磁共振擴散張量成像對肝硬化患者脊髓病變早期診斷的初步研究

牛金亮，黃椿堯，王 峻，田 雪

肝性脊髓病變(hepatic myelopathy, HM)是指肝硬化患者門體靜脈分流和血氨升高，導致頸髓以下脊髓側索脫髓鞘病變，呈現進行性對稱性痙攣性截癱，偶可累及感覺和括約肌功能[1]。目前對HM尚無有效的治療方法，早期診斷HM對指導臨床治療具有重要意義。MR擴散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)技術是利用水分子的擴散各向異性進行成像，定量分析組織三維空間內水分子的擴散運動，觀察神經纖維走行及分布特點[2]。筆者對肝硬化患者進行脊髓胸、腰段掃描，計算相應層面的平均擴散系數(average diffussion coefficient, DCavg)值和部分各向異性分數(fractional anisotropy, FA)值，分析DTI對HM早期診斷的價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

搜集2011年6月至12月間山西醫科大學第二醫院病毒性肝炎肝硬化患者45例，男28例，女17例，年齡33～61歲，平均50歲。以Child-Pugh分級[1]為標準分成3組，A、B、C各組15例。選取15例年齡相仿正常志愿者對照(D組)。所有受試者均行胸腰段常規T1WI、T2WI及DTI掃描。受試肝硬化患者均未進行門體分流術、無糖尿病、高血壓等疾病。患者神志清楚，能良好配合MRI檢查。所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

采用美國GE Signa Excite 1.5T HD TwinSpeed超導型MR掃描儀，體部相控陣線圈行多序列掃描，掃描序列包括：矢狀面梯度回波T1WI、T2WI，掃描參數T1WI：TR 450.0 ms，TE 9.3 ms；T2WI：TR 2800 ms，TE 102.0 ms。矢狀面層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，FOV 34 cm×34 cm，采集矩陣為428×256，激勵次數(NET) 4；以矢狀面T1WI或T2WI為定位像，采用單次激發自旋回波平面成像(EPI)序列進行DTI掃描，掃描參數：橫軸面從脊髓圓錐最下端上1 cm處起，向近心端，以擴散敏感梯度25個不同方向，TR 4000.0 ms，TE 95.6 ms，層厚6.0 mm，層間距0，NEX為4，FOV 35 cm×35 cm，采集矩陣為128×128，擴散加權系數(b值)分別為0和500 s/mm2，連續采集13層。

1.3 DTI圖像后處理

將原始數據傳輸到GE公司Advantage Windows 4.4 (AW 4.4)工作站，運用Functool 6.3.1E軟件進行后處理。在進行數據處理前，用Correct程序對DTI原始數據校正，以減少圖像變形。構建FA偽彩圖和DCavg偽彩圖。根據橫斷面T2WI確定ROI。確定ROI時，避開腦脊液(cerebrospinal fluid, CSF)對DTI數據的影響。分別對各層面進行數據測量，然后取各層面總體均值為單個病例的FA值及DCavg值(圖1～4)。

1.4 統計學分析

采用SAS 9.2統計軟件，A、B、C、D組間比較采用方差分析，組間兩兩比較采用Bonferroni法，對照組與肝硬化組比較采用t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 對照組與肝硬化組的比較

15例對照組與45例肝硬化組測量結果見表1。肝硬化組與正常對照組間DCavg及FA值總體均數差異有統計學意義(t值分別為4.896、16.456，P值均＜0.05)，說明與正常對照組相比，肝硬化患者胸腰段脊髓的DCavg及FA值都增大。

2.2 各組間DCavg值、FA值比較

A、B、C組患者胸腰段脊髓DCavg值分別為(1.342±0.10)、(1.371±0.23)和(1.492±0.29)×10-3mm2/s，FA值分別為0.353±0.11、0.385±0.13和0.446±0.09。A、B、C、D四組DCavg值(F=5.459,P=0.0013)、FA值(F=9.928, P=0.0000)總體均數差異有統計學意義。采用Bonferroni法進行組間比較，C組患者DCavg、FA值較A、B及D組大，差異有統計學意義(P值均＜0.05)。以Child-Pugh分級為準，A、B、C級患者隨著肝儲備功能的下降，DCavg、FA值逐漸增大，而當患者為A級時，與正常人差異無統計學意義(P＞0.05；表2)。

3 討論

3.1 DTI掃描部位及掃描參數的選擇

HM是各種原因肝病造成門體靜脈分流和血氨升高，導致頸髓以下脊髓側索脫髓鞘病變，呈現進行性對稱性痙攣性截癱。DTI是診斷慢性脊髓疾病的新方法[3-4]，目前大多數文獻[5-6]側重于頸髓DTI的研究。HM脊髓破壞最嚴重區域在脊髓胸腰段，即T10～L2髓節，大約對應T7～12椎體[7]，筆者選擇HM患者的胸腰段脊髓進行研究。

DTI數據采集時，當擴散加權系數(b值)＞500 s/mm2時，b值越大，信號衰減越多；當b＜500 s/mm2時，易受較多T2 (即b=0時)因素的影響[8-9]。本研究預實驗結果表明b值分別為0和500 s/mm2及25個擴散梯度方向時圖像質量能滿足研究要求。脊髓橫斷面直徑較小(脊髓最寬橫徑為1.0～1.2 cm)， DTI圖像的質量信噪比較低，選擇整個脊髓的橫斷面為ROI，因此所測數據均為斷面各像素內所測值的均值。

3.2 DTI在HM早期診斷中的應用價值

DTI是MR功能成像技術，其DCavg和FA能反映組織水分子擴散特點[2]。DCavg反映單位時間內水分子的擴散能力，DCavg值高說明細胞外水分子的擴散能力較強。FA是各向異性參數，FA值越接接近1，脊髓內纖維結構各向異性越強，FA值越接近0，則各向異性越弱。組織內FA值的變化，如增大、減小或不變，能反映特定的病理及病變轉歸[10-11]。

表1 15例對照組與45例肝硬化組平均擴散系數(DCavg)、各向異性分數(FA)值比較Tab.1 The comparison of DCavg values and FA values in the control group (15 cases)and the hepatic cirrhosis group (45 cases)

表2 45例肝硬化不同分組與15例對照組間DCavg、FA值比較Tab.2 The multiple comparison of DCavg values and FA values in patients with hepatic cirrhosis (45 cases) and the control (15 cases)

肝硬化患者引起脊髓病變的機理可能為：(1)肝硬化患者由于肝功能不全及門體分流，造成如B族維生素、磷脂等神經系統營養物質吸收和合成障礙；(2)由于門體分流或者肝臟滅活不全，經腸道吸收的有毒物質，如血氨、尿素和硫醇等，直接進入體循環，通過血腦屏障，在腦室系統內聚集升高，它們通過自身毒性干擾神經細胞的能量代謝[12]；(3)脊髓處于椎動脈和節段性動脈雙重供血的移行帶，易發生供血不足現象。門體靜脈分流術后或長期的門靜脈高壓易致胸、腰段椎靜脈叢淤血[13]。上述因素的綜合影響，肝硬化患者脊髓發生損傷，表現為脊髓神經元細胞、神經膠質細胞發生變性，甚至壞死，細胞膜通透性增加，細胞內水分子外流，使細胞外水增加。本研究肝硬化患者總體DCavg值為(1.415±0.250)×10-3mm2/s，FA值為0.404±0.110，與正常對照組相比差異有統計學意義，提示肝硬化患者脊髓細胞外水增加，有脊髓損傷。肝硬化患者脊髓DCavg值與FA值的變化說明當肝硬化患者發生脊髓損傷時，由于細胞外水增加，水分子在各個方向的擴散能力增加，DCavg相應增大。本研究中FA值增大，可能與脊髓內微結構破壞，細胞膜通透性增加，神經纖維斷裂等因素造成脊髓內各向異性增強有關。患者Child-Pugh分級為A級時，DCavg值為(1.342±0.100) ×10-3mm2/s，FA值為0.353±0.110，二者均較對照組高，但差異無統計學意義。提示A級患者脊髓細胞膜與髓鞘結構完整，微結構尚未破壞，水分子擴散能力正常，各向異性變化不明顯?；颊逤hild-Pugh分級為B級時，DCavg值為(1.371±0.230) ×10-3mm2/s，FA值為0.385±0.130，C級時，DCavg值為(1.492±0.290) ×10-3mm2/s，FA值為0.446±0.090，與正常對照組比較差異均有統計學意義；C級DCavg值與FA值較B級大，兩組患者差異有統計學意義，提示B級與C級患者有脊髓損傷，同時隨著肝儲備功能的下降，脊髓損傷程度加重。

本研究所有患者均無神經系統癥狀，說明患者神經元胞體、神經纖維結構功能尚完整，損傷可能僅局限于脊髓神經細胞通透性的變化，脊髓組織水腫。肝硬化患者嚴重脊髓病變引起明顯臨床癥狀的DTI表現還有待進一步研究?？傊?，DTI是肝硬化脊髓病變早期診斷重要方法，為臨床診斷與治療提供有價值的信息。

[1]Caldwell C, Werdiger N, Jakab S, et al.Use of model for end-stage liver disease exception points for early liver transplantation and successful reversal of hepatic myelopathy with a review of the literature.Liver Transpl,2010, 16(7): 818-826.

[2]Ahn S, Lee SK.Diffusion tensor imaging: exploring the motor networks and clinical applications.Korean J Radiol,2011, 12(6): 651-661.

[3]Kara B, Celik A, Karadereler S, et al.The role of DTI in early detection of cervical spondylotic myelopathy: a preliminary study with 3-T MRI.Neuroradiology, 2011,53(8): 609-616.

[4]Wu LB, Zhu XY, Wang GB, et al.Diffusion tensor MR imaging of cervical spinal cord: cervical spondylosisrelated changes.Chin J Magn Reson Imaging, 2010, 1(3):188-193.武樂斌, 朱向玉, 王光彬, 等.磁共振擴散張量成像對脊髓型頸椎病脊髓慢性損傷的評價.磁共振成像, 2010,1(3): 188-193.

[5]Ducreux D, Fillard P, Facon D, et al.Diffusion tensor magnetic resonance imaging and fiber tracking in spinal cord lesions: current and future indications.Neuroimag Clin N Am, 2007, 17(1): 137-147.

[6]Wang Y, Ma L, Li DJ, et al.Preliminary study of cervical spinal cord in patients with amyotrophic lateral sclerosis using MR diffusion tensor imaging.Chin J Radiology,2009, 43 (10): 1017-1020.王巖, 馬林, 李德軍, 等.肌萎縮側索硬化癥的頸髓MR擴散張量成像研究.中華放射學雜志, 2009, 43(10):1017-1020.

[7]Yang YS, Yang JS.Hepatic myelopathy.Inter J Digest Dis,2007,27(4):453-454.楊銀升, 楊金升.肝性脊髓病的研究進展.國際消化病雜志, 2007, 27(4): 453-454.

[8]Renoux J, Facon D, Fillard P, et al.MR diffusion tensor imaging and fiber tracking in inflammatory diseases of the spinal cord.AJNR Am J Neuroradiol, 2006, 27(9):1947-1951.

[9]Bosma R, Stroman PW.Diffusion tensor imaging in the human spinal cord: development, limitations, and clinical applications.Crit Rev Biomed, 2012, 40(1): 1-20.

[10]Onu M, Gervai P, Cohen-Adad J, et al.Human cervical spinal cord funiculi:investigation with magnetic resonance diffusion tensor imaging.J Magn Reson Imaging, 2010,31(4): 829-837.

[11]Schwartz ED, Cooper ET, Chin C, et al.Ex vivo evaluation of ADC values within spinal cord white matter tracts.AJNR Am J Neuroradiol, 2005, 26(2): 390-397.

[12]Gillmann A, Gerharz CD, Müssig K.Diagnostics and treatment of hepatic encephalopathy.Dtsch Med Wochenschr, 2012, 137(1-2):29-33.

[13]Wang MQ, Dake MD, Cui ZP, et al.Portal-systemic myelopathy after transjugular intrahepatic portosystemic shunt creation: report of four cases.J VascInterv Radiol,2001, 21(7): 879-881.