張小兵，周寒松，林千早，陳小宇，王海，單奔

江蘇省淮安市第二人民醫(yī)院 影像科，江蘇 淮安 223002

引言

脊髓型頸椎?。–ervical Spondylotic Myelopathy，CSM）是由頸椎退行性改變造成頸髓靜態(tài)或動態(tài)反復(fù)受壓或脊髓缺血，繼而出現(xiàn)脊髓的功能障礙。目前對于脊髓型頸椎病的常規(guī)影像學(xué)診斷主要為頸椎MRI，MRI可以清晰顯示被壓迫頸髓部位及信號改變情況，并清楚顯示周圍鄰近組織關(guān)系。但是常規(guī)磁共振檢查在輕中度脊髓型頸椎病診斷敏感度較低，常出現(xiàn)臨床癥狀與常規(guī)磁共振檢查結(jié)果不相符，并且無法評估頸髓微觀病理生理狀態(tài)。目前臨床常通過磁共振擴(kuò)散張量成像（Diffusion Tensor Imaging，DTI）來評估脊髓的微觀病理生理改變。DTI的技術(shù)原理是基于理想的水分子擴(kuò)散位移呈高斯分布，但是在生物組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水分子的運(yùn)動因細(xì)胞間結(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)外受限程度、細(xì)胞膜的滲透性以及游離、結(jié)合水的物理化學(xué)特性差異而表現(xiàn)復(fù)雜，其擴(kuò)散位移已不再是準(zhǔn)確的高斯分布而是呈非高斯分布[1-2]。磁共振擴(kuò)散峰度成像（Diffusion Kurtosis Imaging，DKI）是DTI技術(shù)的延伸，可以用來探查非高斯分布的水分子擴(kuò)散特征，可以表征水分子擴(kuò)散受限程度以及擴(kuò)散的不均質(zhì)性。本研究主要運(yùn)用DKI技術(shù)探討輕中度脊髓型頸椎病脊髓的灰白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)變化，以期作為常規(guī)MRI檢查脊髓損傷的重要補(bǔ)充，為臨床在治療方案的選擇、預(yù)后的評估及康復(fù)效果的判定提供更多重要的信息。

1 材料與方法

1.1 材料

研究對象選擇我院2016年6月至2016年11月期間60例經(jīng)臨床經(jīng)驗(yàn)豐富醫(yī)師確診為脊髓型頸椎病患者，其中男27例、女33例，年齡24～74歲，平均（54.2±8.5）歲，根據(jù)日本骨科學(xué)會17分法脊髓損害功能評定標(biāo)準(zhǔn)（JOA評分）分為輕度（37例）、中度（23例）。0～4分為嚴(yán)重?fù)p害，5～8分為重度損害，9～12分為中度損害，13～16分為輕度損害，17分為功能正常?；颊呷舭橛幸韵虑闆r之一將被排除：既往有運(yùn)動神經(jīng)元病病史、脊髓外科手術(shù)史、脊髓放射治療史，急性頸椎外傷史、顱腦外傷及四肢骨折病史。同期選自從臨床中招募志愿者20名。其中男11例、女9例，年齡42～58歲，平均（50.4±4.2）歲。同時要求均無明確的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀及陽性體征，既往無神經(jīng)系統(tǒng)或影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾病。同時，要求所有被試無進(jìn)行磁共振檢查的絕對禁忌癥，并經(jīng)頸椎常規(guī)磁共振檢查中未發(fā)現(xiàn)頸椎退行性變的征象。在實(shí)驗(yàn)開始前，本研究的目的、實(shí)驗(yàn)過程、可能出現(xiàn)的危險和軀體不適感（如噪聲、幽閉感等）均詳實(shí)告知被試。本研究所有被試者均自愿參加，實(shí)驗(yàn)前均簽署了知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 檢查前準(zhǔn)備

確保受試者體內(nèi)無金屬植入物，去除其體表、衣物上的金屬物，告知其檢查全過程，囑其在掃描過程中盡量保持靜止不動，平靜呼吸，避免吞咽；耳塞塞耳，用棉墊固定受試者頭部。

1.2.2 檢查方法

使用美國GE Discovery MR750 Plus 3.0 T超導(dǎo)磁共振掃描 儀（GE Healthcare，Milwaukee，Wisconsin，USA），8通道CTL脊柱線圈；掃描時受試者仰臥位，頭先進(jìn)，囑被試安靜、放松。掃描序列包括常規(guī)頸椎平掃（矢狀位T1WI、T2WI和椎間盤層面橫軸位T2WI）、頸髓DKI掃描。其中頸椎常規(guī)MRI平掃參數(shù)：矢狀位FSE-T1WI序列，TR 2500 ms，TE 12.7 ms，層厚3.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣320×192，NEX2；矢狀位FSE-T2WI序列，TR 2500 ms，TE 120.8 ms，層厚3.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣320×256，NEX2；橫軸位T2WI序列，TR 2800 ms，TE 125.3 ms，層厚3.5 mm，層間距0.5 mm，矩陣320×192，NEX2。以矢狀位T2WI位定位像，DKI掃描開始前用ASSET技術(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，DKI掃描參數(shù)：TR 4500 ms，TE 75 ms，層厚4 mm，層間距0 mm，視野（FOV）18 cm×18 cm，矩陣128×128，NEX為2；采用3個b值（0、1000、2000 s/mm2），每個非零b值擴(kuò)散敏感梯度場施加的方向數(shù)為30，掃描時間為375 s。DKI定位線與椎間盤層面向平行進(jìn)行掃描，并在頸椎體前緣及兩側(cè)各加一預(yù)飽和帶；所有掃描操作由一名熟練的放射科醫(yī)師進(jìn)行。

1.2.3 圖像數(shù)據(jù)的后處理

將采集獲得的數(shù)據(jù)保存并傳至掃描所用GE磁共振高配工作站（Advantage workstation 4.6；GE Medical Systems）進(jìn)行圖像處理。首先，對DKI原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，以減少圖像形變；然后自動獲得每一層面的各向異性分?jǐn)?shù)（Factional Anisotropy，F(xiàn)A）圖、平均擴(kuò)散峰度（Mean Kurtosis，MK）圖；以矢狀位T2WI為參考定位像，選取頸髓受壓嚴(yán)重層面，在B0圖像上用functool手動設(shè)置5個ROI（以脊髓灰質(zhì)為中心，脊髓前柱及側(cè)柱各兩個ROI、后柱一個ROI）避開脊髓中央管，每個ROI大小為4～5 mm2，分別記錄ROI的DKI參數(shù)測量值：MK、FA值，取其5個ROI平均值（圖1）。

圖1 MK原始圖上手動選取ROI

1.2.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采 用SPSS 19.0統(tǒng)計學(xué)軟件（Version 19.0，SPSS Inc，Chicago）進(jìn)行分析。所有資料進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)（Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)），呈正態(tài)分布的計量資料均以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間差異比較采用單因素方差分析并行兩兩比較；P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組F A值、MK值對比

輕度、中度2組脊髓型頸椎病患者受壓最嚴(yán)重節(jié)段頸髓MK值分別為0.83±0.13、0.72±0.11，對照組頸髓MK值為 0.92±0.13；FA值分別為 0.65±0.10、0.51±0.12、0.73±0.07；對照組與輕度、中度脊髓型頸椎病比較FA值、MK值均有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05）（圖2～4，表1）。

圖2 各組DKI圖

圖3 各組FA圖

圖4 各組MK圖

表1 對照組、輕度組、中度組FA值、MK值均數(shù)及比較

2.2 FA值、MK值與J O A評分相關(guān)性

FA值與JOA評分有相關(guān)性（R2=0.638，P＜0.001）；MK值與JOA評分有相關(guān)性（R2=0.193，P＜0.001），見圖5。

圖5 FA值和MK值與JOA評分相關(guān)性散點(diǎn)圖

3 討論

CSM已成為臨床常見病和多發(fā)病，是因頸椎間盤退行性改變及繼發(fā)相鄰骨與軟組織退變，導(dǎo)致脊髓受壓或脊髓血供障礙，而引起的臨床癥候群，以40～60歲多見，近年來由于工作及生活習(xí)慣改變使脊髓型頸椎病的發(fā)病呈低齡化趨勢。脊髓型頸椎病的病理包括頸髓動脈受壓造成慢性缺血缺氧、靜脈充血等因素使脊髓神經(jīng)組織細(xì)胞膜通透性增加、發(fā)生變性，如髓鞘脫失、腫脹，血管周圍間隙出現(xiàn)脂質(zhì)吞噬細(xì)胞、細(xì)胞壞死消失、神經(jīng)膠質(zhì)增生及血管壁纖維化等[3-5]。脊髓型頸椎病病理生理脊髓型頸椎病發(fā)病是一個連續(xù)的過程，從病理學(xué)角度可分為頸椎間盤或椎間關(guān)節(jié)退變、頸椎骨與軟組織的繼發(fā)性病理改變、脊髓及其血管的慢性壓迫性病理改變等3個階段[6-8]。頸脊髓最為常見的組織病理學(xué)改變就是脊髓灰質(zhì)前角、后角神經(jīng)元破壞及神經(jīng)膠質(zhì)增生，導(dǎo)致中央灰質(zhì)內(nèi)囊性改變和白質(zhì)內(nèi)長傳導(dǎo)束的脫髓鞘改變[9]。

DKI技術(shù)最早于2005年由紐約大學(xué)Jensen等[10]提出，DKI參量后經(jīng)香港大學(xué)吳學(xué)奎教授團(tuán)隊(duì)有所發(fā)展和完善[11-12]。一般DKI施加15個方向以上的敏感梯度場，本研究采用30個方向的敏感梯度場，故采集到的數(shù)據(jù)可靠性更高。相對于DTI模型，DKI模型的優(yōu)勢在于它可以得到DTI模型所有的信息，包括擴(kuò)散系數(shù)、FA和MD值等，同時還可以得到額外的信息即擴(kuò)散峰度。DKI主要參數(shù)包括：平均峰度（Mean Kurtosis，MK）、徑向峰度（Radial Kurtosis，RK）、峰度各向異性（Kurtosis Anisotropy，KA）。MK為采用多個b值且方向相同的梯度方向上的平均值。MK的大小取決于感興趣區(qū)內(nèi)組織的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，非正態(tài)分布水分子擴(kuò)散受限越顯著，MK也越大[10]。RK指的是在主要擴(kuò)散正交方向上峰度的平均值；RK越大表明在該方向非正態(tài)分布水分子擴(kuò)散受限越明顯，反之則表明擴(kuò)散受限越弱；且相對于部分分?jǐn)?shù)各向異性（FA）的變化，感興趣區(qū)內(nèi)RK增大得更為顯著。KA在某種程度上類似于FA，可由峰度的標(biāo)準(zhǔn)偏差給出。影響KA的因素有介質(zhì)的黏度、分子間距離、鄰近血管搏動或腦脊液流動、顯微結(jié)構(gòu)的完整性、平行性及致密程度等。還包括DTI的指標(biāo)FA值和MD值，其中較常用的指標(biāo)是FA值、MD值和MK值[11]。MD是表示水分子在各個方向的擴(kuò)散運(yùn)動程度。FA值是指水分子各向異性成分占整個擴(kuò)散張量的比例，取值范圍為0～1，當(dāng)FA趨近1時，各向異性最大，F(xiàn)A值接近0時，表示各向同性[12]。DTI已成為脊髓型頸椎病研究的一項(xiàng)成熟的成像技術(shù)。臨床上常用DTI對脊髓型頸椎病脊髓損傷的微觀病理改變做了很多研究[13-16]。DTI可以探測水分子在脊髓束的擴(kuò)散過程，反映脊髓束功能的完整性。DTI的主要參數(shù)包括表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）值、各向異性分?jǐn)?shù)（FA）值和擴(kuò)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(kuò)散能力，ADC越大說明水分子的擴(kuò)散能力越強(qiáng)；反之說明水分子擴(kuò)散能力越弱。FA值是指水分子各向異性成分占整個擴(kuò)散張量的比例，F(xiàn)A取值范圍為0～1，當(dāng)FA值趨近于1時，各向異性最大；當(dāng)FA值趨近于0時，表示各向同性。一般情況下，F(xiàn)A值降低意味著軸索損傷，即脊髓或腦白質(zhì)的變性[13]。然而，沿軸突束的損傷是會引起MK值的升高[14]。因此MK值與FA值下降，說明該受壓脊髓內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，不僅打亂軸突的排列，而且改變了纖維束的方向和成分，包括灰質(zhì)[15]。中度較輕度脊髓型頸椎病頸髓MK值、FA值減低，脊髓內(nèi)部結(jié)構(gòu)（軸突、纖維束）改變更明顯。FA值被用作生物標(biāo)志物，難以評估灰質(zhì)[16]。組織學(xué)研究表明[13]這種異常主要分布在灰質(zhì)，而軸突變性及脫髓鞘改變在早期脊髓型頸椎病很少發(fā)現(xiàn)?；屹|(zhì)區(qū)MK值減少是因頸髓微循環(huán)障礙所致，脊髓型頸椎病脊髓受壓后脊髓的前、后角部分恰好為血液供給的薄弱部位，可造成脊髓缺血，使側(cè)索近灰質(zhì)部的區(qū)域發(fā)生損傷[17]。在過去利用DTI評估脊髓型頸椎病僅僅評估白質(zhì)的改變，而無法評估灰質(zhì)[18-19]。本研究中，所有患者均有不同程度臨床癥狀，脊髓未見明顯異常信號。MK值升高說明感興趣區(qū)微觀結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，擴(kuò)散受限程度更明顯，偏離高斯分布位移更大。本研究中FA值及MK值與JOA評分呈正相關(guān)，反映了隨著脊髓型頸椎病臨床癥狀加重，F(xiàn)A值及MK值有逐步減低的趨勢，可反映神經(jīng)元進(jìn)一步損傷損傷，局部各向同性進(jìn)一步增加。

在本實(shí)驗(yàn)中有一定局限性，樣本量不足，由于掃描時間較長，重度及嚴(yán)重組脊髓型頸椎病患者不能耐受較長時間的檢查而造成圖像不能分析；因此還需要進(jìn)一步優(yōu)化。還有擴(kuò)散指標(biāo)如FA值在脊髓型頸椎病受年齡變化影響；而且不同的癥狀顯示擴(kuò)散指標(biāo)不同在脊髓的具體位置也是不同的。MK值也可能存在類似的問題；總之，MK可以反映脊髓微觀變化及灰質(zhì)損害，雖然影像學(xué)與病理學(xué)的關(guān)系需要進(jìn)一步研究，但是MK可能提供基于單指數(shù)模型提供擴(kuò)散指標(biāo)一些新的信息。

綜上所述，在脊髓型頸椎病中，DKI可以反映脊髓灰質(zhì)、白質(zhì)損傷的微觀病理生理改變，MK值的改變程度可以反映脊髓損傷的程度。