磁共振擴散張量成像對脊髓型頸椎病的初步研究

宋春瑤，王曉明

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)多發生于40歲以上的患者，它是由于頸椎椎體退化及相鄰軟組織(如椎間盤突出、椎體后緣骨刺、后縱韌帶骨化、黃韌帶肥厚或鈣化、椎管狹窄等)的退變而造成了對脊髓的直接壓迫，加上劇烈的運動或長期的不良姿勢等動態因素的影響，導致脊髓受壓或脊髓缺血，繼而出現脊髓的功能障礙，是頸椎病中較嚴重的一型。目前磁共振成像是脊髓型頸椎病最佳的檢查手段，可以顯示被壓迫頸髓病變部位與鄰近的組織關系，同時初步估計脊髓病變的性質和受累程度，但在脊髓型頸椎病早期診斷中敏感度較低，T2WI顯示高信號的患者其病程多為晚期，多提示不可逆性損傷[1]，往往低估脊髓損傷的程度，其與脊髓臨床功能狀態無相關性[2-4]，不能為臨床早期干預提供可靠信息。隨著低頭工作方式人群增多、電腦、空調的廣泛使用，頸椎病患病率正不斷上升、并且發病年齡不斷提前，早期檢出脊髓損傷意義重大。在DWI基礎上改進和發展的全新顯示和定量分析灰質病變及其周圍白質纖維束的磁共振成像—磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI) 是一項可以在活體狀態研究中樞神經白質纖維結構的新技術，能較DWI 更準確地反映組織內水分子的擴散情況，可以在三維空間內定量分析水分子擴散特性，顯示脊髓的細微病理生理變化及白質纖維束的走行、連接及細微變化，在顯示脊髓損傷方面具有重要潛在價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

對照組13例健康志愿者(年齡從10～46歲，其中男性5例；女性8例)，主訴無身體不適，頸椎MRI檢查正常。病例組13例，均來自本院門診及住院患者，病例入選條件符合1984年及1992年兩次全國頸椎病專題研討會制定的CSM 的診斷標準：①臨床上出現頸髓損害的早期表現，如頸部不適，僵硬、疼痛，四肢麻木、無力，精細運動差及Hoffmann征陽性等；②常規MRI 示：椎體及附件骨質增生、椎間盤突出、椎間隙變窄、后縱韌帶及黃韌帶增厚和硬膜囊及脊髓受壓等；脊髓受壓部位無T2 高信號；脊髓受壓為單節段；③除外肌萎縮性脊髓側索硬化癥、脊髓腫瘤、脊髓損傷、多發性末梢神經炎、繼發性粘連性蛛網膜炎等脊髓病變；④無嚴重心、腦、肺、腎及消化系統等疾病。檢查前均簽署知情同意書。

1.2 設備和技術指標

采用GE HDxt 3.0T MR掃描儀，12通道頭頸聯合線圈，對照組和病例組獲取常規MRI橫斷位T2WI、矢狀位T1WI和T2WI和橫斷位的DTI掃描。DTI掃描參數：軸位DTI 掃描C2～C7水平，FOV=200mm，TE=75 ms，TR=7000ms，層厚為3 mm，層間距為0，采集矩陣為256×256，共32層，擴散敏感梯度取15個不同方向，擴散加權系數(b值)取600s/mm2。

1.3 圖像處理及分析

采用 GE functool 3.0軟件對DTI數據進行后處理，用校準程序對 DTI 原始數據校正，以減少圖像變形，由兩位有經驗的MRI診斷專家共同對影像質量做出評價，篩選圖像質量符合標準。對照組和病例組都對 C3～4、C4～5、C5～6、C6～7椎間盤層面進行分析和測值，其中病例組中脊髓受壓或損傷的層面根據軸位b=0圖和彌散圖像確定感興趣區(ROI取10mm2)置于脊髓受壓部位，記錄各間盤水平對應脊髓的ADC值和FA值。通過DTI而獲得的ADC圖和FA圖是以ADC值、FA值大小為圖像信號強度擬合而成的偽彩圖，由大到小分別顯示為紅色、黃色、綠色、藍色。紅色代表 ADC、FA 值最大區域，藍色代表ADC、FA值最小區域。在ADC彩圖中，正常頸髓為較均勻藍色，腦脊液為較高ADC值呈紅色；在FA彩圖中，正常頸髓呈深紅色信號，腦脊液呈藍色信號。對所有受檢者行頸髓纖維束重建。

1.4 統計處理

2 結果

圖1 男，37歲，1A、1B：矢狀位、軸位T2WI頸髓未見異常；1C：ADC偽彩圖顯示頸髓為較均勻藍色,腦脊液顯示為紅色；1D：FA彩圖顯示頸髓呈深紅色信號，腦脊液呈藍色信號；1E：頸髓纖維束成像顯示正常Fig 1 A 37-year-old male.1A, 1B: T2WI showing intact cervical spinal cord; 1C: ADC color map showing blue cervical spinal cord and red CSF; 1D: FA color map showing deepened cervical spinal cord in color and blue CSF; 1E:Intact spinal cord fi ber bundles.

圖2 女，55歲，四肢無力15天，疼痛逐漸加重。2A、2B：矢狀位、軸位T2WI顯示C5～6椎間盤突出；2C：受壓部位腦脊液紅色信號消失；2D：硬膜囊腦脊液藍色信號消失，受壓脊髓紅色信號變淺Fig 2 A 55-year-old female complained of weakened superior and inferior limbs lasting 15 days with aggravated pain gradually.2A, 2B: Sagittal and axial T2WI demonstrating herniated intervertebral disc in C5/6 level with intact cervical spinal cord.2C: ADC color map indicating disappeared red CSF; 2D: FA color map.Redness of spinal cord becomes light with disappeared blue CSF.

圖3 女，48歲，右肩、右手臂疼痛月余。3A、3B：C3～4椎間盤突出，C4～6間盤膨出；C6～7椎間盤突出，椎管狹窄，脊髓受壓水腫；3C：受壓部位腦脊液紅色信號消失，受壓部位脊髓顏色變深；3D：硬膜囊腦脊液藍色信號消失，受壓脊髓紅色信號不均勻、變淺；3E：頸髓纖維束受壓變形、移位Fig 3 A 48 year-old female complained of pain of the right superior limb for months.3A, 3B: Sagittal and axial T2WI showing herniated intervertebral disc in C3-4 and C6-7 level,bulged C4-6 intervertebral disc, spinal stenosis, and edematous spinal cord; 3C: ADC color map.Compressed cord becomes dark in color with disappeared red CSF; 3D: FA color map.Red signals of spinal cord become uneven and light with disappeared blue CSF; 3E: Spinal cord fiber bundles are compressed and deformed.

所有受檢者得到較滿意常規MRI、ADC圖、FA圖，13例CSM的常規MRI表現為頸椎曲度僵直、椎體及附件骨質增生、椎間盤突出、椎間隙變窄、硬膜囊及脊髓受壓等,部分伴有椎管狹窄。對照組正常頸髓DTI偽彩圖顯示清晰(圖1)；病例組中頸髓受壓層面ADC圖表現腦脊液紅色信號消失，脊髓顏色變深(變綠/黃)；FA圖顯示硬膜囊腦脊液藍色信號消失，受壓脊髓紅色信號不均勻變淺(變黃/綠)。

測量對照組和病例組C3～4、C4～5、C5～6、C6～7椎間盤對應脊髓的ADC值和FA值。按α=0.05水準，對照組中不同椎間盤對應脊髓節段的ADC值間無明顯差異(F=0.846, P=0.476)；不同椎間盤水平的FA 值之間有差異(F=4.752, P=0.006＜0.05)，C4～5水平對應頸髓的FA 值最高(見表1)。

表1 對照組四組椎間盤水平對應脊髓的FA和ADC均值(ADC單位：10-3 mm2/s)Tab.1 Average FA and ADC of cervical spinal cord in 13 healthy volunteers (ADC Unit: 10-3 mm2/s)

表2 病例組中受壓或損失層面頸髓的ADC和FA均值與對照組頸髓的ADC、FA均值比較Tab.2 Comparisons of ADC and FA mean values of the compressed or compromised cord and non-compressed cord in the control group

在病例組中共有22個椎間盤層面的脊髓受壓或損傷，病例組受壓或損傷脊髓節段測得的ADC和FA均值與對照組均值進行t 檢驗，皆有統計學差異(見表2)。其中有9例在常規MRI脊髓尚未發現異常信號改變，仍發現這9例椎間盤受壓層面測得的ADC值比對照組ADC值大(t=6.98, P＜0.001)；而FA值比對照組FA值小(t=-8.44, P＜0.001)。所有研究表明脊髓受壓或受損部分的ADC值升高、FA值降低。

病例組中9例患者在常規MRI中脊髓未發現異常信號(圖2)，4例患者T2WI脊髓內見高信號(圖3)；在DTI偽彩圖中，12例發現異常信號，1例無信號改變。約92.3 % (12/ 13)患者脊髓受壓部位偽彩圖信號改變；約30.8 % (4/13)患者T2WI脊髓內可見高信號，統計學分析發現DTI比常規MRI對脊髓損傷檢測更加敏感(用Fisher確切概率法，P≈0.0018)。

對照組頸髓纖維束成像顯示清晰、正常，病例組中發現有12例可觀察到受壓層面神經纖維束改變，表現局部受壓、移位或局部顏色變淺。

3 討論

人體脊髓組織的水分子的擴散運動受到細胞膜、髓鞘、白質纖維束等自然屏障的影響而表現為擴散的各向異性，垂直于纖維走行的方向的擴散運動比平行于纖維走行的方向的擴散運動慢，有研究發現中樞神經系統擴散的各向異性與神經纖維的直徑、密度、神經膠質細胞的密度和磷脂化程度有關。脊髓型頸椎病發病是一個連續的過程，引起脊髓進行性的損傷具體機理還不完全清楚，一般認為是脊髓受到持續或間歇擠壓引起慢性血流灌注不足，繼之產生組織缺氧、缺血造成脊髓灰質和或白質神經細胞膜通透性增加、脫髓鞘、神經細胞壞死等損傷[5]，使細胞外間隙水腫或纖維束數目減少；由于慢性壓迫時椎管內壓力增大，導致蛛網膜下腔腦脊液異常流動，腦脊液進入脊髓造成小裂隙。Nevo等[6]對大鼠脊髓壓迫的實驗研究發現FA值降低有各種不同因素：髓鞘和神經纖維撕裂，細胞外水腫，Wallerian變性，脫髓鞘改變，組織液化和囊性變等，這些都會使頸髓受壓或損傷部位各向異性及擴散速率發生改變，使ADC值升高、FA值減低。

本研究發現病例組ADC值比對照組ADC值大；FA值比對照組FA值小，即便受壓脊髓在T2WI中還未發現信號改變前提下，DTI測得的ADC值和FA值仍和對照組正常脊髓測得值有差別，DTI可以比常規MRI更早提示脊髓損傷。DTI對脊髓損傷動物模型及臨床研究[7-8]發現對照組與病例組的FA值有顯著差異，脊髓損傷FA值減低，可能與Wallerian變性有關。Laura等[9]研究發現脊髓損傷FA值減低，在脊髓損傷方面DTI比常規MRI更敏感。DTI對脊髓損傷動物模型和臨床研究中發現[10-11]脊髓白質ADC值改變與運動功能恢復過程和解剖證實軸突再生過程相關。在脊髓病變早期DTI就會出現變化，而常規T2WI 只能檢測出水含量增多到一定程度顯示的高信號，該征象往往表明頸椎病嚴重脊髓受壓或脊髓受壓后期階段。

本研究發現病例組中約92.3% (12/13)患者脊髓受壓部位偽彩圖信號改變；而常規MRI僅約30.8%(4/13)患者T2WI脊髓內見高信號，DTI比常規MRI對脊髓損傷檢測更加敏感(P＜0.001)。研究[12]發現約29% (9/31)患者常規T2WI頸髓病變處出現高信號，DTI顯示頸髓病變區更為廣泛；而約67.7% (21/31)患者DTI脊髓發現信號改變。Demir等[13]報告ADC圖在檢出脊髓損傷方面比較敏感(17/21例，敏感性約為80%)，高于T2W(13/21例，敏感性僅為61%)。同時纖維束成像主要表現為損傷部位脊髓白質纖維束的移位、變形及斷裂等改變[14]。這些研究提示DTI 對頸髓慢性損傷的的敏感性較常規T2WI高，DTI可以在常規T2WI 顯示頸髓信號改變之前定量評價受壓頸髓微結構改變的程度，同時神經纖維束成像又可形象顯示頸髓纖維束的改變，DTI可以為脊髓病變早期診斷、病變程度及預后評估提供依據。

頸髓DTI技術也存在一定的局限性：由于脊髓體積小、所處解剖位置復雜及DTI成像序列對磁場不均勻性的敏感度高，使圖像易出現變形或信號缺失；同時也缺乏驗證脊髓DTI結果的金標準。然而隨著成像技術不夠成熟，后處理技術進一步完善，DTI將成為常規MRI的重要補充，為脊髓疾病早期診斷和預后評估提供影像學依據。

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