DTI在腰椎间盘突出症神经根受卡压中的应用

施梦烨,滕皋军

(东南大学附属中大医院 放射科，江苏 南京 210009)

目前，腰椎间盘突出症的发病率愈来愈高，下腰痛已成为当今世界最为普遍、代价最高的健康问题之一[1]。有研究人员报道腰椎神经根中最常受累的是L5神经根(75%)，其次是L4(15%)、L3(5%)、L2(4%)神经根[2]。

自从影像学技术应用于检测腰椎间盘突出症以来，经过影像学的飞速发展，愈来愈多的影像技术例如X线、CT、脊髓造影、MR成像等被应用于腰椎间盘突出症的诊断。其中，磁共振通过多重对比，如T1、T2加权成像的对比具备多维成像能力、高的空间分辨率和好的解剖显示作用，被认为在诊断腰椎间盘突出症方面敏感性优于其他检查，甚至优于脊髓造影与CT的联合使用[3]，故而成为评价脊柱的主要影像学技术[4]。然而，不幸的是尸检、脊髓造影、CT、MR都显示出了在许多没有腰背痛的患者中存在腰椎间盘突出症[5- 6]，由髓核引起的神经根炎症而不伴神经根受压的情况也被详细描述过[7]。这就意味着腰椎间盘突出症的MR表现与患者的临床症状间存在差异性，MR对于腰椎间盘突出症的诊断缺乏特异性。因此，能将影像学表现与腰椎间盘突出症临床症状结合起来的新的影像学技术正被迫切需要[6- 7]，而腰椎的弥散张量成像(DTI)被认为可以提高诊断的特异性[4]。

DTI技术由Basser等在1994年首次被提出[8]，此后被广泛用于证实脑、脊髓及各种器官包括肝、心、关节软骨等的微结构改变[9- 10]。最近，DTI开始被用于评价和诊断多发性硬化[11]和周围神经受压紊乱如腕管综合征[12]、新生物存在时的臂丛神经状况[13]等。因为DTI成像技术除了可以提供神经纤维束信息，还允许对神经微结构及功能进行探测[14]。最近，Eguchi 等已开始将DTI技术应用于腰椎神经根的研究中[6- 7]。结果表明,DTI在评价腰椎神经根疼痛方面是一种有价值的技术[6- 7,15]。

1 DTI的原理

DTI是一种以组织中水分子扩散各向异性为基础的功能磁共振成像[16]，它是弥散张量追踪成像的一种延伸，当水分子与组织相互作用时DTI能够敏感地检测到水分子的运动，这样就可以反映出当时的结构环境[17]。因为水分子在组织中是随机运动的，即进行布朗运动[17]，并且水分子弥散的改变常常是领先于传统MRI上的形态学变化的[4,7]。

在DTI中，使用一些列弥散梯度能够决定3个独立方向的向量[17]。与垂直于主要纤维的方向相比，沿着平行于轴突纵轴方向水分子的弥散要迅速7倍之多[17]。垂直于轴突方向的限制水分子运动的结构包括髓鞘、轴突膜和轴浆内的神经纤丝[17- 18]。目前，DTI有4个最常用的测量方式，这4个测量方式衍生于3个本征向量，这3个本征向量定义了在每个体素中的弥散椭圆体[17]。每个体素的本征向量可以被测量[17]，这3个本征向量用e1、e2、e3表示,其中主本征向量e1与水分子扩散最强方向平行。

本征值是这3个本征向量的长度等级，并且代表着在3个原理方向的弥散等级、弥散系数[17]。3个本征向量对应的本征值则用λ1、λ2、λ3表示，λ1、λ2、λ3的描述通常借助椭球体的3个直径，3个值大小分别代表椭球体最长径(最长轴)、前后径(中问轴)和左右径(最短轴)的弥散强度。弥散椭圆球的最长轴代表最大的弥散值和方向，而最短轴则代表最小弥散值和方向。如果这3个本征值是相同的，这种弥散模式就称之为各向同性弥散，此时弥散张量就可以视为一个球体[19]。

平均弥散(MD)是一个体素内弥散总量的数量测量，为MRI体素内各方向扩散幅度的均值，并且作为所有弥散张量的3个本征向量的平均值被测量，代表某一体素内水分子扩散的大小或程度，主要反映扩散的速度而忽略各向异性[17]。一般情况下ADC和MD是相同的[16]。

各向异性分数(FA)是指扩散各向异性占所有扩散的比值，它是3个弥散张量本征向量的加权平均[17],它的大小介于0～1之间[16]，FA可以反映水分子扩散的主要方向。FA值趋于0表示扩散趋于各向同性，表明纤维束被破坏或发育不成熟，细胞膜、髓鞘以及轴索方向的一致性被破坏或不完整；而FA值趋于1表示扩散趋于各向异性，表明纤维束的细胞膜、髓鞘以及轴索具有良好的完整性，且发育良好[20]。也就是说组织结构排列越规律紧密，组织的各向异性越强，各向异性系数越大[8]。

MD=(λ1+λ2+λ3)/3

2 腰椎间盘突出症的DTI研究

Julio Carballido- Gamio等报道了在1.5 T和3.0 T MRI中腰椎的单激发快速自旋回波弥散张量成像(Single- shot fast spin- echo diffusion tensor imaging，DTI- SSFSE)的应用。文中指出，在1.5 T和3.0 T MRI中DTI- SSFSE的统计数据证实了在计算腰椎间盘ADC值方面，DTI与线性扫描弥散成像(line scan diffusion imaging，LSDI)执行的一样好，但是获得多层面图像具有更短的获得时间，可以使扫描时间缩短4 min。但是，速度的加快伴随着新的问题：一个分布更广泛的ADC值及更低的信噪比。当然，在3.0 T MR上，DTI- SSFSE成像在保留ADC值准确性上具有更高的空间分辨率，其信噪比亦可被提高[4]。

Jean- F ranεois Budzi k等报道了降低的视野(reduced field of view)较全视野(full field of view)在3.0 T MR上能显示出更高质量的腰椎神经根图像[15]。如果没有降低的视野，所获图像会被伪影所影响，导致图像扭曲、质量下降，甚至不能进行神经纤维束的示踪成像[15]。此外，降低的视野也会使信噪比更加均匀[15]。

Eguchi等报道：在3.0 T MRI中，使用DTI和示踪成像技术能够看到腰椎神经根，显示神经纤维束，并能测量健康志愿者和腰椎间孔狭窄患者神经根的FA值，从而定量评价椎间孔狭窄时的神经根受卡压的情况[6- 7]。文章指出，比起完整的神经根，受到卡压的神经根会表现出更低的平均FA值[6]，表明由于受卡压在组织中引起水肿，导致组织中的弥散表现出更高的等向性，从而创造出一种等向性环境和FA值的降低[6- 7]。在有着椎孔狭窄的患者中将感兴趣区域放置在椎孔的近端和远端，由于FA值的降低，在椎孔中的神经纤维束则不可见；这样，纤维束示踪成像技术就能够看到腰椎神经根纤维束的断裂、神经的狭窄及通过神经根孔的凹陷切迹，通过这些解剖及精确的神经卡压定位信息可以帮助临床外科医生制定手术计划。因而，作者相信DWI在诊断腰椎神经根受卡压方面会是一种有潜力的工具[6]。

3 总 结

DTI在腰椎间盘突出症的神经检测研究中仍存在以下局限性：(1) 目前的相关研究均是小样本研究；(2) 由于术中金属器械的植入产生伪影大，术后无法重复试验；(3) 由于部分容积效应，弥散的各向异性会变得等向性，并且方向信息亦容易丢失；(4) 在椎管狭窄的患者行纤维束示踪成像后所呈现的神经纤维束的明显不可见并不能确定就是纤维束的缺失或是患者发生瘫痪，仅是存在等向性改变及FA值的降低[6]。尽管如此，DTI依然被认为是诊断腰椎间盘突出症所致神经根卡压的一种潜在的、具备临床实用性的影像技术[6- 7, 15, 22]。因此，更多DTI关于腰椎间盘突出症神经根受卡压的研究正迫切需要实施，以确认这项新技术在该疾病方面的应用。

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