3.0 T磁共振弥散张量成像技术在脊髓型颈椎病手术疗效评价中的应用价值

祝捷 梁英杰

[摘要]目的 探討弥散张量成像（DTI）技术在脊髓型颈椎病手术疗效评价中的应用价值。方法 对2010年1月～2016年12月在我院诊断为脊髓型颈椎病并行手术治疗的94例患者进行回顾性分析，所有患者术前、术后（6个月）进行3.0 T磁共振DTI序列扫描，并采集DTI量化数据[表观张量系数（ADC）、各向异性分数（FA）、轴向弥散率（AD）及垂直弥散率（VD）]。采用改良日本骨科学会（JOA）脊髓损害功能评定标准进行术前、术后脊髓功能评分并采用Hirabayashi 方法计算脊髓神经功能改善率，将改善率≥50%纳入恢复良好组，共58例;将改善率<50%纳入恢复欠佳组，共36例。比较两组术前、术后的JOA评分、ADC、FA、AD及VD。结果 恢复良好组术后的JOA评分高于术前，差异有统计学意义（P<0.05）;恢复欠佳组术前、术后的JOA评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）;恢复良好组术前、术后的JOA评分均高于恢复欠佳组，差异有统计学意义（P<0.05）。在DTI序列方面，恢复良好组术后的ADC、VD值低于本组术前，FA、AD值高于本组术前，差异均有统计学意义（P<0.05）。恢复欠佳组术前与术后的ADC、FA、AD、VD值比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。两组术前的ADC值比较，差异无统计学意义（P>0.05）;恢复良好组术前的FA、AD值高于恢复欠佳组，VD值低于恢复欠佳组，差异均有统计学意义（P<0.05）;恢复良好组术后的FA、AD高于恢复欠佳组，ADC、VD低于恢复欠佳组，差异均有统计学意义（P<0.05）。结论 DTI能量化分析脊髓型颈椎病的颈髓微结构改变，FA、AD、VD量化有助于脊髓型颈椎病的疗效评估。

[关键词]颈髓型颈椎病;磁共振成像;弥散张量成像;表观张量系数;各向异性分数;轴向扩散率;垂直扩散率

[中图分类号] R445.2          [文献标识码] A          [文章编号] 1674-4721（2019）7（c）-0040-05

[Abstract] Objective To explore the application value of diffusion tensor imaging （DTI） in surgical curative effect evaluation of cervical spondylotic myelopathy. Methods Retrospective analysis was performed on 94 patients diagnosed with cervical spondylotic myelopathy and treated by operation in our hospital from January 2010 to December 2016. All patients underwent 3.0 T magnetic resonance DTI sequence scanning before and 6 months after operation， and the quantitative data of DTI （apparent diffusion coefficient [ADC]， fractional anisotropy [FA]， axial diffusivity [AD]， vertical diffusivity [VD]） were collected. The preoperative and postoperative spinal cord function score were evaluated by the spinal cord injury function evaluation standard of modified Japanese Orthopaedic Association （JOA）. The recovery rate of spinal cord nerve function were calculated using Hirabayashi method. A total of 58 patients with no less than 50% recovery rate were included in the good recovery group， and 36 patients with less than 50% recovery rate were included in the poor recovery group. The JOA score， the value of ADC， FA， AD and VD were compared between the two groups before and after operation. Results In the good recovery group， the JOA score after operation was higher than that before operation， the difference was statistically significant （P<0.05）， whereas in the poor recovery group， there was no significant difference between the preoperative and the postoperative JOA score （P>0.05）. Both preoperative and postoperative JOA score in the good recovery group were significantly higher than those of the poor recovery group， the difference was statistically significant （P<0.05）. In terms of DTI sequences， the value of ADC and VD in the good recovery group after operation were significantly lower than those before operation， the value of FA and AD in the good recovery group after operation were higher than those before operation， and all the differences were statistically significant （P<0.05）. As regards to the poor recovery group， there were no significant difference between before and after operation in the value of ADC， FA， AD and VD （P>0.05）. There was no significant difference in preoperative ADC value between the two groups （P>0.05）. The preoperative FA and AD value of the good recovery group were significantly higher than those of the poor recovery group， and the preoperative VD value of the good recovery group was lower than that of the poor recovery group， the difference was statistically significant （P<0.05）. The postoperative FA and AD value of the good recovery group were significantly higher that those of the poor recovery group， and the postoperative ADC and VD of the good recovery group was lower than that of the poor recovery group， the difference was statistically significant （P<0.05）. Conclusion DTI can quantitatively analyze the changes of cervical spinal cord microstructure of cervical spondylotic myelopathy. Besides， the quantified FA， AD， VD are conducive to evaluating the curative effect of cervical spondylotic myelopathy.

[Key words] Cervical spondylotic myelopathy; Magnetic resonance imaging; Diffusion tensor imaging; Apparent diffusion coefficient; Fractional anisotropy; Axial diffusivity; Vertical diffusivity

脊髓型颈椎病（cervical spondylotic myelopathy，CSM）是颈椎退变导致脊髓受压和（或）脊髓供血障碍产生脊髓功能不同程度损害的疾病，是颈椎病的常见严重类型[1]，发病率为12%～30%，占颈椎病的10%～15%。随着生活水平的提高及工作方式的变化，颈椎病的发病率逐年升高，且呈年轻化趋势[2]。该病由于起病隐匿、早期症状个体差异大、脊髓受损后期出现不可逆的改变，导致治疗难度大，保守治疗效果较差，因此，CSM的早期确诊至关重要，尤其是颈脊髓损伤程度及功能评估对治疗方案制定及预后预判具有重要的临床意义[3]。磁共振（magnetic resonance imaging，MRI）是目前公认的诊断颈椎病最有价值的检查手段之一，其可以直观显示退变椎间盘和脊髓受压程度，但在显示脊髓病变方面的敏感性、特异性均不高，判断主观性较强且缺少量化指标[4-5]。近年来，MRI扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技术作为无创影像学手段，能够量化揭示治疗前后颈髓微观结构的变化，在医学研究和临床诊断中得到了越来越广泛的应用[6]。本研究通过回顾性分析探讨DTI量化指标对CSM术后脊髓功能恢复的预测价值，现报道如下。

1资料与方法

1.1一般资料

对2010年1月～2016年12月在广州市第一人民医院脊柱外科诊断为CSM并行手术治疗的患者进行回顾性分析。纳入标准：①患者年龄45～75岁;②具有颈脊髓压迫性损害临床表现及相应体征，X线、MRI等证实颈脊髓受压;③入选患者手术方式包括前路（颈椎前路减压植骨融合内固定术）、后路（颈椎后路单开门椎板成形术）或前后路联合术式，所有术式均充分减压或充分扩充椎管容积。排除标准：①合并颈椎外伤性骨折脱位;②合并颈椎感染性病变;③合并颈椎肿瘤;④术后出现新发颈椎管狭窄。本研究方案经广州市第一人民医院医学伦理委员会审查批准并得到参与研究者知情同意。随访时间为术后6个月。

采用改良日本骨科学会（Japanese Orthopedic Association，JOA）脊髓损害功能评定标准[4]对所有患者进行术前及术后（6个月）功能评分，并采用Hirabayashi方法计算脊髓神经功能改善率。将改善率≥50%的病例纳入为恢复良好组，改善率<50%病例纳入为恢复欠佳组。共纳入研究94例患者，其中男61例，女33例;年龄（56.19±9.56）岁。其中恢复良好组（改善率≥50%）58例，恢复欠佳组（改善率<50%）36例。两组患者的年龄、性别、受压最严重节段、手术方式等一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05）（表l），具有可比性。

1.2方法

所有纳入研究患者均采用3.0 T磁共振仪（西门子，MAGNETOM Verio 3.0）于术前及术后（6个月）各行1次颈椎常规序列和DTI序列扫描（采用颈部八通道线圈）。MRI平扫采用自旋回波序列和快速回波序列，扫描参数为矢状位 T1WI（TR/TE，600/15 ms）、T2WI（TR/TE，5200/140 ms）及轴位T2WI（TR/TE/IR，9000/120/2100 ms），层厚3 mm，间距1.0 mm;FOV为240 mm×240 mm，矩阵512×512。DTI序列采用两次激发平面回波序列、并行采集技术、GRAPPA模式，扫描参数为TR/TE 8300/74 ms，层厚3 mm，间距0 mm;FOV为230 mm×230 mm，矩阵98×98;b值为800 s/mm2;施加20个扩散梯度方向、前后方向施加2个饱和带。扫描时间约6.5 min，扫描范围为颅底至第一胸椎。取T2WI矢状位脊髓高信号部位（若脊髓无高信号改变则取受压最严重部位）5 mm2作为感兴趣区（region of interest，ROI）（大小为10～18个体素，尽可能包含整个颈髓，避免脑脊液及相关伪影等影响），得到术前和术后的DTI原始数据，后者经西门子Sygno工作站以及NEURO3D软件处理后得出患者的表观张量系数（apparent diffusion coefficient，ADC）图、各向异性分数（fractional anisotropy，FA）图、轴向弥散率（axial diffusivity，AD）图及垂直扩散率（vertical Diffusivity，VD）图。

1.3观察指标及评价标准

测定并分析两组患者术前、术后6个月的JOA评分与DTI数据（ADC、FA、AD、VD值），具体内容如下。①JOA评分：用于计算患者术后脊髓神经功能改善率，计算公式为改善率=（随访JOA评分-术前JOA评分）/（17-术前JOA评分）×100%，当改善率≥50%时视为恢复良好，改善率<50%时视为恢复欠佳。②ADC值：彌散梯度磁场施加方向上所扫描组织中水分子在各个方向上的平均弥散张量，且ADC值越大，代表所扫描的组织内含的自由水分子越多、活动度越大。③FA值：组成弥散张量整体中的各个不同方向弥散张量分量之间的比重，其范围为0～1，当FA值趋近于1时，各向异性最大，当FA值趋近于0时，各向同性。④AD值：自由水分子沿神经纤维白质纵轴方向上的弥散强度，反映轴突的完整性，而VD值为自由水分子垂直神经纤维白质方向上的弥散强度，反映髓鞘的完整性;AD值和VD值呈现负相关关系，在神经元水肿、脱髓鞘、坏死等病变，细胞膜半通透性丧失，水分子各向活动异性丧失中，表现为AD明显下降，而VD明显增加[5-7]。

1.4统计学方法

采用SPSS 13.0统计学软件进行数据分析，计量资料以均数±标准差（x±s）来表示，组内术前与术后比较、组间比较采用LSD-t检验，计数资料以率（%）表示，采用χ2检验，检验水准α值取双侧0.05，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1两组手术前后JOA评分的比较

恢复良好组术后的JOA评分显著高于本组术前，差异有统计学意义（P<0.05）;但恢复欠佳组术前和术后的JOA评分比较，差异无统计学意义（P>0.05）。恢复良好组术前、术后的JOA评分均显著高于恢复欠佳组，差异均有统计学意义（P<0.05）（表2）。

2.2两组手术前后ADC、FA、AD、VD值的比较

恢复良好组术后的ADC、VD值明显低于本组术前，而FA、AD值则明显高于术前，差异均有统计学意义（P<0.05）。恢复欠佳组术前和术后的各项指标量值比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。两组术前的ADC值比较，差异无统计学意义（P>0.05）。恢复良好组术前的FA、AD值明显高于恢复欠佳组，术前VD值明显低于恢复欠佳组，差异均有统计学意义（P<0.05）。恢复良好组术后的FA、AD值显著高于恢复欠佳组，而术后的ADC、VD值则显著低于恢复欠佳组，差异均有统计学意义（P<0.05）（表3）。

3讨论

目前学界对CSM的研究認为，颈脊髓慢性压迫早期以神经元水肿、萎缩、脱髓鞘等可逆的病理改变为主，在压迫解除后可获得良好的神经功能恢复;而随着压迫的加重和病程的延长，逐渐出现轴索变性、囊性变、神经元坏死、空洞出现、脊髓软化等不可逆性的病理改变，即使手术解除压迫后脊髓功能也难于恢复[8]，因此如何识别可逆性、不可逆性颈髓损伤对CSM诊疗具有重要意义。MRI是目前最有价值的检查方式之一，其中T2WI高信号能提示颈脊髓受压后出现的脊髓病理改变，但其发生率在不同的研究报道中变化较大，自22.7%～76.0%不等[9]，而对T2WI高信号提示神经组织发生可逆还是提示发生不可逆的病理变化，至今更是无统一定论[7]，因此依据MRI难以准确评价脊髓神经纤维的细微病理改变以及预测脊髓功能的恢复情况。MRI弥散成像技术是一种能在活体上测量水分子弥散运动与成像的理想方法，在此基础上发展的DTI技术更能无损、直接、三维任意层面、任意角度地显示脊髓神经纤维束显微结构，因此，相比MRI-T2WI高信号预测脊髓损伤的不定性，DTI技术是临床目前可用于判断脊髓病变病理生理状态的有效措施[10]。DTI利用多个不同方向的扩散敏感梯度对水分子的扩散方向性进行量化，其通过施加多个不同方向的扩散敏感梯度磁场来观察水分子在不同方向上的扩散能力并进行量化测值，从细胞及分子水平提供脊髓组织白质束完整性的重要信息[11]。常见的DTI指标有ADC、FA、AD及VD。

本研究结果显示，恢复良好组术后的JOA评分高于术前，差异有统计学意义（P<0.05），提示脊髓功能产生可逆性恢复;而恢复欠佳组脊髓功能发生不可逆性改变，因此本组术前与术后的JOA评分相比较，差异无统计学意义（P>0.05）。DTI量化指标中，恢复良好组术后的ADC、VD图信号显著低于本组术前，FA、AD图信号显著高于本组术前，差异均有统计学意义（P<0.05）。恢复欠佳组术前和术后的ADC、FA、AD、VD图信号比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。恢复良好组术前、术后DTI量化结果的变化提示与功能的恢复有相当的预测性，这与目前众多学术报告一致[12-14]。颈脊髓在慢性压迫状态下早期神经细胞萎缩，细胞浆减少，细胞外水肿、间隙增大、脱髓鞘改变，细胞外自由水分子弥散活动加快而ADC值升高，颈脊髓局部测量FA值随各向水分子弥散活动增强而下降，AD因轴突损伤而下降，VD因细胞膜生理功能受损而增加;减压术后细胞膜半透膜的正常解剖结构和生理功能恢复良好，脊髓神经元轴突、髓鞘功能恢复良好，因此自由水分子AD值升高、速度加快，而VD值减缓、活性降低。脊髓压迫后期发生不可逆性改变，减压术后病理状态不能逆转至正常的形态、结构、功能，故ADC、FA、AD 、VD图信号变化不大。

另外，恢复良好组术前的FA、AD值显著高于恢复欠佳组，VD值显著低于恢复欠佳组，差异均有统计学意义（P<0.05）;恢复良好组术后的FA、AD值高于恢复欠佳组，VD值低于恢复欠佳组，差异均有统计学意义（P<0.05）。两组术前的ADC值比较，差异无统计学意义（P>0.05），但恢复良好组术后的ADC值低于恢复欠佳组，差异有统计学意义（P<0.05），提示FA、AD、VD相对ADC对判断脊髓功能更有价值。Ellingson等[15]认为，脊髓DTI是一种临床可行的连续监测CSM患者的成像技术，ADC同时受自由水弥散和各向异性的双重影响，但两方面可部分抵消，因此FA对神经功能的敏感性更高，比ADC测量更稳定。目前学者均认为CSM患者脊髓最大压迫水平的FA值与术前、术后的JOA评分显著相关[16-17]。相当多学者报道ADC、AD、VD值与临床表现显著相关，有明显相关性[18-19]，甚至有学者报道ADC值与临床表现无明显相关性[20]。也有学者认为AD和VD值在DTI中是一个有用的指标，不能专门判断脊髓功能的可靠方法[21]。

综上所述，对研究对象进行手术前后的DTI扫描与量化评价，可用于颈髓损伤程度的判定以及手术预后分析，其有着重要的临床应用价值和广泛的应用前景。

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（收稿日期：2019-03-06  本文编辑：祁海文）