脊髓型頸椎病患者減壓術后軀體感覺傳導纖維損傷的縱向研究

吳開富，何來昌，譚永明

作者單位：南昌大學第一附屬醫院影像科，南昌 330006

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)患者由于頸椎椎體、椎間盤、韌帶等組織病變繼發頸髓受壓而出現各種癥狀及體征[1-3]。如何能夠早期、精準判斷脊髓損害程度對于CSM患者手術時機決斷及其預后具有重要的臨床意義，評估脊髓型頸椎病手術干預時機目前研究僅僅局限于頸髓損傷層面，但是遠端軸突及髓鞘甚至大腦的繼發性損傷對神經功能保持、術后神經康復效能至關重要。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術在不同方向上使用多個擴散敏感梯度來量化水分子擴散的各向異性，它已被用于神經纖維束成像和定量分析腦組織微觀結構改變[4]。丘腦內部含大量的上行、下行感覺纖維，是軀體感覺傳導中繼站，因此，本研究以中央后回、丘腦、中腦作為種子點，探究感覺傳導通路相關的皮質丘腦束及丘腦脊髓束微細結構改變，分析其與CSM患者術前感覺功能障礙、術后感覺傳導神經康復的關系。

1 材料與方法

1.1 一般資料

搜集2015年9月至2018年5月間我院就診，參考2008年第三屆全國頸椎病專題專題座談會制定的頸椎病診斷標準診斷為CSM的患者，其中男13例，女14例，共27例，年齡30～59 (47.50±7.01)歲，均無其他中樞神經系統疾病、無顱腦或脊髓外傷病變、無磁共振檢查禁忌證者，設為實驗組。隨機選取27名健康志愿者作為對照組，性別、年齡、受教育程度均匹配，無脊髓壓迫癥狀和影像改變，無其他中樞神經系統疾病、無顱腦或脊髓外傷病變、無磁共振檢查禁忌證。對照組和實驗組在年齡、性別等方面無統計學差異(P＞0.05)(表1)。所有受試者進行JOA評分及NDI評分測試，術前CSM患者JOA平均得分(11.16±2.21)，NDI平均得分33.25%±11.06%。對照組JOA平均得分17，NDI平均得分5%。所有受試者均無MR檢查禁忌證，且均為右利手。檢查前已告知所有受試者研究目的及詳細方法，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 磁共振掃描

使用16通道相控陣頭線圈在3.0 T Trio,Siemens，Erlangen掃描儀上采集MR圖像。受試者進行掃描時保持清醒，眼罩遮眼，固定頭部，雙耳置入海綿套靜音塞，囑保持頭部勿動。T1解剖結構像參數及序列如下：采用3D梯度回波(three—dimensional spoiled gradient recalled acquisition，3D SPGR) T1WI序列采集，TR 1900 ms，TE 2.26 ms，反轉角9°，層厚1 mm，層間距1 mm，矩陣256×256，視野(field of view，FOV) 250 mm×250 mm，體素大小1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，獲得176層全腦矢狀位連續解剖圖像。DTI數據采用單次激發平面回波成像(echo-planar imaging，EPI)序列軸位掃描，層數為65層，層厚2.5 mm，TR 7200 ms，TE 104 ms，NEX為1次，矩陣128×128，視野230 mm×230 mm，施加32個非線性擴散梯度(b=0、1000 s/mm)，掃描持續時間為8 min 15 s。

1.3 數據處理

(1)使用基于Linux平臺的FSL5.1軟件(http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fsl)對所有DTI數據進行圖像預處理，步驟如下：①圖像轉化；②渦流校正；③剝腦，去掉顱骨及頭皮等非腦組織，以減少DTI擬合和追蹤過程中的運算量并提高配準的準確性；④擴散指標計算，獲得每個體素的部分各項異性(FA)、平均擴散量(MD)值和擴散本征值(MD)；⑤空間配準，將所得個體空間的DTI數據配準至蒙特利爾神經病學研究所標準空間。(2)設置雙側中央后回、丘腦、中腦為mask，然后對雙側中央后回、中腦、丘腦進行重采樣。(3)將MRIcroN軟件轉換后的DTI數據導入Diffusion Toolkit 0.6.4 (http://trackvis.org/dtk)及Track Vis 0.6.1 (http://www.trackvis.org/)軟件進行FACT算法及重組參數處理，在統計參數圖譜(statistical parametric mapping，SPM8)軟件下對重采樣后的皮質、丘腦、中腦進行空間標準化、逆轉換等處理，經Diffusion Toolkit軟件處理后得出的相關數據載入Track Vis 0.6.1，加入皮質、丘腦、中腦Mask，記錄同時通過皮質、丘腦的track (皮質丘腦束；圖1)及同時通過丘腦、中腦的track (丘腦-中腦束；圖2)的表觀擴散系數(ADC)、部分各向異性分數(FA)、平均擴散系數(MD)。

1.4 統計學分析

圖1 丘腦皮質束差異圖 Fig. 1 The diagram of the thalamocortical tracts.

圖2 丘腦中腦束差異圖 Fig. 2 The diagram of the spinothalamic tracts.

2 結果

術前CSM組、健康對照組、術后CSM組的DTI參數均值、標準差及組間方差分析如表2，進一步組間兩兩比較：與健康對照組相比，術前CSM患者的丘腦皮質束及脊髓丘腦束的FA值均減低(P＜0.05)，丘腦皮質束及脊髓丘腦束ADC、MD值升高(P＜0.05)(圖3，4)；術后CSM組丘腦皮質束較對照組FA值減低(P＜0.05)，脊髓丘腦束較對照組FA值升高(P＜0.05)，丘腦皮質束及脊髓丘腦束ADC、MD值較對照組無明顯差異。術后6個月，術后CSM患者丘腦皮質束較術前FA值減低(P＜0.05)，脊髓丘腦束FA值較術前升高(P＜0.05)。

表1 受試者人口學資料統計表Tab. 1 Demographic information of participants

3 討論

脊髓型頸椎病的脊髓損傷病理在于脊髓受壓、物理損傷和脊髓血供障礙所致，繼發一系列病理生理改變，包括軸漿流阻斷、扭曲變形，脊髓炎癥缺血，血管周圍間隙出現脂質吞噬細胞；神經細胞損傷后，神經纖維束會沿其順行方向發生軸突壞死、髓鞘崩解及神經膠質細胞增生等一系列變化，即發生順行性變性，也稱沃勒變性[5]。除沿纖維束順行方向的遠隔部位會發生順行性變性外，其逆行方向的纖維束也會發生繼發性損害，稱為逆行性變性[6]。上方脊髓傳導束甚至大腦的這些繼發性變性可能是影像CSM患者術后神經功能康復的重要因素[7-8]。

表2 術前CSM組、健康對照組、術后CSM組組間感覺傳導纖維的FA、ADC，MD值(×10-3 mm2/s, ±s)Tab. 2 FA, ADС, MD valuеs оf sеnsоry cоnductiоn fibеrs bеtwееn prеоpеrativе СSM grоup, hеalthy cоntrоl grоup and pоstоpеrativе CSM group (×10-3 mm2/s, ±s)

表2 術前CSM組、健康對照組、術后CSM組組間感覺傳導纖維的FA、ADC，MD值(×10-3 mm2/s, ±s)Tab. 2 FA, ADС, MD valuеs оf sеnsоry cоnductiоn fibеrs bеtwееn prеоpеrativе СSM grоup, hеalthy cоntrоl grоup and pоstоpеrativе CSM group (×10-3 mm2/s, ±s)

分組 例數 丘腦皮質束 脊髓丘腦束FA值 ADC值 MD值 FA值 ADC值 MD值術前CSM組 27 518.54±11.77 0.94±0.01 1.52±0.03 339.49±39.90 1.11±0.18 1.54±0.18對照組 27 555.21±6.94 0.76±0.01 1.29±0.02 415.09±40.29 0.88±0.09 1.32±0.01術后CSM組 27 489.32±9.52 0.72±0.55 1.35±0.03 447.32±56.97 0.95±0.11 1.44±0.02 F值 318.360 3.675 524.045 38.408 21.405 29.872 P值 ＜0.001 0.03 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

圖3 術前CSM組、健康對照組、術后CSM組組間丘腦皮質束纖維的FA (A)、ADC (B)、MD (C)值統計圖(preCSM：術前CSM組；HC：對照組；postCSM：術后CSM6個月復查組) 圖4 術前CSM組、健康對照組、術后CSM組組間脊髓丘腦束纖維的FA (A)、ADC (B)，MD (C)值統計圖(preCSM：術前CSM組；HC：對照組；postCSM：術后CSM6個月復查組) Fig. 3 Thе cоlumn diagrams shоw thе rеsults оf multiplе cоmparisоns in thе thalamоcоrtical tracts fibеrs with significantly diffеrеnt FA (A), ADС (B), and MD (С) values among three groups (preCSM: preoperative CSM group. HC: healthy control group. postCSM: 6 months postoperative review of CSM). Fig. 4 The column diagrams shоw thе rеsults оf multiplе cоmparisоns in thе spinоthalamic tracts fibеrs with significantly diffеrеnt FA (A), ADС (B), and MD (С) valuеs amоng thrее groups (preCSM: preoperative CSM group. HC: healthy control group. postCSM: 6 months postoperative review of CSM).

MRI是目前脊髓解剖學成像的最佳方法，可通過形態學改變初步評估對脊髓受壓損傷程度和預后。但其對脊髓病變的敏感性較低，T2加權像上脊髓內高信號多已處于臨床晚期[9]，評價脊髓白質傳導束的功能完整性尚需結合DTI[10]。DTI探測組織中水分子隨機擴散的能力遠超其他MRI技術，可無創定量評價活體神經纖維微結構變化，已廣泛應用于評估神經損傷、神經退行性及腦血管疾病等，在腦缺血性疾病中的應用最為常見[11-15]。DTI能通過探測水分子在脊髓束的擴散來反映脊髓束的功能完整性。當脊髓發生軸突水腫、脫髓鞘等病理改變時，相關細胞會出現溶解現象，神經纖維的減少或細胞外的水腫會使細胞外的間隙明顯加大，引起水分子的各向異性降低，同向性加大，導致DTI信號改變[16-17]。理論上認為，脊髓損傷的程度和軸突再髓鞘的修復過程可以通過DTI測量的ADC值和FA值來反映[18]。DTI技術的擴散指標可反映脊髓型頸椎病所致神經纖維束的繼發性改變，包括MD值升高、FA值降低等。本研究CSM術前組脊髓丘腦束和丘腦皮質束的FA值均低于對照組，而脊髓丘腦束的ADC、MD值均高于對照組，提示脊髓型頸椎病可能存在逆行方向上纖維束的損傷。

丘腦由多個具有獨立神經功能的神經細胞群組成，它直接參與軀體感覺功能，是皮質下最大的信息中繼站、接收站[19]。筆者發現，CSM術前組脊髓丘腦束(丘腦至中腦段)FA值低于正常對照組，與Yoon等[20]關于脊髓損傷后軸突逆行性變性結果一致。FA值反映神經纖維束中水分子擴散的方向性，與髓鞘的完整性及平行性密切相關。ADC、MD值反映水分子整體擴散水平，與擴散方向無關[21]。丘腦皮質束和脊髓丘腦束FA值的升高與白質脫髓鞘變化有關，表明水分子在脊髓慢性損傷過程中擴散的各向異性降低，沿垂直纖維束走行方向擴散增強。而脊髓丘腦束ADC、MD值的降低與神經血管源性水腫相關，丘腦皮質束的ADC、MD的升高沒有統計學意義。本研究術前CSM組脊髓丘腦束ADC、MD值升高，脊髓丘腦束和丘腦皮質束FA值降低，提示脊髓丘腦束及丘腦皮質束均發生繼發性變性，且脊髓丘腦束較為明顯。

減壓術后，脊髓丘腦束FA值較術前升高，提示椎管減壓后CSM患者脊髓丘腦束神經康復進展，可能存在受壓迫的背側和側索存在出芽及纖維數量增加(軸突再生和髓鞘化)[22]。但是丘腦皮質束較對照組、術前組FA值均減低，與Guleria等[23]研究結果一致，即在脊髓慢性損傷期皮質脊髓束逆行變性FA值降低，術后丘腦皮質束神經損傷繼續存在，提示原有透射纖維的失用及鄰近皮質透射纖維的招募。

本研究的局限性：樣本量較小，結果可能存在偏倚，以及缺乏臨床感覺功能量表進行相關性檢驗，無法證明神經纖維束的病變與感覺功能損傷的聯系。

結論：DTI數據值可以量化反映繼發脊髓損傷遠端神經微細損傷，對判斷CSM病情及揭示病理生理機制有重要意義；CSM可致脊髓丘腦束及丘腦皮質束發生繼發性、逆行性損害，減壓術后丘腦皮質神經束康復效能不明顯，但是術后脊髓丘腦神經束存在重塑。

利益沖突：無。