脊髓腰骶膨大擴散張量成像參數評估脊髓型頸椎病患者損傷程度和術后神經功能恢復的研究

許崧杰，趙鵬，陳學明*，彭如臣，鐘佳利

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)是由頸椎退變導致頸脊髓受壓，進而引起神經功能障礙的常見病。MRI是診斷CSM的首選檢查方法。傳統MRI所顯示的脊髓壓迫程度與CSM 的嚴重程度相關性差，無法定量評估損傷嚴重程度及神經功能狀態[1,9,15,30]。

擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)在1994年被首次提出[10]，利用水分子擴散運動各向異性的原理，反映白質纖維束結構改變[11,16,28]，已應用于大腦疾病方面。CSM 患者部分需要手術治療，而術后內固定物偽影影響限制了使用DTI直接觀察頸脊髓變化。以往研究多集中在DTI 直接觀察術前頸脊髓或腰骶膨大部位的參數變化情況[1-3,13]，或評估術前頸脊髓或腰骶膨大部位的DTI 參數與神經功能情況[11,21,29]，而應用于CSM 患者術后神經功能評估方面的DTI 研究較少[22,25,26]，多集中于頸脊髓[27,31]，且結果存在爭議。前期研究[2]證實，CSM患者術前脊髓腰骶膨大DTI 參數與頸脊髓DTI 參數存在相關性。

本研究通過分析脊髓腰骶膨大DTI 參數在CSM 患者術前及術后變化情況，評估脊髓損傷程度和頸椎術后神經功能變化情況。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究為回顧性研究，收集2018年8月至2020年12月于我院脊柱外科診斷為CSM 并住院行手術治療的患者病例11 例，男8 例，女3 例，年齡(59.1±8.7)歲，病程(5.6±3.7)個月。所有患者均行頸椎前路或后路減壓手術，手術由同一組醫生完成。

入組標準：(1)患者均有以下臨床癥狀：頸痛、僵硬，運動障礙，四肢肌力感覺變化；(2)癥狀持續超過6 周；(3)頸椎MRI顯示明顯脊髓受壓，但T2WI 無高信號，致壓因素包括后縱韌帶骨化，黃韌帶肥厚，頸椎間盤突出，頸椎管狹窄；(4) mJOA 評分≤14；(5)影像及隨訪數據完整。

排除標準：(1)既往外傷導致頭部或顱腦損傷病史；(2)腦癱病史；(3)風濕性關節炎；(4)脊柱腫瘤或感染等。

本研究經首都醫科大學附屬北京潞河醫院倫理委員會批準(批準文號：2022-LHKY-034-01)，免除受試者知情同意。

1.2 神經功能評估

應用改良日本骨科協會(modified Japanese Orthopedic Association，mJOA)評分系統對CSM 患者術前及術后1 年[隨訪時間(12.6±0.7)個月)]神經功能進行評估。由兩位工作10年以上主治醫師進行mJOA評分，取兩位醫師的平均值作為mJOA評分(表1)。

表1 患者mJOA評分與影像學數據比較

1.3 常規MRI及DTI掃描

所有患者頸椎術前術后脊髓腰骶膨大常規MRI 及DTI 掃描均采用SIEMENS 公司MAGNETOM skyra 3.0 T 核磁共振機。脊髓腰骶膨大常規MRI掃描包括矢狀面T2WI、矢狀面T1WI、橫斷面T2WI 序列。(1)矢狀面T2WI 序列掃描參數：TR 2700 ms，TE 106 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，矩陣320×320，AVERAGE 1；(2)矢狀面T1WI序列掃描參數：TR 550 ms，TE8.9 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，矩陣320×320，AVERAGE 1；(3)橫斷面T2WI 序列掃描參數：TR 3000 ms，TE117 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，矩陣320×320，AVERAGE 2。DTI掃描與常規掃描定位相同，掃描時間6 min 42 s，采用單次激發自旋回波平面回波成像(single-shot spin echo echo-planar imaging，SS-SE-EPI)序列：擴散敏感梯度取12個不同方向，TR 3000 ms，TE 117 ms，層厚4 mm，層間距0，FOV 240 mm × 240 mm，采集矩陣為128×128，AVERAGE 1。擴散加權系數(b)分別取0 和500 s/mm2，掃描結束后每一層面共獲取16 幅圖像，第l 幅為b=0 s/mm2時的圖像，其余15幅為b=500 s/mm2時不同梯度方向的圖像。

本研究入組病例11人，9人完成術后1年腰骶膨大DTI掃描，隨訪順利。2 人因自身身體原因無法耐受DTI 掃描，隨訪數據缺失。

1.4 圖像后處理

全部數據由SIEMENS 公司syngo via 軟件處理。在T2WI矢狀面選擇脊髓腰骶膨大最寬層面作為參考，在每個患者術前術后脊髓腰骶膨大T2WI 軸位相選擇5 個感興趣區(regions of interest，ROI)，盡量避開脊髓灰質(圖1)，測量其各向異性分數(fractional anisotropy，FA)值和表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值(表1)。

圖1 脊髓型頸椎病患者脊髓腰骶膨大感興趣區示意圖。1A：T2WI軸位圖；1B：ADC 圖；1C：FA 圖。ADC：表觀擴散系數；FA：各向異性分數。

1.5 統計學方法

使用SPSS 19.0統計軟件行統計學分析，所有數值均以均數±標準差表示。同一患者術前術后脊髓腰骶膨大ADC 值、FA值采用配對t檢驗進行比較；術前術后CSM患者脊髓腰骶膨大ADC 值、FA 值與mJOA 評分采用Pearson 檢驗進行相關性分析。P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 脊髓腰骶膨大術前術后DTI參數FA值和ADC值比較

所有患者常規MRI及DTI掃描均獲得清晰腰骶膨大圖像，無明顯扭曲(圖2)。脊髓腰骶膨大術前術后FA 值、ADC 值差異均有統計學意義(表2)。

圖2 脊髓型頸椎病患者術前術后腰骶膨大T2加權像和DTI圖像。2A：術前腰骶膨大T2矢狀位圖；2B：術前腰骶膨大T2軸位圖；2C：術前腰骶膨大ADC圖；2D：術前腰骶膨大FA圖；2E：術后腰骶膨大T2矢狀位圖；2F：術后腰骶膨大T2軸位圖；2G：術后腰骶膨大ADC圖；2H：術后腰骶膨大FA圖。DTI：擴散張量成像；ADC：表觀擴散系數；FA：各向異性分數。

表2 脊髓腰骶膨大術前術后DTI參數FA值和ADC值

2.2 術前術后脊髓腰骶膨大DTI參數FA值和ADC值與mJOA評分相關性分析

術前脊髓腰骶膨大FA 值與mJOA 評分有相關性(r=0.832，P＜0.05)，而術前脊髓腰骶膨大ADC 值與mJOA 評分無相關性(r=0.281，P=0.465) (圖3)。術后脊髓腰骶膨大FA 值與mJOA評分有相關性(r=0.710，P＜0.05)，而術后脊髓腰骶膨大ADC值與mJOA評分無相關性(r=0.195，P=0.616) (圖4) 。

圖3 脊髓型頸椎病患者術前腰骶膨大DTI參數與mJOA 評分相關性分析。術前脊髓腰骶膨大FA 值與mJOA 評分有相關性(r=0.832，P＜0.05)，而術前脊髓腰骶膨大ADC 值與mJOA 評分無相關性(r=0.281，P=0.465)。 圖4 脊髓型頸椎病患者術后腰骶膨大DTI 參數與mJOA 相關性分析。術后脊髓腰骶膨大FA值與mJOA評分有相關性(r=0.710，P＜0.05)，而術后脊髓腰骶膨大ADC值與mJOA評分無相關性(r=0.195，P=0.616)。DTI：擴散張量成像；mJOA：改良日本骨科協會；FA：各向異性分數；ADC：表觀擴散系數。

3 討論

本研究首次應用脊髓腰骶膨大DTI 參數評估CSM 患者頸脊髓損傷程度和頸椎術后神經功能恢復情況，發現脊髓腰骶膨大DTI 參數FA 值在術前術后與神經功能相關，可為頸脊髓損傷術后功能恢復情況的臨床評估提供新的途徑。

3.1 脊髓腰骶膨大DTI參數評估頸脊髓損傷的可行性

與傳統MRI 相比，DTI 能檢測脊髓內部細微損傷，并通過特定參數值對損傷進行量化[12]。對于CSM 患者，DTI 在臨床上有更高的敏感性和特異性[3-4]。CSM 患者頸脊髓DTI 參數(如ADC 值和FA 值)與健康對照組不同。與健康對照組相比，CSM患者受壓頸脊髓FA值明顯下降，而ADC值明顯升高[3,13]。在我們之前的研究中[2]，CSM 患者脊髓腰骶膨大DTI 參數也存在與受損頸脊髓DTI參數同樣的變化，但受壓頸脊髓DTI參數與腰骶膨大DTI 參數無相關性。既往研究[5-6]認為，脊髓損傷后白質纖維束髓鞘的完整性被破壞，受損部位水分子各向異性程度降低，表現為FA 值降低[13-14]；而頸脊髓損傷后，神經細胞通透性增加，受損部位水分子同向擴散運動增強[14]，進而引起ADC 值升高。但內在的病理學機制仍不清楚。由于CSM 患者頸椎減壓術后內固定物偽影的影響，無法應用DTI 對減壓后的頸脊髓直接進行定量評估。由于呼吸和心跳的存在，胸段脊髓的DTI 圖像也會受影響。以往研究結果提示受損頸脊髓遠端，脊髓腰骶膨大也存在與受損頸脊髓DTI 參數同樣的變化[2]，可能的病理學基礎是頸脊髓的慢性壓迫導致受損頸脊髓遠端神經的軸突傳導和運動傳入受損。已有動物實驗證實，大鼠脊髓損傷后損傷脊髓遠端DTI 參數變化可作為評估脊髓損傷的替代方法；受損脊髓節段遠端可能發生繼發性病理學改變，進而間接反映脊髓損傷的嚴重程度。對頸脊髓遠端神經組織，如脊髓腰骶膨大行DTI檢查，分析DTI參數變化，來間接反映頸脊髓損傷的嚴重程度[7-8]。在前期動物實驗基礎上，本試驗選擇對CSM 患者頸椎術前術后脊髓腰骶膨大行DTI 掃描，分析DTI參數變化來間接反映頸脊髓減壓后頸脊髓DTI參數變化。本研究結果顯示，脊髓腰骶膨大DTI 參數在頸椎術前術后FA 值、ADC 值差異具有統計學意義。脊髓腰骶膨大頸椎減壓術后FA 值升高，反映了脊髓白質纖維束髓鞘在頸脊髓減壓術后的修復與區域水分子各向異性程度恢復有關；ADC值降低、區域水分子同向擴散減弱以及脊髓神經細胞通透性降低可能與頸椎減壓術后神經細胞功能恢復有關。但內在的病理學機制尚需進一步研究證實。

3.2 DTI 定量CSM 患者脊髓壓迫程度和預測術后臨床恢復的應用

已有研究證實DTI 參數和術后神經功能狀態存在不同的相關性[17-20,24]。Lee 等[11]研究發現CSM 患者頸脊髓壓迫最重節段的FA 值與神經功能評分相關。Gao 等[21]對不同壓迫程度的CSM 患者進行對比研究，同樣發現頸脊髓壓迫最重節段的FA值與mJOA 評分相關。Maki 等[22]對行頸椎前路或后路減壓的26例CSM患者頸脊髓行DTI參數測量，發現CSM患者術前頸脊髓FA值與頸椎減壓術后6個月的mJOA改善率相關。由于CSM患者頸椎減壓術后內固定物偽影的影響，無法應用DTI 對減壓后的頸脊髓直接進行定量評估，以往研究多集中在術前頸脊髓DTI 參數與mJOA 相關性研究方面，而對于頸脊髓壓迫減壓術后DTI 變化情況研究較少。Kitamura 等[25]對15 例CSM 患者術前和術后1 年頸脊髓DTI 參數和mJOA 評分進行分析，發現術后頸脊髓DTI 參數不能作為評估神經功能的指標，術前頸脊髓DTI 參數可對術后神經功能進行推測。CSM 患者頸椎減壓術后，受壓頸脊髓近端或遠端神經DTI 參數與神經功能變化的相關研究較少。近期的研究中[1]，應用常規DTI 參數來源的軸突方向的擴散和密度成像參數對CSM 患者頸2/3 水平和頸脊髓壓迫最嚴重水平進行分析，發現頸脊髓壓迫最嚴重節段和壓迫近端(頸2/3 水平)的FA 值與術前mJOA 評分相關。Yang 等[26]研究發現，CSM 患者頸椎減壓術后頸脊髓壓迫遠端(C7/T1) FA 值與術后mJOA 評分相關。本課題組前期研究證實[23]，CSM患者術前脊髓腰骶膨大FA值與術前mJOA評分相關。CSM患者頸椎減壓術后，受壓頸脊髓遠端神經DTI參數是否存在變化未見報道。本研究中，CSM 患者術后脊髓腰骶膨大FA值與術后1 年mJOA 評分相關。脊髓腰骶膨大部位沒有受壓，因此DTI 參數可以客觀反映神經功能狀態，頸脊髓壓迫解除之后，與脊髓白質纖維束髓鞘的完整性在減壓術后逐漸恢復有關，其內在機制需要進一步研究證實。

3.3 本研究的局限性

本研究尚存在以下局限性：(1)本研究為單中心回顧性研究，樣本量少；(2) DTI 掃描及參數處理軟件缺乏統一標準；(3)頸椎減壓術后觀察時間點單一。以上均有待進一步研究完善。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。