李暉，欒海，殷慶龍，雷舟杰，王春生

聯(lián)勤保障部隊北戴河康復(fù)療養(yǎng)中心 醫(yī)學影像科，河北 秦皇島 066100

引言

腰椎間盤突出癥（Lumbar Disc Herniation，LDH）是腰椎間盤突出的病理基礎(chǔ)上，由突出的椎間盤組織刺激和（或）壓迫神經(jīng)根、馬尾神經(jīng)所導致的臨床綜合征，表現(xiàn)為腰痛、下肢放射痛、下肢麻木、下肢無力、大小便功能障礙等[1]。LDH是臨床常見病和多發(fā)病，常發(fā)生于青、中年，且男性多于女性，好發(fā)部位為L4/5、L5/S1，占總數(shù)的90%以上[2]。臨床實際工作中常常遇到常規(guī)影像學表現(xiàn)與臨床癥狀、體征并不相符的情況，如有些患者椎間盤突出壓迫到兩側(cè)神經(jīng)根，但卻只引起一側(cè)下肢的癥狀；還有一些患者多個腰椎間盤突出，但引起癥狀的可能并不是突出最明顯的那一節(jié)段。雖然這種情況下可以使用選擇性神經(jīng)根造影或神經(jīng)根阻滯術(shù)進行鑒別診斷[1]，但它們都屬于有創(chuàng)檢查，部分患者接受度低，進而給臨床診治帶來困難。若治療不當，可能就會延長患者康復(fù)的時間，甚至導致部分患者接受不必要的手術(shù)治療。

作為目前唯一能夠顯示活體神經(jīng)組織微觀結(jié)構(gòu)的影像學方法，磁共振擴散張量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）技術(shù)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，例如，一些學者在缺血性腦白質(zhì)病變、早期腦梗死缺血半暗帶、腦膠質(zhì)瘤術(shù)前分級評價、早產(chǎn)兒腦發(fā)育評估、腰椎間盤退行性變的定量分析、IgA腎病患者腎功能評估、糖尿病患者下肢周圍神經(jīng)病變、前交叉韌帶損傷的研究中都應(yīng)用了DTI技術(shù)[3-10]，并取得了一定的研究成果。本研究嘗試運用DTI技術(shù)對LDH患者的L4、L5、S1神經(jīng)根進行定量分析，探討DTI技術(shù)能否準確判斷導致癥狀的具體神經(jīng)根，從而為臨床制定個性化的精準治療方案提供幫助。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究前瞻性選取2021年1月至2022年4月聯(lián)勤保障部隊北戴河康復(fù)療養(yǎng)中心符合納入標準及排除標準的64例 LDH的患者作為研究組，男52例、女12例，年齡范圍19～59歲，平均年齡（34.2±8.3）歲，研究L4、L5、S1雙側(cè)共384條神經(jīng)根，其中單一神經(jīng)根受壓患者49例，≥2條神經(jīng)根受壓患者15例。隨機選取10例健康志愿者作為對照組，男7例、女3例，年齡范圍24～40歲，平均年齡（30.1±4.8）歲，L4、L5、S1雙側(cè)共60條神經(jīng)根。兩組間基本資料對比，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

1.2 納入標準及排除標準

研究組納入標準：① 對臨床擬診為LDH患者；② 根據(jù)臨床癥狀體征、查體，選取符合定位為L4、L5、S1神經(jīng)根受壓癥狀的患者。

對照組納入標準：① 無腰痛或坐骨神經(jīng)痛病史；② 磁共振常規(guī)序列無明顯椎間盤膨出或突出，神經(jīng)根無受壓征象。

研究組及對照組排除標準：① 任何脊髓病變；② 腰椎先天性畸形；③ 腰椎滑脫；④ 腰椎外傷史；⑤ 腰椎外科手術(shù)史；⑥ 腰椎結(jié)核、腫瘤史；⑦ 合并其他嚴重代謝性疾病、精神疾病、心腦血管疾??；⑧ 存在MR禁忌證。

1.3 檢查方法

所有研究對象均使用同一臺 Signa HD 1.5 T高場強磁共振掃描儀（GE公司，美國），進行常規(guī)MRI 及DTI序列檢查，應(yīng)用脊柱表面線圈，平躺于檢查床，膝關(guān)節(jié)下使用大三角墊墊高，穩(wěn)定腰椎防止運動。常規(guī)MRI掃描序列及參數(shù)包括：OSag T2 frFSE：TR 2660 ms，TE 104.4 ms，F(xiàn)OV 32 cm×32 cm，矩陣 384×224，層厚4 mm，間距5 mm；OSag T1 FSE：TR 400 ms，TE 9.3 ms，F(xiàn)OV 32 cm×32 cm，矩陣384×224，層厚 4 mm，間距5 mm；OSag STIR：TR 2360 ms，TE 50.8 ms，F(xiàn)OV 32 cm×32 cm，矩陣 384×224，層厚4 mm，間距5 mm；OAx T2 FSE：TR 3060 ms，TE 116.6 ms，F(xiàn)OV 20 cm×20 cm，矩陣 320×192，層厚3 mm，間距4 mm；DTI序列參數(shù)為：軸位掃描，掃描范圍從腰3椎體上緣至骶1椎體下緣。擴散敏感梯度取15個不同方向，b值（擴散加權(quán)系數(shù)）分別為0和1000 s/mm2，TR 7725 ms，TE 94.1 ms（為自動最小值），F(xiàn)OV 35 cm×28 cm，矩陣 128×96，層數(shù)30，層厚5 mm，層間距0，NEX （激勵次數(shù)）3次。圖像后處理均在GE AW4.6工作站上進行，采用 GE Functool 9.4.05軟件包，測量雙側(cè)L4、L5、S1神經(jīng)根的平均各向異性分數(shù)（Fractional Anisotropy，F(xiàn)A）值，行擴散張量纖維束成像（Diffusion Tensor Tractography，DTT）。

1.4 責任神經(jīng)根判定方法

（1）臨床判定：由骨科或康復(fù)醫(yī)學科醫(yī)師進行問診、查體，根據(jù)癥狀及體征定位判定責任神經(jīng)根，判定方法如表1所示[11]。判定結(jié)果如下：64例患者共384條神經(jīng)根，單一神經(jīng)根受壓49例，≥2條神經(jīng)根受壓15例。其中各條責任神經(jīng)根的數(shù)量及占比情況如表2所示。

表1 腰骶神經(jīng)根受累的臨床特征[11]

表2 臨床判定責任神經(jīng)根的結(jié)果

（2）常規(guī)MRI判定：在軸位T2WI圖像上尋找突出或膨出的椎間盤，并觀察相應(yīng)層面的神經(jīng)根有無受壓，若神經(jīng)根與椎間盤之間的脂肪間隙消失、神經(jīng)根受壓移位或被椎間盤淹沒即可判定為責任神經(jīng)根。

（3）DTI判定：在GE AW4.6工作站上，選擇DTI序列，點擊Functool，進入后處理程序。經(jīng)過校正及計算后，在得到的FA圖中測量雙側(cè)L4、L5、S1神經(jīng)根的FA值。對每條神經(jīng)根由近至遠（至少包括椎管內(nèi)段、椎間孔段和椎間孔外段）分別放置3～6個感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），每個ROI均置于神經(jīng)根內(nèi)，不得超出神經(jīng)根范圍，以避免受到周圍組織、結(jié)構(gòu)的影響，測量每個ROI的FA值，最后取平均值，即為該神經(jīng)根FA值。對相同節(jié)段的研究組雙側(cè)神經(jīng)根及對照組雙側(cè)神經(jīng)根分別進行比較，若有FA值減低明顯的神經(jīng)根則判定為責任神經(jīng)根。判斷FA值的明顯減低由2名經(jīng)驗豐富的副主任醫(yī)師以經(jīng)驗認定（數(shù)值低于對照組相同節(jié)段神經(jīng)根平均FA值約0.03以上），以Kappa系數(shù)檢驗比較2名副主任醫(yī)師判定責任神經(jīng)根的一致性，若一致性較好，則最終結(jié)果取二者平均值。

在測量各條神經(jīng)根FA值的同時，選擇各個 ROI并點擊SetSeedROI，然后點擊Tracking，可分段追蹤出各神經(jīng)根的纖維束，全部追蹤完畢后即可得到三維DTT圖像。觀察各條神經(jīng)根形態(tài)，尋找有無中斷、變細、稀疏、卡壓變形等異常。

1.5 統(tǒng)計學分析

2 結(jié)果

2.1 研究組責任神經(jīng)根（患側(cè)）、健側(cè)、對照組同節(jié)段雙側(cè)神經(jīng)根FA值比較

研究組及對照組各節(jié)段共444條神經(jīng)根的平均FA值的統(tǒng)計結(jié)果如表3所示。L4節(jié)段研究組責任神經(jīng)根FA值與健側(cè)神經(jīng)根FA值差異有統(tǒng)計學意義（H=32.885，P＜0.05），與對照組雙側(cè)神經(jīng)根FA值差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。L5節(jié)段研究組責任神經(jīng)根FA值與健側(cè)神經(jīng)根FA值差異有統(tǒng)計學意義（H=80.398，P＜0.05），與對照組雙側(cè)神經(jīng)根FA值差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；S1節(jié)段研究組責任神經(jīng)根FA值與健側(cè)神經(jīng)根FA值差異有統(tǒng)計學意義（H=87.086，P＜0.05），與對照組雙側(cè)神經(jīng)根FA值差異有統(tǒng)計學意義（H=87.086，P＜0.05）。L4、L5、S1研究組健側(cè)、對照組右側(cè)及對照組左側(cè)神經(jīng)根FA值兩兩比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

表3 各節(jié)段神經(jīng)根FA值統(tǒng)計結(jié)果（±s，分）

表3 各節(jié)段神經(jīng)根FA值統(tǒng)計結(jié)果（±s，分）

注：aP＜0.05表示與研究組患側(cè)比較。

分類 L4 L5 S1研究組患側(cè) 0.189±0.012 0.196±0.015 0.204±0.013研究組健側(cè) 0.246±0.019a 0.258±0.027a 0.270±0.024a對照組右側(cè) 0.233±0.016a 0.259±0.028a 0.260±0.024a對照組左側(cè) 0.237±0.013a 0.254±0.028a 0.256±0.022a

2.2 常規(guī)MRI及DTI判斷責任神經(jīng)根與臨床判定的一致性檢驗結(jié)果

兩名副主任醫(yī)師以經(jīng)驗判定DTI責任神經(jīng)根的一致性較好（Kappa=0.947，P＜0.05），常規(guī) MRI判斷責任神經(jīng)根與臨床判定的一致性中等（Kappa=0.473，P＜0.05），見表4；DTI判斷責任神經(jīng)根與臨床判定的一致性較好（Kappa=0.797，P＜0.05），見表 5。

表4 常規(guī)MRI與臨床體征定位判斷責任神經(jīng)根的一致性比較結(jié)果（條）

表5 DTI與臨床體征定位判斷責任神經(jīng)根的一致性比較結(jié)果（條）

2.3 研究組常規(guī)MRI及DTI判定責任神經(jīng)根的ROC曲線分析結(jié)果

常規(guī)MRI圖像分析、DTI序列FA值測定及DTT圖像分析結(jié)果均與臨床責任神經(jīng)根的定位相符（圖1）。以臨床體征定位判定責任神經(jīng)根的結(jié)果為金標準，研究組所有神經(jīng)根分別以常規(guī)MRI及DTI判定責任神經(jīng)根的結(jié)果所做ROC曲線分析如圖2所示，二者之間診斷效能的指標對比如表6所示?？梢夾UC、靈敏度、特異性、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值等指標DTI均優(yōu)于常規(guī)MRI。

表6 常規(guī)MRI及DTI判定責任神經(jīng)根診斷效能指標對比結(jié)果

圖1 常規(guī)MRI圖像分析、DTI序列FA值測定及DTT圖像

圖2 常規(guī)MRI及DTI判定責任神經(jīng)根的ROC曲線結(jié)果

3 討論

DTI主要通過檢測具有各向異性的周圍神經(jīng)水分子的擴散運動來探討組織微觀結(jié)構(gòu)的完整性，是在擴散加權(quán)成像技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種特殊的核磁共振成像形式。FA值是指水分子各向異性成分占整個彌散張量的比例，表現(xiàn)為各向異性的擴散系數(shù)的一小部分，是定量分析各向異性的最常用參數(shù)。FA的值為0～1，0代表最大各向同性的彌散，1代表假想下最大各向異性的彌散。FA值反映了神經(jīng)根脫髓鞘和變性的程度，并在腦白質(zhì)中與髓鞘的完整性、纖維的致密性及平行性呈正相關(guān)[12]。研究表明，同一健康個體同一節(jié)段左右兩側(cè)神經(jīng)根FA值無明顯差異，不同健康個體相同節(jié)段神經(jīng)根FA值亦無明顯差異[13-14]。本研究中研究組健側(cè)神經(jīng)根及同節(jié)段對照組雙側(cè)神經(jīng)根的FA值的兩兩對比結(jié)果與此相符。

在神經(jīng)損傷的早期，神經(jīng)解剖形態(tài)未發(fā)生顯著改變時，神經(jīng)內(nèi)部水分子的各向擴散運動就已經(jīng)發(fā)生變化，通過測量FA 值和表觀擴散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）值等進行量化分析，可在早期就診斷出病變的神經(jīng)根[15-16]。神經(jīng)根受壓臨床癥狀越重，F(xiàn)A值降低越明顯，可用來評價神經(jīng)根的損傷程度[17-18]。FA值是DTI最重要的參數(shù)，能很好地量化分析神經(jīng)根受損的程度。而ADC值與神經(jīng)損傷的相關(guān)性卻仍存在爭議，大部分研究認為受損神經(jīng)根的ADC值明顯升高，然而還有一些研究發(fā)現(xiàn)受損神經(jīng)根的ADC值相對健側(cè)無明顯變化[19-20]，因此本研究只選擇了FA值作為判定責任神經(jīng)根的參數(shù)，以健側(cè)或?qū)φ战M同節(jié)段神經(jīng)根的FA值為參照來判定FA值明顯降低的那條神經(jīng)為責任神經(jīng)根，同時本研究以FA值的明顯降低判定責任神經(jīng)根與臨床癥狀體征定位具有較好的一致性，也驗證了這種方法的可操作性。另外，本研究中L4、L5、S1神經(jīng)根健側(cè)或?qū)φ战M的FA值與其他研究[13-16]測量的數(shù)值有一定差異，可能與磁共振機型、場強、掃描參數(shù)設(shè)定或測量方法等方面有關(guān)系，而目前尚未有統(tǒng)一的DTI操作規(guī)范或標準，因此建議在做DTI相關(guān)研究時應(yīng)在同一磁共振掃描儀、同一掃描參數(shù)及測量方法的條件下進行，并設(shè)置一定數(shù)量的健康對照組，以便有所參照。

劉立嘉等[21]研究結(jié)果顯示，術(shù)前使用DTI明確責任節(jié)段后行經(jīng)皮內(nèi)鏡治療短期臨床療效顯著，驗證了DTI技術(shù)明確責任節(jié)段的準確性。而本研究中DTI判定責任神經(jīng)根與臨床定位的一致性較常規(guī)MRI更好，且診斷靈敏度、特異度等指標優(yōu)于常規(guī)MRI。Zhang等[22]研究顯示，使用FA值檢測神經(jīng)根損傷的靈敏度（90.0%）、特異度（91.2%）等數(shù)據(jù)與本文相近，說明了DTI序列較常規(guī)MRI在準確判斷LDH責任神經(jīng)根上具有獨特的優(yōu)勢。本研究中研究組有78條神經(jīng)根在常規(guī)MRI影像中有受壓征象卻未顯示出相應(yīng)的臨床癥狀，而DTI序列中這一數(shù)量遠少于常規(guī)MRI。分析原因可能有以下幾點：① 常規(guī)MRI是根據(jù)椎間盤及神經(jīng)根形態(tài)學上的改變來判斷責任神經(jīng)根，而形態(tài)學上的改變不一定就會產(chǎn)生癥狀，椎間盤與神經(jīng)根之間脂肪間隙的消失并不意味著一定會產(chǎn)生實質(zhì)性的壓迫，或者輕微的受壓并不能使神經(jīng)根受到足夠的刺激而產(chǎn)生癥狀；② 常規(guī)MRI掃描層較厚，有時可能由于部分容積效應(yīng)而產(chǎn)生椎間盤壓迫神經(jīng)根的假象；③ FA值則是在微觀層面上來闡釋神經(jīng)根的損傷。有研究[23-24]認為神經(jīng)根受到機械壓迫造成局部缺血及炎性水腫，或者長期受壓的神經(jīng)發(fā)生無菌性炎癥，進而釋放炎性介質(zhì)擴散到周圍組織，刺激自身或鄰近神經(jīng)根發(fā)生炎性水腫，繼而產(chǎn)生一系列臨床癥狀，這2種情況都可以影響神經(jīng)軸突的正常生理活動或者產(chǎn)生髓鞘代謝障礙，從而造成神經(jīng)纖維中水分子各向異性的異常，導致FA值的降低。因此，相對常規(guī)MRI，DTI具備更高的靈敏度、特異性，能夠為臨床制定個性化的精準治療方案提供更大幫助。

DTT成像是DTI技術(shù)的進一步發(fā)展，它利用DTI獲得的原始數(shù)據(jù)進行重建得到神經(jīng)纖維束三維圖像，能夠直觀地顯示神經(jīng)纖維束的形態(tài)及其卡壓部位。本研究中約有1/3的病例能獲得比較滿意的DTT圖像，可直接觀測到神經(jīng)根卡壓部位的變形、變細、中斷等現(xiàn)象。而余下約2/3的病例則不能獲得非常滿意的DTT圖像，基本存在神經(jīng)纖維細小、粗大、缺失、冗余等假象，在責任神經(jīng)根或正常神經(jīng)根上都可發(fā)生。出現(xiàn)這種情況，原因可能有：① 我中心為1.5 T磁共振，解剖細節(jié)顯示不如3.0 T磁共振；② 受軟件版本限制，追蹤神經(jīng)纖維準確度不夠高；③ 腰骶神經(jīng)由于個體差異粗細并不一致，較為粗壯的神經(jīng)根DTT成像效果較好，較為細小的神經(jīng)根DTT成像效果不佳。因此，DTT成像只能作為一個診斷的輔助手段，必須結(jié)合常規(guī)MRI或DTI序列綜合得出結(jié)論。此外，本研究的不足之處為僅以臨床癥狀體征定位作為參照，而臨床癥狀體征定位是由檢查醫(yī)師主觀判斷的，準確性低于選擇性神經(jīng)根造影、神經(jīng)根阻滯術(shù)[25]，可能會對本研究的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。因此，后續(xù)將開展LDH治療前后、手術(shù)前后以及與選擇性神經(jīng)根造影或阻滯術(shù)的對比研究。

4 結(jié)論

本研究應(yīng)用DTI技術(shù)對LDH患者的L4、L5、S1神經(jīng)根進行分析，以健側(cè)或?qū)φ战M同節(jié)段神經(jīng)根的FA值為參照來判定FA值明顯降低的那條神經(jīng)為責任神經(jīng)根，結(jié)果表明，此方法與臨床癥狀體征定位具有較好的一致性，而且DTI的AUC、靈敏度、特異性、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值等指標均優(yōu)于常規(guī)MRI，證明了DTI序列較常規(guī)MRI在準確判斷LDH責任神經(jīng)根上具有更大的優(yōu)勢，特別是在多節(jié)段椎間盤突出或是多條神經(jīng)根受壓的情況下，能夠更準確地鑒別、判斷責任神經(jīng)根，從而能夠為臨床制定個性化的精準治療方案提供更大幫助。