磁共振彌散張量成像技術在腰椎間盤突出癥中的應用價值▲

閆 威 孫 軼 耿進朝 韓 雪

(中國中醫科學院望京醫院放射科，北京市 100102，電子郵箱：ynihhxk@163.com)

椎間盤突出癥是臨床常見疾病，發病時患者椎體活動受限，可產生神經根受壓癥狀，并伴有放射性痛，嚴重影響患者的生活質量。然而，臨床中經常會出現椎間盤突出MRI表現與神經根受壓癥狀不一致的情況，導致臨床診斷缺乏客觀依據，也給治療方案的制定帶來了一定的困難[1]。磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是基于彌散加權成像發展而來的一項新技術，從三維立體角度分解、量化彌散的各向異性分數(fractional anisotropy，FA)數據，能更加精準地顯示組織微結構，并可顯示人體纖維束的方向及完整性[2-3]。目前，DTI技術在中樞神經系統的應用已日趨成熟，但關于DTI技術在腰椎間盤突出致腰骶叢神經根受壓中的應用研究仍較少[4-5]，而且關于脊神經的DTI研究主要集中在腰椎間盤突出致脊神經受壓并產生癥狀的人群與正常人群之間的對比研究[3,5]，而在伴有和不伴有臨床癥狀的脊神經受壓患者之間的DTI比較仍較少見。因此，本研究探討DTI在伴有和不伴有臨床壓迫癥狀的腰椎間盤突出脊神經受壓患者中的應用效果。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2019年7月至2020年6月到我院就診的腰椎間盤突出壓迫脊神經且行腰椎間盤MRI檢查的60例患者，其中伴臨床壓迫癥狀患者(脊神經壓迫癥狀組)和不伴臨床壓迫癥狀患者(脊神經無壓迫癥狀組)各30例。脊神經壓迫癥狀組中男性14例，女性16例，年齡25～58歲，中位年齡43.3歲；脊神經無壓迫癥狀組中男性15例，女15例，年齡27～55歲，中位年齡42.7歲。選取同期在我院進行健康體檢的正常對照組30例，其中男性15例，女性15例，年齡為12～70歲，中位年齡42.9歲。脊神經壓迫癥狀組納入標準：(1)MRI檢查提示L4～5或L5～S1椎間盤突出致脊神經受壓者；(2)直腿抬高試驗陽性；(3)L4～S1單根脊神經分布區感覺及肌力檢查異常。脊神經無壓迫癥狀組納入標準：(1)MRI檢查提示L4～5或L5～S1椎間盤突出致脊神經受壓者；(2)直腿抬高試驗陰性；(3)L4～S1神經分布區感覺及肌力檢查無異常。正常對照組納入標準：(1)CT或MRI檢查提示無腰椎間盤突出征象；(2)直腿抬高試驗陰性；(3)L4～S1神經分布區感覺及肌力檢查無異常。所有受試者的排除標準：既往存在腰椎手術史者；存在MRI檢查禁忌證者；脊髓病變或脊神經腫瘤性病變等患者；腰椎滑脫及畸形患者。3組受試者的性別、年齡比較，差異均無統計學意義(均P>0.05)，具有可比性。所有患者及志愿者均簽署知情同意書，且本研究已通過我院倫理委員會審查。

1.2 檢查方法 使用西門子公司MAGNETOM Skyra 3.0T超導型MRI掃描儀及32通道脊柱線圈進行圖像采集。檢查時受試者仰臥于檢查床上，并將腰部固定于檢查床，佩戴耳機。所有受試者均行腰椎常規MRI序列掃描，包括矢狀位T1加權成像(T1-weighted imaging，T1WI)、 T2加權成像(T2-weighted imaging，T2WI)及橫軸位T2WI。快速自旋回波(turbo spin echo,TSE)序列T1WI矢狀位：重復時間=506 ms，回波時間=8.7 ms；TSE序列T2WI矢狀位：重復時間=2 500 ms，回波時間=92 ms；TSE序列T2WI橫軸位：重復時間=2 000 ms，回波時間=100 ms。所有受試者均行單次激發自旋回波-回波平面成像序列(single-shot spin-echo-echo planar imaging,SS-SE-EPI)中的橫軸位DTI掃描：重復時間=6 560 ms，回波時間=59 ms，視野為240 mm×240 mm，矩陣為120×84，擴散敏感梯度方向數為12，b值為0、800 mm2/s，層厚/間隔為3 mm/0 mm，激勵次數為1。

1.3 圖像分析 DTI掃描后，將原始圖像傳輸至后處理工作站進行后處理，得到FA圖及表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)圖。測量每組受試者的L4/L5、L5/S1神經根FA值和ADC值時，采用系統最小面積勾畫感興趣區域(region of interest，ROI)，以盡量避免部分容積效應對測量結果的影響。在FA圖像上將ROI放置在目標脊神經背根神經節和椎間孔外口處脊神經上測量相應的FA值，每處測量3次取平均值，再將背根神經節和椎間孔外口處脊神經的FA值取平均數作為相應脊神經的FA值。在ADC圖像上將ROI放置在目標脊神經背根神經節和椎間孔外口處脊神經上測量相應的ADC值，每處測量3次取平均值，再將背根神經節和椎間孔外口處脊神經的ADC值取平均數作為相應脊神經的ADC值。

1.4 統計學分析 應用SPSS 20.0軟件進行統計學分析。計量資料以(x±s)表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗；計數資料以例數和百分比表示，比較采用χ2檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

脊神經壓迫癥狀組的FA值低于脊神經無壓迫癥狀組和正常對照組(均P<0.05),但脊神經無壓迫癥狀組與正常對照組之間的FA值差異無統計學意義(P>0.05)。脊神經壓迫癥狀組的ADC值高于脊神經無壓迫癥狀組和正常對照組(均P<0.05)，但脊神經無壓迫癥狀組與正常對照組之間的ADC值差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。典型L5/S1椎間盤突出MRI圖像見圖1。

表1 3組受試者FA值和ADC值的比較(x±s)

圖1 典型L5/S1椎間盤突出MRI圖像

3 討 論

腰椎退變所引起的椎間盤突出癥是骨科發病率較高的一種疾病，多數患者以下腰痛為首發癥狀而就診。1999年至2013年，有學者對全球188個國家的301種急性和慢性疾病流行率進行調查，發現致殘率排名第一位的為下腰痛和重度抑郁癥，因此，腰椎間盤突出癥所導致的下腰痛對患者的生活質量有嚴重影響[6-7]。人的腰骶椎處于腰椎和骶盆交界，骶盆相對比較固定，而腰骶椎的活動幅度較大，剪切力和垂直力較大，容易導致椎間盤退變和損傷，因此L4～S1椎間盤退變所占比例較大[8]。準確定位病變的神經根可以提高腰椎間盤突出癥的治療成功率，具有重要的臨床意義。相較于其他影像檢查手段，常規MRI檢查的軟組織分辨率高，可以多方位、多序列成像，能直觀顯示神經根受壓情況，是目前影像學診斷腰椎間盤突出癥的主要檢查方法。然而，常規MRI檢查對腰椎間盤突出癥病變神經的定位仍存在一定局限性，其診斷腰椎間盤突出癥病變神經根主要通過觀察神經根受壓情況，而在臨床實際工作中發現常規MRI觀察到的神經根壓迫征象與臨床癥狀并無顯著相關性[1]。DTI技術是一種基于彌散加權的磁共振神經成像技術，主要通過抑制血管信號從而提高周圍神經的顯像效果，能更加清晰地顯示神經纖維的走行信息，并通過FA值和ADC值量化分析神經內水分子的彌散情況，因此具有顯示周圍神經微觀結構和評價其功能的潛能。研究表明，DTI能敏感地探測退變早期椎間盤水分子的擴散情況及擴散的FA[2-3]。近年來的一些研究已證實，DTI技術在周圍神經系統中的定量評估是可行的，且具有無創、定量評價的優勢，通過勾畫ROI、測量相關參數值等可以識別早期周圍神經的微觀病變,從而對疾病進行早期診治[9-10]。通過DTI技術可獲得FA和ADC，FA值用于描述微觀環境下FA彌散占整個彌散張量的比例，其取值范圍為0～1，0代表彌散運動不受限，比如腦脊液的FA值接近0；而對于具有方向性的組織，其FA值大于0，比如神經纖維的FA值接近1。成像體素內各個方向擴散幅度的平均值用ADC值表示，其代表在成像體素內水分子彌散運動的大小或程度，反映水分子在單位時間內擴散運動的范圍，其值越大說明水分子擴散能力越強[11]。正常情況下，由于髓鞘的限制，沿著神經長軸方向的質子彌散速度是垂直于神經長軸方向的3倍；當發生椎間盤突出壓迫神經根時，軸漿流動受阻、近端靜脈瘀血和遠端神經發生沃勒變性，導致軸突與鞘膜之間的間隙增寬，彌散向量增加，引起ADC值增大和FA值下降[12-13]。

本研究結果顯示，脊神經壓迫癥狀組的FA值低于正常對照組，ADC值高于正常對照組(P<0.05)，MRI圖像可以觀察到椎間盤突出患者的神經根明顯受壓、移位甚至局部缺失，相應椎間孔狹窄。由于神經根遭受炎性刺激、慢性壓迫后可引起水腫，細胞間隙增大,從而擴散空間增大、阻力減小,擴散運動加強,擴散同相性增高，故FA值減小；同時，在病理環境中大分子蛋白質吸附作用、細胞膜通透性、生物組織內血液灌注均會出現明顯改善，故ADC值升高[14]。因此，受壓的神經根相對于完整的神經根有較低的FA值和較高的ADC值。李沖等[15]研究發現，慢性損傷可使細胞內水分子不斷向細胞外間隙流出，引發血管源性水腫，降低FA值，提高ADC值。

本研究比較脊神經壓迫癥狀組和脊神經無壓迫癥狀組FA值和ADC值，結果顯示，脊神經壓迫癥狀組的FA值低于脊神經無壓迫癥狀組，且ADC值高于脊神經無壓迫癥狀組(均P<0.05)，而脊神經無壓迫癥狀組和正常對照組的FA值和ADC值比較，差異均無統計學意義(均P>0.05)，其原因考慮為脊神經無壓迫癥狀組受壓脊神經的水分子彌散運動的大小及程度、受壓組織引起的水腫、擴散空間的增大及阻力的減小，均遠低于脊神經壓迫癥狀組，而且軸突與鞘膜之間間隙的增寬，彌散向量的增加同樣遠低于脊神經壓迫癥狀組，以致不足以引起FA值及ADC值的明顯變化，說明脊神經無壓迫癥狀組脊神經無明顯損傷或受損程度較輕，進而說明FA值下降和ADC值增大可以量化評估由椎間盤突出致神經根受壓而造成的腰骶神經的損傷。通過測量腰椎間盤突出癥患者的FA值及ADC值可以明確診斷導致臨床癥狀的責任神經根，為臨床治療提供指導。

本研究存在一定的局限性。首先，課題組不同人員測量DTI的FA值及ADC值時不可避免會存在一些誤差，尤其是不同部位的ROI勾畫可能有差別；其次，由于受到腦脊液波動偽影的影響，同一神經根的FA值及ADC值會有細微差異；再次，本研究的樣本量較少，對研究結果可能會產生一定影響。

綜上所述，磁共振DTI技術的FA值、ADC值在伴臨床壓迫癥狀腰椎間盤突出癥患者中均有明顯改變，而在不伴臨床壓迫癥狀腰椎間盤突出癥患者中無明顯改變。磁共振DTI技術的FA值和ADC值或可幫助影像科醫生更準確地診斷病變神經根，為腰椎間盤突出癥的治療提供更有效的客觀指標，對臨床治療有指導意義。