彌散張量成像技術(shù)聯(lián)合白質(zhì)纖維束成像技術(shù)在脊髓型頸椎病中的診斷價(jià)值研究*

謝思民,樊 淋,胡亦劼,唐 可,權(quán)正學(xué)

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科,重慶 400016)

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)是導(dǎo)致頸脊髓功能障礙的主要原因[1]。脊髓內(nèi)特定白質(zhì)纖維束的損傷通常會導(dǎo)致特定的神經(jīng)功能缺損和癥狀[2]。臨床上,MRI是CSM診斷和治療策略設(shè)計(jì)的金標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)MRI可以顯示壓迫因素,包括椎間盤、黃韌帶、脊椎骨贅、小關(guān)節(jié)和后縱韌帶骨化,以及脊髓受壓程度及脊髓實(shí)質(zhì)T2加權(quán)高信號[3]。但使用常規(guī)MRI很難評估患者的實(shí)際神經(jīng)損傷,在臨床上常見到脊髓受壓嚴(yán)重而臨床癥狀輕或脊髓受壓輕而臨床癥狀重的患者,這些影像癥狀與臨床表現(xiàn)不符的患者在臨床上逐漸增多,因此迫切需要一些新技術(shù)來評估這類CSM患者的疾病嚴(yán)重程度[4-5]。

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技術(shù)是近年來在擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種描述水分子擴(kuò)散特性的成像技術(shù)[6],其基本原理為采集水分子在三維空間內(nèi)各個方向上擴(kuò)散運(yùn)動所致的信號衰減強(qiáng)度,并精確、定量描述出其空間擴(kuò)散的三維軌跡[7]。其在活體上通過分子水平評價(jià)水分子的擴(kuò)散情況,探測人腦、脊髓白質(zhì)纖維束的完整性及方向性,是一種從微觀角度研究腦、脊髓等組織的結(jié)構(gòu)和功能變化的無創(chuàng)性成像技術(shù)[8]。近年來DTI技術(shù)運(yùn)用于脊髓損傷及功能測定的研究越來越多[9]。白質(zhì)纖維束成像(diffusion tensor tractography,DTT)技術(shù)則是在DTI的基礎(chǔ)上,通過圖像后處理,重建出直觀的脊髓白質(zhì)纖維束圖像,可用于體內(nèi)可視化纖維束通路[10]。其最開始常用于大腦病變及急性脊髓損傷,近年來臨床逐漸將其運(yùn)用在CSM中,并測量出相應(yīng)平面的白質(zhì)纖維束密度(DTT-density)值[11]。DTI常見有許多參數(shù)值,如表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)、分?jǐn)?shù)各向異性(fractional anisotropy,FA)、平均彌散系數(shù)(average diffusion coefficient,DC-avg)、徑向擴(kuò)散系數(shù)(radial diffusivity,RD)和軸向擴(kuò)散系數(shù)(axial diffusivity,AD)等,本研究主要選取DTI中的FA、DC-avg和DTT參數(shù)DTT-density值,研究其與臨床癥狀的關(guān)系,指導(dǎo)臨床診斷[12-15]。

1 資料與方法

1.1 一般資料

于2022年9月至2023年9月從本院健康志愿者中選取20名受試者(對照組),對他們進(jìn)行MRI及DTI檢查,納入標(biāo)準(zhǔn):18～59歲的健康成年人。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)有脊髓腫瘤、脊髓外傷、頸椎手術(shù)史等;(2)有幽閉恐懼癥或其他無法配合檢查的情況。其中男14例,女6例,平均年齡(49.7±5.2)歲。同期于本院就診的CSM患者中,選取20例CSM患者納入CSM組,所有患者均接受體格檢查及X射線、CT、MRI及DTI掃描。納入標(biāo)準(zhǔn):(1)經(jīng)臨床、影像學(xué)診斷的CSM患者;(2)臨床、影像學(xué)資料完善者;(3)無明確手術(shù)禁忌證。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)有頸椎外傷、脊髓腫瘤、頸椎手術(shù)病史;(2)頸椎嚴(yán)重畸形;(3)有幽閉恐懼癥及其他無法配合檢查的情況。其中男11例,女9例,脊髓受壓節(jié)段C2/31例、C3/45例、C4/55例、C5/65例、C6/74例,平均年齡(58.33±4.6),病程1個月到6年,平均2.4年,日本骨科協(xié)會(Japanese Orthopaedic Association,JOA)評分(12.0±2.9)分。發(fā)病后,所有受試者均出現(xiàn)頸肩部疼痛或不適、四肢麻木、步態(tài)不穩(wěn)、行走乏力和胸腹束帶感中的一個或多個癥狀。對患者的體格檢查顯示,患者脊髓受壓主要在下頸脊髓,四肢出現(xiàn)不同程度的不完全麻痹。此外,四肢有明顯的傳感器和活動障礙,并觀察到反射亢進(jìn),病理性肌腱反射陽性。采用JOA評分對CSM患者的頸脊髓功能進(jìn)行評分[16]。所有CSM患者根據(jù)脊髓受壓的位置和節(jié)段,以及不同的病理因素,選擇不同的入路(前入路16例、后入路4例)接受手術(shù)治療。本研究得到了本院倫理委員會的批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號2023111),并獲得志愿者和患者的書面知情同意。

1.2 方法

1.2.1DTI掃描

常規(guī)MRI掃描所有研究對象C1～T1節(jié)段,T1、T2、T2壓脂像及T2橫斷面,DTI選擇30個方向掃描C1～T1橫斷面,總掃描時間約15 min[17]。所有MRI常規(guī)序列掃描和DTI掃描均在GE Discovery Silent MR 3.0T核磁共振機(jī)(美國通用電氣公司)上進(jìn)行。受試者取仰臥位,戴耳塞,平靜呼吸以避免吞咽,頸椎處于中立位。

1.2.2圖像后處理

將所有圖像傳送到Advantage工作站Volume Share 5 (GE Medical Systems),并使用GE Functool 9.4.05軟件對DTI圖像進(jìn)行后處理[12]。使用正確的程序?qū)呙鑸D像進(jìn)行校正,然后獲得相應(yīng)頸脊髓橫斷面的DTI圖像,包括FA色圖、DC-avg色圖、DTT色圖,并根據(jù)周圍的白質(zhì)纖維束進(jìn)行追蹤重建獲得DTT-density值。研究對象根據(jù)脊髓對應(yīng)的感興趣區(qū)域(region of interest,ROI),包括C1/2、C2/3、C3/4、C4/5、C5/6、C6/7、C7/T1,除C1/2選擇樞椎椎體后緣中點(diǎn)對應(yīng)脊髓層面,其余各ROI均在與頸脊髓對應(yīng)的椎間盤水平,在盡量排除腦脊液的情況下將ROI放在脊髓上,從而獲得相應(yīng)參數(shù)值(圖1A～D),以T2WI序列為參照,在FA、DC-avg、DTT色圖相應(yīng)橫斷面進(jìn)行勾選,并記錄所有ROI的DTI、DTT參數(shù)值[18]。同時在T2橫斷面測量脊髓受壓程度,即椎體后緣至椎間盤壓迫最遠(yuǎn)點(diǎn)距離與椎體后緣至椎管后緣距離之比(圖1E)。CSM患者在手術(shù)前行MRI、DTT檢查,完善相應(yīng)病歷數(shù)據(jù);健康志愿者則于簽署知情同意書后進(jìn)行MRI和DTI檢查。為了減少主觀誤差,所有參數(shù)的測量由兩名脊柱外科醫(yī)生完成,最終結(jié)果為兩者的平均值[19]。

患者男,65歲,C5/6節(jié)段脊髓受壓。A:FA色圖,紅色代表正常脊髓,紅色箭頭所指處為壓迫部位脊髓; B:DC-avg色圖,藍(lán)色代表正常脊髓,紅色箭頭所指處為壓迫部位脊髓;C:DTT色圖,深藍(lán)色代表正常脊髓,紅色箭頭所指處為壓迫部位脊髓;D:重建后白質(zhì)纖維束圖像,紅色箭頭所指處為受壓迫后斷裂的白質(zhì)纖維束;E:脊髓受壓最明顯處與椎管最寬處測量值。

1.3 收集指標(biāo)

包括患者術(shù)前進(jìn)行DTI掃描后的FA、DC-avg及DTT-density值,MRI評估脊髓受壓程度,以及JOA評分。本研究將CSM患者根據(jù)JOA評分分為3個等級:14～<17分為Ⅰ級(輕度功能損傷);10～<14分為Ⅱ級(中度功能受損);<10分為Ⅲ級(重度功能受損)。將脊髓受壓程度分為3級:受壓比率<30%為Ⅰ級(輕度受壓),30%～<60%為Ⅱ級(中度受壓),≥60%為Ⅲ級(重度受壓)。CSM患者常規(guī)MRI檢查中頸脊髓受壓程度與患者JOA評分不一致的納入影像學(xué)非典型表現(xiàn)組,而脊髓受壓程度與患者JOA評分一致則納入影像學(xué)典型表現(xiàn)組。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié) 果

除C1/2的FA、DTT-density值及C7/T1的DC-avg、DTT-density值,CSM組患者與對照組健康志愿者其他節(jié)段FA、DC-avg、DTT-density值比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表1。接下來作者將CSM患者存在脊髓壓迫的節(jié)段與對照組健康志愿者進(jìn)行比較,由于無患者在C1/2及C7/T1有脊髓受壓,及C2/3也只有1例患者脊髓受壓,因此本研究就CSM組及對照組的C3～C7節(jié)段進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)除C3/4、C6/7DTT-density值外,CSM組存在脊髓壓迫的節(jié)段FA、DC-avg、DTT-density值與對照組健康志愿者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表2。將影像學(xué)典型表現(xiàn)組與影像學(xué)非典型表現(xiàn)組患者的脊髓受壓程度與患者JOA評分進(jìn)行分類后的數(shù)據(jù)行Spearman相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)影像學(xué)典型表現(xiàn)組脊髓受壓程度與患者JOA評分相關(guān)(r=-5.27,P<0.05),而影像學(xué)非典型表現(xiàn)組JOA評分與脊髓受壓程度不具有相關(guān)性(r=0.342,P>0.05)。進(jìn)一步Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)影像學(xué)典型表現(xiàn)組患者及影像學(xué)非典型表現(xiàn)組患者的FA、DC-avg、DTT-density值與患者JOA評分均相關(guān),其中影像學(xué)典型表現(xiàn)組中FA、DC-avg、DTT-density值與患者JOA評分相關(guān)系數(shù)r分別為0.827、-0.879、0.789,P值分別為<0.001、<0.001、0.001,影像學(xué)非典型表現(xiàn)組中FA、DC-avg、DTT-density值與患者JOA評分相關(guān)系數(shù)r分別為0.847、-0.829、0.775,P值分別為0.016、0.021、0.041。

表1 CSM組與對照組所有節(jié)段FA、DC-avg及DTT-density值比較

表2 CSM組受壓迫節(jié)段與對照組相應(yīng)節(jié)段FA、DC-avg及DTT-density值比較

3 討 論

DTI在大腦病變及急性脊髓損傷中的研究較多,而近些年才逐漸運(yùn)用于慢性脊髓損傷如CSM及椎管狹窄患者[20]。先前關(guān)于CSM的研究報(bào)道,大部分是通過將CSM患者術(shù)前的DTI參數(shù)值如FA、ADC、AD、RD等與健康對照組比較有哪些差異,其僅僅表明了DTI可以用于診斷CSM,而未與臨床實(shí)際聯(lián)系起來,部分研究則是通過白質(zhì)纖維束的形態(tài)進(jìn)行分類,然后與普通MRI 中T2W1高信號改變進(jìn)行比較,表明白質(zhì)纖維束形態(tài)受損與患者脊髓T2像高信號相關(guān)[21]。雖然其進(jìn)一步研究了白質(zhì)纖維束在DTI中的診斷價(jià)值,表明DTI較普通MRI具有一定的優(yōu)勢,但是仍不能解釋為何臨床上有部分患者脊髓受壓嚴(yán)重而癥狀不典型,無法說明DTI參數(shù)是否與患者的真實(shí)神經(jīng)損傷間的相關(guān)性。

本研究顯示,在CSM患者的普通MRI中,其雖然可以顯示出患者的脊髓壓迫程度及相應(yīng)壓迫因素,但是該壓迫是否造成明確的神經(jīng)損傷是無法判斷的,因此本研究對CSM患者進(jìn)行了DTI掃描分析來補(bǔ)充診斷。DTI參數(shù)值中FA及DC-avg由于受其自身特性所致,壓迫因素造成脊髓的神經(jīng)纖維病變后,其數(shù)值將較無壓迫的脊髓神經(jīng)產(chǎn)生較大變化,這有利于對CSM進(jìn)行診斷[22]。其缺點(diǎn)是較易受周圍退行性改變組織及腦脊液影響,所以在進(jìn)行圖像處理時需盡量避開腦脊液,以免產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤;而通過DTT技術(shù)重建測量的DTT-density值,可以提示患者在壓迫狀態(tài)下的神經(jīng)纖維數(shù)量,不易受椎間盤等壓迫因素影響,受到腦脊液的干擾也較少,在一定程度上反映患者的真實(shí)神經(jīng)損傷。

本研究發(fā)現(xiàn)CSM患者與健康志愿者的FA、DC-avg及DTT-density值具有明顯差異,這表明若患者存在脊髓壓迫,則DTI參數(shù)值可存在明顯的變化,它可以很好地幫助醫(yī)生進(jìn)行CSM的診斷。但若僅限于此,DTI相對于普通MRI的診斷優(yōu)勢并不明顯,需要進(jìn)一步研究DTI參數(shù)值與實(shí)際損傷之間的關(guān)系,故作者將患者的FA、DC-avg及DTT-density值與患者的JOA評分進(jìn)行相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)上述參數(shù)值與JOA評分不論在影像學(xué)典型表現(xiàn)組還是影像學(xué)非典型表現(xiàn)組都具有相關(guān)性,這展現(xiàn)了DTI技術(shù)在診斷CSM患者較普通MRI的優(yōu)越性,DTI可以解釋部分患者影像學(xué)表現(xiàn)與臨床癥狀不一致的原因,值得臨床上推廣應(yīng)用。

本研究中也顯示出了一些不足之處,由于FA及DC-avg是通過水分子的彌散運(yùn)動來進(jìn)行定量分析,因此所有影響水分子彌散的行為都有可能影響FA及DC-avg的真實(shí)性,導(dǎo)致測出來的數(shù)值與實(shí)際有偏差,這在C5～C7節(jié)段表現(xiàn)最為嚴(yán)重[23]。因?yàn)镃5～C7前方為咽喉部位,患者在十幾分鐘的掃描過程中無可避免會有吞咽等動作,因此該節(jié)段DTI參數(shù)值受影響較大,在數(shù)據(jù)中也可看出這兩個節(jié)段的數(shù)據(jù)與JOA評分的相關(guān)性較其他節(jié)段偏弱[24]。另外由于脊髓被腦脊液包圍,腦脊液在任何方向上的彌漫性都很高,如果脊髓表面有ROI突出,DTI值的準(zhǔn)確性將會降低,尤其是DC-avg受腦脊液影響很大,這也導(dǎo)致了部分患者DC-avg測量時極高,這需要操作者手動縮小相應(yīng)范圍[25]。另外DTT-density值測量時需要在白質(zhì)纖維束重建的界面中選取ROI時稍大一點(diǎn),這樣可以盡可能將周圍白質(zhì)纖維束包含進(jìn)來,避免部分節(jié)段因?yàn)閿D壓等原因?qū)е碌姆植疾痪霈F(xiàn)DTT-density值極度減低,使得研究結(jié)論出現(xiàn)較大的偏差。本研究的樣本量較少,特別是非典型影像學(xué)表現(xiàn)組CSM患者數(shù)較少,因此研究結(jié)果可能存在一定偏倚,有待更多數(shù)據(jù)支持,使研究結(jié)果得到進(jìn)一步證實(shí)。

DTI可以用來明確CSM的診斷,是評估CSM疾病嚴(yán)重程度的有用診斷工具,一定程度上其可以對普通MRI作補(bǔ)充診斷,尤其是對臨床表現(xiàn)與MRI脊髓受壓程度不一致的患者。另外,FA、DC-avg、DTT-density值與患者的JOA評分密切相關(guān),可有效判斷患者的實(shí)際神經(jīng)損傷。