占雅如，譚永明，何來(lái)昌

作者單位：

南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，南昌330006

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸(adolescent idiopathic scoliosis，AIS)是指無(wú)明確病因的脊柱三維畸形，多發(fā)生于青春發(fā)育期，是一種最常見(jiàn)的脊柱側(cè)凸。AIS多見(jiàn)于青春期女性(發(fā)病率約60%～80%)，且女性AIS患者病情較男性嚴(yán)重[1-2]。AIS的癥狀較復(fù)雜，合并較多并發(fā)癥，其發(fā)病原因目前還未明確，學(xué)者持不同看法，尚未形成統(tǒng)一定論。應(yīng)用Cobb法測(cè)量站立正位X線像的脊柱側(cè)方彎曲角度大于10°，即為脊柱側(cè)凸。脊柱側(cè)凸的直觀表現(xiàn)為患者站立位時(shí)出現(xiàn)脊柱向一側(cè)彎曲，且雙肩不等高，單側(cè)肩胛骨向后突出等，AIS無(wú)法預(yù)防，進(jìn)展時(shí)多伴有心肺功能的下降[3]、腰背部疼痛、甚至出現(xiàn)心理障礙，患者的學(xué)習(xí)和生活受到影響。根據(jù)年齡、彎曲度數(shù)等因素不同，患者有不同的治療方法，但都應(yīng)早期矯正脊柱畸形程度為主要目的。

了解AIS的發(fā)病因素對(duì)早期預(yù)防進(jìn)展及診療有重要意義。目前AIS的病因?qū)W存在多種假說(shuō)[4-8]，涉及遺傳因素、激素、生物力學(xué)、姿勢(shì)異常、前庭系統(tǒng)異常、腦及脊髓異常等。近年來(lái)，有研究認(rèn)為特發(fā)性脊柱側(cè)彎患者的神經(jīng)系統(tǒng)方面出現(xiàn)異常，包括皮質(zhì)體感誘發(fā)電位(somotosensory-evoked potentials，SEPs)的潛伏期延長(zhǎng)[9]，位置覺(jué)、震動(dòng)覺(jué)及眼前庭功能異常[10]，體位平衡和步態(tài)受損[11-12]，不對(duì)稱(chēng)的大腦皮質(zhì)超興奮[13]，這些都提示神經(jīng)系統(tǒng)異?？赡茉贏IS的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。伴有神經(jīng)系統(tǒng)方面異常的脊柱側(cè)凸更易進(jìn)展，患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常導(dǎo)致姿勢(shì)平衡控制障礙，通過(guò)軀體兩側(cè)肌肉力量不對(duì)稱(chēng)引起脊柱側(cè)凸。

近年來(lái)，隨影像技術(shù)的快速發(fā)展，磁共振成像在AIS 的診療過(guò)程中不可或缺。MRI提供具有高分辨率的軟組織結(jié)構(gòu)圖像，能夠觀察到腦及脊髓宏觀結(jié)構(gòu)的異常，幫助反映AIS的神經(jīng)結(jié)構(gòu)異常；同時(shí)，如擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、氫質(zhì)子磁共振波譜(proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)和血氧水平依賴(lài)功能磁共振成像(blood oxygenation level dependent-functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)等新型影像學(xué)技術(shù)能無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)神經(jīng)系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)、代謝以及功能方面的相關(guān)信息。目前有關(guān)AIS的病因?qū)W研究主要集中于中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常，筆者主要從腦及脊髓等神經(jīng)功能和結(jié)構(gòu)方面闡述AIS的可能發(fā)病機(jī)制以及對(duì)AIS的神經(jīng)影像方面的研究進(jìn)行綜述。

1 AIS與脊髓異常

既往的研究表明，AIS可伴發(fā)腦及脊髓的解剖畸形，如小腦扁桃體下疝畸形(即Chiari畸形)、脊髓空洞癥和圓錐上移等，提示神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常可能是AIS的重要發(fā)病機(jī)制之一。

Rajasekaran等[14]發(fā)現(xiàn)有16% (15/94)的AIS患者出現(xiàn)椎管內(nèi)異常，如Chiari畸形及脊髓空洞癥等脊髓解剖異常。Ozturk等[15]對(duì)249名患者進(jìn)行全脊椎MRI檢查，發(fā)現(xiàn)有8%的患者(3名男性和17名女性)在MRI上有脊髓空洞癥等發(fā)育異常。而Do等[16]僅發(fā)現(xiàn)7例(7/327) AIS患者有脊髓解剖異常，并由此認(rèn)為AIS與脊髓異常并沒(méi)有太大關(guān)聯(lián)。但是這些研究都存在樣本量、抽樣方法的局限性或偏差，這一假設(shè)值得進(jìn)一步研究。

英國(guó)學(xué)者Porter[17-18]提出“神經(jīng)系統(tǒng)和骨骼組織的生長(zhǎng)不平衡”假說(shuō)。勞立峰等對(duì)49例AIS患者及41例對(duì)照組的全脊髓脊柱和后腦進(jìn)行MRI檢查和多平面三維重建，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，AIS組的脊髓與脊柱全長(zhǎng)的比值減低，脊髓圓錐位置上移，認(rèn)為AIS患者的脊髓結(jié)構(gòu)較正常人存在差異[19-20]。另有學(xué)者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)重度側(cè)凸AIS患者的脊柱全長(zhǎng)更長(zhǎng)，脊髓的相對(duì)縮短和功能發(fā)育可能在AIS的發(fā)病機(jī)制中起重要作用[21]。以上研究均有效支持了Porter[17-18]提出的“神經(jīng)系統(tǒng)和骨骼組織的生長(zhǎng)不平衡”的 AIS發(fā)病機(jī)制假說(shuō)。而一些學(xué)者觀察發(fā)現(xiàn)AIS患者組及對(duì)照組的脊髓圓錐末端的位置無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[22-23]。由此可見(jiàn)脊髓圓錐位置上移是否為AIS特異征象或正常人群變異尚待商榷。

通過(guò)DTI技術(shù)評(píng)估13名右胸彎AIS及13名對(duì)照組女孩的延髓和脊髓的纖維束的完整性，Kong等[24]發(fā)現(xiàn)AIS患者的延髓及C1-C5節(jié)段脊髓的部分各向異性分?jǐn)?shù)(Fractional anisotropy，F(xiàn)A)值明顯減低、平均彌散率(mean diffusivity，MD)值明顯增加，但是C5～6水平以下的脊髓FA以及MD值無(wú)明顯改變。綜合Chau等[25]發(fā)現(xiàn)AIS患者在C5～6水平以上出現(xiàn)體感誘發(fā)電位異常，這些發(fā)現(xiàn)可能解釋了AIS所涉及的神經(jīng)通路異常的病理生理學(xué)機(jī)制。但是這些研究結(jié)果與AIS的側(cè)彎其他類(lèi)型檢查結(jié)果是否相關(guān)尚未可知，因此進(jìn)一步脊髓MRI檢查結(jié)合神經(jīng)電生理可能有利于揭示AIS的神經(jīng)相關(guān)機(jī)制。

2 AIS與前庭系統(tǒng)異常

人體在不同情況下的姿勢(shì)平衡主要是通過(guò)人體平衡系統(tǒng)來(lái)維持，這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)主要由三個(gè)方面組成，而前庭系統(tǒng)是最重要部分。前庭系統(tǒng)是負(fù)責(zé)感知頭部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和維持人體姿勢(shì)平衡的感覺(jué)器官，是人體平衡系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，若前庭系統(tǒng)中某個(gè)或多個(gè)部位出現(xiàn)異常，脊柱就可能通過(guò)側(cè)凸來(lái)維持人體姿勢(shì)平衡。前庭系統(tǒng)由外周前庭器官、前庭中樞處理系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)輸出系統(tǒng)三個(gè)主要部分組成。前庭中樞處理系統(tǒng)主要有三個(gè)部分：腦干、小腦和腦皮質(zhì)。

2.1 AIS與前庭器官

前庭器官可分為三個(gè)半規(guī)管(水平半規(guī)管、前半規(guī)管、后半規(guī)管)和前庭感受器(包括球囊和橢圓囊)兩部分，它們能夠感知人體在空間位置中的改變，并向中樞處理系統(tǒng)傳導(dǎo)，以調(diào)節(jié)變化的位置及姿勢(shì)，在保持姿勢(shì)平衡中起著重要作用。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的控制和椎旁肌收縮與舒張的協(xié)調(diào)作用保持人體的平衡姿勢(shì)，而前庭功能異?？梢詫?dǎo)致軀干肌調(diào)節(jié)失衡，進(jìn)一步導(dǎo)致脊柱失衡。

通過(guò)MRI技術(shù)檢測(cè)95例合并有AIS的前庭病變患者的骨半規(guī)管及淋巴管的形態(tài)，Rousie等[26]發(fā)現(xiàn)超過(guò)半數(shù)患者的側(cè)淋巴管和后淋巴管異常連接，并且發(fā)現(xiàn)這種異常連接可能與眼球震顫反射異常有關(guān)，認(rèn)為這種異常連接對(duì)前庭感知和脊柱側(cè)凸可能存在潛在影響。Hitier等[27]發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組的左側(cè)半規(guī)管相比，AIS組的水平半規(guī)管方向更加垂直、位置更加偏離中線，提示這些形態(tài)學(xué)異常與AIS患者的功能異常有關(guān)。此學(xué)者還假設(shè)前庭形態(tài)上的左右不對(duì)稱(chēng)可能在出生前就已經(jīng)存在，前庭器官通過(guò)影響AIS患者的下丘腦、小腦和前庭脊髓束進(jìn)而導(dǎo)致患者出現(xiàn)激素水平、神經(jīng)系統(tǒng)以及肢體平衡方面的異常。但沒(méi)有足夠的證據(jù)支持這個(gè)假設(shè)，在未來(lái)的研究可以設(shè)計(jì)相關(guān)的縱向研究，若這個(gè)假設(shè)得以證實(shí)，今后可應(yīng)用簡(jiǎn)單便捷的水平半規(guī)管MRI檢查對(duì)AIS的高危人群進(jìn)行篩查，進(jìn)行早期診療。還有學(xué)者提出研究AIS的發(fā)病機(jī)制可能與前庭功能異常有關(guān)[28-29]。有關(guān)于前庭的功能與結(jié)構(gòu)之間的研究或許將進(jìn)一步揭示AIS的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。

前庭器官是一種有3個(gè)C字形的曲面結(jié)構(gòu)，因其復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)解剖結(jié)構(gòu)顯然要困難得多。近年來(lái)，部分學(xué)者通過(guò)一些新算法及技術(shù)揭示了AIS患者與正常人之間的前庭系統(tǒng)形態(tài)上的差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[30-32]。如Shi等[33]提出一種創(chuàng)新的電腦技術(shù)來(lái)自動(dòng)分割前庭，以便分節(jié)段地定量評(píng)價(jià)前庭器官的形態(tài)學(xué)特征，結(jié)果顯示外半規(guī)管和上半規(guī)管的中心距離以及兩者在后半規(guī)管幾何中心的角度明顯較小，認(rèn)為半規(guī)管形態(tài)的改變可能會(huì)影響內(nèi)淋巴的流動(dòng)動(dòng)態(tài)，進(jìn)而影響感覺(jué)毛細(xì)胞，這些細(xì)胞負(fù)責(zé)通過(guò)前庭神經(jīng)向中樞神經(jīng)系統(tǒng)傳遞有關(guān)身體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，最終導(dǎo)致前庭功能障礙。

目前，對(duì)前庭器官進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析多基于MRI技術(shù)，提出了多種算法來(lái)解決前庭解剖結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析。但至今沒(méi)有確立統(tǒng)一的前庭器官影像形態(tài)學(xué)算法，未來(lái)的研究可以找出一種更加準(zhǔn)確的算法分析前庭形態(tài)。

2.2 AIS與腦干

有研究表明右胸彎AIS患者的延髓的FA值明顯減低、MD值明顯增加[24]。Geissele等[34]也發(fā)現(xiàn)AIS患者組延髓腹側(cè)部的解剖上的不對(duì)稱(chēng)發(fā)生率顯著高于對(duì)照組。腦干是連接大腦半球與脊髓的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，腦干的網(wǎng)狀系統(tǒng)聯(lián)系著動(dòng)眼神經(jīng)核和前庭神經(jīng)核。這些研究發(fā)現(xiàn)支持腦干等中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常是AIS發(fā)生的原因，所以有必要進(jìn)一步檢查AIS的發(fā)病機(jī)制是否也與腦干等中樞神經(jīng)有關(guān)。

2.3 AIS與小腦

小腦與前庭神經(jīng)核之間有雙向的神經(jīng)纖維連接，兩者共同協(xié)調(diào)軀干以及四肢肌肉的活動(dòng)。切除小腦后，前庭反射出現(xiàn)異常從而導(dǎo)致定位出錯(cuò)且效率低下。由于后小腦和絨球小結(jié)葉與前庭神經(jīng)核有廣泛的傳入和傳出纖維聯(lián)系[35]，故AIS的發(fā)病機(jī)制應(yīng)涉及小腦的功能和形態(tài)學(xué)研究。

Shi等[36]發(fā)現(xiàn)AIS患者小腦半球的左右不對(duì)稱(chēng)，且小腦右側(cè)VIIIa、右側(cè)VIIIb、雙側(cè)X等四個(gè)區(qū)域的體積顯著增加，以上的區(qū)域與前庭功能密切相關(guān)，提示AIS中小腦區(qū)域體積的增加可能是對(duì)平衡控制功能失調(diào)的一種補(bǔ)償反應(yīng)。部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)AIS的小腦扁桃體的位置下移，表明這與側(cè)凸發(fā)生發(fā)展有所關(guān)聯(lián)。如孫旭等[37]對(duì)203例Cobb角均大于40°的AIS患者和86例正常青少年均行包括枕頸部在內(nèi)的矢狀面MRI掃描，發(fā)現(xiàn)AIS組的小腦扁桃體平均位置明顯減低，減低程度與側(cè)凸類(lèi)型間存在相關(guān)性，并且認(rèn)為部分AIS患者出現(xiàn)的小腦扁桃體下移(＞2 mm)與軀體感覺(jué)、本體感覺(jué)異常以及空間定位障礙可能有關(guān)。勞立峰等研究發(fā)現(xiàn)38.3%AIS患者的小腦扁桃體位置下移，與Cobb角間無(wú)明顯相關(guān)，認(rèn)為這可能是對(duì)脊髓相對(duì)縮短的繼發(fā)性改變[19-20]。郭霞等[38]對(duì)164名AIS患者行全脊髓的矢狀位MRI成像及脛后神經(jīng)體感誘發(fā)電位檢查(somatosensory evoked potentials，SEPs)，發(fā)現(xiàn)小腦扁桃體下移的AIS患者大多同時(shí)合并有體感誘發(fā)電位異常，提示小腦扁桃體脫出枕骨大孔時(shí)會(huì)造成脊髓后索受壓，體感神經(jīng)傳導(dǎo)通路病理改變是導(dǎo)致AIS的可能機(jī)制。Cheng等[39]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在AIS組中小腦扁桃體下移程度與側(cè)凸畸形嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。

2.4 AIS與大腦皮層

AIS中脊柱畸形可能是亞臨床神經(jīng)系統(tǒng)疾病的骨骼肌肉表達(dá)，在調(diào)節(jié)脊柱活動(dòng)時(shí)，大腦皮層結(jié)構(gòu)或功能的不對(duì)稱(chēng)可能是導(dǎo)致AIS的原因。此外，本體感受性輸入的異常處理或皮層的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合異?？赡軙?huì)導(dǎo)致AIS的平衡障礙及姿勢(shì)異常。這些觀察結(jié)果可能表現(xiàn)為異常皮層厚度或腦皮層激活模式異常。

Wang等[40]基于T1WI的表面測(cè)量方法觀察到正常組的腦皮層厚度與年齡呈負(fù)相關(guān)；而在患者的腦皮層厚度及年齡未見(jiàn)明顯相關(guān)，且AIS組的雙側(cè)大腦半球皮層厚度不對(duì)稱(chēng)，認(rèn)為這種皮質(zhì)成熟狀態(tài)異常可能是AIS的發(fā)病原因或是脊柱側(cè)凸的繼發(fā)性腦改變。此外，與運(yùn)動(dòng)和前庭功能相關(guān)的腦皮層厚度在兩組間有顯著差異，這提示在前庭反射的高級(jí)中樞中，AIS患者與正常人的腦皮質(zhì)發(fā)育可能存在差異。而Domenech等[41]采用手任務(wù)態(tài)fMRI發(fā)現(xiàn)AIS患者的對(duì)側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)域的血氧水平依賴(lài)活動(dòng)顯著增加，輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)域在運(yùn)動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中的異常腦激活模式支持感覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合障礙是ASI患者發(fā)病機(jī)制的假設(shè)。

3 AIS與胼胝體異常

胼胝體是位于兩側(cè)大腦半球皮層之間的纖維束，是最大的聯(lián)合纖維，負(fù)責(zé)半球間信息的傳遞和功能整合，大腦皮質(zhì)70%～80%的信息是通過(guò)胼胝體聯(lián)系的。

Shi等[42]應(yīng)用基于體素的形態(tài)學(xué)方法發(fā)現(xiàn)，左胸彎AIS女性患者的胼胝體膝部和左側(cè)內(nèi)囊前肢的白質(zhì)衰減較對(duì)照組減低，提示AIS半球間信息傳遞及皮質(zhì)丘腦投射纖維較正常人減弱。Wang等[43]使用基于體積和基于邊界的形態(tài)學(xué)方法來(lái)分析胼胝體的2D形態(tài)，發(fā)現(xiàn)左胸彎AIS組胼胝體壓部形態(tài)存在顯著差異，可能提示左胸彎AIS病人的胼胝體壓部發(fā)育延遲。在與AIS患者的骨骼生長(zhǎng)和人體測(cè)量參數(shù)中，胼胝體可能是廣義的左右不對(duì)稱(chēng)的一部分。如Liu等[44]使用一種基于圖譜的混合變形方法發(fā)現(xiàn)在右胸彎AIS女性患者的99個(gè)預(yù)先選定的神經(jīng)解剖學(xué)腦區(qū)中有22個(gè)腦區(qū)的平均體積小于對(duì)照組，其中胼胝體的體積較對(duì)照組更大，而右側(cè)內(nèi)囊的體積較小。此學(xué)者還發(fā)現(xiàn)AIS患者會(huì)表現(xiàn)出上下肢的左右不對(duì)稱(chēng)，胼胝體的異常功能可能導(dǎo)致AIS患者的左右身體的不協(xié)調(diào)以及姿勢(shì)平衡受損。以上結(jié)果表明大腦體積的不對(duì)稱(chēng)性可能是導(dǎo)致軀體不對(duì)稱(chēng)的神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)使用DTI量化分析胼胝體的FA值，發(fā)現(xiàn)左胸彎患者胼胝體干前部的FA值顯著減低，這個(gè)區(qū)域連接了兩個(gè)大腦半球運(yùn)動(dòng)及前運(yùn)動(dòng)皮層，這些皮層之間胼胝體FA值減低最終會(huì)導(dǎo)致半球間平衡及皮質(zhì)脊髓束的控制異常[45]。其他學(xué)者用同樣技術(shù)發(fā)現(xiàn)AIS組胼胝體的膝部和壓部的FA值均較對(duì)照組減低[46]。而胼胝體和內(nèi)囊的檢測(cè)異常是否具有病理意義或繼發(fā)于不適當(dāng)?shù)捏w位調(diào)整，則需要進(jìn)一步的調(diào)查。

4 小結(jié)與展望

AIS是發(fā)生于青春期最常見(jiàn)的脊柱側(cè)凸，多年來(lái)人們一直努力探索AIS的發(fā)生發(fā)展因素，但至今仍未查到其切確的發(fā)病機(jī)制。采用常規(guī)MRI及一些先進(jìn)的MR技術(shù)監(jiān)測(cè)AIS患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)AIS患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常解剖，為AIS的發(fā)病原因提供設(shè)想與依據(jù)。AIS患者的神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能代謝異常是AIS的發(fā)病機(jī)制，或者中樞神經(jīng)結(jié)構(gòu)或功能異常是對(duì)脊柱畸形的代償性或繼發(fā)性改變的結(jié)果，這兩種假設(shè)都值得我們繼續(xù)研究，未來(lái)的關(guān)聯(lián)研究和縱向研究應(yīng)該有助于確定腦及脊髓的異常與AIS發(fā)病機(jī)制之間的關(guān)系，這可能對(duì)脊柱側(cè)彎的發(fā)展和進(jìn)展有重要的預(yù)防和預(yù)后影響。目前有關(guān)于AIS患者中樞神經(jīng)結(jié)構(gòu)或功能異常的磁共振成像研究多集中在腦及脊髓的解剖異常上，而AIS患者的神經(jīng)功能、代謝活動(dòng)少有研究。鑒于目前一些研究的不足，今后的研究設(shè)計(jì)需完善側(cè)凸的類(lèi)型、嚴(yán)重程度、病程、年齡、性別等影響因素。

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