退行性颈脊髓病的影像学研究进展

陈国良 刘少喻

脊髓型颈椎病、颈椎后纵韧带骨化症和颈椎黄韧带骨化症等一系列非创伤性颈脊髓压迫疾病，是由颈椎退变导致颈椎管狭窄，使脊髓慢性受压，进而引起脊髓病症状和体征的一组症候群。2013年Fehlings等[1]提出将“退行性颈脊髓病”(degenerative cervical myelopathy，DCM)作为这一类疾病的统称，得到了广泛的认可。DCM是成年人中最常见的非创伤性脊髓功能障碍。随着全球人口老龄化的进展，DCM患病率呈逐年上升的趋势。有研究结果表明，大于65岁的人群中，超过70%存在影像学的颈椎管狭窄和脊髓压迫；而在这些存在影像学异常的人群中，约25%会出现脊髓受压症状[2]。DCM的诊断和治疗需要以患者病史、体格检查和影像学检查结果的综合评估为依据。影像学检查可以显示颈椎解剖结构的变化、脊髓受压的程度和脊髓内的病理改变，是DCM诊治中不可或缺的工具[3]。常用的影像学检查方法包括X线、CT扫描、常规MRI和定量显微成像MRI。另外，随着术中超声在DCM治疗中得到应用，脊髓超声影像特征和DCM神经功能的关系也开始备受关注。多种影像学指标被用于脊髓组织变性损伤程度的评价和诊断、手术计划的制定、DCM神经功能恢复的预测和术后疗效的评估等[4-5]。本文对当前DCM诊治中常用的影像学参数进行综述。

一、放射学检查

放射学检查主要包括X线平片和CT扫描，是通过不同组织对X线电磁辐射吸收率不同而成像。X线平片可以提供多个方向的颈椎二维视图，由于骨组织富含钙矿物质，X线平片可清晰显示椎体和周围组织的差异。X线平片在DCM的诊治中主要用于评价术前与术后颈椎的序列、矢状面平衡、稳定度、有无发育性椎管狭窄和内植物位置等，是DCM诊治中最基本的影像学检查[6]。术前的颈椎序列和矢状面平衡情况是影响术后疗效，尤其是后路手术疗效的重要因素。当前广泛应用于颈椎曲度和矢状面平衡评价的影像学指标包括C2-C7 Cobb角、C2-C7矢状面轴向垂直距离(sagittal vertical axis,SVA)和T1倾斜角等[7]。C2-C7 Cobb角的测量方法及临床意义已被大家熟知。C2-C7 SVA是指经C2椎体几何中心(或齿状突)的垂线至经C7后上角垂线的水平距离。T1倾斜角是指T1上终板延长线和水平线的夹角。术前的C2-C7 SVA和T1倾斜角都被认为是后路手术治疗DCM疗效和术后颈椎后凸畸形的重要预测因素[8]。C2-C7 SVA和T1倾斜角越大，则后路手术术后发生颈椎后凸畸形的概率越高[7，9]。在颈椎后纵韧带骨化的诊治中，术前颈椎曲度和骨化灶的大小是影响手术疗效的两个重要因素[10]。为了使用一个指标同时评价两个因素，Fujiyoshi等[10]在2008年提出了K线这一概念。K线是指在颈椎中立位的侧位X线像上C2和C7中点的连线，如果在侧位X线像上C7被肩部遮挡，则通过正中矢状位的T2W MRI测量这一连线。相比K线(+)(骨化灶向后没有超过K线)患者，K线(-)(骨化灶向后超过K线)患者术后神经功能恢复往往较差。目前K线已成为后纵韧带骨化症治疗中的重要评价指标。考虑到颈椎的活动情况，近年来有学者提出颈椎过屈位K线，发现颈椎过屈位K线(-)而中立位K线(+)的患者术后神经功能恢复情况同样较差[11]。

CT更多用于评价骨性椎管的发育、椎间盘及韧带的骨(钙)化、小关节增生、术后椎间融合和椎板成形术后门轴愈合等情况[12]。CT对骨性病变的诊断(例如后纵韧带骨化症的诊断及分型)作用明显优于MRI。当患者因禁忌证无法接受MRI检查时，CT可以作为MRI的一个重要补充检查。尤其是CT脊髓造影术，在评价DCM的脊髓受压和椎管大小等方面同样可以为临床提供重要的诊断信息。但由于MRI的普及，CT脊髓造影术在近年来应用较少。现有文献中研究较多的CT脊髓造影术参数包括脊髓横截面积、椎管占位率和受累节段等[13-15]。Waly等[13]在2017年发表的一项系统回顾(systematic review)研究中指出，当前关于CT脊髓造影术在DCM中应用的研究，多是关注影像学参数与术后神经功能恢复的关系，尚无关于影像学参数与术前症状严重程度相关性的研究。上述指标都与DCM术后神经功能恢复显著相关，脊髓压迫最重层面的横截面积越小、椎管占位率越大、受累节段越多，则术后神经功能越差[13-15]。近年来，也有学者采用动态CT脊髓造影术评价脊髓在颈椎不同体位下的动态受压情况[16]。有研究者发现，在颈椎屈曲时脊髓压迫加重，这一点在因后纵韧带骨化导致脊髓受压的患者表现尤为明显[17]。

二、常规MRI

常规MRI检查，不仅能清楚地显示椎管狭窄程度和脊髓受压情况，还能显示脊髓内的病理状态，是当前诊断和评估DCM最重要的影像学方法[18]。关于脊髓压迫的评估，学者提出了椎管最大侵占率(maximum canal compromise，MCC)、脊髓最大压迫比(maximum spinal cord compression,MSCC)、脊髓压缩率(compression rate,CR)和脊髓占位率(spinal cord occupation rate,SCOR)等指标。用于评价脊髓变性的指标则主要有T2W MRI高信号和T1W MRI低信号。上述指标与DCM术前和术后症状之间的关系引发了大量的研究，但其具体关系仍未明确。

对脊髓压迫的评价，主要考虑的是椎管的有效容积和脊髓的自身改变。MCC常用于评价DCM中椎管狭窄程度；MSCC常用于评价DCM中脊髓受压程度。当前文献中的MCC多为T2W MRI正中矢状面压迫最重层面前后径与非压迫层面脑脊液前后径的比值；而MSCC则是T2W MRI正中矢状面上压迫最重层面前后径与非压迫层面脊髓前后径的比值。这种测量和计算方法更加个体化，可以避免因患者体格差异而存在误差。与其他椎管狭窄评价方法相比，MCC的优点在于充分考虑了脑脊液在DCM发展中的重要性[19]。Nouri等[20]的研究结果表明，MCC和MSCC越小，则椎管狭窄或脊髓受压越严重，脊髓病症状出现的频率越高;同时他们还发现MCC主要与下肢症状和体征相关，而MSCC则与上肢症状和体征关系更为密切。很多学者认为分析MSCC和DCM神经功能的关系更有意义。脊髓受压被认为是DCM的重要病理改变，表明脊髓已经被干扰。脊髓受压诊断DCM的敏感性和特异性分别是100%和79.6%[21]。这意味着DCM患者总是有脊髓受压，而脊髓受压并不总是会出现脊髓病的症状。有学者对1 211名没有脊髓病症状的志愿者进行颈椎MRI扫描，发现64名存在不同程度的脊髓压迫，其中1位志愿者脊髓横截面积减少了77.6%[22]。由此可见，长期慢性的脊髓压迫虽然是DCM显著的特征，但脊髓对压迫也有较好的耐受能力。减压前后MSCC的变化还可用于评价减压后的脊髓扩张程度。有研究者认为减压后脊髓扩张程度与术后效果相关，术后6个月脊髓扩张欠佳的患者术后1年的神经功能恢复较差[23-24]。MCC和MSCC在DCM脊髓压迫的评价中也有一定的局限性，这2项指标值通常是通过正中矢状面图像进行测量和计算获得，而脊髓的压迫有时会偏向一侧。因此，结合轴向位和矢状位MRI对脊髓压迫进行综合评估更重要。虽然有研究结果表明MCC和MSCC与DCM脊髓功能受损密切相关，但是也有研究结果证明脊髓对压迫有较好的耐受能力。而关于DCM患者压迫导致脊髓病症状的MCC和MSCC阈值，目前尚未见文献报道。

CR通常是指脊髓受压层面横断面MRI像上脊髓的前后径与横径的比值。很多研究结果表明，脊髓受压后的形态学表现往往为前后方向压缩同时伴随侧方拉伸[25]。CR与DCM神经功能的关系尚不明确。部分研究者发现CR越小，脊髓压迫越重，神经功能越差，预后越差。也有研究结果表明CR和DCM患者的神经功能及预后没有明确的相关性[26]。CR的应用也有一定的局限性，当前后方及侧方都存在压迫时，用CR来评价脊髓压迫可能会夸大脊髓受压程度[27]。SCOR是指横断面T2W MRI像上脊髓和颈椎管前后径(或面积)的比值，通常用于评价有无发育性椎管狭窄，也用于预测发育性椎管狭窄进展为DCM或发生急性脊髓损伤的概率。Nouri等[28]认为当脊髓和椎管的前后径比值>0.7时可诊断为发育性椎管狭窄；Fradet等[29]的研究结果表明，当脊髓和椎管面积比>0.65时诊断为发育性椎管狭窄的准确性高；而另一项研究结果则表明当脊髓和椎管面积比>0.8时，患者发生急性脊髓损伤的概率显著提高[30]。SCOR越大，则表明脊髓在椎管内可缓冲的空间越小，较轻的退变则可能引起脊髓压迫，另外也意味着脊髓周围脑脊液的减少。脑脊液减少会降低其对脊髓的保护作用，使得脊髓更容易遭受损伤。

DCM机制相关研究结果表明，脊髓不仅受到静态的压迫，颈椎活动中给脊髓带来的反复动态压迫也是DCM神经功能恶化的重要因素[31]。有研究者在一项关于颈椎后纵韧带骨化症的研究中发现，在颈椎不同位置中K线的状态可能发生改变，即颈椎中立位为K线(+)，而过屈位可能为K线(-)[17]。由此可见，在颈椎的不同体位下评价脊髓压迫对于DCM的准确诊断及其病变程度的评估有重要意义。有研究结果证实了在中立位及过伸过屈位行颈椎MRI检查是安全可行的[32]。但是，由于技术较为复杂，动力位MRI检查尚未得到广泛应用。颈椎动力位MRI表现与DCM患者神经功能的关系有待进一步研究。

除脊髓压迫程度外，压迫引起的脊髓变性也是DCM中需要重点评估的内容。T1W MRI低信号和T2W MRI高信号都是脊髓变性损伤的重要影像学表现。通常认为，T1W MRI脊髓低信号是脊髓组织缺失和功能严重受损的表现，损伤往往是不可逆的[25]。但是，脊髓T1W MRI低信号的阳性率较低(﹤20%)，因此相关研究报道较少[33]。当前关于脊髓MRI信号改变的研究多集中于T2W高信号。很多研究者认为，T2W MRI脊髓高信号是脊髓缺血、水肿和囊性坏死等多种病理改变的共同影像学表现，而且T2W MRI高信号与术前压迫程度(MSCC和MCC)有显著的相关性[20]。T2W MRI高信号的出现通常意味着更长的病程和较差的预后[34]。根据当前的MRI技术，有学者把T2W MRI高信号分为3级，其中0级为无高信号，1级为轻度高信号，2级为强烈高信号(强度接近脑脊液信号)，发现T2W MRI高信号分级越高，术前与术后神经功能越差[35]。而且，与脊髓压迫的有关指标相比，脊髓T2W MRI的高信号与DCM的症状体征相关性更强[20]。还有文献报道了术前和术后T2W MRI信号改变与神经功能的关系，在505例患者中，66例术后T2W MRI高信号得到改善，382例没有明显改变，而57例高信号较术前加重，但是术后T2W MRI高信号较术前的改变与神经功能恢复没有相关性[34]。根据高信号的强度进行分级容易因主观判断引起偏差，于是有研究者提出了信号强度比，用于定量评价脊髓的T2W MRI高信号。常见的测量方法有两种：一种是测量压迫区脊髓变性的高信号强度和脑脊液的信号强度，然后计算其比值[19]；另一种则是测量和计算压迫区和非压迫区脊髓信号强度的比值[36]。当前大多数学者认为，T2W MRI信号强度比越大，意味损伤越重，术后神经功能恢复越差；也有研究者发现，高强度的脊髓T2W MRI高信号伴随T1W MRI低信号的发生率更高[20]。由于脊髓T2W MRI高信号被认为是脊髓变性的影像学表现，T2W MRI高信号涉及的范围也备受关注。很多研究者认为，T2W MRI高信号范围越大，尤其是在矢状面上涉及的节段越多，DCM患者术后的神经功能恢复越差[19]。

三、定量微观结构MRI

定量微观结构MRI包括弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、磁化转移成像、功能MRI、MR波谱和T2*W成像等[37]。源自于这些技术的很多指标，如DTI中的各向异分数(fractional anisotropy，FA)与T2*W成像中脊髓白质和灰质的信号强度比值等，被认为是DCM中脊髓受损的敏感指标，可以用于识别无症状脊髓压迫患者的早期脊髓组织损伤[38]。在上述技术中，当前应用最广泛的是DTI。DTI是一种利用生物组织中水分子的自扩散来建立组织微观结构对比的弥散MRI技术。DTI的各项参数与脊髓白质的微观结构密切相关。脊髓白质中的细胞骨架蛋白、轴突膜、髓鞘等细胞和亚细胞结构是水分子扩散的物理屏障，这些屏障在脊髓中呈纵向排列，使得水分子总是沿着与轴突平行的方向弥散[39]。在DCM中，长期的脊髓压迫会导致轴突损伤、脱髓鞘和脊髓水肿等，进而通过影响水分子的弥散来影响DTI参数。DTI的常用参数是FA和平均扩散系数(fractional anisotropy，MD)。FA常用于测量扩散各向异性，即水分子在单一方向上被限制扩散的程度。FA的范围为0～1，0代表各向同性扩散，1则代表完全各向异性扩散。MD代表水分子扩散运动的程度(无论方向)。在DCM中，FA减小和MD增加被认为是轴突损伤、脱髓鞘和细胞外水肿的表现[40]。在脊髓压迫区域(即便没有脊髓病症状)总是会出现不同程度的FA减小，有脊髓病症状患者的FA往往低于无症状患者[41]。而对于有脊髓病症状的患者，FA也与术前神经功能呈正相关[42]。术前FA与术后神经功能恢复显著相关，而术后FA和MD较术前的变化与DCM患者临床结局之间的相关性尚不明确[43-44]。

有文献报道在急性脊髓损伤中，损伤部位头端或尾端脊髓也会出现不同程度的退化[45]。这一现象同样存在于DCM中。在常规MRI上，常表现为压迫节段头端及尾端的脊髓出现横截面积减小，白质和灰质出现不同程度的萎缩以及灰质后角萎缩较前角明显等特点[46]；在DTI上，非压迫脊髓节段同样出现不同程度的FA减小和平均扩散率增加等，而这些改变在脊髓背侧柱中更明显[47-48]。脊髓在背侧出现更明显的影像学异常，也许可部分解释感觉缺失总是先于运动障碍，而术后感觉恢复往往较运动恢复困难的现象[49-50]。

四、超声

由于脊柱脊髓的特殊结构和位置，以及超声波无法穿透骨组织的特点，超声目前多应用于DCM后路手术的术中监测。DCM中大多数压迫来源于脊髓前方，后路手术无法直视下判断减压后脊髓与前方压迫的关系，术中往往只能通过硬脊膜的搏动情况来判断减压是否彻底，这种固有的局限可能会因为减压不彻底而导致术后功能恢复欠佳[51]。有研究者使用术中超声测量减压后脊髓和硬膜的振幅，发现脊髓搏动与硬脊膜搏动不相关，只有脊髓振幅与术后神经功能恢复相关[52]。因此，在颈椎后路手术中使用超声来引导和评价减压很有必要。早期超声主要用于评价减压情况并分析减压情况与术后神经功能恢复的关系，由此衍生一些脊髓减压的分级方法。超声可以动态观察脊髓，所以这些分级方法充分考虑了脊髓的搏动因素。基于超声的脊髓减压可分为3级：1级，即脊髓与前方压迫物始终不接触，压迫物和脊髓间的脑脊液间隙始终存在；2级，即脊髓与前方压迫物有接触，但在搏动时脊髓会与前方压迫物分离；3级，即脊髓始终与前方压迫物接触，可伴随局部脊髓凹陷，压迫物和脊髓之间不存在脑脊液间隙[53]。其中1级和2级被认为是减压彻底，3级则被认为是减压不彻底。减压彻底的患者，其术后神经功能恢复优于减压后仍有脊髓压迫(3级)的患者，而减压后仍有脊髓压迫的患者可能需要再次行颈前路手术[52-53]。另外有研究者对DCM中脊髓减压分级与脊髓和硬膜搏动幅度之间的关系进行了分析，发现1级减压患者脊髓和硬膜的搏动幅度显著相关，而2级和3级患者(尤其是3级患者)脊髓和硬膜的搏动没有相关性[52]。除减压和脊髓搏动的评价外，减压后脊髓的形态与术后神经功能恢复的关系也是颈椎超声研究的热点。Matsuyama等[54]结合术前和术后MRI及术中超声对减压后的脊髓形态进行研究，发现术前、术中和术后的脊髓面积扩大情况与神经功能恢复密切相关，脊髓扩张好的患者术后神经功能恢复往往较好。

近期，有研究在双开门椎管扩大成形术治疗多节段DCM中使用超声引导及评估减压情况。在超声引导下27例患者均获得了充分减压，其中1级和2级减压患者术前与术后JOA评分没有显著差异；在充分减压的前提下，减压后脊髓即时扩张不充分的患者，其神经功能恢复较扩张充分的患者差[55]。基于超声影像发现，同术前T2W MRI类似，在脊髓受压并出现T2W高信号的节段，脊髓在超声上可表现为高回声；而扩张不充分的患者脊髓出现高回声的概率远高于扩张充分的患者；脊髓超声高回声的灰度值与术后神经功能恢复呈显著负相关[56]。以脊髓中央回声复合体为分界，背侧的高回声灰度值明显高于腹侧，这与上述MRI发现类似。腹侧脊髓高回声的灰度值与运动功能的恢复相关，背侧的高回声灰度值则与感觉功能的恢复关系密切，感觉的恢复较运动恢复困难[57]。DCM中脊髓的压迫往往来源于前路，但很多影像学研究发现脊髓背侧受损往往更严重[46,49-50,57]。这可能与脊髓腹侧血供更丰富以及腹侧和背侧在颈椎活动中所受的压迫和拉伸不同有关[58-61]。根据超声成像原理，声波穿过组织界面时，邻近组织密度不一致导致回声强度不一致，从而形成不同亮度的图像。以往的研究结果证实正常的脊髓实质回声强度应该是均一的[62]。T2W MRI高信号的脊髓节段表现为超声高回声，可能是脊髓由于长期压迫出现各种病理生理改变，导致髓内密度不均一，因此在超声上表现为不一致的回声强度[56]。此外，病变可能会导致脊髓的弹性改变，因此在减压后脊髓仍然无法充分扩张。同样是T2W MRI脊髓高信号，患者可能存在脊髓变性或囊性坏死[34]。应用超声可轻易分辨脊髓的实质变性和囊性坏死。结合脊髓的超声表现，可更全面地评价DCM中脊髓的病理状态和预测神经功能的恢复情况。通过超声可能对患者的脊髓弹性和血供情况进行评估，从而更全面地了解DCM的病理生理过程[63-64]。相比CT、MRI等影像技术，超声费用低、应用方便、无电离辐射，可于术中直观成像、反复观察，获得实时动态的影像资料。在脊髓减压手术中利用超声，可以获得脊髓及其周围结构的实时动态图像，为其他成像技术提供了一个潜在的替代方案[56，65]。

术中超声的使用也存在一定的限制和风险。术中脊髓超声检查需要脊柱外科医生和超声科医生合作；术中超声的使用将延长手术时间，需要由脊柱外科医生和麻醉科医生综合考虑其对患者带来的潜在风险，对高龄或合并有内科疾病的患者应慎重使用；此外，术中超声检查增加术区感染和超声探头压迫脊髓造成功能损伤等风险。

综合应用X线平片、CT、MRI和超声等影像学检查，可以对DCM有较全面的认识。关于脊髓影像学表现与神经功能的关系，目前仍然存在较多争议。随着各种新的影像技术的出现和应用，临床医生可综合运用多种影像技术，实现DCM的早期准确诊断，制定合理的手术方案，术中充分减压，为DCM患者提供更合理有效的治疗。