CSM患者術前磁共振DTI與術后神經功能康復的分析

黃曉波,陳云,冀舒文,呂維富

(1.國藥中鐵中心醫院放射科,安徽合肥 230023；2.安徽醫科大學第四附屬醫院放射科,安徽合肥 230041；3.中國科學技術大學附屬第一醫院放射科,安徽合肥 230001)

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)占所有頸椎病的10%～15%[1]，患者頸脊髓受壓后繼發脊髓缺血損害，一旦確診應及早手術治療，以免脊髓發生不可逆性損傷[2]。磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是診斷CSM的常用影像學方法，常規T1加權成像(T1weighted imaging,T1WI)、T2加權成像(T2weighted imaging,T2WI)可良好地顯示脊髓明顯受壓的形態特征，但無法準確提供脊髓功能病理變化的診斷信息，對術后功能康復的預測價值不明確。既往動物試驗證實，彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)可反映脊髓病理狀態[3]；也有研究認為，DTI量化參數如表觀彌散系數(apparent dispersion coefficient，ADC)、各向異性系數(fractional anisotropy，FA)與CSM患者術后功能康復效果有一定關聯[4]。本研究著重探討CSM患者術前磁共振DTI量化參數特征與術后功能康復的關系，報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年4月～2020年9月國藥中鐵中心醫院及安徽醫科大學第四附屬醫院收治的CSM患者84例(CSM組)。納入標準：①符合CSM的診斷標準[5]；②術前MRI證實存在椎管狹窄、脊髓壓迫、頸椎生理曲度改變；③符合椎管減壓手術適應證；④接受椎管減壓手術后隨訪6個月以上。排除標準：①合并心、腦、肝、腎、血液系統疾病、惡性腫瘤；②既往有頸椎外傷史、手術史；③既往有脊髓腫瘤、脊髓炎病史；④既往有肌萎縮側索硬化病史；⑤神經根型頸椎病或混合型頸椎病。同期選取無CSM病史的健康志愿者42例(健康對照組)。CSM組男45例，女39例；年齡46～75歲，平均(63.28±4.83)歲；體質量指數(body mass index，BMI)18.62～25.41 kg/m2，平均(22.15±1.67)kg/m2；CSM病程5～22個月，平均(12.38±4.33)個月。健康對照組男20例，女22例；年齡45～73歲，平均(62.57±4.92)歲；BMI 18.50～25.27 kg/m2，平均(22.08±1.59)kg/m2。兩組患者性別、年齡、BMI比較，差異無統計學意義(P>0.05)。本研究獲得醫院倫理委員會批準，患者簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 儀器設備

使用MAGNETOM Aera 1.5T磁共振成像儀(德國西門子公司)，頸椎掃描采用8通道頭頸聯合線圈。CSM組于術前進行MRI檢查獲取成像數據；健康對照組在體檢時進行MRI。所有研究者在檢查前4 h禁食禁水。仰臥位掃描，在頸部雙側處放置減少偽影的裝置，平靜呼吸，避免吞咽動作。以甲狀軟骨為掃描中心，掃描范圍為顱底至T1椎體。

1.2.2 掃描序列

包括T1WI、T2WI、DTI。頸椎矢狀位、橫斷位各行掃描，相位編碼取頭足方向加預飽和帶，觀察椎間盤、椎體病變。相位編碼取前后方向加預飽和帶與掃描層面垂直，觀察脊髓病變。橫斷位掃描椎間盤，掃描方向與相鄰椎體上下緣連線垂直。T1WI矢狀位掃描參數：TR=424 ms，TE=9.9 ms，層厚3 mm，層距0.3 mm，FOV=240×240 mm，采集矩陣263×350，NEX為2次，前后編碼方向。T2WI矢狀位掃描參數：TR=3480 ms，TE=92 ms，層厚3 mm，層距0.3 mm，FOV=240×240 mm，采集矩陣263×350，FS-Fat Saturation壓脂技術，NEX為2次，前后編碼方向。T2WI橫斷位掃描參數：TR=350 ms，TE=23 ms，層厚3.0 mm，層距0.3 mm，FOV=190×190 mm，采集矩陣263×350，NEX為2次，左右編碼方向。DTI橫斷掃描參數：應用單次激發快速自旋回波技術，TR=5200 ms， TE=113 ms，層厚6 mm，層距0.6 mm， FOV=160×249 mm，采集矩陣200×240，NEX為2次，左右編碼方向，施加2個飽和帶以及20個擴散梯度。

1.2.3 圖像處理與分析

使用德國西門子公司Sygno工作站，圖像資料自動導入Sante MRI Viewer軟件。經軟件處理后可得到ADC圖、FA圖。由2名經驗豐富的影像學醫師獨立閱片，手動選取勾畫的感興趣區，避開脊髓中央灰質與腦脊液，感興趣區選取每個椎間盤水平的橫斷位脊髓白質左右兩側的前索后索，感興趣區大小約3 mm2，測量3次取平均值，計算ADC值、FA值。

1.3 神經功能評估

CSM患者于術前、術后6個月分別采用JOA神經功能評分[6]評估神經功能康復情況。JOA改善率=(術后得分-術前)/(17-術前)×100%。JOA改善率≥60%為康復良好，<60%為康復不佳[7]。

1.4 統計學方法

2 結果

2.1 CSM組術前與健康對照組的MRI成像特征

在健康對照組中，MRI常規T1WI與T2WI成像顯示頸椎、椎間盤、脊髓形態無異常，呈均勻等信號，脊髓、神經根無受壓；DTI成像顯示脊髓形態無異常。在CSM組中，MRI常規T1WI與T2WI成像顯示有一定程度的椎間盤突出、頸椎韌帶增厚、脊髓受壓變形。T2WI橫斷位成像呈等或稍高信號，DTI成像顯示脊髓受壓呈弧形，ADC圖顯示高信號，FA圖顯示低信號。

2.2 CSM組術前與健康對照組的DTI參數比較

CSM組術前DTI成像的ADC值顯著高于健康對照組(P<0.05)，FA值顯著低于健康對照組(P<0.05)，見表1。

表1 CSM組術前與健康對照組的DTI參數比較

2.3 CSM康復良好組與康復不佳組的術前DTI參數比較

本研究84例CSM患者中，康復良好59例，康復不佳25例。康復不佳組的術前DTI成像ADC值顯著高于康復良好組(P<0.05)，FA值顯著低于康復良好組(P<0.05)，見表2。

表2 CSM康復良好組與康復不佳組的術前DTI參數比較

2.4 CSM康復良好組與康復不佳組的術前、術后JOA評分比較

康復不佳組的術前JOA評分、術后JOA評分、JOA改善率均顯著低于康復良好組(P<0.05)，見表3。

表3 CSM康復良好組與康復不佳組的術前、術后JOA評分比較

2.5 CSM患者術前DTI參數與JOA評分的相關性

CSM患者術前DTI成像的ADC值與術前JOA評分、術后JOA評分、JOA評分改善率均呈負相關(r=-0.467、-0.520、-0.572，P<0.001)。CSM患者術前DTI成像的FA值與術前JOA評分、術后JOA評分、JOA評分改善率均呈正相關(r=0.553、0.626、0.619，P<0.001)，見表4。

表4 CSM患者術前DTI參數與JOA評分的相關性

2.6 術前DTI參數診斷CSM的ROC曲線分析

術前ADC值診斷CSM的靈敏度為79.76%，特異度為88.10%(AUC=0.792)。術前FA值診斷CSM的靈敏度為70.24%，特異度為85.71%(AUC=0.873)，見表5。術前ADC值與FA值診斷CSM的ROC曲線見圖1。

圖1 術前ADC值與FA值診斷CSM的ROC曲線

表5 術前DTI參數診斷CSM的ROC曲線分析結果

2.7 術前DTI參數預測CSM術后功能康復不佳的ROC曲線分析

術前ADC值預測CSM術后功能康復不佳的靈敏度為80.00%，特異度為81.36%(AUC=0.828)。術前FA值預測CSM術后功能康復不佳的靈敏度為80.00%，特異度為77.97%(AUC=0.819)，見表6。術前ADC值與FA值預測CSM術后功能康復不佳的ROC曲線見圖2。

表6 術前DTI參數預測CSM術后功能康復不佳的ROC曲線分析

圖2 術前ADC值與FA值預測CSM術后功能康復不佳的ROC曲線

3 討論

在影像學檢查中，常規MRI的T1WI、T2WI成像序列敏感性較低，異常高信號一般出現于病程較晚、病情嚴重的CSM患者中。而在早期階段、病情輕微的CSM患者中T1WI、T2WI成像序列一般為等信號[8]。本研究結果發現MRI常規T1WI與T2WI成像顯示有一定程度的椎間盤突出、頸椎韌帶增厚、脊髓受壓變形；T2WI橫斷位成像呈等或稍高信號，這與既往研究報道相符[9]。頸脊髓T2WI高信號通常意味著CSM病情嚴重、脊髓損傷不可逆，但T2WI成像對于早期CSM的診斷靈敏度差。

DTI是在彌散加權成像基礎上的改進和發展，國內外多項研究表示，DTI對脊髓中水分子的擴散敏感性高[10-11]，因此對早期CSM的診斷更具有價值。DTI的彌散具有方向依賴性，脊髓中水分子向各個方向彌散的距離不相等，為各向異性，分子沿白質纖維通道方向的彌散速度快于垂直方向[12]。基于上述原理，可計算出ADC值和FA值，ADC值反映分子彌散水平的大小，與彌散方向無關，數值越大說明水分子彌散能力越強；而FA值反映分子在空間位移的程度，與彌散方向直接相關[13]。本研究發現，部分CSM患者T2WI成像無改變，而CSM患者的DTI成像中ADC值高于健康對照組，FA值低于健康對照組，這與郭瑞敏等[14]研究觀點一致。

本研究結果顯示，CSM患者術后功能康復不佳組術前DTI成像的ADC值高于康復良好組，FA值低于康復良好組。CSM患者術前DTI成像的ADC值和FA值均與術前JOA評分、術后JOA評分、JOA評分改善率呈顯著的相關性。上述結果，說明術前ADC值和FA值與CSM患者的術后功能康復效果具有一定關聯。Cui等[15]、Nischal等[16]研究也認為，CSM的DTI成像的定量參數評價與疾病嚴重程度、預后具有相關性。進一步ROC曲線分析，術前ADC值和FA值對診斷CSM以及評估術后功能康復的預測價值較高(見圖1-2)，但ADC值的診斷效能略高于FA值，可能是因為健康人群與CSM患者中的水分子彌散能力差異更顯著。

本研究的不足之處：第一，鑒于臨床病例的局限性，納入的樣本量較少，ADC值和FA值的截斷值、靈敏度、特異度仍需大樣本研究證實；第二，CSM患者ADC值和FA值的變化機制尚不明確，只是推測，今后還需開展動物實驗病理分子學研究深入分析。