磁共振彌散張量成像在脊髓型頸椎病中的研究現狀

范利娟，羅漫麗，張昌盛，朱卉敏，李記天,

1.河南中醫藥大學 學位與研究生教育洛陽工作部，河南 鄭州 450046；2.河南省洛陽正骨醫院（河南省骨科醫院） 脊柱外科，河南 鄭州 450016

引言

脊髓型頸椎病（Cervical Spondylotic Myelopathy，CSM）是常見于中青年的一種頸椎椎骨間連接結構退變、脊髓缺血或受壓導致的脊髓功能障礙，基本病理改變為頸椎間盤退變，約占所有類型頸椎病的10%～15%[1]，具有較高的致殘率[2]，早發現、早診斷、早治療對改善其預后十分重要。彌散張量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）技術是在磁共振擴散加權成像的基礎上發展而來的一種新型成像技術，可以通過神經組織中水分子的隨機運動測量其各向異性、分析神經組織內水分子擴散情況，使得醫生可以在術前更準確地確定病灶范圍，將神經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]，在診斷的及時性、敏感度及預后的評估上有較高的價值，極大地促進了脊柱脊髓手術的發展。近些年DTI 被越來越多地應用于CSM 的診斷與治療中，但關于其應用價值尚無系統的總結。本文對DTI及其在CSM 中的應用現狀進行評價，以期對未來DTI在相關疾病中的應用提供借鑒及指導。

1 DTI概述

DTI 通過定量分析水分子在組織中的微觀運動來檢測肌纖維的微觀結構，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，對水分子擴散十分敏感，其在至少6 個方向上應用磁場梯度來測量水分子的擴散效應以評估脊髓的完整性[5]，探測組織中水分子隨機擴散的能力遠超其他MRI 技術。各向異性分數（Fractional Anisotropy，FA）是DTI 的重要參數之一，在CSM 的診斷及預后預測中發揮著重要作用。FA 值對脊髓病變的診斷敏感度最高（79%）[6]，可準確地應人體內水分子擴散的各向異性，重建神經纖維束。利用FA 的這一特點，DTI 便可以通過探測水分子在脊髓束中擴散的過程來反映脊髓束功能的完整性，特別是在脊髓白質中，因為脊髓白質內軸突的高度有序排列使其擴散具有高度的各向異性，軸突結構的破壞將各向異性擴散改變為各向同性擴散。相關研究報道顯示，FA 值的降低是脊髓受壓迫后產生的病理性變化[7]，與脊髓纖維束的方向性、致密性和完整性相關，用0（無限各向同性擴散）～1（無限各向異性擴散）表示。正常情況下，脊髓束中的水分子以高度有序的方式運動，且主要為單向，即各向異性擴散，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，水分子傾向于各個方向移動，導致各向異性擴散減少，FA 值降低。常見的DTI 指標參數除了FA，還有表觀彌散系數（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）。ADC 值指的是組織的總體擴散參數，可以反映分子位移的平均幅度，與方向無關。高ADC表面水分子擴散程度大，運動邊界小，這意味著被測區域的脊髓血供不足，局部細胞受到缺血缺氧的影響，造成了一定損傷；相反，組織內水分子擴散越弱，ADC值就越低[5]。因此，水流動性高且水運動邊界較小的組織，其ADC 值也較高，如腦脊液和血管源性水腫；低的ADC 值常見于具有高度復雜性和擴散邊界的組織，如白質纖維束和腫瘤。

2 DTI在CSM診療中的發展進程

DTI 出現之初，其應用主要局限于定量分析腦白質的各向異性，以協助其臨床診治，經過不斷發展，其應用范圍逐漸擴大，逐漸被應用于神經根損傷的評估。1999 年，Clark 等[8]首次報道了DTI 在頸脊髓中的應用。從此，用于DTI 成像的多種掃描序列及技術迎來了飛速發展，單次激發平面回波成像（Single-Shot Echo Planar Imaging，SS-EPI）和多次激發平面回波成像（Multi-Shot Echo Planar Imaging，MS-EPI）的發展較早，各有優缺點。SS-EPI 序列的成像速度較快、受偽影影響較小，其缺點是圖像分辨率和信噪比較低；而MS-EPI 序列在檢測損傷脊髓節段的微觀結構變化和功能改善方面有明顯優勢，可以明顯降低偽影、提高信噪比及圖像質量，但也存在采集時間較長的問題[9]。為了克服這些缺點，2002 年，Wheeler-Kingshott 等[10]應用局部放大斜位多層回波成像技術來診斷脊髓疾病，這種成像方式雖然在減少運動偽影、提高圖像分辨率方面具有一定優勢，但也存在信噪比較低、掃描時間較長等局限性。2003 年，Demir 等[11]首次使用表觀擴散張量診斷CSM，發現其ADC 異常增加，敏感度為80%，遠高于T2加權像的61%。2005 年，Facon 等[12]通過DTI 診斷CSM，發現其FA 值普遍較高、ADC 值較低，還認為較高的FA 值、較低的ADC 值提示患者術后功能恢復更好。目前，DTI多采用SS-EPI 技術進行圖像采集，可以明顯減少運動偽影，獲得清晰的圖像。雖然近些年DTI 在脊髓疾病診斷及療效評價中的應用越來越多，大量的研究也已經證實了DTI 在檢測脊柱脊髓中細微損傷中的作用，但是總體來說，這項技術在脊髓疾病中的應用仍處于初步階段。

3 DTI在CSM診斷中的應用

DTI 可提供與脊柱脊髓相關疾病的病理生理學和微結構改變，具有更高的敏感度、客觀性和軟組織分辨率，同時，其誤診和漏診率更低，是一種采用無創檢查方式進行活體神經纖維結構探查、分析的方法，現被廣泛應用于CSM 的診斷過程中[13]。2003 年，Demir 等[11]首次報道了DTI 在CSM 患者中的應用，發現其在CSM診斷中的巨大價值，此后，越來越多的研究報道了其在CSM 中的應用價值。

DTI 被用于CSM 的診斷時，FA 值的下降及ADC值的升高與神經根損傷有關。DTI 不僅可以直觀地顯示脊髓纖維束的中斷、游離，量化CSM 的嚴重程度，而且DTI 的變化較髓內高信號發展更快，能在常規T2加權像檢出異常信號之前檢測出CSM 的發生，為臨床診斷及治療爭取充足的時間，防止患者臨床癥狀惡化，降低了CSM 導致截癱的發生率，具有重要的臨床意義[14]。據相關研究報道，DTI 在CSM 中的診斷效能遠高于常規MRI[15]。CSM 患者術前DTI 的檢測結果往往伴隨的是FA 值的顯著降低和ADC 值的顯著增加[16-17]，可以通過參數變化定量分析患者癥狀的嚴重程度及脊髓受壓迫程度[18-19]。其中，FA 診斷CSM 的特異性較ADC 更高，其原因為FA 值與患者脊髓病變的嚴重程度密切相關，與CSM 患者改良日本骨科學會（Modified Japanese Orthopedic Association，mJOA）評分密切相關，而mJOA 是臨床常用的脊髓損傷程度評價指標，是脊髓損傷的代表值[20]。CSM 治療指南也建議對mJOA 評分為中度及重度的患者行手術治療，說明了mJOA 與CSM癥狀嚴重程度之間的密切相關性。ADC 是水分子擴散程度的指標，能夠在疾病的早期對脊髓損傷相關擴散程度進行量化，更清晰地顯示病變部位的微觀結構損傷，提高疾病診斷的敏感度。顧敦星等[21]通過對32 例CSM 患者手術前后的DTI 相關參數的觀察分析，發現其各項指標與術前mJOA 評分間存在顯著相關性，CSM患者術前FA值較正常人低，mJOA評分也呈現類似變化。于學濤等[22]將DTI 應用于多節段CSM 的診斷過程中，發現對于常規MRI檢查T2信號正常的多節段CSM患者，DTI 顯示其FA 值降低、ADC 值升高，說明DTI 在發現脊髓微損傷的效能較傳統MRI 的效果更好，證明了其在多節段CSM 患者早期脊髓病變評估中的價值。

4 DTI在CSM患者療效評估中的作用

DTI 在評估CSM 患者減壓術后神經功能恢復方面有重要的作用，不僅是一種診斷方式，更可以作為一種潛在的提高手術療效及預測手術結果的方法。

4.1 術前預測患者預后

DTI 可以反映椎間盤退變程度，對提高CSM 患者減壓術的手術療效有較好的臨床意義[23]，可用于預測不同程度神經功能障礙的CSM 患者的術后臨床狀態。術前DTI 影像不僅可以幫助醫生預測手術效果，還有助于制定更符合患者實際情況的治療方案，特別是對臨床癥狀較重但體征相對較輕的患者來說，可以明顯改善其預后。首先，患者術前的FA 值與術后功能恢復關系密切，若患者術前FA 值較高，其術后恢復較好[24]。申滄海等[25]發現，當FA＞0.386 或ADC ≤1.339×10-3mm2/s 時，說明患者術后有較大的可能性脊髓功能恢復，術后早期系統康復及訓練有更好的臨床效果。Iwama 等[26]將結節指數應用于脊髓的評估，這種方法可以用更具體的神經組織微觀結構信息作為度量，其研究結果顯示，患者術前DTI 軸突定位、彌散和密度成像在量化CSM 嚴重程度和評估術后神經功能恢復中有較高價值，是一種重復性好、可靠性高的方法；且在DTI 的各項參數中，術前FA 值與神經功能嚴重程度相關。黃曉波等[27]通過對比CSM 患者和健康者的DTI 參數，發現CSM 患者術前DTI 的ADC 值和FA 值與術前、術后mJOA 評分及mJOA 評分改善率有顯著相關性，術前ADC 較高者術后恢復較差，而術前FA 值較高者術后恢復較好。其次，在治療中，DTI 可以作為CSM 患者是否進行手術干預及選擇合適治療方法的重要指標，幫助患者獲得更好的預后[19]。多節段CSM 的責任節段定位較為困難，在術前較難制定合理的手術方案，而DTI 不僅可以對手術療效有一定的預測作用，還可以作為一種輔助決策工具，指導多節段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前髓核的ADC 值、FA 值與術后復發之間的關系，發現復發組患者有更高的FA 值和更低的ADC 值，Logistic 回歸分析表明患者FA 值與術后復發率成正比，ADC 值與術后復發率成反比。

4.2 術后療效評價

DTI 也是一種潛在的評估頸髓功能恢復情況的技術，是評價CSM 手術效果的有效方法。對于術后頸髓，盡管手術已經緩解了其狹窄、改善了水腫，但仍可能存在神經元壞死及軸突減少的可能，因此，功能障礙依然存在，DTI 在術后定量反映患者頸髓殘存異常中的效能優于傳統MRI。FA 值可以作為評價神經恢復狀況的穩定且重要的指標。Wang 等[29]對減壓手術后患者進行了DTI 檢查，發現其術后FA 值顯著改善，說明DTI 在術后頸髓功能恢復中具有重要作用。郭瑞敏等[5]通過對102 例減壓術后12 個月以上的康復患者進行DTI 檢查，發現DTI 參數與患者術后mJOA 評分和神經功能恢復有關，能很好地體現脊髓病理狀態，在評估術后神經功能恢復上有很好的作用。

5 DTI在CSM診療中的局限性

隨著成像技術的進步及數據后處理軟件的不斷更新，DTI 被應用于多種脊柱脊髓疾病的評估中，但由于脊髓橫斷面積相對較小、周圍骨性結構、血管搏動及呼吸運動等因素的影響，其應用受到了一定的限制，主要包括以下幾點。

5.1 多節段病變

多節段病變比單節段病變更能影響患者微觀結構的完整性，可能會對DTI 的參數值造成更大影響，導致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

患者的年齡會對DTI 的參數值造成較大影響。研究發現，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，其脊髓會逐漸萎縮，發生神經元功能喪失、血管水腫及最終的壞死和空化、膠質細胞增生等生理改變，最終導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

由于接收線圈的構造，脊髓的信號可能受到信噪比的影響，導致DTI 參數不準確。為了解決這種誤差，可使用脊柱和頸部量身定制的接收線圈或者使用3.0 T 系統降低信噪比造成的誤差，提高DTI 參數的準確度和精確度。

5.4 偽影

與腦部DTI 相反，頸髓DTI 有其基本的技術困難，包括心臟、呼吸運動、腦脊液搏動產生的運動偽影以及手術植入物的偽影等，影響拍攝的圖像質量，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 在脊髓中的應用難度。為了盡量降低偽影對圖像的影響，可以通過MRI 并行成像或心電門控技術來進行掃描；也有學者提出可以通過信噪比增益來改善患者脊髓DTI 影像，最大限度地減少偽影[23]。

6 總結及展望

CSM 是造成頸脊髓功能障礙最常見的疾病之一，目前，最有效的影像學檢查是MRI T2加權像的高信號，可以為臨床醫生提供清晰的脊髓影像，以更好地觀察患者脊髓壓迫程度及脊髓內信號的改變[33]，但并不是每位CSM 患者脊髓內信號的改變都可見，部分患者敏感度較低（15%～65%）[34]。另外，常規MRI 只能顯示CSM患者器質層面的異常，因每個人對脊髓受壓的耐受性不同，導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水分子運動方向和強度的變化，其出現使得脊柱脊髓微結構的評估成為可能，近年來被廣泛應用于脊髓損傷、CSM、脊髓腫瘤、腰椎間盤突出癥、布魯菌病性脊柱炎等多種脊柱脊髓疾病及阿爾茨海默病、腦膠質瘤、急性腦梗死等神經系統疾病的診斷、治療及術后療效評估過程中[12,28,35]，可以更好地追蹤受壓神經根、顯示椎間盤和神經根的位置關系。相較于常規的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價的一種新工具，是一種有較好應用前景的影像學檢查方法，現已較多地應用于臨床。但DTI 在CSM 中的應用偏向于診斷及對術后功能恢復的預測中，未來需展開進一步的研究：① 使其朝著作為CSM 非手術治療患者的無創性療效檢測手段的方向發展；② 改進目前使用的圖像采集技術及流程，提高圖像質量，盡量減少采集過程中的偽影及圖像失真等問題；③ 進行更多的研究來確定臨床癥狀的嚴重程度與各DTI參數的關系，如測量正常人群和CSM 患者FA 值參考區間的差異，確定其臨界值，以此選擇最佳的手術時間；④ 進行掃描序列的優化及參數的改進，找出更適合于脊髓顯示的方案；⑤ 進一步確定DTI 具有作為診斷CSM相關脊髓損傷生物標志物的潛力。