頸髓MRI—DTI研究進展及應用現狀

摘要：頸髓是中樞神經系統的重要組成部分，頸髓疾病可嚴重影響患者的生活質量。目前，磁共振檢查是診斷頸髓病變的最佳影像學方法，磁共振擴散張量成像（DTI）不僅可以顯示常規磁共振成像顯示不了的病理學改變，還可通過纖維示蹤技術直觀地顯示纖維束方向及其完整性的改變，以便早期進行積極的治療。

關鍵詞：頸髓；彌散張量成像；磁共振成像

1 概述

脊髓是中樞神經系統中一個重要的組成成分，其內包含大量的感覺及運動神經纖維，無論是外傷、炎癥、退變或是腫瘤易引起脊髓損傷，給患者帶來嚴重的影響。常規磁共振成像（MRI）能顯示脊髓形態及信號的改變，但對脊髓的功能狀態及細微結構難以評價；當常規MRI檢查中頸髓出現異常信號往往提示病變較為嚴重，很可能錯過了最佳治療時期。隨著MRI成像的發展，例如彌散張量成像（DTI）應用，對脊髓細微結構的了解及各種原因導致的脊髓損傷、變化有重要的意義。

1964年Bloch和Purcell發現了磁共振現象，1977年Damadian等人發明了第一臺磁共振全身成像裝置，隨著磁共振技術的日益發展和成熟，磁共振技術在不斷更新交替，并且越來越多的技術更規范、準確的運用到檢查中。

1994年Basser等人提出擴散張量成像（DTI）技術，是目前惟一能在活體三維顯示白質纖維束的無創性成像方法。DTI通過檢測神經組織中水分子的運動狀態，可反映組織結構的完整性和在不同病理條件下結構變化的信息，反映白質纖維束的空間方向性和完整性，對研究細微神經結構變化，提示腦、脊髓功能狀態有重要價值[1]。現在就DTI工作原理及其在頸髓相關病變應用作一綜述。

2 DTI簡介

2.1 DTI原理 1827年Robert Brown發現分子或微觀粒子之間發生的各種隨機無規則的碰撞，這種運動稱為布朗運動。人體中約有70%的水，水分子每時每刻都處于隨機運動中，這種運動稱為彌散。常規MRI序列對水分子彌散運動非常不敏感。擴散加權成像（DWI）是在常規MRI序列的基礎上獲得反映體內水分子彌散運動狀況的圖像。DWI是目前最理想的觀察水分子擴散的方法。DTI是基于DWI技術上發展起來的一項新技術，它利用擴散敏感梯度從多個方向對水分子的擴散各向異性進行量化，從而反映活體中細微的病理生理變化。彌散需要張量來顯示，掃描梯度場方向越多，圖像信噪比越高，但隨著掃描時間延長，運動偽影的概率也就增加了。纖維跟蹤技術（FT）是利用彌散張量數據，三維顯示活體纖維束的無創性成像方法，其得到彌散張量纖維束成像（DTT）是目前顯示白質纖維束最有效的手段[2]。

2.2 DTI相關參數

2.2.1擴散敏感因子b值（b value）：b值為DTI的重要參數，反映MRI各成像序列對擴散運動表現的敏感程度。研究表明，隨著b值增大，序列對水分子擴散運動的敏感性增高，組織間對比度變高，但圖像信噪比降低，得到的信息越少；反之，序列受到T2加權的影響，不能充分顯示組織的各向異性，但是圖像信噪比增高。

2.2.2ADC值即表觀擴散系數，主要描述組織中水分子彌散的快慢。由于細胞外間隙比細胞內間隙大，決定ADC值大小的主要因素是細胞外間隙的水分子擴散情況[3]。

2.2.3各向異性程度 反映分子在空間位移的程度，與方向有關，主要參數有各向異性指數（AI）、相對各向異性（RA）、各向異性分數（FA）。其中FA值比RA值更敏感，能更好顯示白質纖維束，臨床應用較廣泛。RA值是水分子彌散的各向異性成分與各向同性成分二者的比值；FA值反映各向異性成分占整個彌散張量的比值，其范圍從0-1，0代表最小各向異性即各向同性，1代表最大各向異性。在結構較松散的組織中（如腦脊液、灰質以及排列不規則的白質纖維束），水分子的各向擴散差別不大，即FA值較小；在排列方向高度一致的白質纖維束中，水分子的各向異性擴散差別是最大的，即FA值較大。

2.3 DTI的相關技術 頸髓位于頸椎椎管內，由于周圍腦脊液的搏動、呼吸運動的偽影及局部骨質影響，易導致磁場的不均勻，DTI在頸髓臨床檢查上受到一定限制。Wheeler-kingshott CA等報道[4]，單次激發自旋回波EPI快速掃描技術，此技術掃描時間極短，大多數宏觀運動都可以忽略不計，因此是一個比較好的掃描條件，尤其對于不能耐受較長時間掃描和心率不齊的患者具有一定的優勢。但是空間分辨率低，渦流和磁化率偽影嚴重，噪音大。它對彌散運動的高度敏感性，決定了它在成像中運用最為廣泛。

多次激發平面自旋EPI序列、單次激發快速自旋回波序列運動偽影顯著，成像時間太長，目前應用不廣泛[5]。

3 DTI在頸髓中的研究現狀

3.1正常頸髓DTI 頸髓位于椎管內，白質主要由神經纖維組成，而神經纖維是影響水分子彌散的主要因素。在DTI偽彩圖中，值越高，顏色越紅；值越低，顏色越藍。報道顯示，正常人的頸髓各向異性顯著，故顯示為紅色（FA值高）；頸髓中央部分由中央灰質和中央管構成，呈黃色（FA值介于腦脊液與白質之間）；腦脊液中各向異性較低，故顯示為藍色（FA值低）。在與此對應的ADC圖中，頸髓白質顯示為藍色（低ADC值），腦脊液顯示為紅色（高ADC值），頸髓中央部分顯示綠色（中等ADC值）[6]。但頸髓不同節段的FA存在差異是否具有統計學意義，這與脊髓灰、白質走行密切相關，國內外在正常頸髓DTI研究中，各參數數值并無統一標準。

3.2頸髓損傷 頸髓損傷包括急性、慢性頸髓損傷，前者多由于外力因素（外傷）直接或間接作用于頸髓所致；后者多由于頸椎椎體及相鄰軟組織的退變，導致頸髓受壓或頸髓缺血而出現臨床癥狀，其中脊髓型頸椎病（CSM）是主要病因。頸髓損傷會引起頸髓神經細胞的變性、水腫及脊髓神經纖維束損傷造成沿神經纖維方向彌散的水分子運動紊亂，因此FA值都會降低[7]，但是在急性損傷中對于ADC值升高還是降低仍存在爭議。Wang SQ等[8]研究顯示，在脊髓受傷部位ADC值和FA值都明顯下降。在慢性頸髓損傷的研究，T2WI高信號患者在脊髓受壓平面ADC值均升高，FA值均下降；頸髓T2WI等信號者大部分出現脊髓受壓平面ADC值升高，FA值下降。通過對比健康人群和CSM患者的ADC值、FA值，CSM患者比健康人群ADC值升高，FA值降低。Gao SJ等[9]研究發現，FA值改變與臨床癥狀呈正相關，FA值越低，纖維束損害越嚴重。DTI可以在常規MRI發現病變前更早地發現病變，這對于疾病的早期診斷和治療有重要作用。

3.3脊髓炎癥 脊髓炎由多種原因引起的脊髓炎性病變，以病變水平以下肢體癱瘓、感覺障礙和自主神經功能障礙為其臨床癥狀。病理學上均有病變部位神經細胞變性、壞死、缺失；白質脫髓鞘、炎性細胞浸潤、膠質細胞增生等改變，常規MRI未發現異常，而DTI對這些病理改變較常規MRI更為敏感。Yoshimitsu[10]對多發硬化病例頸髓DTI研究發現頸髓病變區FA值病例組明顯低于對照組，ADC值無統計學差異，表明FA值對異常病變更敏感。Renous等對脊髓炎癥病變MR-DTI的研究中顯示，FA值和ADC值對異常病變較常規T2WI有更高的敏感性，部分病例臨近或遠離病灶的區域FA值也會升高，FA值變化可能為脊髓炎癥病變發展過程提供更多的信息。

3.4頸髓腫瘤 脊髓腫瘤包括原發性腫瘤及轉移性腫瘤。白質纖維束易被腫瘤壓迫和（或）破壞，變得稀疏。Kim DH等在研究脊髓室管膜瘤和星形細胞瘤中發現FA值降低，神經纖維束缺失，結合DTI中FA值下降和灌注加權成像（PWI）中局部血容量增高，提示神經膠質瘤惡性程度較高。

3.5頸髓其他病變 多發性硬化（MS）是中樞神經系統脫髓鞘性疾病，脊髓常受累且主要發生于頸髓白質。研究發現MS患者FA值較正常對照組下降，T2WI無明顯異常的患者FA值也減低，說明常規MRI檢查難以發現的病灶，FA值會提供更敏感的信息。FA值的改變與臨床癥狀呈正相關，且FA值越低，其纖維束損害越明顯，臨床癥狀越重。DTI有望成為MS患者臨床評估的一種潛在的客觀的手段。

肌萎縮側索硬化（ALS）是上運動神經元和下運動神經元損傷之后皮質脊髓束退變引發的一種漸進性疾病，引起四肢、軀干、胸部腹部的肌肉逐漸無力和萎縮。DTI可以在多個大腦區域及ALS患者白質減低區檢測，在疾病的早期階段發現白質受累區，作為早期診斷ALS敏感的工具。

4 頸髓DTI應用中的局限及前景

盡管DTI技術能夠無創的提供一個相對全面的功能圖并量化信息，仍需減少對運動偽影、化學位移偽影的敏感性、成像時間長等問題。在頸髓研究中，為了避免腦脊液產生的部分容積效應，在測量感興趣區時，不得不同時包括了白質和灰質，所以目前大部分DTI技術研究報道中獲得的FA值更接近于灰質、白質的均值。但是DTI技術提供了一種無創評價活體組織疾病生理學的方法，將會在頸髓疾病的診斷、預后中開辟更廣闊的前景。

參考文獻：

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[10]Bosma R etal.Diffusion tensor imaging in the human spinal cord：development，limitations，and clinical applications[J].Crit Rev Biomed Eng，2012，（1）：1-20.編輯/哈濤