DTI測量與LDH臨床癥狀的相關(guān)性研究

馬長月，夏春華，駱祥偉，白玉朋，胡大濤

(安徽醫(yī)科大學第三附屬醫(yī)院放射科，安徽合肥 230061)

由于常規(guī)磁共振只能大致判斷腰椎間盤突出癥(lumbar disc herniation,LDH)患者神經(jīng)根是否受壓，彌散張量成像( diffusion tensor imaging ,DTI) 逐漸成為評價腰骶神經(jīng)根損傷程度的重要方法。本研究利用DTI技術(shù)中的各向異性分數(shù)(fractional anisotropy,FA)、表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)與評估臨床癥狀嚴重程度的ODI指數(shù)及VAS評分進行相關(guān)性研究，旨在探討DTI測量是否可以量化神經(jīng)根結(jié)構(gòu)的改變和LDH的臨床表現(xiàn)，探討DTI測量在神經(jīng)根病變的病情評價、治療方案的選擇及預后評估等方面的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集本院2019年6月-2020年7月脊柱骨科收治的L5或S1單側(cè)LDH患者30例作為觀察組，其中男17例，女13例；平均年齡(52.77±14.839)歲。所有患者均事先進行ODI指數(shù)和VAS評分的評價，此2項指標均為臨床常用評價工具，暫不贅述。在此期間招募正常志愿者25名作為對照組，其中男13人，女12人；平均年齡(26.32±5.16)歲。

1.2 MRI檢查

采用Siemens公司3.0T超高場超導型MR掃描儀，患者取仰臥位，雙手上舉。對所有研究對象均行腰椎常規(guī) MRI序列、雙回波穩(wěn)定進動序列三維(3D-DESS)以及DTI掃描。應(yīng)用并行采集技術(shù)和均勻校正技術(shù)提高圖像信噪比，TR=3800 ms，TE=309 ms，F(xiàn)OV 320 mm×320 mm，矩陣200×200，擴散敏感梯度方向數(shù)20，b值0、600 mm/s，層厚/間隔3 mm/0 mm及激勵次數(shù)2。

1.3 圖像分析和測量

全部掃描完成后，將原始圖像傳輸至工作站，應(yīng)用隨機軟件包 Fi-bertrack和Diffusion進行后處理，得到彩色、FA圖及 ADC圖，然后將冠狀位3D-DESS圖像與彩色FA圖像融合成Anatomical圖。在對照組，選取椎間孔內(nèi)外側(cè)選擇兩個感興趣區(qū)(region of interest,ROI)，ROI包含整個神經(jīng)根層面；在觀察組，于神經(jīng)根受壓部位至下方連續(xù)2個層面放置ROI，健側(cè)與患側(cè)在同一層面取同大小ROI。定義多個ROI行神經(jīng)根纖維示蹤成像。典型病例見圖1-6。

圖1 (a)測量FA 值的放置ROI示意圖。 (b～c)病例1，矢狀位及軸位顯示L5-S1腰椎間盤突出,致右側(cè)神經(jīng)根受壓。(d)健康志愿者，3D-DESS圖像冠狀位顯示神經(jīng)根走形。(e)健康志愿者，3D-DESS背景下的神經(jīng)纖維束圖像，神經(jīng)纖維束的走形清晰，無稀疏、斷裂等。(f)病例2，重建的神經(jīng)纖維束圖像，左側(cè)L5神經(jīng)根局部受壓，相應(yīng)神經(jīng)纖維變稀疏。

1.4 統(tǒng)計學分析

各變量的描述性統(tǒng)計采用“均數(shù)±標準差”形式表達。志愿者左右兩側(cè)神經(jīng)根的DTI參數(shù)和LDH患者患側(cè)與健側(cè)的DTI參數(shù)均采用配對樣本t檢驗，將ODI評分及VAS評分分別與測量的參數(shù)進行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果

2.1 兩組神經(jīng)根FA值及ADC值

具體見表1。觀察組健側(cè)及患側(cè)神經(jīng)根的平均FA值、ADC值進行對比，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，表現(xiàn)為患側(cè)FA值降低、ADC值升高；對照組兩側(cè)神經(jīng)根的FA值及ADC值進行對比，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表1 兩組研究對象的神經(jīng)根FA值及ADC值測量值

2.2 ODI評分及VAS評分與神經(jīng)FA值、ADC值的關(guān)系

觀察組患側(cè)FA值與ODI評分呈負相關(guān)(r=-0.954，P<0.01)，患側(cè)ADC值與ODI評分呈正相關(guān)(r=0.501，P<0.01)；FA值、ADC值與VAS評分均無相關(guān)性(P>0.05)，VAS評分與ODI評分也無相關(guān)性(P>0.05)，具體見表2。

表2 觀察組ODI評分及VAS評分與神經(jīng)根FA值、ADC值的相關(guān)性分析

3 討論

3.1 研究背景及研究方案的選擇

近年來，LDH發(fā)病情況趨向于年輕化、嚴重化，對患者生存質(zhì)量造成極大影響[1]。LDH最易發(fā)部位是L5-S1椎間盤，其次是L4-5椎間盤[2]，所以本研究將L5及S1神經(jīng)根作為研究對象。本研究采用ODI評分及VAS評分反映LDH患者的疼痛和功能障礙情況，這兩項指標均是臨床評價腰痛患者的常用工具，其中ODI的內(nèi)在一致性和重測信度很高，而VAS則是由患者本人評估疼痛程度，該方法比較靈敏，在脊柱外科、康復科及疼痛科都很常用[3,4]。近年來，磁共振周圍神經(jīng)成像技術(shù)逐漸應(yīng)用于周圍神經(jīng)病變的評價[5, 6]。其中，DTI逐漸成為評價腰骶部神經(jīng)根損傷的重要方法。本研究通過FA和ADC對神經(jīng)根損傷進行量化，F(xiàn)A值反映各向異性強度，取值范圍是0～1，F(xiàn)A值越接近1，各向異性越強，0表示完全各向同性；ADC 值則反映活體組織內(nèi)水分子在各個方向上的平均擴散速度和距離，水分子的擴散速度和距離增加，ADC值就相應(yīng)增高。纖維示蹤技術(shù) (diffusion tensor tractography,DTT)是在解剖像的背景下對纖維束進行三維成像，直觀顯示纖維束是否斷裂、稀疏。有研究報道，在腰骶部的神經(jīng)成像中[7]，DESS序列對神經(jīng)分支顯示較多，可清晰地顯示腰骶叢神經(jīng)根的走形及其與病變的關(guān)系，故本研究選擇DESS作為重建的基礎(chǔ)像。

3.2 統(tǒng)計結(jié)果分析

目前DTI測量的參數(shù)沒有明確的閾值，而本研究結(jié)果表明，健康志愿者的兩側(cè)神經(jīng)根FA值和ADC值無統(tǒng)計學差異，所以當無準確的閾值作為參考范圍評估時，對單側(cè)LDH患者的兩側(cè)神經(jīng)根進行對比研究具有一定的臨床價值。本研究結(jié)果表明，當神經(jīng)根受壓時，F(xiàn)A值會降低，ADC值則增高，而且ODI的評分與FA值呈負相關(guān)，與ADC值呈正相關(guān)，即ODI評分越高，則FA值越低，ADC值越高。VAS評分與FA值及ADC值均無相關(guān)性，以上結(jié)果與以往研究結(jié)果一致[8-10]。FA值和ADC值的變化可能與受壓神經(jīng)根的組織學改變有關(guān)。當神經(jīng)根受壓時，在機械壓迫和炎癥刺激的共同作用下，髓鞘結(jié)構(gòu)的完整性和軸突膜屏障被破壞，神經(jīng)纖維可能發(fā)生腫脹或變性，軸突之間的距離改變[11, 12]。神經(jīng)纖維的排列和完整性受到破壞，導致內(nèi)部水分子的擴散運動方向發(fā)生改變。另外，受壓迫的神經(jīng)根會發(fā)生缺血缺氧改變，許多代謝物如尿素、乳酸，會在細胞內(nèi)和細胞外積聚，從而改變水分子的運動方向和速度。優(yōu)于FA值主要反應(yīng)水分子不同運動方向的相關(guān)擴散系數(shù)，以上因素使得FA值有所降低。當受壓神經(jīng)根發(fā)生血管源性水腫和細胞毒性水腫的病理變化以及細胞微觀結(jié)構(gòu)的完整性被破壞時，組織完整性越差，則水分子的自由擴散率增高，水分子的擴散速度和距離增加，ADC值則升高。

已有研究表明，神經(jīng)根的受壓程度與FA值和ADC值有相關(guān)性[13]，即神經(jīng)根受壓程度越重，F(xiàn)A值越降低，ADC值越高[14]。FA和ADC值可反映神經(jīng)纖維束的生理和病理生理狀態(tài)[15]，而神經(jīng)纖維束的組織學改變可引起不同程度的臨床癥狀，所以FA值的變化可以在一定程度上量化臨床癥狀的嚴重程度。當神經(jīng)根受壓時，炎癥介質(zhì)引發(fā)神經(jīng)根周圍局部炎癥反應(yīng)，可進一步促進組織內(nèi)源性化學物質(zhì)如乳酸、糖蛋白、氫離子等的釋放，不斷刺激相應(yīng)神經(jīng)根，因此患者出現(xiàn)腰痛、下肢放射痛和活動受限等腰部功能障礙，如果壓迫不能及時解除，神經(jīng)根長期受壓迫會造成神經(jīng)細胞的損傷，引起更嚴重的功能紊亂，進而出現(xiàn)相應(yīng)臨床癥狀[16]。此時，可以用ODI及VAS評分對臨床癥狀的嚴重程度進行評估。ODI是從多方面進行評估，對患者的功能障礙評估更為客觀，而VAS的評估僅從疼痛一個方面，且病人對疼痛感受的主觀性差異較大，這可能導致了VAS評分與DTI測量之間無相關(guān)性。本研究結(jié)果表明，F(xiàn)A值與ODI評分的相關(guān)性高于ADC值與ODI 評分的相關(guān)性，并且FA值與ODI評分呈正相關(guān)與以往研究結(jié)果一致，但關(guān)于ADC值與ODI評分的相關(guān)性目前報道并不一致[7, 17]。因此，F(xiàn)A值在定量神經(jīng)損傷及臨床癥狀嚴重程度的評估方面更為可靠。

本研究有以下局限性：首先，樣本較小，需進一步進行大樣本、多中心的研究；其次，由于受部分容積效應(yīng)、運動和化學位移偽影以及人工選擇ROI的誤差等影響，DTI的測量結(jié)果可能存在誤差；最后，DTI的參數(shù)尚無參考值范圍，僅依靠患側(cè)和健側(cè)對比得出研究結(jié)論，需要進行大樣本多中心的研究探討DTI參數(shù)的參考值范圍。

總之，LDH患者神經(jīng)根受壓后FA值降低、ADC值升高，且FA 值與ODI評分呈負相關(guān)，ADC值與ODI評分呈正相關(guān)，DTI測量可以在一定程度上定量評估神經(jīng)根的病變程度，反映臨床癥狀的嚴重程度。將來，在本研究的基礎(chǔ)上可以進一步研究LDH保守治療后DTI參數(shù)與ODI評分及VAS評分的關(guān)系，探討DTI測量特別是FA值對評價腰骶神經(jīng)根病變及治療后預后評估的潛在實用價值。