不同程度脊髓神經型布魯菌病性脊柱炎的磁共振DTI圖像特點及其臨床意義研究

劉遠高 李昌松 付哲祥 李玉輝 李杰平*

布魯氏桿菌病是由布魯氏菌引起的人畜共患性全身性傳染病，主要表現為持續發熱、多汗、關節酸痛及肝脾淋巴結腫大[1]。布魯氏菌是一種微小的革蘭氏陰性多形性球桿菌，當人體感染后其可廣泛侵襲人體各個器官及組織，導致多器官臟器病理性改變。布魯桿菌性脊柱炎(brucella spondylitis，BS)是布魯氏菌侵及脊柱引起椎間盤或椎體發生感染的疾病，主要表現為發熱、多汗及腰痛，因其較為少見且其臨床癥狀與結核性脊柱炎相似，易發生誤診和誤治[2-3]。目前，臨床尚未有BS統一診斷標準，主要借助流行病史、臨床表現、實驗室檢查及影像學檢查確診[4]。傳統核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)僅能顯示脊髓受壓程度，無法評估受壓類型及損傷程度。彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是由彌散加權成像進化而來，可提取活體神經纖維軟組織的纖維軌跡，直觀反映神經纖維束病理改變，彌補了傳統MRI檢查不足[5-6]。脊髓神經型BS累及椎管后可導致脊髓或神經根壓迫造成脊髓白質損傷。本研究旨在探討不同程度脊髓神經型BS患者的DTI特點及臨床意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2017年3月至2019年3月漢川市人民醫院CT室收治的80例不同程度脊髓神經型BS患者并納入BS組，其中男性52例，女性28例；年齡22～38歲，平均年齡(26.42±2.16)歲。根據美國脊髓損傷協會(American Spinal Injury Association，ASIA)制定的脊髓損傷神經學分級，將所有患者分為A級(6例)、B級(18例)、C級(26例)、D級(20例)和E級(10例)。另選取同期在醫院體檢合格的42名健康體檢者納入健康對照組，其中男性32名，女性24名；年齡22～42歲，平均年齡(26.58±2.18)歲。所有納入者對本研究均知情并簽署同意書；本研究經醫院醫學倫理委員會批準。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①符合布魯桿菌病診斷標準；②符合脊髓神經型布魯桿菌性脊柱炎診斷標準；③未進行相關治療者；④僅表現為腰椎受累。

(2)排除標準：①病歷資料不完整；②影像學圖像不清晰；③有結核病史、強直性脊柱炎、脊柱畸形；④有脊柱外科手術史。

1.3 儀器設備

采用Signa HDxt型3.0T磁共振掃描儀(美國GE公司)；ADW4.2工作站(美國GE公司)。

1.4 檢查方法

(1)掃描序列：所有入組者均先進行常規MRI掃描，后進行DTI序列掃描，掃描位置為腰椎。

(2)常規影像學MRI掃描檢查：①矢狀位T1加權像(T1weighted image，T1WI)掃描參數，重復時間(repetition time，TR)為400 ms，回波時間(echo time，TE)為11 ms，層厚為3 mm，層間距為1.0 mm，視野(field of vision，FOV)為280 mm×280 mm，矩陣為352×224，激勵次數2次；②矢狀位T2WI掃描參數，TR為2600 ms，TE為102 ms，層厚為3 mm，層間距為1.0 mm，FOV為280 mm×280 mm，矩陣為352×224，激勵次數2次；③軸狀位T2WI掃描參數，TR為3300 ms，TE為102 ms，層厚為3 mm，層間距為0 mm，FOV為160 mm×160 mm，矩陣為288×224，激勵次數2次。

(3)DTI序列掃描：采用單次激發回波平面成像(single-shot echo planar imaging，SS-EPI)技術，層激脈沖前施加飽和預脈沖。取仰臥位，頭先進雙手置于身體兩側，身體長軸與床面長軸保持一致，檢查時囑其平靜呼吸，避免移動頭頸部和吞咽動作。分別進行矢狀位和軸位掃描，TR為5000 ms，TE為82 ms，層厚為3 mm，層間距為0 mm，FOV為240 mm×240 mm，矩陣為128×128，激勵次數4次，梯度方向15個，擴散敏感梯度值(B factor，b)取0和600 mm2/s。

(4)圖像處理：將MRI圖像信息輸入ADW4.2工作站，利用FuncTool軟件對DTI圖像進行后處理。選取圖像最大層面調整最佳閾值后計算各節椎間盤軸位圖的表觀彌散系數(apparent dispersion coefficient，ADC)和各向異性分數(fractional anisotropy，FA)值。ADC計算為公式1：

式中SI為DWI圖上組織信號強度。

FA值計算為公式2：

1.5 觀察與評價指標

(1)圖像判定：所有圖像均由2名臨床經驗5年以上醫師進行分析，結果出現分歧時由科主任進行復閱，最終結果以少數服從多數為準。

(2)ASIA損傷分級：①A級，完全性損害，骶段無任何感覺運動功能保留；②B級：不完全性損害，神經平面以下包括骶段存在感覺功能，無運動功能；③C級：不完全性損害，神經平面以下存在運動功能，大部分關鍵肌肉肌力＜3級；④D級：不完全性損害，神經平面以下存在運動功能，大部分關鍵肌肉肌力≥3級；⑤E級：正常，感覺與運動功能正常。

(3)評價指標：觀察BS組各級別患者常規MRI及DTI掃描圖像，比較圖像ADC和FA值，分析ADC和FA值與BS嚴重程度相關性，繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，計算ROC曲線下面積(area under curve，AUC)，分析其對BS嚴重程度的診斷價值。

1.6 統計學方法

采用SPSS20.0軟件對數據進行統計分析，計量資料用均值±標準差(±s)表示，符合正態分布采用配對t檢驗。計數資料用頻數(%)表示，采用x2檢驗，ADC和FA值與BS嚴重程度相關性采用Pearson分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組MRI圖像特點

健康對照組的正常脊髓、椎體及椎間盤未見信號異常；而BS組脊髓神經型BS患者T1WI呈低信號，T2WI呈高信號，見圖1和圖2。

圖2 脊髓神經型BS患者MRI圖像

2.2 兩組DTI圖像特點

(1)健康對照組：正常ADC圖中脊髓呈均勻藍綠色信號，周圍腦脊液呈均勻紅色信號，見圖3。

圖3 正常DIT參數圖

(2)BS組：隨著病情加重，ADC圖中頸髓由藍綠色信號變為綠色，見圖4；FA圖中頸髓由均勻紅色信號變為淺黃色，見圖5。

圖4 脊髓神經型BS患者ADC圖

圖5 脊髓神經型BS患者FA圖

2.3 BS組各級別患者ADC與FA值比較

(1)BS組A級、B級、C級、D級和E級患者ADC值明顯高于健康對照組，差異有統計學意義(t=11.942，t=14.593，t=13.640，t=9.611，t=4.385；P＜0.05)；FA值明顯低于健康對照組，差異有統計學意義(t=17.765，t=21.628，t=17.189，t=9.816，t=3.834；P＜0.05)，見表1。

表1 兩組ADC與FA值比較(±s)

表1 兩組ADC與FA值比較(±s)

注：表中ADC為表觀彌散系數；FA為各向異性分數

(2)BS組ADC值中A級與B級、B級與C級、C級與D級、D級與E級比較，差異有統計學意義(t=2.738，t=4.407，t=5.594，t=7.766；P＜0.05)；BS組FA值中A級與B級、B級與C級、C級與D級、D級與E級比較，差異有統計學意義(t=4.316，t=6.879，t=11.020，t=14.841；P＜0.05)。

2.4 ADC和FA值與脊髓神經型BS嚴重程度相關性

ADC值與脊髓神經型BS嚴重程度呈正相關(r=0.894，P＜0.05)；FA值與脊髓神經型BS嚴重程度呈負相關(r=-0.874，P＜0.05)。

2.5 ADC和FA值對BS嚴重程度的診斷價值

ADC值診斷BS嚴重程度的特異度、靈敏度、陰性預測值、陽性預測值及截斷值分別為50.00%、97.44%、60.09%、95.13%和0.22；FA值診斷BS嚴重程度的特異度、靈敏度、陰性預測值、陽性預測值及截斷值分別為74.16%、92.11%、78.03%、90.28%、1.63，見表2。

表2 ADC和FA值對BS嚴重程度的診斷價值

通過ROC曲線分析得出，ADC與FA值診斷BS嚴重程度的AUC值分別為0.847和0.788，見圖6。

圖6 ADC和FA值對BS嚴重程度的診斷價值(ROC曲線圖)

3 討論

隨著畜牧業的發展及家養寵物的增加，BS發病率呈逐漸上升趨勢[8]。脊柱炎作為布魯氏菌病嚴重并發癥，嚴重影響患者生理及心理健康[9]。BS早期臨床表現不明顯且易與脊柱結核、椎間盤突出等脊椎病混淆，隨著病程延長脊髓受壓可導致神經損害延誤疾病康復[10]。根據影像學特征可將BS分為椎體炎型、椎間盤炎型、骨膜炎型、椎旁膿腫型及脊髓神經型，其中脊髓神經型病變已侵及脊髓或神經根，若未得到及時準確治療可導致癱瘓等嚴重后果[11]。早期、及時且準確的診斷對脊髓神經型BS患者預后具有重要意義。

DTI為新發展的影像學技術，在彌散加權成像基礎上實現了對活體組織觀察其組織結構的完整性和連通性，有利于診斷各種原因引起的白質纖維束損害，同時可評估其損害的程度及范圍[12]。本研究結果發現，脊髓神經型BS患者以腰椎損傷為主，其傳統MRI表現為T1WI呈低信號，T2WI呈高信號，表明患者脊椎中有炎癥反應且組織有纖維化改變。人體組織水分子運動受組織細胞結構影響具有各向異性[13]。DTI利用水分子彌散的各向異性進行成像，通過ADC及FA值可對病灶進行定量分析。本研究結果顯示，隨著病情加重脊髓神經型BS患者ADC圖中頸髓由藍綠色信號變為綠色，FA圖中頸髓由均勻紅色信號變為淺黃色，不同病程及正常脊柱間DTI參數圖像有差異，DTI可作為脊髓神經型BS的診斷指標。ADC值可反映單位時間內某一體素水分子擴散范圍，其值越大表明水分子擴散能力越強。李光紀等[14]通過研究發現，ADC值在診斷脊柱轉移瘤和感染性病變具有較高臨床價值。FA值與髓鞘完整性及纖維致密性和平行性有關，其值越大表明水分子各向異性程度越高。本研究結果顯示，BS組各級別患者ADC值明顯高于健康對照組，FA值明顯低于健康對照組，且BS組各級別患者間ADC和FA值有差異，表明神經根受壓可出現脫鞘現象，影響神經纖維走行，使其垂直方向水分子運動增強，水平方向水分子運動減弱。BS組各級別患者腰椎脊髓神經受壓程度不一，本研究結果顯示，ADC值與脊髓神經型BS嚴重程度呈正相關，FA值與脊髓神經型BS嚴重程度呈負相關，表明隨著病情加重神經纖維中水分子運動由橢圓軌跡逐漸轉變為圓形纖維束各向同性增加，同時壓迫可致神經根水腫變形使細胞膜通透性增加引起水分子擴散運動增強。本研究通過ROC分析得出，ADC和FA值對不同程度脊髓神經型BS的診斷效能均＜0.7，表明DTI檢查可成為不同程度脊髓神經型BS的診斷指標。

4 結論

不同嚴重程度脊髓神經型BS患者DTI圖像具有不同特點且圖像辨識度高，同時其所測ADC及FA值可對不同程度脊髓神經型BS進行定量分析，具有臨床診斷價值。