DTI技术与常规MRI在脊髓型颈椎病观察脊髓损伤中的对比研究

1.广东省深圳龙岗区人民医院影像科(广东 深圳 518172) 2.南方医科大学附属珠江医院影像科(广东 广州 510282)

刘 涛1 温志波2 蔡汉寿1周 洁1 张 衡1 白 君1靳晓军1 吴球辉1 葛 虎1

DTI技术与常规MRI在脊髓型颈椎病观察脊髓损伤中的对比研究

1.广东省深圳龙岗区人民医院影像科(广东 深圳 518172) 2.南方医科大学附属珠江医院影像科(广东 广州 510282)

刘 涛1温志波2蔡汉寿1周 洁1张 衡1白 君1靳晓军1吴球辉1葛 虎1

目的 通过比较常规MRI及DTI,评价脊髓型颈椎病的脊髓损伤,探讨DTI对检测脊髓型颈椎病(CSM)脊髓损伤的价值。材料与方法 使用GE Signa Hde 1.5T超导型磁共振仪,对40例健康志愿者和60例脊髓型颈椎病患者进行常规MRI及DTI检查。根据T2WI图像颈髓病变区信号不同,将CSM患者分为颈髓病变区高信号组(C组,13例)和等信号组(B组,47例),正常对照组(A组,40例)。观察常规T2WI图,测量DTI不同参数值，比较不同组别ADC值和FA值的变化。结果 常规T2WI等信号患者(B组),虽然常规T2WI没有显示出病变脊髓异常信号改变,但是DTI参数值出现变化,FA值降低,提示病变脊髓各向异性减低;ADC值升高,反映各向同性增高。常规T2WI高信号患者(C组),FA值进一步减低,脊髓出现不均淡黄色信号。ADC值、FA值在A,B,C组中均有统计学意义(表1),ADC值在A组、B组、C组中呈逐渐升高变化,反映脊髓各向同性逐渐升高;RA值在A组、B组、C组中呈逐渐降低变化,反映脊髓各向异性逐渐降低。结论 通过脊髓型颈椎病两组的研究,显示DTI能在常规T2WI尚未出现异常信号之前既能检测颈髓的较为早期的损伤,DTI较常规MRI检测脊髓慢性损伤更敏感,DTI能更早、更精确地发现脊髓型颈椎病的脊髓病变,有助于临床医生选择最佳的治疗方法,同时可以为手术治疗赢得时间。DTI量化参数可以定量评估脊髓损伤程度,使脊髓损伤的诊断更为准确。

颈髓；脊髓型颈椎病；磁共振成像；弥散张量成像

[Abstrraacctt]] Objeccttiivvee The application values of DTI on the injury of the cervical spinal cord in cervical spondylopathy was explored by comparing the cervical myelopathy spinal cord injury of conventional MRI and DTI evaluation. Material and Methhoodd A total of 40 healthy controls and 60 patients with cervical spondylotic myelopathy was performed on conventional MRI and DTI by using 1.5T scanner. According to the signal of the damage cord on T2WI, the patients were divided into three groups: hyperintense (group C, 13cases), isointense (group B, 47cases) and control group (group A,40 cases). Then study the features of DTI and compare the values of ADC and FA between different groups. Ressuullttss FA maps showed orange or yellow at the compression site of spinal cord, suggested FA values decreasing. ADC maps exhibited inhomogeneous high intensity at involved spinal cord. DTI was sensitive in detecting spinal cord damage and could assess subtle structural damage and changes of the CSM. Concluussiioonn DTI can detect cervical spinal cord earlier injury before the abnormal signal conventional T2WI has not yet appeared; DTI is more sensitive than conventional MRI to detect chronic spinal cord injury; DTI can be earlier and more accurately discover cervical myelopathy spinal cord lesions, which will help clinicians choose the best treatment, and vin the time for the surgical treatment. DTI quantization parameter can quantitatively assess the degree of spinal cord injury, and it makes the diagnosis of spinal cord injury more accurate.

[Key worrddss]] Cervecal Cord; Cervical Spondylotic Myelopathy; Magnetic Resonance Imaging; Diffusion Tensor Imaging

脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)是一种严重影响患者生活质量的常见病，是由于颈椎退行性变(如椎体后缘骨刺)及相邻软组织变化(如椎间盘突出、后纵韧带骨化、黄韧带肥厚等)造成椎管狭窄，导致脊髓受压或脊髓缺血，继而出现脊髓功能障碍和相应临床症状的一种病变。目前，磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)是诊断CSM 的最佳检查手段，T2加权成像(T2 weighted imaging，T2WI)能较好地显示受压颈髓形态及信号改变，但T2WI对颈髓早期损伤变性和微结构改变敏感性低。磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一种功能性MRI技术，通过检测水分子在脊髓中弥散运动各向异性的变化，提供疾病早期组织病理状态下各组织成分之间水交换的功能改变，对CSM脊髓损伤早期的判断有较大作用。

我们对40例正常人和60例CSM患者进行常规MRI及DTI检查，分别测量ADC值和FA值，比较正常人、CSM患者T2WI脊髓信号正常及CSM患者T2WI脊髓信号局部增高患者的ADC值和FA值的变化，探讨常规MRI及DTI检查对脊髓型颈椎病(CSM)脊髓损伤的应用价值。

1.1 研究对象正常组40名，其中男23例，女17例，年龄22～69岁，平均46.2岁，所有志愿者(部分为健康体检人员)均无神经系统症状和体征，均无MRI检查禁忌症，颈椎常规MRI检查无异常。脊髓型颈椎病(CSM)组60例，其中男27例女33例，年龄20～71岁,平均48.3岁。CSM入组标准符合1992年全国颈椎病专题研讨会制定的CSM诊断标准[1]。

1 材料与方法

病例分组：(A组)为正常组；再将CSM患者根据常规矢状位T2WI图像脊髓受压处信号的不同，分为脊髓等信号组(B组)和脊髓高信号组(C组)。三组性别、年龄无统计学差异。

1.2 检查方法

所有健康志愿者及CSM患者均使用GE Signa Hde 1.5T超导型磁共振仪进行常规MRI及DTI检查。

常规MRI检查参数：选用快速扰相梯度回波(fast spoiled gradient echo,FSPGR)序列行定位扫描，快速恢复快速自旋回波(fast recovery fast spin echo,FRFSE)序列完成矢状位及轴位T2WI。矢状位扫描参数如下：T1WI：TR=400ms，TE=11ms；T2WI：TR=2600ms，TE=102ms，层厚=3mm，层间距=1.0mm，FOV=280mm×280mm，矩阵352×224。轴位T2WI：TR=3300 ms，TE=102ms，层厚=3mm，层间距=0，FOV=160mm×160mm，矩阵=288×224。

DTI检查参数：采用单次激发平面回波成像(single shot echo planar imaging,SS EPI)技术，行轴位及矢状位成像，检查过程中嘱患者平静呼吸，避免头颈部运动和吞咽动作，扫描层面与常规定位相同。扫描参数：TR=5000ms，TE=82ms，层厚=3mm，层间距=0，FOV=240 mm×240mm，矩阵=128×128。在15个方向上施加弥散感敏梯度，弥散加权因子b值取600s/mm2。

1.3 图像后处理及数据测量分析 全部数据存储在GE公司提供的ADW4.2工作站内，并应用FuncTool软件进行后处理，校正变形及选定阈值后获得DTI图。用常规矢状位T2WI图像作为参考，DTI轴位图像上确定相同大小的感兴趣区(ROI)，ROI大小取19mm2。CSM患者将ROI放置于脊髓病变区中央，尽量避免脑脊液和其他伪影的影响；健康志愿者将ROI分别放置于C2/3、C3/4、C4/5、C5/6对应节段颈髓中央，同样尽量避免脑脊液和其他伪影的影响。分别测量ADC值和FA值，然后对各参数值进行统计学处理，统计学分析软件采用SPSS 16.0统计软件，P＜0.05为差异有统计学意义。

表1 A组、B组、C组FA值、ADC值(均值±标准差)

2.1 图像特点正常对照组常规MRI显示颈髓、颈椎间盘形态和信号未见异常，硬膜囊及神经根无受压。DTI可清晰显示颈髓，没有明显的图像变形，符合研究要求。彩色编码FA图显示正常颈髓为均匀的红色信号，周围脑脊液呈蓝绿色信号，提示其各向异性较高；彩色ADC图显示颈髓内信号均匀，呈蓝绿色，周围脑脊液呈橘红色(见图1-4)。

颈椎病组患者可见不同程度椎间盘膨出、椎间盘突出、颈椎骨质增生、后纵韧带肥厚，硬膜囊和(或)脊髓不同程度受压变形，60例CSM患者中13例患者颈髓病变区可见T2WI高信号改变，47例T2WI脊髓未见异常信号。DTI参数图显示异常改变，彩色编码FA图显示脊髓正常区域呈红色，病变区颜色不均匀变淡，严重者出现斑片状黄色信号，提示受压颈髓各向异性减低；彩色ADC图显示受压部位颈髓信号由蓝绿色变为绿色，反映各向同性增高(见图5-12)。

2.2 数据分析

2.2.1 正常脊髓D T I参数测量值(A组)：分别测量颈椎2-6椎间盘对应节段的颈髓ADC值和FA值。平均ADC

2 结 果

值为(1117.65±13.99)×10-6m m2/s，平均F A值为(678.54±13.23)×10-3。

2.2.2 常规T2WI颈髓病变等信号组(B组)：将47例常规MRI显示颈髓受压处T2WI呈等信号的患者分为B组，部分患者FA图像显示颈髓病变区红色信号变淡，反映脊髓的各向异性减低(图5-8)。患者颈髓T2WI受压处ADC值、FA值与A组、C组的相应参数值统计结果(见表1)。其FA均值为(537.81±5.77)×10-3，介于A组与C组之间，并具有统计学意义(P＜0.05)；其ADC均值为(1287.52±16.49)×10-6mm2/s，介于A组与C组之间，有统计学意义(P＜0.05)。

2.2.3 常规T2WI颈髓病变出现高信号组(C组)：13例患者经常规MRI成像T2WI显示颈髓病变处出现高信号，将其分为C组，FA图像显示颈髓病变区呈不均匀黄色信号(图12)。患者颈髓T2WI高信号处ADC值、FA值与B组、C组的相应参数值统计结果(见表1)。结果显示A组患者颈髓损伤处FA均值为(458.25±6.69)×10-3，较B组及C组FA均值明显下降，有统计学意义(P＜0.05)；相应节段的ADC均值为(1453.37±31.62)×10-6mm2/ s，较B组及C组明显升高，有统计学意义(P＜0.05)。

3.1 CSM发病机理CSM主要由颈椎慢性退行性变及椎间盘突出引起。退行性变包括椎间盘退变、骨质增生、后纵韧带钙化、黄韧带增厚及小关节肥大等。其发病机理目前主要有两种观念。

3 讨 论

①病理解剖学机制：颈椎骨质增生、椎管狭窄等压迫相邻颈髓，导致局部组织缺血缺氧、损伤、神经功能损害。②生物力学机制：颈椎异常或过度运动引起伸展过度和剪切力增高，其对颈髓的损害超过颈椎本身解剖学因素，会引起暂时或永久的神经损伤，这可以更好地解释神经症状明显但颈髓受压及椎管狭窄不明显的情况[2]。

3.2 常规MRI检查在CSM应用中局限性 目前MRI常规序列是脊髓疾病诊断和预后评估的主要影像学方法。常规MRI主要通过颈髓受压变形及T2WI异常信号来判断颈髓损伤的范围和程度，其敏感性较低，对脊髓功能性或早期器质性病变无法判断。T2WI异常信号一般出现在病程较晚期的患者，并且容易低估颈髓损伤的严重程度。对T2WI高信号的形成机制、病理学意义有不同看法，普遍认同的观点是CSM病患者的脊髓由于受压、缺血、颈椎序列不稳引起的微小创伤、细胞凋亡等因素而出现炎性反应、非特异性水肿、脊髓软化、坏死、胶质增生等的病理过程，T2WI高信号对于指导临床手术时机的选择明显滞后，因为T2WI高信号往往反应脊髓慢性损伤已经达到相当严重的程度[3]。 T2WI异常高信号对损伤程度不能进行准确的判断，尤其是对早期没有出现T2WI脊髓异常信号的患者，T2WI常无法评价脊髓损伤的程度。Singh等[4]报道常规T2WI异常信号与CSM临床严重程度无明显相关性。

3.3 DTI在脊髓脊髓型颈椎病中的应用 DTI技术能敏感地反映脊髓中水分子扩散各向异性的改变，提供活体脊髓微细生理结构及病理变化的信息，从而反映脊髓损伤的情况。近年来不少国内外学者分别将DWI技术和DTI技术应用于脊髓损伤动物模型和临床研究中。王霄英等[5]在犬急性脊髓损伤后神经一前体细胞移植模型试验中分析脊髓损伤前、后不同时期FA值和ADC值发生变化，与脊髓损伤和修复过程病理学改变具有较好的相关性。

CSM是临床常见病，是由椎间盘突出、颈椎退变等导致颈髓慢性节段性受压。常规MRI主要依赖脊髓形态和T2WI异常高信号改变。T2WI异常信号对脊髓病变检测不敏感，通常出现较晚，尤其是检测慢性起病患者的脊髓早期损伤更不准确，并且T2WI高信号往往提示预后不良[6,7]。DTI技术能敏感地检测颈髓微观病理生理变化，有助于发现脊髓慢性损伤早期病变。

图1 正常T2WI矢状位；图2 正常轴位T2WI；图3 正常轴位ADC图；图4 正常轴位FA图；图5 C4-5椎间盘膨出（T2矢状位）；图6 C4-5椎间盘膨出（T2轴位）；图7 C4-5水平ADC图；图8 C4-5水平FA图；图9 T2WI矢状位C5-6水平颈髓受压严重；图10 C5-6水平T2WI轴位颈髓内见点状高信号；图11 C5-6水平ADC图；图1212 C5-6水平FA图颈髓形态改变，并出现斑片状黄色信号。

本项研究中，颈髓的正常FA均值为(678.54±13.23)×10-3，ADC均值为(1117.65±13.99)×10-6mm2/s。13例颈髓病变区T2WI呈高信号患者，DTI显示病变处F A值显著降低，平均F A值为458.25±6.69×10-3；ADC值显著升高，平均A D C值为1453.37±31.62×10-6mm2/s。说明脊髓慢性损伤过程中水分子扩散发生改变，垂直于纤维束走行方向的水分子扩散增强，各向异性降低。本组病例47例常规T2WI呈等信号的CSM患者中，虽然常规T2WI没有显示脊髓异常信号改变，但是我们测得其FA均值为(537.81±5.77)×10-3，较正常颈髓FA值下降；ADC均值为(1287.52±16.49)×10-6mm2/s较正常颈髓相应参数值增高，并具有统计学意义(P＜0.05)。说明FA值、ADC值对检测脊髓细微损伤比T2WI敏感，能发现CSM病程早期T2WI尚未出现异常的病变。国外也有相关报道，Facon等[8]对脊髓受压损伤的DTI研究中，FA对检测脊髓损伤敏感性及特异性较常规T2WI及ADC高；FA敏感度(sensitivity,SE)为73.3%、特异度(specificity,SP)为100%, T2WI敏感度为46.7%、特异度为100%，ADC敏感度为13.4%、特异度为80%；并认为ADC敏感度及特异度较T2WI低，可能是由部分容积效应引起。Kara等[9]对T2WI无高信号的CSM患者进行DTI检查，发现椎管狭窄部位的FA值较正常椎管部位的FA值降低显著，认为FA值对CSM早期诊断较敏感。

脊髓FA均值在A组(正常脊髓)、B组、C组中呈现顺次降低变化，ADC均值则为逐渐升高变化；我们测得T2WI等信号脊髓损伤严重程度较T2WI高信号低，随脊髓损伤程度加重，FA值逐渐减低，ADC逐渐升高。DTI在T2WI未出现异常信号之前既可发现脊髓慢性损伤的早期病变，在脊髓发生不可逆损伤之前，为临床治疗赢得时间。Hori[10]等推测FA值在(432.56±59.97-4 8 9.6 1±6 5.3 2)×1 0-3、A D C值(1 1 8 3.4 4±1 2 1.9 6-1055.14±65.26)×10-6mm2/s区间是脊髓损伤从不可逆到可逆的变化范围，FA值和ADC值是可测量的量化数据，可以准确诊断脊髓慢性损伤病变。T2WI高信号多提示脊髓不可逆性损伤。本研究中，T2WI高信号组(C组)，病变区FA均值为(458.25±6.69)×10-3，位于该区间内；而T 2 W I等信号组(B组)，病变区FA均值为(537.81±5.77)×10-3，高于该区间上限值，说明T2WI等信号组患者颈髓损伤还没有严重到不可逆的程度。我们的研究进一步验证了FA值、ADC值等量化数据使得脊髓慢性损伤的诊断更为精确，能够较准确判断脊髓损伤的程度，为临床治疗提供及时准确的客观指征。

4 结 论

本研究显示DTI能在常规T2WI尚未出现异常信号之前既能检测颈髓的较为早期的损伤，DTI较常规MRI检测脊髓慢性损伤更敏感，尤其是FA值的变化能更早、更精确地发现脊髓型颈椎病的脊髓病变，有助于临床医生选择最佳的治疗方法，同时可以为手术治疗赢得时间。DTI是全新的量化功能影像学方法，对CSM脊髓慢性损伤的诊断和治疗方案的制定具有重要的指导意义。

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(本文编辑: 黎永滨)

Comparation Between DTI and Conventional MRI in Spinal Cord Damage in Cervical Spondylotic Myelopathy

LIU Tao1, WEN Zhi-bo2, CAI Han-shou3, et al.

R445.2

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2014.03.30

2014-05-25

温志波