DTI對急性頸髓損傷ASIA不同殘損等級的研究

鄒志孟，都美玲，李軍，曹慶勇，連慧秀，沈曉君，王濱

（1.濱州醫學院煙臺附屬醫院，山東煙臺264100；2.濱州醫學院，山東煙臺264003）

DTI對急性頸髓損傷ASIA不同殘損等級的研究

鄒志孟1，都美玲1，李軍1，曹慶勇1，連慧秀1，沈曉君1，王濱2

（1.濱州醫學院煙臺附屬醫院，山東煙臺264100；2.濱州醫學院，山東煙臺264003）

目的：研究急性頸髓損傷（Spinal cord injury，SCI）DTI各參數值在ASIA不同殘損等級的臨床應用價值。方法：回顧性分析急性SCI常規MRI T2WI高信號34例患者，48小時內行MR-DTI檢查，測量病變區FA、ADC、λ∥、λ⊥值，臨床采用ASIA等級標準，A級5例、B級6例、C級10例、D級13例，健康組15例相近年齡段志愿者，測量C3/4～C5/6相應椎間盤平面。采用單因素方差（ANOVA）分析DTI參數值在ASIA A～D級差異，t檢驗分析DWI高信號（DWI高信號區）與邊緣區（T2WI高信號區）DTI參數差異。結果：A～D級與健康組比較FA、ADC、λ∥、λ⊥值均具有統計學意義（F=51.90，13.30，24.70，13.01，P＜0.001）。A級與B、C、D級兩兩比較FA值、ADC值、λ∥值有統計學意義（P＜0.05），FA值、λ∥值隨著ASIA殘損等級降低呈下降趨勢，ADC值在A級降低、B～D級升高，λ⊥值升高，B級與A、C、D級兩兩比較差異有統計學意義（P＜0.05），A、C、D級比較差異無統計學意義（P＞0.05）。DTT顯示A、B級損傷區域神經纖維束腫脹、中斷，C、D級損傷區神經纖維束完整。DWI高信號區與T2WI高信號區ADC、λ∥、λ⊥值具有統計學意義（P＜0.05），FA值均降低無統計學意義（P＞0.05）。DTT顯示DWI高信號區神經纖維束連續性中斷。結論：FA值、λ∥值是評價急性SCI AISA不同殘損等級敏感指標，ADC值越低損傷程度越重，DTT直觀顯示神經纖維束損傷部位和損傷程度，為臨床治療提供更多影像學證據。

脊髓損傷；磁共振成像，彌散

急性頸髓損傷（Spinal cord injury，SCI）常造成不同程度的神經功能障礙，嚴重者可導致截癱，給患者及家庭和社會帶來負擔。臨床常采用美國脊髓損傷協會（ASIA）分級標準，作為判斷脊髓損傷的程度。常規MRI是SCI首選檢查方法，能夠確定損傷區水腫、出血的范圍，但缺乏損傷程度的量化指標。如何早期定量評估SCI損傷程度，對臨床采取適宜治療方法、保護神經預后恢復十分重要。擴散張量成像（Diffusion tensor imaging，DTI）通過水分子的各向異性擴散檢測中樞神經系統（CNS）的組織結構，反映定向組織對水分子運動的障礙，包括細胞膜、細胞骨架和細胞外基質[1]。三維白質神經纖維束跟蹤技術（Diffusion tensor teactgrapy，DTT）可非侵入性顯示神經纖維束的完整性，如纖維束壓迫和中斷。近年來，越來越多研究表明[2-7]，DTI應用于SCI是可行的，可以量化頸髓相關擴散變化，顯示微觀結構損傷較常規T2WI圖像更敏感。在急性SCI方面，應用小鼠模型[1，8-9]研究證實DTI各參數的相關病理學改變。DTI各參數在急性SCI與ASIA不同殘損等級的變化規律研究較少，尤其是T2WI高信號區域中DWI高信號（稱之DWI高信號區）與鄰近DWI等信號區域（稱之T2WI高信號區）之間DTI的差異研究方面，是本研究的研究重點。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集濱州醫學院煙臺附屬醫院2012年8月—2014年12月期間急性SCI常規MRI T2WI高信號（排除7例運動和義齒偽影的病人），共34例患者納入研究，男29例，女5例，年齡16～80歲，平均（48±11）歲，所有患者48小時內行DTI檢查。15例無外傷史及椎間盤突出患者作為對照組，男11例，女4例，年齡21～61歲，平均（38±12）歲，測量C3～C6節段DTI數據，所有患者和志愿者簽署知情同意書。

臨床專科檢查采用ASIA運動評分標準：5例A級（完全性損傷）：神經平面以下包括骶段無任何感覺運動功能保留；6例B級（不完全性損傷）：在神經平面以下包括骶段（S4～S5）存在感覺功能，但無運動功能；10例C級（不完全性損傷）：在神經平面以下存在運動功能，且大部分關鍵肌的肌力小于3級；13例D級（不完全性損傷）：在神經平面以下關鍵肌的肌力大于或等于3級；本研究無E級。

1.2 掃描設備和方法

應用Siemens公司Avanto 1.5T磁共振對所有患者行常規矢狀位、軸位和DTI掃描，應用8通道頭頸聯合線圈，患者仰臥，線圈包繞頸部，指導患者不要做吞咽，頸椎前加飽和帶，減少血管搏動偽影。常規TSE序列矢狀位掃描T1WI（TR 550ms，TE 11ms）、T2WI（TR 4 200ms，TE 106ms）、軸位T2WI（TR 4 400ms，TE 114ms）掃描，DTI采用單次激發平面回波序列（EPI），使用12個方向梯度場，b值采用0和800，TR（3 000 ms，TE 97 ms），FOV 256×256mm2，層厚3mm，無間隔掃描，層數15。掃描時間共計679 s。

1.3 DTI數據處理

DTI成功掃描結束后，在Siemens公司后處理工作站中，將頸髓DTI原始數據自動生成FA、ADC、DWI和彩色FA四種圖像，在b0圖像手動選擇ROI，大小4～5像素，需避開腦脊液和出血灶，連續多點測量損傷區域FA、ADC、λ∥、λ⊥值，測量T2WI高信號和DWI高信號區。數據由兩名高年資中樞神經系統醫師測量，手動測量兩次，取其平均值。

將DTI數據拖入后處理工作站，點擊Fusion Mode鍵，利用Fused 3D處理軟件，選擇頸髓種子層面手動描繪，描繪3～5個層面頸髓截面，點擊Start Tractograpy鍵獲得DTT圖，本研究設定的神經纖維束FA值下限0.2，角度上限30°。

1.4 統計學分析

將所有數據錄入Excel表中，應用SPSS 17.0統計分析軟件進行分析，數據以±s表示。采用單因素方差分析，各組間數據方差齊性檢驗，多重數據比較，t檢驗分析DWI高信號（DWI高信號區）與邊緣區（T2WI高信號區）DTI參數差異。P＜0.05具有統計學意義。

2 結果

ASIA-A級5例、共累及17個節段，B級6例、累及14個節段，C級10例、累及13個節段，D級13例、累及13個節段，共計57個節段，損傷平面以C3/4～C5/6多見。A～D級與健康組15例（45個節段）FA、ADC、λ∥、λ⊥值對照研究。數據齊性方差檢驗，符合正態分布，采用LSD法多重比較。A～D級與健康組比較，FA、ADC、λ∥、λ⊥值差異有統計學意義（P＜0.001）見表1。組間比較，A級與B、C、D級兩兩比較FA值、ADC值、λ∥值有統計學意義（P＜0.05），ADC值在A級降低與B～D級升高有統計學意義，λ⊥值B級升高與A、C、D級兩兩比較差異有統計學意義（P＜0.05）。DTT顯示A、B級顯示損傷區域神經纖維束腫脹、扭曲和中斷（圖1～5）；C、D級顯示神經纖維束走行連續（圖7～9）。

表1 健康組與脊髓損傷ASIA分級FA、ADC、λ∥、λ⊥值的比較

DWI高信號區9例（A級5/5例、B級4/6例），共16個節段，與T2WI高信號區比較（圖6），ADC、λ∥、λ⊥值具有統計學意義（P＜0.05），FA值DWI高信號較T2WI高信號區均降低，但二者無統計學意義（P＞0.05），見表2，DTT顯示DWI高信號區神經纖維束連續性中斷。

FA值、λ∥值隨ASIA殘損等級降低呈下降趨勢，數值越低，損傷程度越嚴重。ADC值在A級降低，B級中變化較復雜，本研究發現在椎間盤慢性壓迫節段ADC值升高，無慢性壓迫節段ADC值降低，在同一病人多節段損傷也出現相同結果，C～D級ADC值升高。λ⊥值A～D級升高。表明FA值、λ∥值是預測損傷損傷程度重要指標，ADC值越降低，多提示損傷越嚴重，代表損傷中心區域。

表2 匹配區與不匹配區FA、ADC、λ∥、λ⊥值的比較

圖1～6 同一患者，男，16歲，高空墜落5小時，ASIA-A級。T2WI（圖1）C7粉碎性骨折壓迫頸髓，C5/6～T1平面頸髓損傷呈T2WI高信號。DWI（圖2）C6～T1頸髓高信號。ADC（圖3）C6～T1頸髓低信號。DTT（圖4，5）C7損傷平面矢狀位、冠狀位頸髓神經纖維紊亂變細，連續性中斷。DWI、T2WI高信號測量（圖6），紅色為T2WI高信號區域，綠和紫色為DWI高信號區域。圖7～9同一患者，男，67歲，車禍12小時，ASIA-C級。T2WI（圖7）C3/4平面頸髓損傷呈T2WI高信號。DWI（圖8）為等信號。DTT（圖9）冠狀位頸髓神經纖維束連續。Figure 1～6.The same patient,male,16 years old.Five hours after falling-down injures.ASIA-grade A.T2WI(Figure 1)showed comminuted fracture in C7,by compressing the cervical spinal cord.Cervical spinal injury in C5/6～T1plane was proved by T2WI hyperintensity.DWI(Figure 2)showed hyperintensity in C6～T1.ADC map(Figure 3)showed hypointensity in C6～T1.DTT(Figure 4,5)revealed the thinning and interruption of nerve fiber at C7plane in sagittal and coronal positions.Measurement illustrations on hyperintensity areas on DWI and T2WI(Figure 6).Hyperintensity on T2WI was shown in red,and hyperintensity on DWI was shown in green and purple.Figure 7～9.The same patient,male,67 years old.Twelve hours after car accident.ASIA-grade C(Figure 7)cervical spinal injury at C3/4plane,was proved by T2WI hyperintensity.DWI(Figure 8)showed isointensity.Coronal positon of DTT(Figure 9)showed continuous bundles of cervical spinal nerve fibers.

3 討論

ASIA殘損等級是臨床常用標準，常規MRI對急性SCI常用的檢查方法，兩者不能提供損傷量化指標。DTI是在DWI基礎發展起來，是目前唯一無創性顯示活體研究神經纖維結構的方法。DTT是通過連接每個體素內近似本征向量（擴散張量主方向）對全部軸突路徑進行重建[10]，以主方向擴散范圍內的體素為基礎，提供三維神經纖維跟蹤，可顯示虛擬頸髓纖維束損傷和連接狀況。

FA和ADC值是DTI兩個最常用的量化指標。λ∥值表示與脊髓纖維擴散方向相平行，代表主方向，λ⊥值表示與脊髓纖維擴散方向相垂直的前后和左右方向平均值，代表垂直方向。Eric等[11]和Joong等[1]研究表明，λ∥值對軸突損傷敏感，λ⊥值對髓鞘破壞敏感。本征值變化反映了組織結構的方向性與完整性程度[12]。

本研究中DTI各參數值在不同ASIA殘損等級中變化規律：隨著損傷程度的加重，ASIA殘損分級越低，FA值降低越明顯，與以前研究[3，13]相一致。在損傷區域細胞外水腫存在，導致水分子擴散方向受損，提示損傷后神經結構不完整性，FA值是反映損傷重要指標。ADC值變化是可能與損傷相關的軸突結構變化有關，軸突間距和細胞外體積分數下降可能會降低ADC值[2]。Zhang等[14]在急性SCI中CTA研究發現，輕度損傷顯示脊髓前動脈完整，嚴重損傷導致脊髓前動脈痙攣缺血。我們研究發現在ADC圖A級表現為明顯低信號，ADC值明顯降低，B級表現為高低混雜信號，B級中損傷節段無椎間盤慢性壓迫ADC值是降低的，合并慢性頸髓壓迫ADC值輕度升高，發現在同一患者中多節段損傷，測量也出現類似結果，以往脊髓型頸椎病研究，長期慢性頸髓壓迫，ADC值升高，因此我們推測，B級中ADC值輕度升高，并不能真實代表損傷程度，可能存在數值“抵消”存在假象。C級和D級ADC值升高。ADC值降低只見于A級和部分B級，ADC值降低提示嚴重損傷。λ∥值降低是軸突損傷的標志，隨著損傷程度加重，ASIA殘損評級越低，λ∥值下降越明顯，與Cheran等[13]研究相同。λ⊥值升高提示髓鞘損傷程度，本研究中A～D級λ⊥值均升高，提示急性SCI易導致髓鞘損傷。組間比較與損傷程度無統計學意義，但以B級升高明顯，這需要更多樣本進一步總結。DTT顯示A、B級患損傷區域神經纖維束腫脹、神經纖維毛糙紊亂、不同程度中斷，C和D級神經纖維束完整、走行連續。DTT可直觀顯示神經纖維束損傷嚴重程度。

在DTI自動形成DWI圖像（b=800），高信號僅見A級（5/5，100%）、B級（4/6，66%），A級常累及兩個以上脊髓節段，超過B級。Pouw等[15]研究表明，高信號檢出率在T2WI和DWI分別為94%、72%，本研究結果基本相同。本研究發現矢狀位常規T2WI高信號范圍超過DWI高信號，兩者存在不匹配區域。T2WI高信號區域中DWI高信號（稱之DWI高信號區）與鄰近DWI等信號區域（稱之T2WI高信號區），DWI高信號區較T2WI高信號ADC值和λ∥值降低、λ⊥值升高，FA值均降低。DTT顯示DWI高信號區神經纖維束扭曲、連續性中斷，提示損傷中心區域。

綜上所述，FA值、ADC值和λ∥值降低，見于ASIA A級，提示完全性損傷；在不完全性損傷B～D級中，隨著ASIA殘損等級降低，FA值和λ∥值呈下降趨勢、ADC值升高。由此說明，FA值、λ∥值、ADC值可量化評價急性SCI損傷嚴重程度的重要指標，數值下降明顯，表明損傷程度越嚴重，與ASIA殘損分級密切相關，反映了損傷后神經纖維髓鞘不完整，同時累及軸突損傷等微細結構病理改變，與Cheran等[13]研究基本一致。其中本研究對11例不同程度損傷患者1月后隨訪，測量損傷區域DTI各參數值在治療前后動態變化，尤其是損傷中心區域變化，與患者臨床神經功能轉歸，兩者存在相關性，將作為下一步的研究重點。

本研究存在不足之處，DTT檢查存在一定的限度，當神經纖維FA低于0.2、角度超過30°，神經纖維束出現連續性中斷等假象，需謹慎對待。A和B級損傷樣本量較少，數據難免存在誤差。檢查時間較長，患者不合作影響圖像質量等。研究結果顯示DTI參數值可提供急性SCI臨床ASIA不同殘損等級的量化指標，為治療后隨訪提供了依據，本研究將繼續關注急性SCI神經功能轉歸的DTI參數值動態變化，為預后評估和康復治療提供更為準確的信息。

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The study of DTI in acute cervical spinal injury w ith different ASIA grades

ZOU Zhi-meng1,DU Mei-ling1,LI Jun1,CAO Qing-yong1,LIAN Hui-xiu1,SHEN Xiao-jun1,WANG Bin2
(1.Yantai Affiliated Hospital of Binzhou Medical University,Yantai Shandong 264100,China;2.Binzhou Medical University,Yantai Shandong 264003,China)

Objective:To study the clinical value of DTI in acute spinal cord injury(SCI)with different ASIA grades.Methods:A retrospective analysis of 34 acute SCI patients with conventional MRI T2WI hyperintensity was made.All patients underwent MR-DTI examination in 48 hours.According to ASIA grades,we measured the values of FA,ADC,λ∥,λ⊥in the injury area.We recruited 15 healthy volunteers of matched ages,and measured the same parameters in the corresponding level of C3/4～C5/6intervertebral disc plane.Single factor analysis of variance(ANOVA)was applied to analyze the difference in DTI parameters in ASIA grade A to D.Independent sample t test was used to analyze DTI parameters in DWI image matching area(hyperintense on both DWI and T2WI)and mismatch area(isointense on DWI but hyperintense on T2WI)in the same patients.Results:The number of patients is 7 in grade A,5 in grade B,19 in grade C,and 13 in grade D.Compared with the healthy group,the A～D groups showed significant differences in FA,ADC,λ∥andλ⊥(F=51.90,13.30,24.70,13.01,P＜0.001).Compared with grade B,C and D,the values of FA,ADC andλ∥in grade A were significantly reduced by pairwise comparison(P＜0.05).FA andλ∥showed a downward trend as ASIA grade was reduced.ADC values increased in grade A,however decreased in grade B to D.As forλ⊥elevation,by pairwise comparison,grade B showed significant difference from grade A,C and D(P＜0.05).There was no significant difference between grade A,C or D inλ⊥by pairwise comparison(P＞0.05).DTT showed in injured area nerve fiber bundle swelling,distortion and interruption in grade A.The nerve fiber bundles were swelling,coarse and partially interrupted in grade B.Integrated nerve fiber bundles could be found in grade C and D.Comparing DWI match area with mismatch area,ADC,λ∥decreased andλ⊥increased significantly(P＜0.05),whereas the changes of FA value had no difference(P＞0.05).DTT demonstrated that the nerve fiber bundle in DWImatch area was interrupted.Conclusion:FA value andλ∥value are sensitive indexes among different AISA grades in acute SCI.The lower the ADC value is,the more serious the injury is.DTT can display the position and injury extent of nerve fiber bundles,and provide more imaging evidence for clinical treatment.

Spinal cord injuries;Diffusion magnetic resonance imaging

R651.2；R445.2

A

1008-1062（2017）01-0008-04

2016-03-24；

2016-04-12

鄒志孟（1971-），男，山東煙臺人，主治醫師。E-mail：zzmmprm@163.com

王濱，濱州醫學院，264003。E-mail：binwang001@yahoo.com

山東省自然科學基金（ZR2015HM081）；山東省煙臺市科技計劃項目（2014WS049）。