磁共振表观弥散系数在早期颈髓损伤诊断中的临床应用

卫波，周红俊，徐建民，刘根林，郑樱，郝春霞，张缨，

王一吉1,2a，康海琼1,2a，逯晓蕾1,2a，袁媛1,2a

磁共振表观弥散系数在早期颈髓损伤诊断中的临床应用

卫波1,2a，周红俊1,2a，徐建民1,2b，刘根林1,2a，郑樱1,2a，郝春霞1,2a，张缨1,2a，

王一吉1,2a，康海琼1,2a，逯晓蕾1,2a，袁媛1,2a

目的观察早期颈髓损伤后脊髓囊性变、患者运动功能改善情况与表观弥散系数(ADC)值的关系。方法对18例早期颈髓损伤患者进行磁共振T1WI、T2WI、弥散加权成像(DWI)检查，获得ADC值和ADC图，并通过康复评价获得治疗前后脊髓损伤神经学分类(ASIA)评分。分析ADC值与脊髓囊性变和患者运动功能改善的关系。结果早期颈髓损伤发生囊性变的ADC值低于未发生囊性变的ADC值，两者的分界点在700×10-6mm2/s。患者年龄与ADC值呈正相关。康复运动功能改善与ADC值无明显相关性。结论早期颈髓损伤发生脊髓囊性变时ADC值多在700×10-6mm2/s以下。目前为止，还不能通过测定ADC值来判断早期颈髓损伤患者的运动功能恢复情况。

脊髓损伤；表观弥散系数；脊髓囊性变；运动功能；磁共振成像

[本文著录格式]卫波，周红俊，徐建民，等.磁共振表观弥散系数在早期颈髓损伤诊断中的临床应用[J].中国康复理论与实践,2014,20(8):723-727.

脊髓损伤是因各种致病因素(外伤、炎症、肿瘤等)引起的脊髓横贯性损害，造成损害平面以下的脊髓神经功能(运动、感觉、括约肌及植物神经功能)障碍[1]。临床中发现，部分颈髓损伤患者早期康复治疗效果进展缓慢，数周后复查MRI检查会发现脊髓出现囊性变，最初制定的康复目标会受到影响。有研究显示，脊髓发生囊性变后，磁共振弥散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)检查中表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)会发生变化。本研究主要观察颈髓损伤后脊髓囊性变与非囊性变的ADC值变化，进而判断ADC值与脊髓囊性变发生的关系，同时观察患者运动功能改善情况与ADC值的关系。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2011年5月～2012年8月入住本科的18例早期颈髓损伤患者，其中男性17例，女性1例；年龄20～74岁，平均(39.6±13.1)岁；住院康复时间18～104 d，平均(68.6±31.7)d；完全性脊髓损伤3例，不完全性脊髓损伤15例。损伤平面：C22例，C31例，C48例，C56例，C61例。ASIA残损分级[2]：A级3例，B级7例，C级3例，D级5例。致伤原因：车祸6例，坠落2例，砸伤3例，摔伤3例，刀刺伤1例，非外伤原因3例。

纳入标准：①颈髓损伤病程1～3个月；②年龄16～70岁；③能耐受MRI检查；④被告知检查情况，并签署知情同意书。

排除标准：①不能行MRI检查；②MRI检查中不能制动，不配合检查，可能引起图像模糊。

对18例患者进行MRI检查，观察脊髓发生囊性变情况，记录DWI ADC值及康复治疗前后ASIA运动评分。

1.2 检查方法

采用GE 1.5 T MR扫描仪，4通道相控阵脊柱线圈。患者取仰卧位，扫描前24 h均未剧烈运动。常规行脊柱矢状位、轴位自旋回波(SE)序列T1WI、T2WI扫描，再采用SE回波平面成像(EPI)序列行多次激发DWI，轴位扫描，扫描时间32 s，扫描层数13层，层厚5 mm，层间距1 mm，矩阵128×128，视野(FOV) 20×20 cm，扩散梯度因子(b值)1000 s/mm2。全部使用自动匀场和抑脂技术。

1.3 图像处理

将DWI数据传至工作站，用Functool 6.3.1e图像后处理软件测量。测量ADC值时感兴趣区(region of interest,ROI)形状设为圆形，大小为5 mm2，用图像后处理软件可直接得到ADC值和ADC图，使用ROI对不同颈髓损伤层面进行多处测量取ADC值的平均值，并记录(图1)。

1.4 囊性变与运动功能的评价

分别各由1名有经验的临床医师和放射科医师观察T2WI像和DWI像，主要观察受损节段脊髓是否存在囊性变改变以及囊性变的范围。

分别由2名有经验的临床医师在患者康复治疗前、后进行ASIA评估[2]，并记录康复治疗前后的运动评分。如前后两次评分差值大于0，则认为运动功能有改善；如等于0，则认为无改善。

1.5 统计学分析

由1名临床医师将收集的数据录入到SPSS 18.0 for Widows软件，并由2名医师对录入数据进行核对，确保录入数据准确无误。对一般数据进行描述性分析，对相关数据进行正态性检验，对囊性变和非囊性变的ADC值进行独立样本t检验，对患者康复训练前后运动功能改善情况与ADC值的关系进行Pearson相关分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 颈髓发生囊性变与ADC值的关系

18例患者中，MRI检查发现存在囊性变的有13例，未发生囊性变的5例。发生囊性变者ADC平均值为641.3×10-6mm2/s，低于未发生囊性变的ADC平均值736.5×10-6mm2/s(P＜0.01)。见表1和图2。

从图3可以看出，脊髓囊性变与非囊性变的ADC值分界点在700×10-6mm2/s上下。

2.2 患者年龄与ADC值的关系

18例患者平均年龄为39.56岁，ADC均值为667.8×10-6mm2/s。结果发现，随着18例患者的年龄增长，测得的ADC值呈现升高趋势。Pearson相关分析显示，ADC值与年龄的变化呈正相关(r=0.635,P＜0.01)。见表2和图4。

2.3 早期颈髓损伤患者运动功能改善与ADC值的关系

18例患者中，有3例患者因特殊原因康复训练时间短，未进行第二次运动评分。另15例患者均进行1～3个月康复训练。分别测定康复训练前后四肢关键肌运动评分，取均值。前后两次运动评分均值的差值可以判断患者运动功能的改善程度：差值大于0，粗判为运动功能有改善；差值等于0，认为运动功能无改善。

表118 例早期颈髓损伤患者发生脊髓囊性变与ADC平均值独立样本t检验结果

表2 早期颈髓损伤患者年龄与ADC值的相关性

结果显示，患者运动功能改善程度与ADC值变化无显著性差异(P＞0.05)。此外，康复训练前的运动评分(均值为36.5)、训练后的运动评分(均值为43.4)与ADC值均无相关性。见表3～表5。

图1 患者男性，38岁，伤后2个月行DWI检查

图2 早期颈髓损伤脊髓囊性变与非囊性变ADC值比较

图318 例早期颈髓损伤患者ADC值点图显示

图418 例早期颈髓损伤患者年龄与ADC值的相关性

表3 早期颈髓损伤患者康复运动改善情况与ADC值独立样本t检验结果

表4 早期颈髓损伤患者康复治疗前运动评分与ADC值相关性

表5 早期颈髓损伤患者康复治疗后运动评分与ADC值相关性

3 讨论

DWI是一种反映活体组织中的水分子扩散运动的功能影像学检查方法[3-5]，可从细胞及分子水平研究疾病状况，是目前唯一反映活体组织内水分子扩散的方法，已被用于多个系统疾病的诊断和鉴别诊断[6-9]，尤其是对神经系统缺血性病变和占位性病变的诊断价值已得到认可[10-12]。

DWI检查临床上较容易操作，主要因为：①其操作时扫描时间短，通常屏气片刻即可成功；②行DWI检查不需要增强扫描，不需要使用对比增强剂，减少过敏，缩短操作时间[13]。但由于脊髓的横断面积相对较小，其周围结构复杂，如有脑脊液、骨和脂肪组织，部分患者体内还有稳定椎体的金属内固定物，所以脊髓的DWI研究和临床应用尚有一定的局限性。

ADC值可反映细胞结构、形态和大小导致的各向异性扩散的组织特征、生理过程和病理组织变化[14]。有试验明确显示，ADC值会随细胞内外液体容积变化而发生改变[15]。ADC值的测量受许多潜在的混杂因素影响，包括b值、扩散强度和扩散方向、自旋回波、磁场强度、脊髓及周围组织特性等[16]。如不事先考虑到上述因素，则ADC值的测量可能失去意义。

文献报道，脊髓损伤后ADC值和ADC图信号降低，其原因可能为脊髓损伤会产生脊髓组织缺血缺氧，神经细胞膜通透性增加，细胞水肿，蛋白质渗出，细胞变性、萎缩、坏死，血管损伤，神经纤维束损伤、脱髓鞘，氧自由基及兴奋性神经递质入侵等病理改变，使得病变区域水分子同向弥散降低，从而导致其ADC值及信号不同程度减低[17-21]。

本研究发现，发生颈髓囊性变的患者，其ADC值低于未发生囊性变的患者。Endo认为，脊髓发生囊性变后，ADC值较低是因为病变处的细胞发生细胞毒性水肿，这种永久性损伤造成水分子同向弥散降低；而未发生囊性变的ADC值较高，是因为病变的细胞处于血管性水肿阶段，该阶段是暂时的，水分子的同向弥散降低不会很明显[22]。从图3可以看出，脊髓囊性变与非囊性变的ADC值分界点在700×10-6mm2/s上下，临床上可以认为，早期颈髓损伤发生囊性变时ADC值多在700×10-6mm2/s以下。

早期颈髓损伤患者年龄与ADC值呈正相关，可能原因是没有把患者的受伤机制和受伤严重程度等因素排除在外。一般认为，年龄较大的患者受伤机制一般为摔倒、颈椎退行性改变等，脊髓受损局部坏死程度较轻；而年龄较轻的患者受伤机制一般为车祸、砸伤、高处坠落等，脊髓受损相对较严重，水分子的同向弥散降低更明显，故ADC值更低。假如本研究设立正常对照组，并排除受伤机制、受伤程度等相关因素，再判断早期颈髓损伤患者年龄与ADC值的关系可能更为客观。

患者的运动功能改善程度与康复治疗前测定的ADC值无明显关系。患者康复训练前的运动评分(均值为36.5)、训练后的运动评分(均值为43.4)，与ADC值均无明显相关性。在此可以认为，单纯依靠康复训练前ADC值来预测早期颈髓损伤患者的运动功能恢复情况不可取，因为患者的运动功能预后与很多因素有关，ADC值只是代表脊髓内水分子的同向弥散情况。

总之，早期颈髓损伤发生脊髓囊性变时ADC值多在700×10-6mm2/s以下。目前为止，还不能通过测定ADC值来判断早期颈髓损伤患者的运动功能恢复情况。

[1]周天健，李建军.脊柱脊髓损伤现代康复与治疗[M].北京:人民卫生出版社,2006:483-487.

[2]李建军，周红俊.脊髓损伤神经学分类国际标准参考手册[M].北京:人民卫生出版社,2008:67-69.

[3]Le Bihan D,Breton E,Lallemand D,et al.Separation of diffusion and perfusion in intravoxel incoherent motion MR imaging[J].Radiology,1988,168(2):497-505.

[4]Yamashita Y,Namimoto T,Mitsuzaki K,et al.Mucin-producing tumor of the pancreas:diagnostic value of diffusion-weighted echoplanar MR imaging[J].Radiology,1998,208(3):605-609.

[5]Rajasekaran S,Kanna RM,Shetty AP,et al.Efficacy of diffusion tensor anisotropy indices and tractography in assessing the extent of severity of spinal cord injury:an in vitro analytical study in calf spinal cords[J].Spine J,2012,12(12):1147-1153.

[6]Zhou GX,Wang YB,Hao NX,et al.Application of apparent diffusion coefficient ratio in the diagnosis of bladder cancer grading pre-operation[J].Zhonghua Yi Xue Za Zhi,2013,93 (37):2953-2956.

[7]郭秋,任克,徐克,等.磁共振扩散加权成像评价肝纤维化的研究进展[J].国际医学放射学杂志,2011,34(2):150-152,161.

[8]Zhang J,Jing H,Han X,et al.Diffusion-weighted imaging of prostate cancer on 3 T MR:Relationship between apparent diffusion coefficient values and Ki-67 expression[J].Acad Radiol,2013,20(12):1535-1541.

[9]Caivano R,Rabasco P,Lotumolo A,et al.Comparison between Gleason score and apparent diffusion coefficient obtained from diffusion-weighted imaging of prostate cancer patients[J].Cancer Invest,2013,31(9):625-629.

[10]Thomas RG,Lymer GK,Armitage PA,et al.Apparent diffusion coefficient thresholds and diffusion lesion volume in acute stroke[J].J Stroke Cerebrovasc Dis,2013,22(7):906-909.

[11]Nagashima H,Doi K,Ogura T,et al.Automated adjustment of display conditions in brain MR images:diffusion-weighted MRIs and apparent diffusion coefficient maps for hyperacute ischemic stroke[J].Radiol Phys Technol,2013,6(1):202-209.

[12]Wang YL,Liu MY,Li JF,et al.Application value of apparent diffusion coefficient in differentiation of brain radiation-injuries and glioma recurrence[J].Zhongguo Yi Xue Ke Xue Yuan Xue Bao,2012,34(4):396-400.

[13]Chandarana H,Taouli B.Diffusion and perfusion imaging of the liver[J].Eur J Radiol,2010,76(3):348-358.

[14]Le Bihan D,Breton E,Lallemand D,et al.MR imaging of intravoxel incoherent motions:application to diffusion and perfusion in neurologic disorders[J].Radiology,1986,161(2):401-407.

[15]Anderson AW,Zhong J,Petroff OA,et al.Effects of osmotically driven cell volume changes on diffusion-weighted imaging of the rat optic nerve[J].Magn Reson Med,1996,35(2): 162-167.

[16]Dale BM,Braithwaite AC,Boll DT,et al.Field strength and diffusion encoding technique affect the apparent diffusion coefficient measurements in diffusion-weighted imaging of the abdomen[J].Invest Radiol,2010,45(2):104-108.

[17]Kastrup A,Neumann-Haefelin T,Moseley ME,et al.High speed diffusion magnetic resonance imaging of ischemia and spontaneous periinfarct spreading depression after thromboembolic stroke in the rat[J].J Cereb Blood Flow Metab,2000,20 (12):1636-1647.

[18]LaRocca H.Cervical spondylotic myelopathy:natural history[J].Spine,1988,13(7):854-855.

[19]Kuroiwa T,Nagaoka T,Ueki M,et al.Different apparent diffusion coefficient:water content correlations of gray and white matter during early ischemia[J].Stroke,1998,29(4):859-865.

[20]Van Putten HP,Bouwhuis MG,Muizelaar JP,et al.Diffusion weighted imaging of edema following traumatic brain injury in rats:effects of secondary hypoxia[J].J Neurotrauma,2005,22 (8):857-872.

[21]MacDonald CL,Dikranian K,Bayly P,et al.Diffusion tensor imaging reliably detects experimental traumatic axonal injury and indicates approximate time of injury[J].J Neurosci,2007, 27(44):11869-11876.

[22]Endo T,Suzuki S,Utsunomiya A,et al.Prediction of neurological recovery using apparent diffusion coefficient in cases of incomplete spinal cord injury[J].Neurosurgery,2011,68(2): 329-336.

Clinical Application of MRI Apparent Diffusion Coefficient in Early Cervical Spinal Cord Injury

WEI Bo,ZHOU Hong-jun,XU Jian-min,LIU Gen-lin,ZHENG Ying,HAO Chun-xia,ZHANG Ying,WANG Yi-ji,KANG Hai-qiong,LU Xiao-lei,YUANG Yuan.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine,Department of Spinal Cord Injury Rehabilitation,Beijing Bo'ai Hospital,China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China

ObjectiveTo observe the relationship between spinal cord cystic degeneration,spinal cord movement improvement and apparent diffusion coefficient(ADC)values after early cervical spinal cord injury.Methods18 patients with early cervical spinal cord injury were examined with MRI T1WI,T2WI and diffusion weighted imaging(DWI).Then ADC values and ADC maps were obtained.Their ASIA motor scores were also recorded.The relationship between spinal cord cystic degeneration and spinal cord movement improvement and ADC values was analyzed.ResultsADC values were lower in those with cystic degeneration than without cystic degeneration in early cervical spinal cord injury,and the cut-off point was 700×10-6mm2/s.ADC values were positively correlated with age.The movement improvement did not obviously correlate with ADC values.ConclusionADC values of early cervical spinal cord injury are less than 700×10-6mm2/s when cystic degeneration happened.Motor function recovery of patients with early cervical spinal cord injury cannot be estimated by measuringADC values.

spinal cord injuries;apparent diffusion coefficient;spinal cord cystic degeneration;motor function;magnetic resonance imaging

10.3969/j.issn.1006-9771.2014.08.005

R651.2

A

1006-9771(2014)08-0723-05

2014-02-19

2014-03-10)

中国康复研究中心青年科研专项基金项目(No.2011-26)。

1.首都医科大学康复医学院，北京市100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院，a.脊髓损伤康复科；b.医学影像科，北京市100068。作者简介：卫波(1975-)，男，汉族，山西晋城市人，博士，主治医师，主要研究方向：脊髓损伤康复。

时间：2014-06-18 17:39

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3759.R.20140618.1739.003.html