不同程度脊髓神经型布鲁菌病性脊柱炎的磁共振DTI图像特点及其临床意义研究

2020-06-08刘远高李昌松付哲祥李玉辉李杰平

中国医学装备 2020年5期

刘远高李昌松付哲祥李玉辉李杰平*

布鲁氏杆菌病是由布鲁氏菌引起的人畜共患性全身性传染病，主要表现为持续发热、多汗、关节酸痛及肝脾淋巴结肿大[1]。布鲁氏菌是一种微小的革兰氏阴性多形性球杆菌，当人体感染后其可广泛侵袭人体各个器官及组织，导致多器官脏器病理性改变。布鲁杆菌性脊柱炎(brucella spondylitis，BS)是布鲁氏菌侵及脊柱引起椎间盘或椎体发生感染的疾病，主要表现为发热、多汗及腰痛，因其较为少见且其临床症状与结核性脊柱炎相似，易发生误诊和误治[2-3]。目前，临床尚未有BS统一诊断标准，主要借助流行病史、临床表现、实验室检查及影像学检查确诊[4]。传统核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)仅能显示脊髓受压程度，无法评估受压类型及损伤程度。弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是由弥散加权成像进化而来，可提取活体神经纤维软组织的纤维轨迹，直观反映神经纤维束病理改变，弥补了传统MRI检查不足[5-6]。脊髓神经型BS累及椎管后可导致脊髓或神经根压迫造成脊髓白质损伤。本研究旨在探讨不同程度脊髓神经型BS患者的DTI特点及临床意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2017年3月至2019年3月汉川市人民医院CT室收治的80例不同程度脊髓神经型BS患者并纳入BS组，其中男性52例，女性28例；年龄22～38岁，平均年龄(26.42±2.16)岁。根据美国脊髓损伤协会(American Spinal Injury Association，ASIA)制定的脊髓损伤神经学分级，将所有患者分为A级(6例)、B级(18例)、C级(26例)、D级(20例)和E级(10例)。另选取同期在医院体检合格的42名健康体检者纳入健康对照组，其中男性32名，女性24名；年龄22～42岁，平均年龄(26.58±2.18)岁。所有纳入者对本研究均知情并签署同意书；本研究经医院医学伦理委员会批准。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①符合布鲁杆菌病诊断标准；②符合脊髓神经型布鲁杆菌性脊柱炎诊断标准；③未进行相关治疗者；④仅表现为腰椎受累。

(2)排除标准：①病历资料不完整；②影像学图像不清晰；③有结核病史、强直性脊柱炎、脊柱畸形；④有脊柱外科手术史。

1.3 仪器设备

采用Signa HDxt型3.0T磁共振扫描仪(美国GE公司)；ADW4.2工作站(美国GE公司)。

1.4 检查方法

(1)扫描序列：所有入组者均先进行常规MRI扫描，后进行DTI序列扫描，扫描位置为腰椎。

(2)常规影像学MRI扫描检查：①矢状位T1加权像(T1weighted image，T1WI)扫描参数，重复时间(repetition time，TR)为400 ms，回波时间(echo time，TE)为11 ms，层厚为3 mm，层间距为1.0 mm，视野(field of vision，FOV)为280 mm×280 mm，矩阵为352×224，激励次数2次；②矢状位T2WI扫描参数，TR为2600 ms，TE为102 ms，层厚为3 mm，层间距为1.0 mm，FOV为280 mm×280 mm，矩阵为352×224，激励次数2次；③轴状位T2WI扫描参数，TR为3300 ms，TE为102 ms，层厚为3 mm，层间距为0 mm，FOV为160 mm×160 mm，矩阵为288×224，激励次数2次。

(3)DTI序列扫描：采用单次激发回波平面成像(single-shot echo planar imaging，SS-EPI)技术，层激脉冲前施加饱和预脉冲。取仰卧位，头先进双手置于身体两侧，身体长轴与床面长轴保持一致，检查时嘱其平静呼吸，避免移动头颈部和吞咽动作。分别进行矢状位和轴位扫描，TR为5000 ms，TE为82 ms，层厚为3 mm，层间距为0 mm，FOV为240 mm×240 mm，矩阵为128×128，激励次数4次，梯度方向15个，扩散敏感梯度值(B factor，b)取0和600 mm2/s。

(4)图像处理：将MRI图像信息输入ADW4.2工作站，利用FuncTool软件对DTI图像进行后处理。选取图像最大层面调整最佳阈值后计算各节椎间盘轴位图的表观弥散系数(apparent dispersion coefficient，ADC)和各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值。ADC计算为公式1：

式中SI为DWI图上组织信号强度。

FA值计算为公式2：

1.5 观察与评价指标

(1)图像判定：所有图像均由2名临床经验5年以上医师进行分析，结果出现分歧时由科主任进行复阅，最终结果以少数服从多数为准。

(2)ASIA损伤分级：①A级，完全性损害，骶段无任何感觉运动功能保留；②B级：不完全性损害，神经平面以下包括骶段存在感觉功能，无运动功能；③C级：不完全性损害，神经平面以下存在运动功能，大部分关键肌肉肌力＜3级；④D级：不完全性损害，神经平面以下存在运动功能，大部分关键肌肉肌力≥3级；⑤E级：正常，感觉与运动功能正常。

(3)评价指标：观察BS组各级别患者常规MRI及DTI扫描图像，比较图像ADC和FA值，分析ADC和FA值与BS严重程度相关性，绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线，计算ROC曲线下面积(area under curve，AUC)，分析其对BS严重程度的诊断价值。

1.6 统计学方法

采用SPSS20.0软件对数据进行统计分析，计量资料用均值±标准差(±s)表示，符合正态分布采用配对t检验。计数资料用频数(%)表示，采用x2检验，ADC和FA值与BS严重程度相关性采用Pearson分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组MRI图像特点

健康对照组的正常脊髓、椎体及椎间盘未见信号异常；而BS组脊髓神经型BS患者T1WI呈低信号，T2WI呈高信号，见图1和图2。

图2 脊髓神经型BS患者MRI图像

2.2 两组DTI图像特点

(1)健康对照组：正常ADC图中脊髓呈均匀蓝绿色信号，周围脑脊液呈均匀红色信号，见图3。

图3 正常DIT参数图

(2)BS组：随着病情加重，ADC图中颈髓由蓝绿色信号变为绿色，见图4；FA图中颈髓由均匀红色信号变为浅黄色，见图5。

图4 脊髓神经型BS患者ADC图

图5 脊髓神经型BS患者FA图

2.3 BS组各级别患者ADC与FA值比较

(1)BS组A级、B级、C级、D级和E级患者ADC值明显高于健康对照组，差异有统计学意义(t=11.942，t=14.593，t=13.640，t=9.611，t=4.385；P＜0.05)；FA值明显低于健康对照组，差异有统计学意义(t=17.765，t=21.628，t=17.189，t=9.816，t=3.834；P＜0.05)，见表1。

表1 两组ADC与FA值比较(±s)

注：表中ADC为表观弥散系数；FA为各向异性分数

(2)BS组ADC值中A级与B级、B级与C级、C级与D级、D级与E级比较，差异有统计学意义(t=2.738，t=4.407，t=5.594，t=7.766；P＜0.05)；BS组FA值中A级与B级、B级与C级、C级与D级、D级与E级比较，差异有统计学意义(t=4.316，t=6.879，t=11.020，t=14.841；P＜0.05)。

2.4 ADC和FA值与脊髓神经型BS严重程度相关性

ADC值与脊髓神经型BS严重程度呈正相关(r=0.894，P＜0.05)；FA值与脊髓神经型BS严重程度呈负相关(r=-0.874，P＜0.05)。

2.5 ADC和FA值对BS严重程度的诊断价值

ADC值诊断BS严重程度的特异度、灵敏度、阴性预测值、阳性预测值及截断值分别为50.00%、97.44%、60.09%、95.13%和0.22；FA值诊断BS严重程度的特异度、灵敏度、阴性预测值、阳性预测值及截断值分别为74.16%、92.11%、78.03%、90.28%、1.63，见表2。

表2 ADC和FA值对BS严重程度的诊断价值

通过ROC曲线分析得出，ADC与FA值诊断BS严重程度的AUC值分别为0.847和0.788，见图6。

图6 ADC和FA值对BS严重程度的诊断价值(ROC曲线图)

3 讨论

随着畜牧业的发展及家养宠物的增加，BS发病率呈逐渐上升趋势[8]。脊柱炎作为布鲁氏菌病严重并发症，严重影响患者生理及心理健康[9]。BS早期临床表现不明显且易与脊柱结核、椎间盘突出等脊椎病混淆，随着病程延长脊髓受压可导致神经损害延误疾病康复[10]。根据影像学特征可将BS分为椎体炎型、椎间盘炎型、骨膜炎型、椎旁脓肿型及脊髓神经型，其中脊髓神经型病变已侵及脊髓或神经根，若未得到及时准确治疗可导致瘫痪等严重后果[11]。早期、及时且准确的诊断对脊髓神经型BS患者预后具有重要意义。

DTI为新发展的影像学技术，在弥散加权成像基础上实现了对活体组织观察其组织结构的完整性和连通性，有利于诊断各种原因引起的白质纤维束损害，同时可评估其损害的程度及范围[12]。本研究结果发现，脊髓神经型BS患者以腰椎损伤为主，其传统MRI表现为T1WI呈低信号，T2WI呈高信号，表明患者脊椎中有炎症反应且组织有纤维化改变。人体组织水分子运动受组织细胞结构影响具有各向异性[13]。DTI利用水分子弥散的各向异性进行成像，通过ADC及FA值可对病灶进行定量分析。本研究结果显示，随着病情加重脊髓神经型BS患者ADC图中颈髓由蓝绿色信号变为绿色，FA图中颈髓由均匀红色信号变为浅黄色，不同病程及正常脊柱间DTI参数图像有差异，DTI可作为脊髓神经型BS的诊断指标。ADC值可反映单位时间内某一体素水分子扩散范围，其值越大表明水分子扩散能力越强。李光纪等[14]通过研究发现，ADC值在诊断脊柱转移瘤和感染性病变具有较高临床价值。FA值与髓鞘完整性及纤维致密性和平行性有关，其值越大表明水分子各向异性程度越高。本研究结果显示，BS组各级别患者ADC值明显高于健康对照组，FA值明显低于健康对照组，且BS组各级别患者间ADC和FA值有差异，表明神经根受压可出现脱鞘现象，影响神经纤维走行，使其垂直方向水分子运动增强，水平方向水分子运动减弱。BS组各级别患者腰椎脊髓神经受压程度不一，本研究结果显示，ADC值与脊髓神经型BS严重程度呈正相关，FA值与脊髓神经型BS严重程度呈负相关，表明随着病情加重神经纤维中水分子运动由椭圆轨迹逐渐转变为圆形纤维束各向同性增加，同时压迫可致神经根水肿变形使细胞膜通透性增加引起水分子扩散运动增强。本研究通过ROC分析得出，ADC和FA值对不同程度脊髓神经型BS的诊断效能均＜0.7，表明DTI检查可成为不同程度脊髓神经型BS的诊断指标。