磁共振彌散張量成像在脊髓型頸椎病中的研究現(xiàn)狀

范利娟，羅漫麗，張昌盛，朱卉敏，李記天,

1.河南中醫(yī)藥大學(xué) 學(xué)位與研究生教育洛陽(yáng)工作部，河南 鄭州 450046；2.河南省洛陽(yáng)正骨醫(yī)院（河南省骨科醫(yī)院） 脊柱外科，河南 鄭州 450016

引言

脊髓型頸椎?。–ervical Spondylotic Myelopathy，CSM）是常見(jiàn)于中青年的一種頸椎椎骨間連接結(jié)構(gòu)退變、脊髓缺血或受壓導(dǎo)致的脊髓功能障礙，基本病理改變?yōu)轭i椎間盤(pán)退變，約占所有類(lèi)型頸椎病的10%～15%[1]，具有較高的致殘率[2]，早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療對(duì)改善其預(yù)后十分重要。彌散張量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）技術(shù)是在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新型成像技術(shù)，可以通過(guò)神經(jīng)組織中水分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)測(cè)量其各向異性、分析神經(jīng)組織內(nèi)水分子擴(kuò)散情況，使得醫(yī)生可以在術(shù)前更準(zhǔn)確地確定病灶范圍，將神經(jīng)纖維的破壞程度降至最低，在疾病早期敏感地顯示脊髓損傷[3]，在診斷的及時(shí)性、敏感度及預(yù)后的評(píng)估上有較高的價(jià)值，極大地促進(jìn)了脊柱脊髓手術(shù)的發(fā)展。近些年DTI 被越來(lái)越多地應(yīng)用于CSM 的診斷與治療中，但關(guān)于其應(yīng)用價(jià)值尚無(wú)系統(tǒng)的總結(jié)。本文對(duì)DTI及其在CSM 中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期對(duì)未來(lái)DTI在相關(guān)疾病中的應(yīng)用提供借鑒及指導(dǎo)。

1 DTI概述

DTI 通過(guò)定量分析水分子在組織中的微觀(guān)運(yùn)動(dòng)來(lái)檢測(cè)肌纖維的微觀(guān)結(jié)構(gòu)，從而反映脊髓束功能的完整性和脊髓微小病變[4]。DTI 是一種功能成像和后處理技術(shù)，對(duì)水分子擴(kuò)散十分敏感，其在至少6 個(gè)方向上應(yīng)用磁場(chǎng)梯度來(lái)測(cè)量水分子的擴(kuò)散效應(yīng)以評(píng)估脊髓的完整性[5]，探測(cè)組織中水分子隨機(jī)擴(kuò)散的能力遠(yuǎn)超其他MRI 技術(shù)。各向異性分?jǐn)?shù)（Fractional Anisotropy，F(xiàn)A）是DTI 的重要參數(shù)之一，在CSM 的診斷及預(yù)后預(yù)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。FA 值對(duì)脊髓病變的診斷敏感度最高（79%）[6]，可準(zhǔn)確地應(yīng)人體內(nèi)水分子擴(kuò)散的各向異性，重建神經(jīng)纖維束。利用FA 的這一特點(diǎn)，DTI 便可以通過(guò)探測(cè)水分子在脊髓束中擴(kuò)散的過(guò)程來(lái)反映脊髓束功能的完整性，特別是在脊髓白質(zhì)中，因?yàn)榧顾璋踪|(zhì)內(nèi)軸突的高度有序排列使其擴(kuò)散具有高度的各向異性，軸突結(jié)構(gòu)的破壞將各向異性擴(kuò)散改變?yōu)楦飨蛲詳U(kuò)散。相關(guān)研究報(bào)道顯示，F(xiàn)A 值的降低是脊髓受壓迫后產(chǎn)生的病理性變化[7]，與脊髓纖維束的方向性、致密性和完整性相關(guān)，用0（無(wú)限各向同性擴(kuò)散）～1（無(wú)限各向異性擴(kuò)散）表示。正常情況下，脊髓束中的水分子以高度有序的方式運(yùn)動(dòng)，且主要為單向，即各向異性擴(kuò)散，故FA 值在正常情況下更接近1；但如果在病理情況下，如CSM 患者，其纖維束扭曲，水分子傾向于各個(gè)方向移動(dòng)，導(dǎo)致各向異性擴(kuò)散減少，F(xiàn)A 值降低。常見(jiàn)的DTI 指標(biāo)參數(shù)除了FA，還有表觀(guān)彌散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）。ADC 值指的是組織的總體擴(kuò)散參數(shù)，可以反映分子位移的平均幅度，與方向無(wú)關(guān)。高ADC表面水分子擴(kuò)散程度大，運(yùn)動(dòng)邊界小，這意味著被測(cè)區(qū)域的脊髓血供不足，局部細(xì)胞受到缺血缺氧的影響，造成了一定損傷；相反，組織內(nèi)水分子擴(kuò)散越弱，ADC值就越低[5]。因此，水流動(dòng)性高且水運(yùn)動(dòng)邊界較小的組織，其ADC 值也較高，如腦脊液和血管源性水腫；低的ADC 值常見(jiàn)于具有高度復(fù)雜性和擴(kuò)散邊界的組織，如白質(zhì)纖維束和腫瘤。

2 DTI在CSM診療中的發(fā)展進(jìn)程

DTI 出現(xiàn)之初，其應(yīng)用主要局限于定量分析腦白質(zhì)的各向異性，以協(xié)助其臨床診治，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，逐漸被應(yīng)用于神經(jīng)根損傷的評(píng)估。1999 年，Clark 等[8]首次報(bào)道了DTI 在頸脊髓中的應(yīng)用。從此，用于DTI 成像的多種掃描序列及技術(shù)迎來(lái)了飛速發(fā)展，單次激發(fā)平面回波成像（Single-Shot Echo Planar Imaging，SS-EPI）和多次激發(fā)平面回波成像（Multi-Shot Echo Planar Imaging，MS-EPI）的發(fā)展較早，各有優(yōu)缺點(diǎn)。SS-EPI 序列的成像速度較快、受偽影影響較小，其缺點(diǎn)是圖像分辨率和信噪比較低；而MS-EPI 序列在檢測(cè)損傷脊髓節(jié)段的微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化和功能改善方面有明顯優(yōu)勢(shì)，可以明顯降低偽影、提高信噪比及圖像質(zhì)量，但也存在采集時(shí)間較長(zhǎng)的問(wèn)題[9]。為了克服這些缺點(diǎn)，2002 年，Wheeler-Kingshott 等[10]應(yīng)用局部放大斜位多層回波成像技術(shù)來(lái)診斷脊髓疾病，這種成像方式雖然在減少運(yùn)動(dòng)偽影、提高圖像分辨率方面具有一定優(yōu)勢(shì)，但也存在信噪比較低、掃描時(shí)間較長(zhǎng)等局限性。2003 年，Demir 等[11]首次使用表觀(guān)擴(kuò)散張量診斷CSM，發(fā)現(xiàn)其ADC 異常增加，敏感度為80%，遠(yuǎn)高于T2加權(quán)像的61%。2005 年，F(xiàn)acon 等[12]通過(guò)DTI 診斷CSM，發(fā)現(xiàn)其FA 值普遍較高、ADC 值較低，還認(rèn)為較高的FA 值、較低的ADC 值提示患者術(shù)后功能恢復(fù)更好。目前，DTI多采用SS-EPI 技術(shù)進(jìn)行圖像采集，可以明顯減少運(yùn)動(dòng)偽影，獲得清晰的圖像。雖然近些年DTI 在脊髓疾病診斷及療效評(píng)價(jià)中的應(yīng)用越來(lái)越多，大量的研究也已經(jīng)證實(shí)了DTI 在檢測(cè)脊柱脊髓中細(xì)微損傷中的作用，但是總體來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)在脊髓疾病中的應(yīng)用仍處于初步階段。

3 DTI在CSM診斷中的應(yīng)用

DTI 可提供與脊柱脊髓相關(guān)疾病的病理生理學(xué)和微結(jié)構(gòu)改變，具有更高的敏感度、客觀(guān)性和軟組織分辨率，同時(shí)，其誤診和漏診率更低，是一種采用無(wú)創(chuàng)檢查方式進(jìn)行活體神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)探查、分析的方法，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于CSM 的診斷過(guò)程中[13]。2003 年，Demir 等[11]首次報(bào)道了DTI 在CSM 患者中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)其在CSM診斷中的巨大價(jià)值，此后，越來(lái)越多的研究報(bào)道了其在CSM 中的應(yīng)用價(jià)值。

DTI 被用于CSM 的診斷時(shí)，F(xiàn)A 值的下降及ADC值的升高與神經(jīng)根損傷有關(guān)。DTI 不僅可以直觀(guān)地顯示脊髓纖維束的中斷、游離，量化CSM 的嚴(yán)重程度，而且DTI 的變化較髓內(nèi)高信號(hào)發(fā)展更快，能在常規(guī)T2加權(quán)像檢出異常信號(hào)之前檢測(cè)出CSM 的發(fā)生，為臨床診斷及治療爭(zhēng)取充足的時(shí)間，防止患者臨床癥狀?lèi)夯档土薈SM 導(dǎo)致截癱的發(fā)生率，具有重要的臨床意義[14]。據(jù)相關(guān)研究報(bào)道，DTI 在CSM 中的診斷效能遠(yuǎn)高于常規(guī)MRI[15]。CSM 患者術(shù)前DTI 的檢測(cè)結(jié)果往往伴隨的是FA 值的顯著降低和ADC 值的顯著增加[16-17]，可以通過(guò)參數(shù)變化定量分析患者癥狀的嚴(yán)重程度及脊髓受壓迫程度[18-19]。其中，F(xiàn)A 診斷CSM 的特異性較ADC 更高，其原因?yàn)镕A 值與患者脊髓病變的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，與CSM 患者改良日本骨科學(xué)會(huì)（Modified Japanese Orthopedic Association，mJOA）評(píng)分密切相關(guān)，而mJOA 是臨床常用的脊髓損傷程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，是脊髓損傷的代表值[20]。CSM 治療指南也建議對(duì)mJOA 評(píng)分為中度及重度的患者行手術(shù)治療，說(shuō)明了mJOA 與CSM癥狀嚴(yán)重程度之間的密切相關(guān)性。ADC 是水分子擴(kuò)散程度的指標(biāo)，能夠在疾病的早期對(duì)脊髓損傷相關(guān)擴(kuò)散程度進(jìn)行量化，更清晰地顯示病變部位的微觀(guān)結(jié)構(gòu)損傷，提高疾病診斷的敏感度。顧敦星等[21]通過(guò)對(duì)32 例CSM 患者手術(shù)前后的DTI 相關(guān)參數(shù)的觀(guān)察分析，發(fā)現(xiàn)其各項(xiàng)指標(biāo)與術(shù)前mJOA 評(píng)分間存在顯著相關(guān)性，CSM患者術(shù)前FA值較正常人低，mJOA評(píng)分也呈現(xiàn)類(lèi)似變化。于學(xué)濤等[22]將DTI 應(yīng)用于多節(jié)段CSM 的診斷過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)于常規(guī)MRI檢查T(mén)2信號(hào)正常的多節(jié)段CSM患者，DTI 顯示其FA 值降低、ADC 值升高，說(shuō)明DTI 在發(fā)現(xiàn)脊髓微損傷的效能較傳統(tǒng)MRI 的效果更好，證明了其在多節(jié)段CSM 患者早期脊髓病變?cè)u(píng)估中的價(jià)值。

4 DTI在CSM患者療效評(píng)估中的作用

DTI 在評(píng)估CSM 患者減壓術(shù)后神經(jīng)功能恢復(fù)方面有重要的作用，不僅是一種診斷方式，更可以作為一種潛在的提高手術(shù)療效及預(yù)測(cè)手術(shù)結(jié)果的方法。

4.1 術(shù)前預(yù)測(cè)患者預(yù)后

DTI 可以反映椎間盤(pán)退變程度，對(duì)提高CSM 患者減壓術(shù)的手術(shù)療效有較好的臨床意義[23]，可用于預(yù)測(cè)不同程度神經(jīng)功能障礙的CSM 患者的術(shù)后臨床狀態(tài)。術(shù)前DTI 影像不僅可以幫助醫(yī)生預(yù)測(cè)手術(shù)效果，還有助于制定更符合患者實(shí)際情況的治療方案，特別是對(duì)臨床癥狀較重但體征相對(duì)較輕的患者來(lái)說(shuō)，可以明顯改善其預(yù)后。首先，患者術(shù)前的FA 值與術(shù)后功能恢復(fù)關(guān)系密切，若患者術(shù)前FA 值較高，其術(shù)后恢復(fù)較好[24]。申滄海等[25]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)FA＞0.386 或ADC ≤1.339×10-3mm2/s 時(shí)，說(shuō)明患者術(shù)后有較大的可能性脊髓功能恢復(fù)，術(shù)后早期系統(tǒng)康復(fù)及訓(xùn)練有更好的臨床效果。Iwama 等[26]將結(jié)節(jié)指數(shù)應(yīng)用于脊髓的評(píng)估，這種方法可以用更具體的神經(jīng)組織微觀(guān)結(jié)構(gòu)信息作為度量，其研究結(jié)果顯示，患者術(shù)前DTI 軸突定位、彌散和密度成像在量化CSM 嚴(yán)重程度和評(píng)估術(shù)后神經(jīng)功能恢復(fù)中有較高價(jià)值，是一種重復(fù)性好、可靠性高的方法；且在DTI 的各項(xiàng)參數(shù)中，術(shù)前FA 值與神經(jīng)功能?chē)?yán)重程度相關(guān)。黃曉波等[27]通過(guò)對(duì)比CSM 患者和健康者的DTI 參數(shù)，發(fā)現(xiàn)CSM 患者術(shù)前DTI 的ADC 值和FA 值與術(shù)前、術(shù)后mJOA 評(píng)分及mJOA 評(píng)分改善率有顯著相關(guān)性，術(shù)前ADC 較高者術(shù)后恢復(fù)較差，而術(shù)前FA 值較高者術(shù)后恢復(fù)較好。其次，在治療中，DTI 可以作為CSM 患者是否進(jìn)行手術(shù)干預(yù)及選擇合適治療方法的重要指標(biāo)，幫助患者獲得更好的預(yù)后[19]。多節(jié)段CSM 的責(zé)任節(jié)段定位較為困難，在術(shù)前較難制定合理的手術(shù)方案，而DTI 不僅可以對(duì)手術(shù)療效有一定的預(yù)測(cè)作用，還可以作為一種輔助決策工具，指導(dǎo)多節(jié)段CSM 患者選擇更合適的治療方法，使治療效果最大化。朱明洪等[28]的研究分析了患者術(shù)前髓核的ADC 值、FA 值與術(shù)后復(fù)發(fā)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)復(fù)發(fā)組患者有更高的FA 值和更低的ADC 值，Logistic 回歸分析表明患者FA 值與術(shù)后復(fù)發(fā)率成正比，ADC 值與術(shù)后復(fù)發(fā)率成反比。

4.2 術(shù)后療效評(píng)價(jià)

DTI 也是一種潛在的評(píng)估頸髓功能恢復(fù)情況的技術(shù)，是評(píng)價(jià)CSM 手術(shù)效果的有效方法。對(duì)于術(shù)后頸髓，盡管手術(shù)已經(jīng)緩解了其狹窄、改善了水腫，但仍可能存在神經(jīng)元壞死及軸突減少的可能，因此，功能障礙依然存在，DTI 在術(shù)后定量反映患者頸髓殘存異常中的效能優(yōu)于傳統(tǒng)MRI。FA 值可以作為評(píng)價(jià)神經(jīng)恢復(fù)狀況的穩(wěn)定且重要的指標(biāo)。Wang 等[29]對(duì)減壓手術(shù)后患者進(jìn)行了DTI 檢查，發(fā)現(xiàn)其術(shù)后FA 值顯著改善，說(shuō)明DTI 在術(shù)后頸髓功能恢復(fù)中具有重要作用。郭瑞敏等[5]通過(guò)對(duì)102 例減壓術(shù)后12 個(gè)月以上的康復(fù)患者進(jìn)行DTI 檢查，發(fā)現(xiàn)DTI 參數(shù)與患者術(shù)后mJOA 評(píng)分和神經(jīng)功能恢復(fù)有關(guān)，能很好地體現(xiàn)脊髓病理狀態(tài)，在評(píng)估術(shù)后神經(jīng)功能恢復(fù)上有很好的作用。

5 DTI在CSM診療中的局限性

隨著成像技術(shù)的進(jìn)步及數(shù)據(jù)后處理軟件的不斷更新，DTI 被應(yīng)用于多種脊柱脊髓疾病的評(píng)估中，但由于脊髓橫斷面積相對(duì)較小、周?chē)切越Y(jié)構(gòu)、血管搏動(dòng)及呼吸運(yùn)動(dòng)等因素的影響，其應(yīng)用受到了一定的限制，主要包括以下幾點(diǎn)。

5.1 多節(jié)段病變

多節(jié)段病變比單節(jié)段病變更能影響患者微觀(guān)結(jié)構(gòu)的完整性，可能會(huì)對(duì)DTI 的參數(shù)值造成更大影響，導(dǎo)致DTI 的診斷效能降低[23]。另外，由于脊髓的體積較小，脊髓DTI 圖像的信噪比和分辨率均低于腦部DTI。

5.2 年齡

患者的年齡會(huì)對(duì)DTI 的參數(shù)值造成較大影響。研究發(fā)現(xiàn)，頸脊髓的FA 值隨著患者年齡的增加而降低，而ADC 則相反[30]。原因可能是隨著人們年齡的增長(zhǎng)，其脊髓會(huì)逐漸萎縮，發(fā)生神經(jīng)元功能喪失、血管水腫及最終的壞死和空化、膠質(zhì)細(xì)胞增生等生理改變，最終導(dǎo)致患者頸髓組織水分子彌散的各向異性降低[31]。

5.3 信噪比

由于接收線(xiàn)圈的構(gòu)造，脊髓的信號(hào)可能受到信噪比的影響，導(dǎo)致DTI 參數(shù)不準(zhǔn)確。為了解決這種誤差，可使用脊柱和頸部量身定制的接收線(xiàn)圈或者使用3.0 T 系統(tǒng)降低信噪比造成的誤差，提高DTI 參數(shù)的準(zhǔn)確度和精確度。

5.4 偽影

與腦部DTI 相反，頸髓DTI 有其基本的技術(shù)困難，包括心臟、呼吸運(yùn)動(dòng)、腦脊液搏動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽影以及手術(shù)植入物的偽影等，影響拍攝的圖像質(zhì)量，這種情況在胸部脊髓中尤為明顯[32]，也在一定程度上也加大了DTI 在脊髓中的應(yīng)用難度。為了盡量降低偽影對(duì)圖像的影響，可以通過(guò)MRI 并行成像或心電門(mén)控技術(shù)來(lái)進(jìn)行掃描；也有學(xué)者提出可以通過(guò)信噪比增益來(lái)改善患者脊髓DTI 影像，最大限度地減少偽影[23]。

6 總結(jié)及展望

CSM 是造成頸脊髓功能障礙最常見(jiàn)的疾病之一，目前，最有效的影像學(xué)檢查是MRI T2加權(quán)像的高信號(hào)，可以為臨床醫(yī)生提供清晰的脊髓影像，以更好地觀(guān)察患者脊髓壓迫程度及脊髓內(nèi)信號(hào)的改變[33]，但并不是每位CSM 患者脊髓內(nèi)信號(hào)的改變都可見(jiàn)，部分患者敏感度較低（15%～65%）[34]。另外，常規(guī)MRI 只能顯示CSM患者器質(zhì)層面的異常，因每個(gè)人對(duì)脊髓受壓的耐受性不同，導(dǎo)致患者的椎管狹窄程度和臨床癥狀不符。DTI 的顯像原理是基于脊髓受壓時(shí)水分子運(yùn)動(dòng)方向和強(qiáng)度的變化，其出現(xiàn)使得脊柱脊髓微結(jié)構(gòu)的評(píng)估成為可能，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于脊髓損傷、CSM、脊髓腫瘤、腰椎間盤(pán)突出癥、布魯菌病性脊柱炎等多種脊柱脊髓疾病及阿爾茨海默病、腦膠質(zhì)瘤、急性腦梗死等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷、治療及術(shù)后療效評(píng)估過(guò)程中[12,28,35]，可以更好地追蹤受壓神經(jīng)根、顯示椎間盤(pán)和神經(jīng)根的位置關(guān)系。相較于常規(guī)的MRI，DTI 有更高的敏感度，有潛力成為脊柱脊髓疾病診斷及療效評(píng)價(jià)的一種新工具，是一種有較好應(yīng)用前景的影像學(xué)檢查方法，現(xiàn)已較多地應(yīng)用于臨床。但DTI 在CSM 中的應(yīng)用偏向于診斷及對(duì)術(shù)后功能恢復(fù)的預(yù)測(cè)中，未來(lái)需展開(kāi)進(jìn)一步的研究：① 使其朝著作為CSM 非手術(shù)治療患者的無(wú)創(chuàng)性療效檢測(cè)手段的方向發(fā)展；② 改進(jìn)目前使用的圖像采集技術(shù)及流程，提高圖像質(zhì)量，盡量減少采集過(guò)程中的偽影及圖像失真等問(wèn)題；③ 進(jìn)行更多的研究來(lái)確定臨床癥狀的嚴(yán)重程度與各DTI參數(shù)的關(guān)系，如測(cè)量正常人群和CSM 患者FA 值參考區(qū)間的差異，確定其臨界值，以此選擇最佳的手術(shù)時(shí)間；④ 進(jìn)行掃描序列的優(yōu)化及參數(shù)的改進(jìn)，找出更適合于脊髓顯示的方案；⑤ 進(jìn)一步確定DTI 具有作為診斷CSM相關(guān)脊髓損傷生物標(biāo)志物的潛力。