脊髓型颈椎病患者减压术后躯体感觉传导纤维损伤的纵向研究

吴开富，何来昌，谭永明

作者单位：南昌大学第一附属医院影像科，南昌 330006

脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)患者由于颈椎椎体、椎间盘、韧带等组织病变继发颈髓受压而出现各种症状及体征[1-3]。如何能够早期、精准判断脊髓损害程度对于CSM患者手术时机决断及其预后具有重要的临床意义，评估脊髓型颈椎病手术干预时机目前研究仅仅局限于颈髓损伤层面，但是远端轴突及髓鞘甚至大脑的继发性损伤对神经功能保持、术后神经康复效能至关重要。扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技术在不同方向上使用多个扩散敏感梯度来量化水分子扩散的各向异性，它已被用于神经纤维束成像和定量分析脑组织微观结构改变[4]。丘脑内部含大量的上行、下行感觉纤维，是躯体感觉传导中继站，因此，本研究以中央后回、丘脑、中脑作为种子点，探究感觉传导通路相关的皮质丘脑束及丘脑脊髓束微细结构改变，分析其与CSM患者术前感觉功能障碍、术后感觉传导神经康复的关系。

1 材料与方法

1.1 一般资料

搜集2015年9月至2018年5月间我院就诊，参考2008年第三届全国颈椎病专题专题座谈会制定的颈椎病诊断标准诊断为CSM的患者，其中男13例，女14例，共27例，年龄30～59 (47.50±7.01)岁，均无其他中枢神经系统疾病、无颅脑或脊髓外伤病变、无磁共振检查禁忌证者，设为实验组。随机选取27名健康志愿者作为对照组，性别、年龄、受教育程度均匹配，无脊髓压迫症状和影像改变，无其他中枢神经系统疾病、无颅脑或脊髓外伤病变、无磁共振检查禁忌证。对照组和实验组在年龄、性别等方面无统计学差异(P＞0.05)(表1)。所有受试者进行JOA评分及NDI评分测试，术前CSM患者JOA平均得分(11.16±2.21)，NDI平均得分33.25%±11.06%。对照组JOA平均得分17，NDI平均得分5%。所有受试者均无MR检查禁忌证，且均为右利手。检查前已告知所有受试者研究目的及详细方法，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 磁共振扫描

使用16通道相控阵头线圈在3.0 T Trio,Siemens，Erlangen扫描仪上采集MR图像。受试者进行扫描时保持清醒，眼罩遮眼，固定头部，双耳置入海绵套静音塞，嘱保持头部勿动。T1解剖结构像参数及序列如下：采用3D梯度回波(three—dimensional spoiled gradient recalled acquisition，3D SPGR) T1WI序列采集，TR 1900 ms，TE 2.26 ms，反转角9°，层厚1 mm，层间距1 mm，矩阵256×256，视野(field of view，FOV) 250 mm×250 mm，体素大小1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，获得176层全脑矢状位连续解剖图像。DTI数据采用单次激发平面回波成像(echo-planar imaging，EPI)序列轴位扫描，层数为65层，层厚2.5 mm，TR 7200 ms，TE 104 ms，NEX为1次，矩阵128×128，视野230 mm×230 mm，施加32个非线性扩散梯度(b=0、1000 s/mm)，扫描持续时间为8 min 15 s。

1.3 数据处理

(1)使用基于Linux平台的FSL5.1软件(http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fsl)对所有DTI数据进行图像预处理，步骤如下：①图像转化；②涡流校正；③剥脑，去掉颅骨及头皮等非脑组织，以减少DTI拟合和追踪过程中的运算量并提高配准的准确性；④扩散指标计算，获得每个体素的部分各项异性(FA)、平均扩散量(MD)值和扩散本征值(MD)；⑤空间配准，将所得个体空间的DTI数据配准至蒙特利尔神经病学研究所标准空间。(2)设置双侧中央后回、丘脑、中脑为mask，然后对双侧中央后回、中脑、丘脑进行重采样。(3)将MRIcroN软件转换后的DTI数据导入Diffusion Toolkit 0.6.4 (http://trackvis.org/dtk)及Track Vis 0.6.1 (http://www.trackvis.org/)软件进行FACT算法及重组参数处理，在统计参数图谱(statistical parametric mapping，SPM8)软件下对重采样后的皮质、丘脑、中脑进行空间标准化、逆转换等处理，经Diffusion Toolkit软件处理后得出的相关数据载入Track Vis 0.6.1，加入皮质、丘脑、中脑Mask，记录同时通过皮质、丘脑的track (皮质丘脑束；图1)及同时通过丘脑、中脑的track (丘脑-中脑束；图2)的表观扩散系数(ADC)、部分各向异性分数(FA)、平均扩散系数(MD)。

1.4 统计学分析

图1 丘脑皮质束差异图 Fig. 1 The diagram of the thalamocortical tracts.

图2 丘脑中脑束差异图 Fig. 2 The diagram of the spinothalamic tracts.

2 结果

术前CSM组、健康对照组、术后CSM组的DTI参数均值、标准差及组间方差分析如表2，进一步组间两两比较：与健康对照组相比，术前CSM患者的丘脑皮质束及脊髓丘脑束的FA值均减低(P＜0.05)，丘脑皮质束及脊髓丘脑束ADC、MD值升高(P＜0.05)(图3，4)；术后CSM组丘脑皮质束较对照组FA值减低(P＜0.05)，脊髓丘脑束较对照组FA值升高(P＜0.05)，丘脑皮质束及脊髓丘脑束ADC、MD值较对照组无明显差异。术后6个月，术后CSM患者丘脑皮质束较术前FA值减低(P＜0.05)，脊髓丘脑束FA值较术前升高(P＜0.05)。

表1 受试者人口学资料统计表Tab. 1 Demographic information of participants

3 讨论

脊髓型颈椎病的脊髓损伤病理在于脊髓受压、物理损伤和脊髓血供障碍所致，继发一系列病理生理改变，包括轴浆流阻断、扭曲变形，脊髓炎症缺血，血管周围间隙出现脂质吞噬细胞；神经细胞损伤后，神经纤维束会沿其顺行方向发生轴突坏死、髓鞘崩解及神经胶质细胞增生等一系列变化，即发生顺行性变性，也称沃勒变性[5]。除沿纤维束顺行方向的远隔部位会发生顺行性变性外，其逆行方向的纤维束也会发生继发性损害，称为逆行性变性[6]。上方脊髓传导束甚至大脑的这些继发性变性可能是影像CSM患者术后神经功能康复的重要因素[7-8]。

表2 术前CSM组、健康对照组、术后CSM组组间感觉传导纤维的FA、ADC，MD值(×10-3 mm2/s, ±s)Tab. 2 FA, ADС, MD valuеs оf sеnsоry cоnductiоn fibеrs bеtwееn prеоpеrativе СSM grоup, hеalthy cоntrоl grоup and pоstоpеrativе CSM group (×10-3 mm2/s, ±s)

表2 术前CSM组、健康对照组、术后CSM组组间感觉传导纤维的FA、ADC，MD值(×10-3 mm2/s, ±s)Tab. 2 FA, ADС, MD valuеs оf sеnsоry cоnductiоn fibеrs bеtwееn prеоpеrativе СSM grоup, hеalthy cоntrоl grоup and pоstоpеrativе CSM group (×10-3 mm2/s, ±s)

分组 例数 丘脑皮质束 脊髓丘脑束FA值 ADC值 MD值 FA值 ADC值 MD值术前CSM组 27 518.54±11.77 0.94±0.01 1.52±0.03 339.49±39.90 1.11±0.18 1.54±0.18对照组 27 555.21±6.94 0.76±0.01 1.29±0.02 415.09±40.29 0.88±0.09 1.32±0.01术后CSM组 27 489.32±9.52 0.72±0.55 1.35±0.03 447.32±56.97 0.95±0.11 1.44±0.02 F值 318.360 3.675 524.045 38.408 21.405 29.872 P值 ＜0.001 0.03 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

图3 术前CSM组、健康对照组、术后CSM组组间丘脑皮质束纤维的FA (A)、ADC (B)、MD (C)值统计图(preCSM：术前CSM组；HC：对照组；postCSM：术后CSM6个月复查组) 图4 术前CSM组、健康对照组、术后CSM组组间脊髓丘脑束纤维的FA (A)、ADC (B)，MD (C)值统计图(preCSM：术前CSM组；HC：对照组；postCSM：术后CSM6个月复查组) Fig. 3 Thе cоlumn diagrams shоw thе rеsults оf multiplе cоmparisоns in thе thalamоcоrtical tracts fibеrs with significantly diffеrеnt FA (A), ADС (B), and MD (С) values among three groups (preCSM: preoperative CSM group. HC: healthy control group. postCSM: 6 months postoperative review of CSM). Fig. 4 The column diagrams shоw thе rеsults оf multiplе cоmparisоns in thе spinоthalamic tracts fibеrs with significantly diffеrеnt FA (A), ADС (B), and MD (С) valuеs amоng thrее groups (preCSM: preoperative CSM group. HC: healthy control group. postCSM: 6 months postoperative review of CSM).

MRI是目前脊髓解剖学成像的最佳方法，可通过形态学改变初步评估对脊髓受压损伤程度和预后。但其对脊髓病变的敏感性较低，T2加权像上脊髓内高信号多已处于临床晚期[9]，评价脊髓白质传导束的功能完整性尚需结合DTI[10]。DTI探测组织中水分子随机扩散的能力远超其他MRI技术，可无创定量评价活体神经纤维微结构变化，已广泛应用于评估神经损伤、神经退行性及脑血管疾病等，在脑缺血性疾病中的应用最为常见[11-15]。DTI能通过探测水分子在脊髓束的扩散来反映脊髓束的功能完整性。当脊髓发生轴突水肿、脱髓鞘等病理改变时，相关细胞会出现溶解现象，神经纤维的减少或细胞外的水肿会使细胞外的间隙明显加大，引起水分子的各向异性降低，同向性加大，导致DTI信号改变[16-17]。理论上认为，脊髓损伤的程度和轴突再髓鞘的修复过程可以通过DTI测量的ADC值和FA值来反映[18]。DTI技术的扩散指标可反映脊髓型颈椎病所致神经纤维束的继发性改变，包括MD值升高、FA值降低等。本研究CSM术前组脊髓丘脑束和丘脑皮质束的FA值均低于对照组，而脊髓丘脑束的ADC、MD值均高于对照组，提示脊髓型颈椎病可能存在逆行方向上纤维束的损伤。

丘脑由多个具有独立神经功能的神经细胞群组成，它直接参与躯体感觉功能，是皮质下最大的信息中继站、接收站[19]。笔者发现，CSM术前组脊髓丘脑束(丘脑至中脑段)FA值低于正常对照组，与Yoon等[20]关于脊髓损伤后轴突逆行性变性结果一致。FA值反映神经纤维束中水分子扩散的方向性，与髓鞘的完整性及平行性密切相关。ADC、MD值反映水分子整体扩散水平，与扩散方向无关[21]。丘脑皮质束和脊髓丘脑束FA值的升高与白质脱髓鞘变化有关，表明水分子在脊髓慢性损伤过程中扩散的各向异性降低，沿垂直纤维束走行方向扩散增强。而脊髓丘脑束ADC、MD值的降低与神经血管源性水肿相关，丘脑皮质束的ADC、MD的升高没有统计学意义。本研究术前CSM组脊髓丘脑束ADC、MD值升高，脊髓丘脑束和丘脑皮质束FA值降低，提示脊髓丘脑束及丘脑皮质束均发生继发性变性，且脊髓丘脑束较为明显。

减压术后，脊髓丘脑束FA值较术前升高，提示椎管减压后CSM患者脊髓丘脑束神经康复进展，可能存在受压迫的背侧和侧索存在出芽及纤维数量增加(轴突再生和髓鞘化)[22]。但是丘脑皮质束较对照组、术前组FA值均减低，与Guleria等[23]研究结果一致，即在脊髓慢性损伤期皮质脊髓束逆行变性FA值降低，术后丘脑皮质束神经损伤继续存在，提示原有透射纤维的失用及邻近皮质透射纤维的招募。

本研究的局限性：样本量较小，结果可能存在偏倚，以及缺乏临床感觉功能量表进行相关性检验，无法证明神经纤维束的病变与感觉功能损伤的联系。

结论：DTI数据值可以量化反映继发脊髓损伤远端神经微细损伤，对判断CSM病情及揭示病理生理机制有重要意义；CSM可致脊髓丘脑束及丘脑皮质束发生继发性、逆行性损害，减压术后丘脑皮质神经束康复效能不明显，但是术后脊髓丘脑神经束存在重塑。

利益冲突：无。