多模态MRI在颈椎间盘源性疼痛的研究进展

2019-03-19马鸣岳

国际医学放射学杂志 2019年1期

杨倩马鸣岳王渊*

颈椎病（cervical spondylosis disease，CSD）指由颈椎间盘退变（cervical intervertebral disc degeneration，CIDD）、颈椎椎体骨质增生和颈部的急慢性损伤等因素刺激或压迫邻近脊神经根、椎动脉、交感神经或脊髓而引起的一组疾病。其中，神经根型颈椎病（cervical spondylotic radiculopathy，CSR）是最常见的引起颈椎源性疼痛的颈椎疾患之一，即神经根遭受刺激、压迫而导致颈肩背部疼痛，对应上肢及手放射性疼痛、麻木、无力为主要临床表现的一类疾病。由于颈部解剖结构复杂，神经血管间关系密切，故引起神经根型颈椎病的因素很多，其中颈椎退行性变最为多见，其次为CIDD、颈部软组织损伤、颈椎其他病变（如炎症、结核和肿瘤）。在中青年CSR病人中，CIDD是颈椎源性疼痛的主要病因。

1 CIDD病人颈椎间盘局部形态和信号异常

MRI能够早期识别椎间盘退变，是评估椎间盘形态、信号改变最准确的技术。CIDD尚无统一的评判标准。早期多应用Pfirrmann等[1]分级标准，即以T2WI上椎间盘高度、内部结构、髓核与纤维环界限以及椎间盘信号为依据，但此分级系统主要针对腰椎间盘退变病人，且对于轻度椎间盘退变评估能力较差。在此基础上，Kolstad等[2]建议以椎间盘高度为独立评价指标，辅以髓核信号强度、椎间盘脱垂、邻近椎体骨髓信号改变，从而进行综合判断，但该方法分类复杂、各级间差别模糊，且缺乏与临床治疗有关的信息。Miyazaki等[3]通过大样本临床研究，对颈椎动态MRI改变与颈椎运动节段进行相关分析，提出髓核信号强度、髓核结构及分布、髓核与纤维环界限和椎间盘高度4项颈椎间盘分级评价指标，这4项指标评价结果重复性好，对手术方案制定的参考价值较高。由于上述三项研究均为半定量分级，无法对椎间盘退变进行绝对定量分级。而早期CIDD以髓核含水量和蛋白聚糖减少为著，需要敏感性高的MRI技术来检测早期椎间盘退变的生化改变。T2mapping序列能对椎间盘进行定量研究，测量出兴趣区的T2值，进而准确评价椎间盘的物质组成，准确识别早期CIDD[4]。Chen等[5]对70名无症状年轻人的颈椎间盘T1、T2WI和T2mapping影像进行独立T2mapping分级和Pfirrmann分级。其中，无症状年轻人多处于PfirrmannⅠ～Ⅱ级，髓核T2值均明显高于同层面纤维环T2值，并且髓核T2值与Pfirrmann分级呈显著线性负相关；此外，颈2-3到颈4-5髓核T2值逐渐减少，而颈4-5到颈6-7髓核T2值逐渐增加，以颈6-7椎间盘髓核T2值最大；颈2-3到颈6-7纤维环T2值逐渐增加。目前认为，T2mapping具有可定量分析、敏感性高等优势，矢状面T2mapping有可能代替传统的CIDD分级，成为评估各种治疗手段的新方法。崔等[6]也证实T2mapping对CIDD诊断价值较高。与T2mapping不同，T2*mapping可以较好地显示软骨组织结构，因而能用来检测早期椎间盘退变[7]。张等[8]采集病人MR影像分别进行Pfirrmann分级和T2*mapping分级，发现病人多处于PfirrmannⅢ～Ⅴ级；分级越高，髓核T2*值越低，证明T2*mapping能够早期识别椎间盘退变并准确分级，从而优化治疗策略。

2 CIDD病人脊髓和大脑结构、功能及代谢异常

2.1 脊髓

2.1.1 白质异常扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是目前唯一在体研究白质微结构的成像方法，通过检测组织中水分子扩散特性来反映白质完整性。由于脊髓型颈椎病早期手术成功率更高，早期诊断尤为重要。Kara等[9]采集颈椎病组（脊髓T2WI序列无高信号）和健康对照组的DTI数据，在脊髓最狭窄水平和正常水平测量其ADC值和FA值，比较相应层面脊髓ADC值和FA值的差异并分析DTI相关参数是否与病程有关，结果发现与健康对照组相比，颈椎病组DTI各项参数均有改变，脊髓最狭窄水平的FA值显著降低，而ADC值显著增加，但DTI各项参数与病程无相关关系，由此初步提出在T2WI未检测出高信号之前，DTI能够发现脊髓的信号改变，从而可以指导临床治疗。颈椎病病人脊髓受压程度与临床症状关系常不密切，常规MRI诊断价值有限，DTI对脊髓的细微病理变化更为敏感。为了分析颈髓DTI在脊髓型颈椎病检出的应用价值，Kerkovsky等[10]采集颈椎病组（根据有无脊髓相关症状区分亚组，有症状组接受电生理检查）和健康对照组的脊髓DTI数据，包括未受压的颈2-3水平、最大受压水平的ADC和FA值，矢状面椎管直径，脊髓横截面积，最大受压水平T2值，发现病人组和健康对照组最大受压水平的脊髓DTI参数均有显著差异，在非受压水平未见差异。与无症状组颈椎病病人相比，有症状组最大受压水平的脊髓FA值降低、ADC值增高。对比常规MRI参数和电生理结果，DTI具有更好的临床亚组鉴别能力，对于区分脊髓型颈椎病亚组具有重要的临床意义。

2.1.2 代谢异常磁共振波谱成像（M RS）是目前唯一一种能够进行无创活体组织器官物质代谢、生化变化以及化合物定量分析的研究方法。MRS利用核磁共振现象及化学位移作用，探测组织中各化合物分子及元素的含量，从而了解组织器官的物质代谢及功能变化，对一些疾病的病理生理改变、早期诊断、预后及疗效判断和评估都具有非常重要的意义。以往有关脊髓型颈椎病（cerv ical spondylotic myelopathy,CS M）的影像研究大多集中在脊髓的宏观结构上，近年来应用已经扩展到代谢水平。Holly等[11]利用MRS对CSM病人脊髓生化指标进行检测，纳入的CSM病人和健康对照均行术前神经系统检查和功能评估，同期进行颈椎MRS检查，研究将兴趣区置于颈2脊髓内，主要测量N-乙酰天冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、肌酸（Cr）、乳酸（Lac）等波峰，发现CSM病人组的NAA/Cr明显低于正常对照组，但两组间Cho/Cr差异无统计学意义；与对照组相比，病人组有7例出现Lac峰。病人组脊髓症状严重程度与NAA/Cr无相关关系。该研究证实MRS可用于评价CSM病人脊髓细胞生化功能，CSM病人NAA/Cr比值明显低于健康对照组，可能是由于轴突和神经元丢失所致，1/3的CSM病人出现Lac峰进一步支持了缺血在CSM病理生理学中的作用。

2.2 大脑

2.2.1 灰质异常基于体素的形态学分析（vo xelbased morphometry,VB M）是一种基于体素水平对MR高分辨力3D T1脑结构像进行自动定量测定的方法，可以获得全脑和局部灰质、白质及脑脊液体积，从而研究全脑或局部脑区结构差异的相关信息[12]。通常用灰质体积或灰质密度来评定，灰质密度是神经影像形态学研究中间接反映灰质体积（grey matter volume,GMV）增加或缩小的一个指标，将个体脑容量拉伸或压缩到标准脑模板，这时每个体素内的灰质含量就会发生改变，采用VBM技术可以测量灰质密度。慢性疼痛病人普遍存在脑内形态学异常，如偏头痛、三叉神经痛、肠易激综合征、痛经等病人均存在岛叶、扣带回前部及中部、丘脑、前额叶等脑区的GMV不同程度减少，而这些脑区被学术界普遍认定为痛觉矩阵核心脑区[13-16]。Yu等[17]分析CIDD相关性大脑形态学改变，但可能由于样本量少、纳入病人情况混杂（病人均拟诊为颈肩痛，病因未详细区分）等因素，CIDD病人与健康对照组GMV之间未发现差异。Woodworth等[18]通过采集颈椎病病人和正常对照组高分辨3DT1WI影像和临床相关量表，分析2组之间皮质厚度、皮质下灰质体积、改良日本骨科评分（mJOA，即评价神经功能损害的严重程度）、颈椎功能障碍指数（NDI，反映颈部疼痛的严重程度）的相关性，发现病人组额上回、前扣带回、楔前叶皮质厚度减少、壳核体积萎缩、神经功能障碍等与疼痛症状加重有关，其中左侧楔前叶厚度、双侧壳核体积与mJOA评分呈明显负相关，左侧楔前叶、岛叶、右侧壳核与NDI评分亦呈明显负相关；此外，布罗德曼3a、4a、4p与mJOA评分呈中度负相关，从而提出颈椎病病人在感觉运动和疼痛处理相关脑区的皮质变薄，皮质下灰质萎缩，其灰质结构异常的严重程度与神经系统功能损害和疼痛加重关系密切。

2.2.2 脑功能异常目前应用较广的血氧水平依赖功能MRI（BOLD-fMRI）是以内源性血红蛋白作为对比剂，具有无创性、无辐射及可重复等特点，在脑功能研究领域具有不可比拟的优势[19]。BOLD-fMRI分为静息态功能MRI和任务态fMRI，前者不考虑受试者执行任务能力的差异，临床上简单易行；后者不仅与受试者执行任务能力的差异有关，而且检查时间较长，临床应用有一定程度的限制。静息态功能 M RI（resti ng-state MRI,rs-fM RI）包括局部一致性（regional homogeneity,ReHo）、脑功能连接（functional connectiviy，FC）、独立成分分析（independent component analysis，ICA）等数据处理方法。Yu等[17]应用ReHo分析慢性颈痛病人组和健康对照组脑功能活动的差异，发现2组后扣带回、楔前叶、顶下小叶、内侧前额叶皮质ReHo值均显著高于全脑均值；病人组左侧岛叶、额上回、中扣带回、辅助运动区、右侧中央后回、顶上小叶多个脑区ReHo值均较对照组显著降低，而两侧额中回ReHo值有所增加。张等[21]分析了慢性颈痛病人经中医推拿治疗前后的BOLD数据和颈椎病相关量表评分，应用ICA方法提取出默认网络（default mode network,DMN），采用支持向量机方法寻找区分治疗前后DMN最有效脑区，进而分析最有效脑区与临床量表的相关性，发现左侧中央后回、右侧顶上及顶下小叶、右侧额中回前部等脑区激活程度增强与病情好转呈正相关，而额中回眶部、额下回、左侧舌回、右侧梭状回、右侧楔前叶等脑区激活程度减弱与病情加重呈正相关，推测中医推拿治疗可能通过增强DMN与感觉和执行网络相关脑区的连接，抑制DMN与认知、视觉及记忆中枢的联系而改善临床症状。为了探索大脑的rs-fMRI中FC与颈椎病病人神经功能损害之间的关系，Woodworth等[22]采集颈椎病组（有或无脊髓损伤）和健康对照组的功能影像和mJOA量表，并将FC与年龄和mJOA评分进行相关分析，发现颈椎病组神经功能损害加重，其大脑感觉运动区域，包括中央前回、中央后回、辅助运动区的FC增强，前扣带回与辅助运动区、丘脑和小脑的FC与神经功能损害呈正相关；同样，双侧楔前叶和后扣带回与丘脑、小脑和壳核的FC也随着mJOA评分的增加而增强，从而提出神经功能损害的颈椎病病人与慢性创伤性脊髓损伤病人的大脑功能连接变化相似，病人神经损害加重，感觉运动区域的FC随之增强，前、后扣带回和额叶与小脑、壳核和丘脑的FC减弱。Beinert等[23]对1例颈痛、颈椎左旋受限的病人进行任务态fMRI研究，发现该病人在无注意力分散、颈椎转向疼痛侧时，初级躯体感觉皮质、丘脑、岛叶、前扣带回、初级运动皮质、前额叶皮质、后扣带回激活程度均高于颈椎转向非疼痛侧，推测病人大脑功能活动可能与颈椎姿势有关。