shù)顯示：L2-3：左FA 0.32、右FA 0.31；L3-4：左FA 0.34、右FA 0.33；L4-5：左FA 0.35、右FA 0.34；L5-S1：左FA 0.20、右FA 0.31，可見L5-S1左側(cè)神經(jīng)根軸位截面FA值較其他神經(jīng)根明顯減低，且差值大于0.1，故考慮L5-S1為主要責(zé)任節(jié)段，針對其完成手術(shù)后癥狀改善良好，常規(guī)MRI中疑似責(zé)任節(jié)段的L4-5節(jié)段活動(dòng)能力得以保留。

圖1～3 患者，女性，64歲，下腰痛伴間歇性跛行。1a：常規(guī)MRI矢狀位讀片顯示L4-5、L5-S1節(jié)段椎管狹窄；1b：L4-5節(jié)段軸位片；1c：L5-S1節(jié)段軸位片；2：各向異性彩圖，可見左側(cè)S1神經(jīng)根纖維示蹤顯示神經(jīng)根纖細(xì)，各向異性(FA)減低；3.術(shù)后X線，L5-S1節(jié)段減壓、椎間融合。

3 討論

相較于傳統(tǒng)磁共振，DTI通過無創(chuàng)的縱向檢測，可在動(dòng)物或人類模型中更為敏感地精確定位脊柱病變區(qū)域。DTI所得的彌散數(shù)據(jù)，如FA等，反映了分子彌散的方向[10-13]。FA的數(shù)值范圍為0-1，數(shù)值越高表示越多的非統(tǒng)一的彌散性，而數(shù)值越低則表示越統(tǒng)一的彌散性。DTI可以被用于評(píng)估外周神經(jīng)，不僅可以用于人類，甚至對小鼠的坐骨神經(jīng)也能夠進(jìn)行觀察[14-16]。此外，相比其他的彌散指數(shù)，F(xiàn)A分析由于其簡易性、精確性和揭示各種不同脊髓病變的能力，在臨床應(yīng)用中具有更大的意義[17]。

既往研究表明，包括FA、ADC在內(nèi)的神經(jīng)組織DTI參數(shù)，與神經(jīng)學(xué)功能障礙的嚴(yán)重程度(通過臨床評(píng)分，如JOA評(píng)分進(jìn)行評(píng)估)存在顯著的相關(guān)性，這一點(diǎn)在大腦和頸部脊髓這樣的中樞神經(jīng)系統(tǒng)已得到廣泛證實(shí)[9，12，18，19]。Gao等[18]報(bào)道了脊髓型頸椎病患者的頸部脊髓損傷節(jié)段FA與JOA評(píng)分存在顯著相關(guān)性。MacDonald等[19]使用大鼠顱腦損傷模型展示了外傷后6 h～4 d時(shí)間中相對各向異性和軸向彌散系數(shù)的降低，表現(xiàn)與軸突損傷一致；外傷后1～4周，ADC持續(xù)降低，而徑向彌散系數(shù)提高，與脫髓鞘、水腫和不可逆軸突損傷一致。Beaulieu等[11，13]報(bào)道了外周神經(jīng)損傷后Wallerian退變引起水分子彌散各向異性的減低。

在腰椎馬尾神經(jīng)和神經(jīng)根方面，使用DTI進(jìn)行神經(jīng)根的參數(shù)量化，能夠沿神經(jīng)根的延伸以明確所有的退變和炎癥改變[20]。發(fā)生脫髓鞘改變的損傷神經(jīng)區(qū)域，F(xiàn)A可出現(xiàn)降低。Olmarker等[21]報(bào)道，在豬的馬尾神經(jīng)根中可觀察到由于壓迫引起的水腫和脫髓鞘改變。針對嚴(yán)重椎管狹窄癥患者，既往研究對硬膜外壓迫引起的馬尾神經(jīng)松弛癥已經(jīng)進(jìn)行了組織學(xué)和形態(tài)學(xué)的研究[22]。松弛的馬尾神經(jīng)根病理學(xué)改變包括脫髓鞘改變和軸突的減少，在神經(jīng)根腹側(cè)支，退行性改變發(fā)生在松弛部位，自壓迫區(qū)域向遠(yuǎn)端延伸；而在神經(jīng)根背側(cè)支，退行性改變同樣發(fā)生在松弛部位，向近端延伸到壓迫區(qū)域[22]。Takata等[23]通過使用脊髓造影后CT成像進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)椎間盤突出引起神經(jīng)根的大范圍水腫。Toyone等[24]使用釓造影劑增強(qiáng)磁共振研究顯示，腰椎間盤突出患者的癥狀責(zé)任神經(jīng)根出現(xiàn)增強(qiáng)，且增強(qiáng)程度可以反映坐骨神經(jīng)痛的嚴(yán)重程度。Jinkins[25]和Kobayashi等[26]認(rèn)為，這樣的增強(qiáng)信號(hào),標(biāo)志著血-神經(jīng)屏障的破壞。

使用3.0 T的高場強(qiáng)磁共振可以對椎間孔狹窄患者的腰椎神經(jīng)受壓迫段進(jìn)行可視化和定量化的處理[27，28]。總體而言，目前只有少量文獻(xiàn)提及使用DTI技術(shù)評(píng)估腰椎神經(jīng)根[29-32]，尚缺少腰椎管減壓術(shù)后神經(jīng)根DTI參數(shù)變化，以及神經(jīng)癥狀嚴(yán)重程度與DTI參數(shù)相關(guān)性的研究，此類研究所面臨的挑戰(zhàn)包括相對較小的尺寸、呼吸運(yùn)動(dòng)、骨骼軟組織交界，特別是脊柱內(nèi)固定裝置產(chǎn)生的偽影等[33]。但隨著磁共振影像學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，上述問題在未來將得解決。存在壓迫的神經(jīng)根DTI成像與無壓迫的DTI成像存在明顯區(qū)別，特別是參數(shù)，比如FA將可能成為預(yù)測神經(jīng)功能障礙嚴(yán)重程度、診斷腰椎神經(jīng)根損傷的潛在工具。

本研究嘗試將DTI更進(jìn)一步應(yīng)用到脊柱退變性疾病的臨床診斷和治療中，通過利用DTI技術(shù)直接評(píng)估腰椎各節(jié)段馬尾神經(jīng)和神經(jīng)根的結(jié)構(gòu)、功能狀態(tài)，進(jìn)而判斷多節(jié)段腰椎管狹窄中癥狀相關(guān)神經(jīng)區(qū)域的范圍，明確責(zé)任節(jié)段，指導(dǎo)手術(shù)減壓的范圍。結(jié)果表明，DTI技術(shù)定位椎管狹窄責(zé)任節(jié)段，并指導(dǎo)減壓手術(shù)的范圍是可行的，與傳統(tǒng)的定位方法相比，治療效果并無差異，同時(shí)明顯減少了脊柱融合固定節(jié)段，預(yù)計(jì)長期隨訪將體現(xiàn)出更多優(yōu)勢?？傊珼TI技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷和治療方案制定具有更多的潛在實(shí)用價(jià)值，值得進(jìn)一步研究。