陳 峰，余永強(qiáng)

(安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，安徽合肥 230022)

頸椎病本是中老年人易患疾病，多隨著年齡增長(zhǎng)，頸椎的退變引起，但是近年來(lái)隨著電腦辦公娛樂(lè)等的普及，伏案人群的數(shù)量快速上升，脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)發(fā)病率呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)，于此同時(shí)，病人患病的平均年齡也逐年下降。頸椎病的常見(jiàn)臨床癥狀有頭暈、頸痛等，嚴(yán)重的甚至?xí)奂吧窠?jīng)，出現(xiàn)四肢麻木無(wú)力等臨床癥狀。CSM在頸椎病中很常見(jiàn)［1］。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是CSM的最佳影像檢查手段，但在常規(guī)MRI可明確診斷時(shí)，病情已經(jīng)發(fā)展至后期，而磁共振張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)則可能較好的彌補(bǔ)這一缺陷，可以在病變發(fā)展的早期就及時(shí)的發(fā)現(xiàn)疾病，因此，DTI有可能是一種對(duì)CSM早期的診斷和治療預(yù)后均有較大作用的新的檢測(cè)方法［2］。

1 CSM及其常規(guī)MRI表現(xiàn)

頸椎病是指頸椎退變及其繼發(fā)病理改變累及其周圍組織結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)相應(yīng)的臨床表現(xiàn)。而CSM是指頸椎的退變引起脊髓受壓或者脊髓缺血，臨床癥狀主要是四肢麻木無(wú)力疼痛、活動(dòng)不靈、走路時(shí)踩棉花樣等。CSM診斷標(biāo)準(zhǔn)，大多采用2008年標(biāo)準(zhǔn)［3］，并將影像學(xué)標(biāo)準(zhǔn)添加為常規(guī)MRI。

作為頸椎病中常見(jiàn)的一種，CSM的臨床癥狀主要表現(xiàn)為頸部的疼痛不適、四肢麻木疼痛等，病情常呈隱匿性進(jìn)展，當(dāng)病程已經(jīng)發(fā)展至晚期時(shí)，臨床癥狀已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，手術(shù)預(yù)后較差。因此，該病的早期診斷對(duì)其極其重要。早期發(fā)現(xiàn)、及時(shí)治療才能使病人獲得更好的預(yù)后。在病變的早期無(wú)法及時(shí)被診斷主要是因?yàn)楝F(xiàn)有的檢測(cè)手段X線、CT、常規(guī)MR有其局限性。其中，最好的檢查方式是MRI，常規(guī)MRI能清楚顯示組織的結(jié)構(gòu)，較以往X平片及CT掃描能更清楚顯示脊髓的組織結(jié)構(gòu)及其受壓后的改變，當(dāng)脊髓發(fā)生病變時(shí)，脊髓的形態(tài)及信號(hào)會(huì)發(fā)生改變。當(dāng)CSM出現(xiàn)嚴(yán)重的脊髓損傷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)T2WI信號(hào)異常。

T2WI上脊髓高信號(hào)是脊髓受損的重要標(biāo)志，但是當(dāng)T2WI上出現(xiàn)高信號(hào)時(shí)，脊髓的病變往往已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，因?yàn)楫?dāng)T2WI上可見(jiàn)明顯高信號(hào)時(shí)，則意味著脊髓已經(jīng)出現(xiàn)水腫、炎性反應(yīng)、缺血、脊髓軟化等，即脊髓慢性損傷已達(dá)到了相當(dāng)嚴(yán)重的程度，此時(shí)再進(jìn)行治療往往錯(cuò)過(guò)了最好時(shí)機(jī)，預(yù)后不良。早期CSM患者T2WI上脊髓信號(hào)往往并無(wú)改變。所以T2WI對(duì)頸椎早期損傷變性敏感度較低。頸髓早期的病變往往是微觀層面上的改變，常規(guī)MRI無(wú)法觀察脊髓的微觀結(jié)構(gòu)，所以頸椎病變的早期，現(xiàn)有的檢查方式往往不能發(fā)現(xiàn)。因此，常規(guī)MRI對(duì)早期CSM脊髓損傷的判斷存在局限性［4］。

2 DTI原理及主要指標(biāo)

布朗運(yùn)動(dòng)指物質(zhì)分子在空間中的自由運(yùn)動(dòng)，由于受各種因素的影響，在三維空間內(nèi)，分子在各個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的快慢是不同的，DTI技術(shù)是通過(guò)測(cè)量水分子在擴(kuò)散的各個(gè)方向上速度，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算，了解空間結(jié)構(gòu)中各個(gè)點(diǎn)上的狀況。在人體內(nèi)，這種自由的運(yùn)動(dòng)是體內(nèi)多種重要的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式之一。水分子在人體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)就存在這樣的方式，運(yùn)動(dòng)的快慢受到細(xì)胞本身生化特點(diǎn)及內(nèi)環(huán)境的狀況的影響，如分子的大小，極性;細(xì)胞膜的通透性;組織液的黏滯度、溫度等。當(dāng)DTI應(yīng)用于人體時(shí)就可以通過(guò)比較不同部位不同狀態(tài)的不同擴(kuò)散情況來(lái)評(píng)價(jià)組織結(jié)構(gòu)和生理狀態(tài)的。DTI掃描成像是在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，要求至少在六個(gè)非線性方向上施加梯度場(chǎng)而獲取圖像，這種檢測(cè)方式，是一個(gè)從面到體的過(guò)程。從而可以立體的分析人體空間結(jié)構(gòu)上各個(gè)部位水分子的位移情況，進(jìn)而了解該部位的組織結(jié)構(gòu)及病理生理變化。所以，DTI技術(shù)通過(guò)分析水分子在脊髓中擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，統(tǒng)計(jì)水分子在脊髓各個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的狀況，分析各個(gè)方向上水分子擴(kuò)散的速度，計(jì)算出脊髓各個(gè)方向空間位置上不同部位的水分子擴(kuò)散狀況，間接的表現(xiàn)了脊髓不同部位的解剖結(jié)構(gòu)，空間構(gòu)型，脊髓的受損程度，進(jìn)而反映出脊髓微觀的病理變化。在頸髓中水分子的擴(kuò)散在平行于脊髓神經(jīng)纖維束方向上要比垂直于神經(jīng)纖維束方向上更快一些，所以其空間立體上看是一個(gè)橢球體［5］。

DTI的幾個(gè)主要指標(biāo)包括:(1)表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值;(2)各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值;(3)擴(kuò)散張量成像的三個(gè)本征值:λ1，λ2，λ3;(4)擴(kuò)散敏感系數(shù)(b值)。

ADC值反映水分子的擴(kuò)散能力，是其在各個(gè)方向上擴(kuò)散能力的均值，水分子的平均擴(kuò)散能力越強(qiáng)，ADC值越高;反之，水分子的平均擴(kuò)散能力越弱，ADC值越低，ADC值的測(cè)量受人體內(nèi)環(huán)境的狀況的影響，同時(shí)也受機(jī)器掃描參數(shù)的影響。

FA表示各向異性成分與整個(gè)擴(kuò)散張量的比值，其范圍在0～1之間，當(dāng)水分子運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)立體均勻的球時(shí)，F(xiàn)A取0;但是在現(xiàn)實(shí)生活中，由于受各種因素的影響，水分子的運(yùn)動(dòng)存在各向異性，向各個(gè)方向移動(dòng)的速度是不同的。學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，在健康的頸髓中，水分子運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散時(shí)，在平行于白質(zhì)纖維束的方向上受到的阻力比垂直于纖維束的方向上?。?］，因而，水分子在脊髓中的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)橢球體。FA取值越大，在平行于髓鞘軸索纖維的方向上水分子運(yùn)動(dòng)的越快，越遠(yuǎn);所以FA值越大，神經(jīng)傳導(dǎo)功能越強(qiáng)［7］。在當(dāng)脊髓發(fā)生病變時(shí)，水分子的擴(kuò)散必然收到影響，F(xiàn)A值必然發(fā)生變化，研究發(fā)現(xiàn)水分子的擴(kuò)散與髓鞘的完整性相關(guān)性很高。所以，F(xiàn)A值能夠反映白質(zhì)纖維的完整性。λ1、λ2、λ3是擴(kuò)散張量的三個(gè)本征值。λ1代表橢球體最長(zhǎng)徑的擴(kuò)散能力，λ2和λ3代表橢球體兩個(gè)短軸的擴(kuò)散能力。

b值的變化直接影響ADC值，b值太小DTI掃描對(duì)水分子擴(kuò)散的速度差異難以準(zhǔn)確區(qū)分，當(dāng)b值越大時(shí)DTI掃描對(duì)擴(kuò)散的速度差異越敏感，但儀器對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影也越敏感，頸髓的圖像質(zhì)量越低，信噪比也逐漸降低，但在 b值為600 s·mm－2時(shí)，質(zhì)量指數(shù)的下降不明顯，信噪比也較好，且b值較高時(shí)能降低灌注的影響，其測(cè)量的ADC值更接近于真實(shí)值。頸髓 DTI成像時(shí)取 b值為600 s·mm－2，在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，可較好的診斷CSM［8］。

3 DTI掃描序列

DTI掃描序列于1994年首次公布，并于1999年DTI技術(shù)第一次被應(yīng)用于應(yīng)用于脊髓掃描，之后多種序列進(jìn)行脊髓DTI成像已被廣泛運(yùn)用。目前應(yīng)用的技術(shù)包括平板擴(kuò)散成像和平面回波成像(echo planar imaging，EPI)、半傅立葉探測(cè)單發(fā)射快速自旋回波成像、導(dǎo)航自旋回波擴(kuò)散加權(quán)成像、雙回波擴(kuò)散成像等。每種掃描技術(shù)各有其優(yōu)越性及缺陷。

目前在臨床研究中使用的主要技術(shù)為EPI，EPI有多種掃描方式。單次激發(fā)EPI成像速度快，但是圖像分辨率和信噪比無(wú)法保證，無(wú)法應(yīng)用于科研。多次激發(fā)EPI速度較慢，但圖像質(zhì)量大大提高。而應(yīng)用導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行交叉EPI可以縮短掃描時(shí)間，降低運(yùn)動(dòng)和磁敏感性偽影，提高圖像的信噪比，具有比較好的實(shí)際臨床應(yīng)用價(jià)值及可靠的科研價(jià)值，因此這種掃描方式在脊髓DTI成像研究中被廣泛的應(yīng)用。采用并行采集EPI技術(shù)對(duì)脊髓纖維進(jìn)行測(cè)量研究，可以較好的顯示脊髓中水分子運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀況，進(jìn)而了解脊髓受損情況。

4 正常人及CSM患者的頸髓DTI表現(xiàn)

曹新山等［9］的研究表明研究，健康人頸髓DTI參數(shù)值范圍約為ADC ［(0.629～1.139)×10－3mm2·s－1］、FA(0.585 ～0.790)。FA 圖上頸髓呈深紅色信號(hào)，腦脊液呈藍(lán)綠色信號(hào)，ADC圖上健康者頸髓呈藍(lán)綠色信號(hào)，腦脊髓液呈黃色信號(hào)。但是不同人不同儀器都會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果，同是使用3.0T超導(dǎo)磁共振儀，孟祥水等［10］報(bào)道的結(jié)果為ADC值為(0.78 ±0.08)× 10－3mm2·s－1，F(xiàn)A 值為(0.72±0.03)，但宗會(huì)遷等［11］的研究報(bào)道平均ADC值為(0.81 ±0.06)×10－3mm2·s－1，平均 FA 值(0.65±0.04)。陳蕾等［12］在 1.5T 超導(dǎo)磁共振儀上進(jìn)行了相同的實(shí)驗(yàn)，正常成年人脊髓的平均ADC值為(830.84 ±215.86)×10－6mm2·s－1，平均 FA 值為(536.03 ±40.00)×10－3。這些結(jié)果相差較大，往往無(wú)法取得統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。陳蕾等［12］的研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)λ1、λ2和λ3與診斷相關(guān)性較小，臨床意義不大，往往不做考慮。

慢性頸髓壓迫時(shí)，同時(shí)存在白質(zhì)內(nèi)脫髓鞘的改變和軸索損害，脊髓的微觀病理學(xué)改變減少了水分子橫向擴(kuò)散障礙。主要是頸髓神經(jīng)細(xì)胞髓鞘松散，微血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹導(dǎo)致的管壁裂隙等。這些改變表現(xiàn)在數(shù)據(jù)上則為FA降低，ADC升高，所以，慢性頸脊髓壓迫會(huì)導(dǎo)致FA降低，ADC升高。

蘇佳佳等［13］對(duì)多篇臨床測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了Meta分析，顯示CSM患者頸髓的ADC值和FA值與正常人有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。多位學(xué)者進(jìn)行了類似的試驗(yàn)，劉濤等［14］進(jìn)行了試驗(yàn)，先分組(A組)為對(duì)照組;再根據(jù)CSM患者常規(guī)T2WI圖像表現(xiàn)，分為脊髓T2無(wú)高信號(hào)組(B組)和T2脊髓高信號(hào)組(C組)。三組年齡、性別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。A、B、C三組的平均ADC值分別為(1 117.65 ±13.99)×10－6、(1 287.52 ±16.49)× 10－6、(1 453.37 ± 31.62)× 10－6mm2·s－1，平均 ADC值逐漸上升。平均 FA值分別為(678.54 ±13.23)×10－3、(537.81 ±5.77)×10－3、(458.25 ±6.69)×10－3，平均 FA 值逐漸下降。

陳蕾等［15］進(jìn)行了相似的試驗(yàn)，正常成年人脊髓的平均 ADC 值為(830.84±215.86)×10－6mm2·s－1，平均 FA 值為(536.03 ±40.00)×10－3，頸髓慢性損傷患者平均ADC值為(11 07.60±47.55)×10－6mm2·s－1，較正常組升高，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.01)，平均 FA 值為(425.91 ±59.48)×10－3，較正常組下降，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)。雖然數(shù)據(jù)有差異，但各組試驗(yàn)結(jié)論均相同，頸髓慢性損傷患者平均ADC值較正常人升高;平均FA值較正常下降。T2W1等信號(hào)的CSM患者，DTI亦可觀察到變化，表現(xiàn)為ADC值增高、FA值減低。

CSM脊髓損傷會(huì)導(dǎo)致T2W1高信號(hào)，但常規(guī)MRI對(duì)此的敏感度僅為15% ～65%［16］。部分研究表明DTI對(duì)脊髓損傷檢出的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)MRI，達(dá) 65% ～ 87.5%［17］。例如陳蕾等［15］通過(guò)研究，計(jì)算出不同的參數(shù)結(jié)果:T2WI檢查方法的敏感度為23.44%，特異度為56.8%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值常規(guī)為21.84%，陰性預(yù)測(cè)值為 60.7%;DTI敏感度為76.56%;特異度為 43.2%;陽(yáng)性預(yù)測(cè)值常規(guī)為78.2%;陰性預(yù)測(cè)值為 39.3%。

Facon等［18］對(duì)脊髓受壓損傷的DTI研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A 的敏感度為73.3%，T2WI敏感度為46.7%;兩者的特異度為都是100%，所以得出結(jié)論，F(xiàn)A值對(duì)CSM的診斷的敏感度高于T2WI;有利于FA的診斷標(biāo)準(zhǔn)的確立。但是他同時(shí)測(cè)得ADC敏感度為13.4%、特異度為80%，敏感度及特異度較T2WI為低，對(duì)于這一不符合既定結(jié)果和已知的病理模型的結(jié)果，作者推測(cè)可能是由部分容積效應(yīng)引起。因而FA值較ADC值能更為準(zhǔn)確的判斷脊髓受損的程度。

健康人FA圖顯示正常頸髓為紅色信號(hào)，當(dāng)脊髓受損時(shí);FA圖顯示脊髓病變區(qū)顏色變淡，甚至出現(xiàn)斑片狀黃色信號(hào)。健康人ADC圖顯示頸髓內(nèi)呈藍(lán)綠色信號(hào)，當(dāng)脊髓受損時(shí)，F(xiàn)A圖顯示信號(hào)由藍(lán)綠色變?yōu)榫G色。

與此同時(shí)，要注意在脊髓急性損傷時(shí)ADC值及FA值的異常表現(xiàn)，王倩等［19］的研究表明:在急性頸髓損傷時(shí)ADC和FA均下降。原因可能是，在急性脊髓損傷時(shí)，頸髓出現(xiàn)細(xì)胞性水腫，內(nèi)環(huán)境發(fā)生了改變，水分子擴(kuò)散障礙，ADC降低。而FA下降可能是由于急性頸脊髓損傷時(shí)雖然軸位的方向水分子擴(kuò)散受到影響，但平行于脊髓纖維束的方向上，水分子擴(kuò)散更嚴(yán)重，比如出現(xiàn)脊髓的斷裂。所以FA值會(huì)降低。

5 其他研究

宗會(huì)遷等［11］探討脊髓慢性受壓后非病變處水分子運(yùn)動(dòng)狀況，研究發(fā)現(xiàn)，慢性CSM患者距離受壓部位較遠(yuǎn)處的頸髓ADC值顯著小于病變段。原因可能如下:在受壓早期，頸髓軸突腫脹，水分子擴(kuò)散受阻，ADC值降低;隨后病變部位液化或壞死，細(xì)胞膜通透性提高，ADC值提高;在慢性階段，軸突壞死組織被逐步清除，水分子擴(kuò)散能力繼續(xù)上升，ADC值進(jìn)一步提高;但病變部位遠(yuǎn)處的頸髓受病變處的影響，微結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，但其損傷的效應(yīng)晚于病灶處，這導(dǎo)致其ADC值在晚期降低。但這一理論需進(jìn)一步研究證實(shí)，差異的存在可能是由于檢測(cè)部位的不同、脊髓損傷的急慢性程度的不同、DTI脈沖序列不同導(dǎo)致的。其還研究了年齡與ADC值的關(guān)系，F(xiàn)A值與年齡呈負(fù)相關(guān)，ADC值與年齡呈正相關(guān)。但是不同年齡沒(méi)有明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。所以一般認(rèn)為，隨著年齡增長(zhǎng)，ADC值輕度增加，F(xiàn)A值輕度降低。

除了臨床研究，很多學(xué)者將DTI技術(shù)應(yīng)用于脊髓損傷動(dòng)物模型中，并取得了相應(yīng)的成果。Schwartz等［20］建立了大鼠脊髓橫斷損傷后成纖維細(xì)胞植入模型，測(cè)量分析脊髓損傷修復(fù)不同時(shí)期FA值和ADC值的變化，證明應(yīng)用DTI觀察脊髓損傷修復(fù)過(guò)程是可行的。王霄英等［21］通過(guò)實(shí)驗(yàn)，建立了犬急性脊髓損傷后神經(jīng)前體細(xì)胞移植模型，并測(cè)量分析了FA值和ADC值的變化情況，其測(cè)量結(jié)果與脊髓的微觀病理改變具有較好的相關(guān)性，可以通過(guò)FA的變化量化的顯示微觀病理改變。張勁松等［22］的研究表明脊髓的ADC值和FA值的變化，有利于量化分析脊髓損傷和修復(fù)的不同階段中微觀的病理學(xué)改變，從而可直觀的了解微觀病理學(xué)改變。

6 展望

DTI用于頸髓不過(guò)十余年，但其對(duì)早期頸髓損傷的敏感性較常規(guī)MRI高，同時(shí)也更有利于準(zhǔn)確地判定頸髓受損程度。有助于臨床醫(yī)生及時(shí)的診斷CSM，并及時(shí)的予以治療，以致取得更好的預(yù)后。與此同時(shí)，因運(yùn)動(dòng)偽影、解剖結(jié)構(gòu)、機(jī)器質(zhì)量造成的數(shù)據(jù)失真也不可避免。隨著科技的進(jìn)步，相信在不久的將來(lái)，DTI技術(shù)將越發(fā)準(zhǔn)確，在CSM分析病變、臨床診斷、治療計(jì)劃及效果評(píng)價(jià)等方面的價(jià)值將越來(lái)越高。

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