DTI在腰椎間盤突出引起腰骶神經根壓迫癥中的應用價值

汪博， 范國光

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·骨骼肌肉影像學·

DTI在腰椎間盤突出引起腰骶神經根壓迫癥中的應用價值

汪博， 范國光

目的：探討腰骶神經根擴散張量成像(DTI)及纖維示蹤成像(FT)的可行性，同時評定健康志愿者及腰椎間盤突出引起單側坐骨神經痛患者的腰骶神經根DTI參數不同層面數值的連續性變化。方法：將20例腰椎間盤突出引起單側坐骨神經痛的患者及20例與患者年齡相仿的健康志愿者同時納入研究。所有檢查均在Siemens 3.0T MR上進行，采用3D T1-VIBE及DTI融合圖像，分別在神經根(L5和S1)的三個不同層面測量左右兩側神經根的各向異性分數(FA)值和ADC值，同時進行L4、L5、S1神經根FT。結果：20例健康志愿者L5和S1神經根左、右兩側FA值分別為0.319±0.019和0.320±0.019，ADC值分別為1.427±0.171和1.416±0.185，左右兩側差異無統計學意義(P>0.05)；不同層面神經根兩兩之間的FA及ADC值差異無統計學意義(P>0.05)。20例患者的患側神經根FA值低于健側，分別為0.285±0.026和0.319±0.019，差異有統計學意義(P<0.05)；患側神經根近端至遠端FA值逐層遞減(P<0.05)，ADC值逐層遞增(P<0.05)；健側不同層面FA值無明顯差異(P>0.05)。結論：DTI結合常規MRI對定量評價病變神經根及定位診斷腰骶神經根卡壓有一定的應用價值。

磁共振成像； 擴散張量成像； 腰椎間盤突出

腰椎間盤突出是常見的腰椎退行性變，經常引起腰骶神經根壓迫癥，典型癥狀是自臀部至足背沿坐骨神經通路放射性分布的疼痛。常規MRI檢查可以提供腰椎間盤突出的部位、程度，以及與鄰近腰骶神經根的相關關系，主要用來觀察神經根是否受壓，但有研究顯示MRI觀察到的神經根壓迫情況與臨床癥狀并無顯著相關性[1]，同時無癥狀的老年患者中有太高的假陽性率，部分神經阻滯術后癥狀未得到緩解及伴有持續的術后疼痛[2]，可能是因為常規MRI可以觀察神經根受壓情況但并不能較準確地定位診斷神經根病變。擴散張量成像(dffusion tensor imaging,DTI)及纖維束示蹤成像(fiber tractography,FT)廣泛應用于中樞神經系統，近來很多研究認為DTI可以用于觀測鼠的坐骨神經軸突的再生[3]，同時認為其是診斷周圍神經受壓的潛在實用性方法。不同于常規MRI，DTI著重于觀察卡壓的神經根而不是突出的椎間盤，其相關參數各向異性分數(fractional anisotropy，FA)值和ADC值的變化代表神經根水分子運動方向的改變，進而可以更進一步反映受壓神經根的不同層面微觀的病理生理過程。此研究的主要目的是應用3.0T磁共振分析健康志愿者及神經卡壓患者受壓神經根近端至遠端的FA值及ADC值的連續性變化，同時探討FT在顯示腰骶神經根受壓情況中的作用。

表1　健康志愿者左右側神經根不同層面平均FA值及ADC值

材料與方法

1.一般資料

病變組：本研究納入20名L4-L5、L5-S1椎間盤突出引起的單側坐骨神經痛患者，女9例，男11例，年齡24～70歲，平均48歲。其中L5單側神經根受壓12例，S1單側神經根受壓8例。納入標準：具有不同程度的單側腰腿痛，病程2～6個月，疼痛區域局限于L5、S1神經根支配區域；具備肌肉無力、萎縮、感覺減退及腱反射能力減弱4項中的兩項；MRI提示腰椎間盤旁中央型或椎間孔型單側狹窄(不包括椎間盤膨出)。排除標準：腰部外傷史、腰部外科手術治療史、先天性腰椎變異、脊髓病變、椎管內腫瘤、椎管狹窄、多節段椎間盤突出、關節不穩、關節突肥大、MRI禁忌癥病史，女性患者有宮內節育器。

正常對照組：另外納入20名健康志愿者，女12例，男8例，年齡25～62歲，平均40歲。所有志愿者均屬正常生活狀態，無腰痛及坐骨神經痛病史。

2.檢查方法

采用Siemens 3.0T MR掃描儀，掃描范圍自L3-L4椎間盤至S2-S3椎間盤水平。兩組掃描方法相同，首先進行3D T1-VIBE掃描：TR 7.00 ms，TE 2.46 ms，視野200 mm×200 mm，層厚1.0 mm，采集次數1，掃描時間3 min 38 s。

DTI圖像拷貝3D T1-VIBE掃描序列中心，采用單次激發自旋回波-回波平面序列(EPI)，掃描參數如下：TR 7207 ms，TE 95 ms，視野230 mm×230 mm，矩陣130×130，層厚3.0 mm，掃描層數40，采集次數3，b值0和800 s/mm2，20個梯度方向，掃描時間7 min 57 s。

3.圖像分析和測量

采用Siemens工作站Neuro 3D Syngo軟件進行神經根不同層面FA值及ADC值的測定及腰骶叢(主要為L4、L5、S1神經根)神經FT。結合3D T1-VIBE及DTI融合圖像共同觀察腰骶神經根，3D T1-VIBE作為解剖結構定位像，測量時在L5及S1左右兩側神經根不同位置選取3個ROI，分別位于椎間孔向內開口處(近側)、椎間孔處(中層)、椎間孔向外開口處(遠端)，左右取自同一層面。每個ROI的面積大小控制在25～50 mm2(圖1a、b) ，以免產生部分容積效應影響測量結果。毎個測量位置取三次測量的平均值。腰骶叢纖維示蹤成像，算法設置：FA閾值0.15，最大角度30°，最小纖維束長度4 mm。

4.統計分析

結　果

1.正常對照組L5及S1神經根參數

L5及S1左、右兩側神經根定量測量的平均FA值分別為0.319±0.019和0.320±0.019，平均ADC 值分別為(1.427±0.171)×10-3mm2/s和(1.416±0.185)×10-3mm2/s。左、右兩側同節段神經根FA值及ADC值差異無統計學意義(P>0.05)，且三個不同層面神經根兩兩之間FA值及ADC 值差異也無統計學意義(P>0.05，表1)。

2.病變組L5及S1神經根參數

20例患者的患側神經根(0.285±0.026)FA值低于健側(0.319±0.019)；患側神經根的不同層面FA值均低于健側，差異有統計學意義(P<0.05，表2)；ADC值均高于健側，結果有統計學意義(P<0.05，表3)。患側神經根不同層面之間FA及ADC 值比較，中層FA值低于近端，遠端低于中層，差異有統計學意義(P<0.05)；中層ADC值高于近端，遠端高于中層，結果有統計學意義(P<0.05)。

3.DTI-FT影像表現

DTI-FT重建L4、L5及S1神經根纖維束：所有健康志愿者神經根纖維示蹤L4、L5及S1神經束顯示完整，連續性好，走形自然，符合解剖。病變組20條受壓神經根在突出椎間盤水平較對側明顯變形及稀疏。

表3　腰間盤突出患者患側及健側神經根不同層面ADC值

討　論

腰椎間盤突出癥及腰椎管狹窄引起腰骶神經根卡壓是骨科的多發病和常見病。同時以腰腿痛及放射性坐骨神經痛為主要及首發癥狀。Ropper等[4]總結以前的研究認為腰間盤突出造成神經根壓迫是放射性坐骨神經痛的主要原因，另一方面神經放射學證實85%的坐骨神經痛與腰間盤突出有關。腰骶神經壓迫神經根引起坐骨神經痛的患者中，外科以神經根減壓術、疼痛科以神經阻滯術作為主要治療手段，因此準確地定位診斷受壓的神經根，可以明顯提高神經阻滯術的成功率，減少外科手術失敗時對患者帶來的創傷，能夠準確地直接定位受壓神經根的顯像方法及技術帶來的臨床意義尤為重要。

近年來，DTI定量FA值及ADC值被應用于周圍神經顯示及神經壓迫癥的診斷研究(特別是正中神經及尺神經，最近應用于腰骶神經根)[5-8]，認為FA及ADC值是診斷神經卡壓的有用工具及評估神經卡壓嚴重性的潛在工具。Balbi等[9]首先證實了DTI可以用來顯示人的腰骶神經根，進而發現FA 值及ADC值的大小與不同年齡、性別、神經根的左右側、不同節段并無相關性。隨后關于DTI對于腰骶神經根受壓的研究中，顯示受壓側的神經根較正常側的神經根FA值降低，ADC值升高，同時纖維束成像明顯顯示受壓部位的神經根較健側明顯稀疏[6-7,10]。大量的實驗性研究認為長期的慢性受壓及炎性介質的釋放，造成神經根屏障的破壞，血管通透性的增加，最終造成神經周圍小靜脈淤血及神經纖維束內的水腫[11-12]。此外，慢性壓迫導使血流量減少，神經局部缺血，髓鞘代謝受損，繼而神經發生脫髓鞘、華勒氏變性及神經內膜破裂。Balbi等[9]認為這些微細結構的改變也許會增加軸突之間的距離，進而使神經內的垂直本征量增加，導致FA值降低，ADC值增高。

在本研究中選取了與病例組年齡范圍相仿的20例健康志愿者作為研究樣本，測量其L5、S1同一節段神經根的左右兩側及不同層面的FA值及ADC值，發現左右兩側及不同層面神經根的FA及ADC值差異無統計學意義，與最近文獻報道結果相一致。腰椎間盤突出癥最常發生于L4-L5、L5-S1椎間隙，進而引起鄰近的下一節段神經根受壓，本研究選取L4-L5、L5-S1椎間盤突出引起單側坐骨神經痛患者20例作為研究對象進行DTI定量分析自身對照性研究，納入范圍內的患者病程均為2～6個月，測量選取的ROI部位分別為椎間孔向內開口處(近側)、椎間孔處(中層)、椎間孔向外開口處(遠端)。統計結果顯示受壓側神經根FA值低于未受壓側，神經根不同層面的FA值從近端至遠端呈現出逐層遞減的下降趨勢，ADC值呈現與FA值相反的趨勢；同時健側FA值不同層面間差異并無統計學意義。本研究中， FA值從神經根近側至遠端逐漸遞減可能與神經根不同層面的脫髓鞘程度及神經再生水平有關。神經根受壓損傷后，最先發生的病理變化為華勒氏變性，即損傷平面遠段的神經纖維全長以及近段神經纖維同時發生長度不等的髓鞘和軸突的崩解破壞。隨后隨著時間的進行，受損傷的近段神經纖維的軸突出芽、延伸，長入遠端雪旺氏細胞索，使再生軸突再髓鞘化進而使受損的神經得到再生修復。脊神經膜血管循環體及腦脊液為神經根近側提供營養支持，而遠端神經根僅有周圍神經束膜血管循環體系供養，營養物的供養相對匱乏。神經根在受壓變性及神經再生的修復階段，因血液交換條件的不同，腰骶神經根遠端較近側的營養供應基礎差，脫髓鞘程度明顯重于近側，同時神經再生速度又慢于近側。結果使受壓變性神經根在再生修復階段神經軸索數量沿神經走形近側至遠端呈現出逐層遞減的生長形式。在Lehmann等[13]進行的小鼠坐骨神經再生的組織學實驗中驗證了神經纖維束FA值的大小與組織學上觀察到的神經纖維束變性及再生的軸索數量具有明顯的相關性。慢性腰骶神經根受壓進而軸索變性后，病變遠近端神經軸索脫髓鞘程度及再生速度的不同導致不同層面正常神經軸索數量具有差異性，而這種差異反應通過檢測水分子不同方向的運動而反應在FA值上，使FA值出現與神經軸索數量變化一致的從近側到遠端遞減的趨勢。

神經根FT相對于常規MRI在有癥狀側神經根可以明顯顯示變形及稀疏，在神經卡壓的患者中可以提供解剖定位，尤其是常規MRI結果與臨床體征不一致時，對于手術計劃的設定有一定幫助。

本研究仍存在以下不足：第一，病例數不足；第二，急性期神經根卡壓及神經根病變隨時間動態變化需進一步研究，同時對于術后金屬植入的患者無法進行術后評價；第三，應在保證圖像質量的前提下，盡可能減少的掃描時間，提高圖像的信噪比。

總之，DTI結合常規MRI檢查對于定位診斷神經根壓迫癥提供了新的可使用的成像技術，利用常規MRI結合DTI定量評價損傷變性神經根更加敏感且準確，腰骶神經根DTI-FT可形象地顯示神經纖維束的形態，結合背景融合圖，可以形象顯示病變及神經走行，尤其是當常規MRI結果與臨床體征不一致時，對于臨床制定治療方案更加有利。

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Value of DTI in the evaluation of lumbosacral nerve entrapment in disc herniation

WANG Bo,FAN Guo-guang.

Department of Radiology,the First Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China

Objective:To study the feasibility of diffusion tensor imaging (DTI) and fiber tracking (FT) in the evaluation of lumbar-sacral nerve root,and to assess the potential changes of DTI parameters in different levels of the lumbar nerve roots in healthy volunteers and patients suffering with unilateral sciatica caused by disc herniation.Methods：20 patients with unilateral sciatica related to disc herniation and 20 healthy volunteers with similar age were enrolled in this study.All of the subjects were studied with a 3.0T MR scanner,3D T1-VIBE and DTI fusing images were used.The FA and ADC values on three different levels of bilateral L5and S1nerve roots were measured,tractography of L4-S1nerve root fiber was performed simultaneously.Results：There was no significant difference in FA or ADC between left and right nerve roots at the same level of L5and S1(left FA:0.319±0.019，right FA:0.320±0.019;left ADC:1.427±0.171，right ADC：1.416±0.185;P>0.05) in healthy volunteers.No significant difference was existed on FA and ADC values at different levels of nerve root (P>0.05).Of the 20 patients with sciatica,the FA values were significantly lower at the affected side compared with the healthy side,which was 0.285±0.026,0.319±0.019 respectively (P<0.05).The FA values of the nerve roods of affected side decreased and declined gradually from proximal to distal (P<0.05);while the ADC values was on the opposite trend,which accented gradually (P<0.05).FA values in healthy side showed no difference at different levels (P>0.05).Conclusion：DTI in combination with conventional MRI show significant potential in the quantitative evaluation as well as providing localization of nerve root compression.

Magnetic resonance imaging； Diffusion tensor imaging； Lumbar disc herniation

110001沈陽，中國醫科大學附屬第一醫院放射科

汪博(1991-)，女 ，內蒙古赤峰人，碩士研究生 ，主要從事神經功能成像研究。

范國光，E-mail：fanguog@vip.sina.cn

R445.2 ； R681.53

A

1000-0313(2016)07-0658-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.07.019

2015-11-27)