2. 第二军医大学长海医院影像医学科, 上海 200433
△共同第一作者
2. Department of Radiology, Changhai Hospital, Second Military Medical University, Shanghai 200433, China
△Co-first authors.
脊髓型颈椎病 (cervical spondylotic myelopathy,CSM) 是一种颈椎退变性疾病,由颈椎及相邻软组织退变导致颈髓慢性受压所引起[1, 2]。MRI检查是诊断CSM的常规手段,可显示椎管是否狭窄、脊髓受压的程度和信号的改变。 脊髓T1加权像低信号预示着损伤严重、临床预后较差,但是这种情况出现较少且缺乏敏感性[1];脊髓T2加权像上高信号改变较常出现,反映了脊髓非特异性水肿、炎症反应、缺血等急性改变和脊髓长期受压出现的软化、坏死及胶质增生等多种病理状态[2],但T2高信号与临床表现及手术预后的相关性目前仍存在较大争议[3]。
弥散张量成像 (diffusion tensor imaging,DTI)是在弥散加权成像 (diffusion weighted imaging,DWI)的基础上发展而来的一种新技术,主要用于反映活体组织细微结构和功能的改变,评价参数包括表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)和各向异性分数(fractional anisotropy,FA),并且可利用纤维束示踪成像(diffusion tensor tractography,DTT)技术显示白质纤维束的三维形态改变,是目前唯一可无创显示活体神经纤维束的方法。研究发现,DTI较常规MRI对CSM的诊断和预后预测价值更高[4, 5],但尚无公认的测量方法,目前的研究均选择脊髓横截面的全部或大部分作为感兴趣区域(region of interest,ROI)进行参数测量,得到的参数值是白质和灰质的混合值。研究[5]显示,脊髓中白质纤维束各向异性较高,而灰质各向异性较低,并有研究[6]发现DTI参数和年龄间呈明显相关性,且不同颈脊髓平面的参数之间也存在一定差异。因此直接将CSM不同年龄、不同节段之间的DTI参数进行对比分析显然并不合适。
本研究采用病变节段的DTI参数与自身C1/2平面DTI参数的比值进行对比分析,以期能消除年龄和病变节段不同所造成的偏倚,为临床应用研究提供帮助。 1 资料和方法 1.1 一般资料
纳入2012年3月至2013年3月我科收治的脊髓型颈椎病患者62例,排除有颈腰椎外伤、神经系统疾病及手术史的患者,入院后术前接受MRI检查和DTI检查。招募40例健康志愿者作为正常对照组,排除有颈腰椎外伤、脊柱手术或其他神经系统病史者,接受常规MRI和DTI检查,常规MRI如显示脊髓有受压则予以排除。患者及志愿者在行MRI检查前均签署知情同意书。本研究通过第二军医大学长海医院医学伦理委员会审查并批准。
所有患者均由同一高年资主任医师进行手术,神经功能评估采取JOA评分,术后随访并计算改善率:(术后JOA—术前JOA)/(17—术前JOA)×100%。术前JOA评分按≤8分为重度损伤,9~12分为中度损伤,13~16分为轻度损伤分成3组,术后改善率按0~34%、35%~67%、68%~100%分成差、中、优3组。 1.2 MRI、DTI成像与分析 1.2.1 扫描过程
GE HDxt Twinspeed 3.0 T双梯度超导MR仪,梯度场强为40 mT/m,切换率为150 mT·m-1·ms-1,采用NV-full 8通道线圈。常规行矢状位及横轴位T1WI和T2WI扫描。 矢状位flair-T1WI序列,重复时间(repetition time,TR)/回波时间(echo time,TE) 3 200 ms /116.8 ms,层厚3.0 mm,层间距1.0 mm,视野(field of view,FOV) 24 mm×24 mm,矩阵320×224,NEX 2。矢状位FRFSE-T2WI序列,TR/TE 2 698 ms/ 25.8 ms,层厚3.0 mm,层间距1.0 mm,FOV 240 mm×240 mm,矩阵320×224,NEX 2。横轴位FRFSE-T2WI序列,TR/TE 3 200 ms/121 ms,层厚 4.0 mm,层间距0.5 mm,带宽41.7 kHz,FOV 180 mm×180 mm,矩阵288×224,NEX 4。DTI检查与常规横轴位扫描定位相同,采用单次激发自旋回波平面回波成像(echo planner imaging,EPI)序列,扩散加权系数b值为1 000 s/mm2,扩散敏感梯度方向取15,重复次数为2,TR/TE 8 000 ms/87.6 ms,层厚4.0 mm,层间距0 mm,带宽250 kHz,FOV 240 mm×240 mm,矩阵130×128,NEX 2。DTI扫描时间共5 min。 1.2.2 图像处理及ROI选择
采用GE Functool 9.4软件对DTI数据进行后处理,用Correct程序对原始数据进行校正,以减少图像变形伪影。由2名影像科医师对DTI图像进行参数测量,对照组测量C1/2、C3/4、C4/5、C5/6、C6/7共5个平面(图 1A),CSM组测量C1/2和受压程度最重的平面(图 1B),在b0图像上手工选择ROI测量ADC和FA值。白质的前索、侧索和后索以及中央灰质左右各划取1个ROI测量相应的ADC和FA值,每个层面的左右两个对称ROI取平均值[7]。选择白质纤维ROI时尽量靠近脊髓内侧以避免周围脑脊液的影响。
两名影像科医师在每个部位各测量2次取平均值,得到的2个值再次取平均值作为最终参数值进行统计分析,ADC值偏差超过10-3 mm2/s、 FA值偏差超过0.5,则由两名医师共同测量确定最后参数值。正常对照组计算C3/4、C4/5、C5/6、C6/7平面脊髓白质(white matter,WM)的前索(ventral funiculus,VF)、侧索(lateral funiculi,LF)、后索(dorsal funiculus,DF)及中央灰质(gray matter,GM)的ADC和FA值分别与自身C1/2平面相应位置参数值的比值;CSM组计算脊髓受压最大平面与C1/2平面白质VF、LF、DF及GM的ADC比值、FA比值(图 2)。
采用SPSS 18.0统计软件,正常对照组采用单因素方差分析比较不同平面、不同年龄分组间ADC比值、FA比值的差异;正常对照组脊髓白质前索、侧索、后索和中央灰质4个部位所有测量平面的ADC、FA比值作为整体,采用单因素方差分析比较不同部位间有无差异。线性相关分析比较CSM患者脊髓白质前索、侧索、后索和中央灰质4个部位DTI参数和DTI参数比值分别与JOA评分、JOA改善率之间的相关性。JOA分组、JOA改善率分组和正常对照组间白质轴索、中央灰质的ADC比值、FA比值采用单因素方差分析,并采用Student-Newman-Keuls (SNK)进行两两之间的组间比较。检验水准(α)为0.05。 2 结 果 2.1 患者基本人口学资料及分组
排除颈腰椎外伤或手术史患者6例,排除神经系统疾病史患者6例,CSM组最后共纳入50例,男25例、女25例,年龄42~69岁,平均年龄(57.2±3.2)岁。发病时间 最短为3个月,最长为25个月,平均(9.7±1.4)个月。JOA分组轻度组14例(男5/女9)、中度组23例(男14/女9)、重度组13例(男6/女7)。所有患者术后随访时间均在1年以上,JOA改善率优18 例(男9/女9)、中23例(男11/女12)、差9例(男5/ 女4)。排除MRI提示脊髓压迫者4例,正常对照组共纳入36例患者,男22例、女14例,年龄20~77岁,平均(51.3±2.7)岁。 2.2 正常对照人群不同节段、年龄间DTI参数比值的比较 2.2.1 年龄与DTI参数比值
正常对照人群不同年龄组间前索、侧索、后索和中央灰质4个部位的ADC、FA比值间差异无统计学意义(表 1)。
C3/4、C4/5、C5/6、C6/7各个平面间脊髓白质前索、侧索、后索的ADC、FA比值差异均有统计学意义(表 2)。
线性相关分析结果(表 3)显示:脊髓前索、侧索、后索和中央灰质的ADC比值、FA比值与JOA评分、JOA改善率相关性优于ADC值、FA值(P<0.05或P<0.01),且FA比值的相关性优于ADC比值。
结果(表 4)表明:与正常对照人群相比,轻度损伤组患者白质前索ADC比值升高,白质前索、中央灰质FA比值降低(P<0.05); 与正常对照人群及轻度损伤组相比,中度损伤组白质前索、侧索和中央灰质ADC比值升高,FA比值降低(P<0.05);与其余3组相比,重度损伤组白质各轴索(前索、侧索、后索)和中央灰质的ADC比值均升高、FA比值均降低,差异有统计学意义(P<0.05)。
2.4.2 不同临床预后与DTI参数比值
结果(表 5)表明:改善率优、中、差3组CSM患者白质前索、侧索、后索及中央灰质ADC比值与对照组相应部位间的ADC比值差异均有统计学意义(P<0.05);改善率为中组脊髓4个部位的ADC比值与优组比较差异无统计意义,而差组4个部位的ADC比值与轻组、中组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。改善率优组CSM患者仅白质前索和中央灰质FA比值与正常对照相比差异有统计学意义(P<0.05),改善率中组患者白质前索、侧索和中央灰质的FA比值与正常对照组比较差异有统计学意义(P<0.05),改善率差组白质各轴索和中央灰质的FA比值与其余3组差异均有统计学意义(P<0.05)。
3 讨 论
2003年,Demir等[8]首次提出DTI对CSM的诊断比常规MRI更敏感,DTI成像较MRI能更早发现脊髓微观病理改变,但限于当时的成像技术,并未能提出相应的DTI量化参数标准。近年来,随着磁共振硬件的更新和DTI成像参数的完善,DTI在CSM中的研究取得了较大进展,主要集中在两方面:(1)通过DTI参数进行量化评估,(2)通过DTT重建脊髓纤维束进行病情评估和预后预测。
CSM患者DTI量化评估的相关研究[4, 9, 10, 11, 12]表明:DTI参数与CSM临床症状和预后均相关,DTI可在CSM早期、常规MR无异常信号之前对脊髓病变进行量化评估,敏感性和特异性较高。但对于DTI参数测量目前尚无统一标准,目前的研究均选择脊髓横截面的全部或大部分作为ROI进行参数测量,得到的参数是白质和灰质的混合值。随着DTI图像质量的改善,目前的DTI成像可以清晰分辨出灰质和白质的解剖形态。不断有研究[5, 6]发现正常人颈脊髓白质与灰质ADC、FA值存在差异,并且DTI参数在不同脊髓平面、不同年龄间也有差异。因此,患者年龄和病变节段不同等因素均会对分析结果产生影响,严重制约了该项技术的推广应用。
本研究采用CSM受压平面与自身C1/2平面的DTI参数比值进行对比分析,以消除年龄、病变节段所造成的偏倚。本研究正常对照组选择了不同年龄段健康志愿者,以分析不同年龄间ADC、FA比值的差异。CSM最常发生于活动度较大的颈椎中下段(C4-7),而活动度相对较小的上段颈椎(C1-3)极少发生病变[4]。因此,本研究选择对志愿者C3/4、C4/5、C5/6、C6/7等4个平面DTI参数比值进行分析。研究结果发现:正常对照组不同年龄分组间前索、侧索、后索和中央灰质4个部位的ADC比值、FA比值间差异无统计学意义。正常对照人群不同节段(C3/4、C4/5、C5/6、C6/7)间脊髓白质前索、侧索、后索ADC比值、FA比值间差异均有统计学意义(P<0.05)。进一步的线性分析结果显示:脊髓前索、侧索、后索和中央灰质ADC比值、FA比值与JOA评分相关性优于ADC值、FA值本身;脊髓4个部位ADC比值、FA比值与JOA改善率相关性也优于ADC值、FA值本身。结果提示,DTI参数比值能够部分消除年龄及病变节段所造成的测量偏倚,诊断价值优于DTI参数本身。
JOA评分不同分组间DTI参数比值分析结果显示:轻度损伤组仅白质前索的ADC比值与正常对照组差异有统计学意义,白质前索、中央灰质FA比值与正常对照组差异有统计学意义(P<0.05)。我们推测,在压迫较轻或病程较短时压迫仅来自脊髓前方,表现为ADC比值增高和FA比值降低,与之前报道[9, 10, 11, 12]相符。中度损伤组白质前索、侧索和中央灰质ADC比值和FA比值与正常对照组、轻度损伤组相比差异有统计学意义(P<0.05)。重度损伤组白质各轴索和中央灰质ADC比值、FA比值与其余3组比较差异均有统计学意义(P<0.05)。既往文献[13, 14]报道,在脊髓重度受压时,即使致压物是来自前方,由于后方黄韧带的肥厚和颈椎活动时剪切力的作用,也可造成白质后索的损伤。1953年 Taylor[15]首先报道了脊髓前方髓核、骨赘和后方黄韧带从前、后方同时压迫脊髓的现象,并称之为“钳夹效应”。关于“钳夹型”脊髓型颈椎病后方致压物的产生,目前的观点认为其主要来源于静态压迫和动态压迫的共同作用。静态压迫一般认为是继发于椎间盘退变,椎间隙狭窄后所致黄韧带松弛皱褶,甚至增生肥厚;另外,随着年龄的增长,黄韧带本身的退变也可以导致其出现原发性增生肥厚。动态压迫主要来源于节段不稳,相互运动,造成脊髓卡压[16]。
DTI参数对CSM手术预后的预测价值也有文献[10, 11]报道。Jones等[10]对DTI与神经功能及预后间关系的研究发现,FA值与神经功能状态明显相关,在FA、T2WI高信号、椎管狭窄三者中,FA值对预测患者神经功能改善情况的精确性最高,而ADC与神经功能及预后无明显相关性。Kerkovsk等[11]认为,与脊髓T2WI高信号和脊髓横断面积减少相比,FA、ADC值对CSM手术预后的敏感性和特异性更高。本研究结果显示JOA改善率优、中、差3组的白质前索、侧索、后索、中央灰质的ADC比值与正常对照组相比差异有统计学意义,组间比较差异也有统计学意义。有观点[15, 16]认为当后索受损时,脊髓损伤已经非常严重,手术耐受性差,预后不佳。本研究结果也发现,JOA严重组和JOA改善率最差的组中,后索ADC、FA比值与正常对照组相比差异有统计学意义(P<0.05),ADC比值增大,而FA比值降低。因此,当后索ADC和FA比值出现异常时,可作为患者病情较重、预后较差的有效预测指标。
本研究不足主要有以下几方面:(1)脊髓本身体积小,图像分辨率较低,测量面积小,容易出现误差。因此,如何进一步改善图像质量,是临床医师和放射专家共同面临的难题,这也是DTI技术能否用于临床的关键。(2)正常对照组样本较小,每个年龄组中仅数例样本,对于颈髓整体的DTI参数比值分布特征有待进一步大样本分析。(3) C3/4、C4/5、C5/6、C6/7 4个平面间DTI比值有差异,所以我们将4个平面的DTI参数比值作为整体进行对照,研究结果会产生或多或少的偏倚。另外,导致DTI参数值改变的病理因素众多,ADC比值和FA比值能否精确反映脊髓损伤的真实情况有待进一步研究。(4)影响CSM预后的因素众多,年龄、发病时间、术前神经功能、病变节段、手术方式等均可能影响疾病预后,本研究仅分析了DTI参数、DTI比值与预后的相关性,仍有待进一步深入研究。 4 利益冲突
所有作者声明本文不涉及任何利益冲突。
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