和一帆(綜述)，閆 東(審校)

(1．昆明醫(yī)學(xué)院，昆明650031;2．昆明醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院放射科，昆明650101)

脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)是一種嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量的常見病。目前，磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)是診斷CSM的最佳檢查手段，T2加權(quán)成像(T2 weighted imaging，T2WI)能清楚地顯示受壓頸髓形態(tài)及信號改變，但T2WI對頸髓早期損傷變性和微結(jié)構(gòu)改變敏感性低。磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)通過水分子在脊髓中彌散運動，可提供疾病早期組織空間組成和病理生理狀態(tài)下各組織成分之間水交換的功能改變，并能顯示神經(jīng)纖維束的走行方向，反映脊髓束功能的完整性，對CSM脊髓損傷早期的判斷和預(yù)后評估均有較大作用。

1 CSM概述

CSM是由于頸椎椎體退化(如椎體后緣骨刺)及相鄰軟組織退變(如椎間盤突出、后縱韌帶骨化、黃韌帶肥厚或鈣化等)造成椎管狹窄，導(dǎo)致脊髓受壓或脊髓缺血，繼而出現(xiàn)脊髓功能障礙和相應(yīng)臨床不適的一種病變，如四肢麻木無力、活動不靈、走路時踩棉花樣的感覺等。

MRI是CSM的最佳影像檢查手段，能清楚地顯示軟組織的解剖結(jié)構(gòu)、脊髓受壓狀況、程度及脊髓信號改變;T2WI脊髓高信號是MRI診斷脊髓變性的重要標(biāo)志。CSM脊髓內(nèi)T2WI高信號的病理基礎(chǔ)主要有脊髓的非特異性水腫、炎性反應(yīng)、缺血、脊髓軟化、灰質(zhì)壞死及膠質(zhì)增生等，但此征象往往提示脊髓長期受壓損傷已達到了相當(dāng)嚴(yán)重的程度，對于指導(dǎo)手術(shù)時機的選擇而言明顯滯后［1，2］，早期CSM患者T2WI脊髓并不增高。因此，傳統(tǒng)MRI手段對早期CSM脊髓損傷判斷存在局限性。

2 DTI簡介

2．1 原理 DTI是在擴散加權(quán)成像的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，它至少在6個方向上對體內(nèi)水分子的位移情況進行測量，較擴散加權(quán)成像能更準(zhǔn)確地反映體內(nèi)水分子的擴散情況，顯示出神經(jīng)纖維束的走行方向。因此，可通過DTI探測水分子在脊髓束的擴散過程，反映脊髓束功能的完整性。擴散是物質(zhì)分子的自由運動，也稱布朗運動，張量是指固體內(nèi)三維排列的向量張力。DTI的幾個主要參數(shù)包括表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值和擴散張量的3個本征值:λ1、λ2和 λ3。ADC值反映水分子在各個方向上的平均擴散能力，ADC值越大，說明水分子的擴散能力越強;ADC值越小，說明水分子的擴散能力越弱［3］。FA值是指水分子各向異性成分占整個擴散張量的比例，F(xiàn)A取值范圍0～1，當(dāng)FA值趨近于1時，各向異性最大;當(dāng)FA值接近于0時，表示各向同性［4］。借助橢球體的3個直徑來描繪擴散張量的3個本征值λ1、λ2和λ3。λ1代表橢球體最長徑的擴散能力，λ2、λ3代表橢球體前后徑和左右徑2個短軸的擴散能力。當(dāng)λ1=λ2=λ3時擴散為各向同性，各個方向上的擴散速度相同，擴散橢球體為球體;當(dāng)λ1≠λ2≠λ3時，擴散為各向異性，即水分子擴散運動受限，沿不同方向擴散速度不同;當(dāng) λ1＞(λ2+λ3)時，說明各向異性較強，橢球體較細(xì)長，代表該體素在橢球體最長徑λ1方向上的擴散系數(shù)或擴散能力遠(yuǎn)比其他方向大，有學(xué)者已證明神經(jīng)纖維中的水分子擴散即為此種擴散方式，最大擴散所在的軸向與神經(jīng)纖維的長軸方向一致。

2．2 DTI掃描序列 自1999年Clark等［5］首先將擴散加權(quán)成像技術(shù)成功應(yīng)用于脊髓以來，國內(nèi)外學(xué)者運用多種序列進行脊髓DTI成像，有線性掃描成像、單次激發(fā)平面回波成像(echo planar imaging，EPI)、多次激發(fā)EPI、單次激發(fā)快速自旋回波以及單次激發(fā)并行采集EPI等。目前在臨床研究中應(yīng)用較多的技術(shù)為EPI。單次激發(fā)EPI成像速度快，對運動偽影不敏感，缺點是圖像分辨率和信噪比較低。多次激發(fā)EPI成像采用了導(dǎo)航校正技術(shù)，大大降低了運動偽影，提高了信噪比，同時也降低了對去共振效應(yīng)的敏感性，明顯提高了圖像質(zhì)量，但成像時間相對較長［6］。應(yīng)用導(dǎo)航系統(tǒng)進行交叉EPI可使掃描時間大大縮短。單次激發(fā)快速自旋回波方法可以縮短TE時間，提高圖像的信噪比，降低運動和磁敏感性偽影，在脊髓DTI成像研究中應(yīng)用廣泛。采用并行采集EPI技術(shù)對頸髓纖維束進行追蹤研究，可以顯示頸髓的纖維束及其頭尾方向上的各向異性［7］。來源于DTI的纖維束示蹤成像可直觀三維顯示白質(zhì)纖維束的改變，是目前顯示活體纖維束最有效的手段。

3 DTI在健康人及CSM的表現(xiàn)及應(yīng)用價值

3．1 正常脊髓及不同類型CSM患者DTI表現(xiàn)

3．1．1 正常人的頸髓DTI表現(xiàn) 根據(jù)一些學(xué)者進行的研究，正常人的脊髓DTI參數(shù)值范圍為:ADC(650～1390)× 10－6mm2/s、FA(495～ 843)× 10－3、λ1(1380～1661)× 10－6mm2/s、λ2(330 ～ 639)×10－6mm2/s、λ3(310～ 595)× 10－6mm2/s［8，9］。正常人ADC圖像顯示頸髓及神經(jīng)根呈藍綠色信號，頸髓周圍腦脊液呈黃色信號。FA圖清晰顯示頸髓呈深紅色信號，相應(yīng)神經(jīng)根呈紅黃色信號，腦脊液呈藍色信號。λ2、λ3圖像顯示脊髓呈淡黃色信號，神經(jīng)根呈紅黃色，腦脊液呈深紅色。λ1圖像顯示脊髓中央呈淡黃色，較λ2、λ3圖顏色淺，其周圍呈深紅色，神經(jīng)根呈紅黃色，顏色較λ2、λ3圖深。

3．1．2 CSM中T2WI等信號患者的DTI表現(xiàn) 根據(jù)一些學(xué)者進行的研究，CSM中T2WI等信號患者脊髓DTI參數(shù)值范圍為:ADC(674～1820)×10－6mm2/s、FA(366～820)×10－3、λ1(1390～1710)×10－6mm2/s、λ2(411 ～ 630)× 10－6mm2/s、λ3(400 ～ 660)×10－6mm2/s［8-11］。CSM 患者 DTI參數(shù)圖顯示頸髓受壓變形，硬膜囊變窄或消失，ADC圖像顯示受壓部位硬膜囊腦脊液黃色信號消失，受壓脊髓顏色變深，呈藍色信號，隨脊髓受壓程度加重，其顏色隨之變深;FA圖像顯示受壓部位硬膜囊腦脊液藍色信號消失，受壓脊髓紅色信號變淺，隨脊髓受壓程度加重，其顏色隨之變淺;λ1圖像顯示受壓脊髓中央淡黃色消失，呈均深紅色，λ2和λ3圖像顯示脊髓中央呈紅黃色信號，脊髓周圍腦脊液信號變淺。

陳蕾等［10］采用 DTI對 CSM 研究顯示，T2WI呈等信號患者中36%的患者頸髓相應(yīng)節(jié)段平均ADC值、平均FA值與正常組比較無統(tǒng)計學(xué)差異;但64%的患者頸髓相應(yīng)節(jié)段平均ADC值較正常組明顯增高，平均FA值較正常組明顯下降。脊髓T2WI等信號組的DTI改變與臨床癥狀、體征嚴(yán)重程度相關(guān)［12］。孟祥水等［11］將CSM分為陰性體征組和陽性體征組，發(fā)現(xiàn)陰性體征組頸髓ADC、FA、λ1值總體均數(shù)與正常組無統(tǒng)計學(xué)差異，但λ2、λ3值總體均數(shù)大于對照組，提示該組受壓頸髓神經(jīng)細(xì)胞膜和髓鞘結(jié)構(gòu)保持完整，微結(jié)構(gòu)沒有破壞，水分子彌散仍保持正常;該組的λ2、λ3值增大，可能是脊髓受壓造成頸髓水分子彌散方向的輕度改變，或者是存在測量誤差，其原因還需進一步實驗證實。陽性體征組受壓頸髓的ADC、λ1、λ2、λ3 值均大于陰性體征組，F(xiàn)A 值小于陰性體征組，該結(jié)果提示該組受壓脊髓神經(jīng)細(xì)胞通透性增大，甚至細(xì)胞溶解，細(xì)胞內(nèi)水分子外流使細(xì)胞間隙增大，造成血管源性水腫，受壓脊髓水分子彌散能力增強，各向異性降低［4，13］，導(dǎo)致 ADC、λ2、λ3 值升高，F(xiàn)A值降低;而陽性體征組λ1值與正常組比較無統(tǒng)計學(xué)差異，其原因可能是受壓脊髓沿縱軸方向的彌散強度未發(fā)生改變。研究還顯示受壓頸髓的λ1值明顯大于λ2、λ3值，提示沿頸髓左右徑和前后徑的彌散能力雖有增加，但平行于頸髓長軸方向彌散強度仍大于頸髓前后方向和左右方向的彌散強度，受壓頸髓仍保持平行于脊髓長軸方向的圓柱狀彌散方式。

3．1．3 CSM中T2WI高信號患者的DTI表現(xiàn) 自從有CSM患者脊髓MRI T2WI高信號的報道后，很多學(xué)者對其發(fā)生率進行了統(tǒng)計學(xué)分析，其范圍較大，為14．8%～76．0%。根據(jù)一些學(xué)者進行的研究，CSM中T2WI高信號患者脊髓DTI參數(shù)值范圍為:ADC(875～ 1643)× 10－6mm2/s、FA(448 ～ 615)× 10－3、λ1(1560～1800)× 10－6mm2/s、λ2(480 ～ 780)×10－6mm2/s、λ3(580～ 900)× 10－6mm2/s［10-12］。CSM中T2WI高信號患者的參數(shù)圖顯示與T2WI等信號組相似，改變程度更顯著。

T2WI高信號組脊髓平均ADC值較正常組平均ADC值明顯升高，相應(yīng)節(jié)段平均FA值較正常平均FA值明顯下降。ADC值增高及FA值降低的幅度較T2WI等信號者更明顯。在頸髓慢性損傷的DTI中，F(xiàn)A值降低及ADC值增高主要是由于細(xì)胞外水腫或神經(jīng)纖維減少導(dǎo)致細(xì)胞外間隙增大，水分子沿神經(jīng)纖維束方向異向性彌散降低，而同向性彌散增加［14-16］。脊髓壓迫持續(xù)存在，將使脊髓的非特異性水腫、炎性反應(yīng)、缺血等進一步加劇，導(dǎo)致脊髓軟化、灰質(zhì)壞死及膠質(zhì)增生，CSM脊髓信號由T2WI等信號逐漸演變?yōu)門2WI高信號，表明脊髓受壓變性損傷已經(jīng)達到了比較嚴(yán)重程度，脊髓內(nèi)白質(zhì)纖維束及水分子擴散的改變程度較病情輕時明顯，在DTI上表現(xiàn)為ADC值、FA值、本征值及其各自值圖改變更明顯，纖維示蹤成像顯示纖維變形移位等明顯改變。

3．1．4 DTI診斷CSM脊髓損傷的敏感性 近年來，一些國內(nèi)外學(xué)者對DTI及T2WI診斷CSM的敏感性進行了對比研究［17］。陳蕾等［10］的研究得出常規(guī)MRI顯示T2WI脊髓病變檢出的靈敏度、特異度、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值分別為23．44%、56．80%、21．84%和 60．70%，DTI分別為 76．56%、41．50%、78．20%和39．30%。DTI的靈敏度及陽性預(yù)測值都較常規(guī) T2WI高，而特異度及陰性預(yù)測值較常規(guī)T2WI低。劉記存等［17］的研究中 ADC值、FA值和T2WI診斷脊髓慢性壓迫損傷的靈敏度分別是87．5%、62．5%、40．6%。該研究發(fā)現(xiàn)對于判斷脊髓慢性壓迫損傷，ADC值靈敏度最高，F(xiàn)A值靈敏度稍低，T2WI靈敏度最低。Aota等［12］研究中 T2WI及ADC圖診斷CSM的靈敏度和特異度分別為42%和100%、65%和56%。這種差異與DTI對水分子的運動敏感有關(guān)，較T2WI能夠更早地顯示病灶內(nèi)部的水分子改變。

3．2 DTI對CSM患者治療及預(yù)后的價值 CSM的治療包括非手術(shù)治療和手術(shù)治療。非手術(shù)治療的方法包括頸部制動、頸部牽引、良好的工作和睡眠姿勢等。手術(shù)治療需綜合考慮患者的臨床和影像學(xué)因素。緣于1個節(jié)段病變、T2WI只有一個節(jié)段信號增高的CSM患者，可行頸椎前路單間隙椎間盤切除融合術(shù)治療;對2～3個節(jié)段病變、T2WI 2～3個節(jié)段信號增高的患者，可行椎體次全切或椎體次全切+頸椎前路單間隙椎間盤切除融合術(shù);對≥3個節(jié)段病變、T2WI≥3個節(jié)段信號增高的患者，應(yīng)根據(jù)患者的矢狀對線行頸前路減壓為主的環(huán)形融合或Ⅰ、Ⅱ期前后路手術(shù)治療。CSM一旦確診一般均施行手術(shù)治療。CSM患者行減壓手術(shù)后臨床預(yù)后良好與否取決于實施手術(shù)時疾病所處的進展期［8］。對于T1WI低信號、T2WI高信號患者其預(yù)后不佳的觀點目前已不存在爭議。對于T1WI無異常、單純頸髓T2WI高信號患者與手術(shù)預(yù)后關(guān)系尚存在爭議，一些觀點認(rèn)為T2WI高信號預(yù)示著手術(shù)效果欠佳［1，2］。另一些觀點認(rèn)為兩者之間并無緊密聯(lián)系［18，19］。Yukawa 等［2］將單純T2高信號分出等級，再分別與預(yù)后作相關(guān)分析，結(jié)論是T2WI高信號與術(shù)后改善相關(guān)，當(dāng)出現(xiàn)T2WI高信號時提示預(yù)后較差，T2WI信號越高、手術(shù)療效越差。因此，影像學(xué)早期發(fā)現(xiàn)CSM脊髓損傷對手術(shù)治療有明確的指導(dǎo)意義。CSM的影像學(xué)診斷越早對手術(shù)治療指導(dǎo)意義越明顯，而患者術(shù)后運動功能恢復(fù)的預(yù)后也越佳。DTI能較T2WI早期發(fā)現(xiàn)脊髓損傷，能使患者在疾病更早期接受相適應(yīng)的手術(shù)治療，達到較良好的臨床預(yù)后。有研究者對大鼠脊髓橫斷損傷后BDNF成纖維細(xì)胞植入模型行DTI檢測發(fā)現(xiàn)，脊髓白質(zhì)ADC值的改變與運動功能恢復(fù)程度和解剖證實的軸突再生程度相關(guān)，證實DTI觀察脊髓病變及其修復(fù)過程是可行的［20］。

4 展望

人類脊髓橫徑僅12 mm左右，要求DTI有較高的空間分辨率，脊髓所在的蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液流動、呼吸、吞咽動作等會產(chǎn)生偽影，要求掃描序列對運動偽影不敏感。此外，鄰近脊柱骨質(zhì)和脊髓的磁敏感性差別大，還需DTI掃描序列對磁敏感偽影不敏感。但目前成像技術(shù)還不能滿足以上要求，纖維束示蹤成像圖像質(zhì)量還有待提高。DTI研究數(shù)據(jù)相對較少，其ADC值、FA值、本征值、閾值設(shè)定及與臨床相關(guān)性等研究尚需進一步的臨床資料積累。盡管目前DTI應(yīng)用研究較少，但已展現(xiàn)了DTI在CSM的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。

［1］ Suri A，Chabbra RP，Mehta VS，et al．Effect of intramedullary signal changes on the surgical outcome of patients with cervical spondylotic myelopathy［J］．Spine J，2003，3(1):33-45．

［2］ Yukawa Y，Kato F，Yoshihara H，et al．MR T2 image elnssification in cervical compression myelopathy predictor of surgical outcomes［J］．Spine(Phila Pa 1976)，2007，32(15):1675-1678．

［3］ Clark CA，Barrick TR，Murphy MM，et al．White matter fiber tracking in patients with space occuping lesions of the brain:a new technique for neurosurgical planning［J］．Neuroimage，2003，20(3):1601-1608．

［4］ Beaulieu C．The basis of anisotropic water diffusion in the nervous system-a technical review［J］．NMR Biomed，2002，15(7/8):435-455．

［5］ Clark CA，Barker GJ，Tofts PS．Magnetic resonance diffusion imaging of the human cervical spinal cord in vivo［J］．Magn Reson Med，1999，41(6):1269-1273．

［6］ Summers P，Staempfli P，Jaermann T，et al．A preliminary study of the effects of trigger timing on diffusion tensor imaging of the human spinal cord［J］．AJNR Am J Neuroradiol，2006，27(9):1952-1961．

［7］ Tsuchiya K，F(xiàn)ujikawa A，Suzuki Y．Diffusion tractography of the cervical spinal cord by using parallel imaging［J］．AJNR Am J Neuroradiol，2005，26(2):398-400．

［8］ Kara B，Celik A，Karadereler S，et al．The role of DTI in early detection of cervical spondylotic myelopathy:a preliminary study with 3-T MRI［J］．Neuroradiology，2011，53(8):609-616．

［9］ Xiangshui M，Xiangjun C，Xiaoming Z，et al．3T magnetic resonance diffusion tensor imaging and fibre tracking in cervical myelopathy［J］．Clin Radiol，2010，65(6):465-473．

［10］ 陳蕾，劉國利，王大維，等．磁共振彌散張量成像對脊髓損傷的臨床應(yīng)用價值［J］．海南醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2009，15(11):1427-1430．

［11］ 孟祥水，柴相君，李篤民，等．磁共振彌散張量成像對輕度脊髓型頸椎病的診斷價值［J］．山東大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版)，2008，46(9):873-876．

［12］ Aota Y，Niwa T，Uesugi M，et al．The correlation of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in cervical compression myelopathy with neurologic and radiologic severity［J］．Spine(Phila Pa 1976)，2008，33(7):814-820．

［13］ Facon D，Ozanne A，F(xiàn)illard P，et al．MR diffusion tensor imaging and fiber tracking in spinal cord compression［J］．AJNR Am J Neuroradiol，2005，26(6):1587-1594．

［14］ Bulakbasi N，Kocaoglu M，Ors F，et al．Combination of single-voxel proton MR spectroscopy and apparent diffusion coefficient calculation in the evaluation of common brain tumors［J］．AJNR Am J Neuroradiol，2003，24(2):225-233．

［15］ Bulakbasi N，Guvenc I，Onguru O，et al．The added value of the apparent diffusion coefficient calculation to magnetic resonance imaging in the differentiation and grading of malignant brain tumors［J］．J Comput Assist Tomogr，2004，28(6):735-746．

［16］ Mamata H，Jolesz FA，Maier SE．Apparent diffusion coefficient and fractional anisotropy in spinal cord:age and cervical spondylosis-related changes［J］．J Magn Reson Imaging，2005，22(1):38-43．

［17］ 劉記存，劉懷軍，黃勃源，等．脊髓慢性壓迫損傷的磁共振擴散張量成像研究［J］．中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2007，23(3):357-360．

［18］ Mastronardi L，Elsawaf A，Roperto R，et al．Prognostic relevance of the postoperative evolution of intramedullary spinal cord changes in signal intensity on magnetic resonance imaging after anterior decompression for cervical spondylotic myelopathy［J］．J Neurosurg Spine，2007，7(6):615-622．

［19］ Alafifi T，Kern R，F(xiàn)ehlings M．Clinical and MRI predictors of outcome after surgical intervention for cervical spondylotic myelopathy［J］．J Neuroimaging，2007，17(4):315-322．

［20］ Ellingson BM，Ulmer JL，Kurpad SN，et al．Diffusion tensor MR imaging in chronic spinal cord injury［J］．AJNR Am J Neuroradiol，2008，29(10):1976-1982．