CSM患者术前磁共振DTI与术后神经功能康复的分析

黄晓波,陈云,冀舒文,吕维富

(1.国药中铁中心医院放射科,安徽合肥 230023；2.安徽医科大学第四附属医院放射科,安徽合肥 230041；3.中国科学技术大学附属第一医院放射科,安徽合肥 230001)

脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy，CSM)占所有颈椎病的10%～15%[1]，患者颈脊髓受压后继发脊髓缺血损害，一旦确诊应及早手术治疗，以免脊髓发生不可逆性损伤[2]。磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是诊断CSM的常用影像学方法，常规T1加权成像(T1weighted imaging,T1WI)、T2加权成像(T2weighted imaging,T2WI)可良好地显示脊髓明显受压的形态特征，但无法准确提供脊髓功能病理变化的诊断信息，对术后功能康复的预测价值不明确。既往动物试验证实，弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)可反映脊髓病理状态[3]；也有研究认为，DTI量化参数如表观弥散系数(apparent dispersion coefficient，ADC)、各向异性系数(fractional anisotropy，FA)与CSM患者术后功能康复效果有一定关联[4]。本研究着重探讨CSM患者术前磁共振DTI量化参数特征与术后功能康复的关系，报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年4月～2020年9月国药中铁中心医院及安徽医科大学第四附属医院收治的CSM患者84例(CSM组)。纳入标准：①符合CSM的诊断标准[5]；②术前MRI证实存在椎管狭窄、脊髓压迫、颈椎生理曲度改变；③符合椎管减压手术适应证；④接受椎管减压手术后随访6个月以上。排除标准：①合并心、脑、肝、肾、血液系统疾病、恶性肿瘤；②既往有颈椎外伤史、手术史；③既往有脊髓肿瘤、脊髓炎病史；④既往有肌萎缩侧索硬化病史；⑤神经根型颈椎病或混合型颈椎病。同期选取无CSM病史的健康志愿者42例(健康对照组)。CSM组男45例，女39例；年龄46～75岁，平均(63.28±4.83)岁；体质量指数(body mass index，BMI)18.62～25.41 kg/m2，平均(22.15±1.67)kg/m2；CSM病程5～22个月，平均(12.38±4.33)个月。健康对照组男20例，女22例；年龄45～73岁，平均(62.57±4.92)岁；BMI 18.50～25.27 kg/m2，平均(22.08±1.59)kg/m2。两组患者性别、年龄、BMI比较，差异无统计学意义(P>0.05)。本研究获得医院伦理委员会批准，患者签署知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 仪器设备

使用MAGNETOM Aera 1.5T磁共振成像仪(德国西门子公司)，颈椎扫描采用8通道头颈联合线圈。CSM组于术前进行MRI检查获取成像数据；健康对照组在体检时进行MRI。所有研究者在检查前4 h禁食禁水。仰卧位扫描，在颈部双侧处放置减少伪影的装置，平静呼吸，避免吞咽动作。以甲状软骨为扫描中心，扫描范围为颅底至T1椎体。

1.2.2 扫描序列

包括T1WI、T2WI、DTI。颈椎矢状位、横断位各行扫描，相位编码取头足方向加预饱和带，观察椎间盘、椎体病变。相位编码取前后方向加预饱和带与扫描层面垂直，观察脊髓病变。横断位扫描椎间盘，扫描方向与相邻椎体上下缘连线垂直。T1WI矢状位扫描参数：TR=424 ms，TE=9.9 ms，层厚3 mm，层距0.3 mm，FOV=240×240 mm，采集矩阵263×350，NEX为2次，前后编码方向。T2WI矢状位扫描参数：TR=3480 ms，TE=92 ms，层厚3 mm，层距0.3 mm，FOV=240×240 mm，采集矩阵263×350，FS-Fat Saturation压脂技术，NEX为2次，前后编码方向。T2WI横断位扫描参数：TR=350 ms，TE=23 ms，层厚3.0 mm，层距0.3 mm，FOV=190×190 mm，采集矩阵263×350，NEX为2次，左右编码方向。DTI横断扫描参数：应用单次激发快速自旋回波技术，TR=5200 ms， TE=113 ms，层厚6 mm，层距0.6 mm， FOV=160×249 mm，采集矩阵200×240，NEX为2次，左右编码方向，施加2个饱和带以及20个扩散梯度。

1.2.3 图像处理与分析

使用德国西门子公司Sygno工作站，图像资料自动导入Sante MRI Viewer软件。经软件处理后可得到ADC图、FA图。由2名经验丰富的影像学医师独立阅片，手动选取勾画的感兴趣区，避开脊髓中央灰质与脑脊液，感兴趣区选取每个椎间盘水平的横断位脊髓白质左右两侧的前索后索，感兴趣区大小约3 mm2，测量3次取平均值，计算ADC值、FA值。

1.3 神经功能评估

CSM患者于术前、术后6个月分别采用JOA神经功能评分[6]评估神经功能康复情况。JOA改善率=(术后得分-术前)/(17-术前)×100%。JOA改善率≥60%为康复良好，<60%为康复不佳[7]。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 CSM组术前与健康对照组的MRI成像特征

在健康对照组中，MRI常规T1WI与T2WI成像显示颈椎、椎间盘、脊髓形态无异常，呈均匀等信号，脊髓、神经根无受压；DTI成像显示脊髓形态无异常。在CSM组中，MRI常规T1WI与T2WI成像显示有一定程度的椎间盘突出、颈椎韧带增厚、脊髓受压变形。T2WI横断位成像呈等或稍高信号，DTI成像显示脊髓受压呈弧形，ADC图显示高信号，FA图显示低信号。

2.2 CSM组术前与健康对照组的DTI参数比较

CSM组术前DTI成像的ADC值显著高于健康对照组(P<0.05)，FA值显著低于健康对照组(P<0.05)，见表1。

表1 CSM组术前与健康对照组的DTI参数比较

2.3 CSM康复良好组与康复不佳组的术前DTI参数比较

本研究84例CSM患者中，康复良好59例，康复不佳25例。康复不佳组的术前DTI成像ADC值显著高于康复良好组(P<0.05)，FA值显著低于康复良好组(P<0.05)，见表2。

表2 CSM康复良好组与康复不佳组的术前DTI参数比较

2.4 CSM康复良好组与康复不佳组的术前、术后JOA评分比较

康复不佳组的术前JOA评分、术后JOA评分、JOA改善率均显著低于康复良好组(P<0.05)，见表3。

表3 CSM康复良好组与康复不佳组的术前、术后JOA评分比较

2.5 CSM患者术前DTI参数与JOA评分的相关性

CSM患者术前DTI成像的ADC值与术前JOA评分、术后JOA评分、JOA评分改善率均呈负相关(r=-0.467、-0.520、-0.572，P<0.001)。CSM患者术前DTI成像的FA值与术前JOA评分、术后JOA评分、JOA评分改善率均呈正相关(r=0.553、0.626、0.619，P<0.001)，见表4。

表4 CSM患者术前DTI参数与JOA评分的相关性

2.6 术前DTI参数诊断CSM的ROC曲线分析

术前ADC值诊断CSM的灵敏度为79.76%，特异度为88.10%(AUC=0.792)。术前FA值诊断CSM的灵敏度为70.24%，特异度为85.71%(AUC=0.873)，见表5。术前ADC值与FA值诊断CSM的ROC曲线见图1。

图1 术前ADC值与FA值诊断CSM的ROC曲线

表5 术前DTI参数诊断CSM的ROC曲线分析结果

2.7 术前DTI参数预测CSM术后功能康复不佳的ROC曲线分析

术前ADC值预测CSM术后功能康复不佳的灵敏度为80.00%，特异度为81.36%(AUC=0.828)。术前FA值预测CSM术后功能康复不佳的灵敏度为80.00%，特异度为77.97%(AUC=0.819)，见表6。术前ADC值与FA值预测CSM术后功能康复不佳的ROC曲线见图2。

表6 术前DTI参数预测CSM术后功能康复不佳的ROC曲线分析

图2 术前ADC值与FA值预测CSM术后功能康复不佳的ROC曲线

3 讨论

在影像学检查中，常规MRI的T1WI、T2WI成像序列敏感性较低，异常高信号一般出现于病程较晚、病情严重的CSM患者中。而在早期阶段、病情轻微的CSM患者中T1WI、T2WI成像序列一般为等信号[8]。本研究结果发现MRI常规T1WI与T2WI成像显示有一定程度的椎间盘突出、颈椎韧带增厚、脊髓受压变形；T2WI横断位成像呈等或稍高信号，这与既往研究报道相符[9]。颈脊髓T2WI高信号通常意味着CSM病情严重、脊髓损伤不可逆，但T2WI成像对于早期CSM的诊断灵敏度差。

DTI是在弥散加权成像基础上的改进和发展，国内外多项研究表示，DTI对脊髓中水分子的扩散敏感性高[10-11]，因此对早期CSM的诊断更具有价值。DTI的弥散具有方向依赖性，脊髓中水分子向各个方向弥散的距离不相等，为各向异性，分子沿白质纤维通道方向的弥散速度快于垂直方向[12]。基于上述原理，可计算出ADC值和FA值，ADC值反映分子弥散水平的大小，与弥散方向无关，数值越大说明水分子弥散能力越强；而FA值反映分子在空间位移的程度，与弥散方向直接相关[13]。本研究发现，部分CSM患者T2WI成像无改变，而CSM患者的DTI成像中ADC值高于健康对照组，FA值低于健康对照组，这与郭瑞敏等[14]研究观点一致。

本研究结果显示，CSM患者术后功能康复不佳组术前DTI成像的ADC值高于康复良好组，FA值低于康复良好组。CSM患者术前DTI成像的ADC值和FA值均与术前JOA评分、术后JOA评分、JOA评分改善率呈显著的相关性。上述结果，说明术前ADC值和FA值与CSM患者的术后功能康复效果具有一定关联。Cui等[15]、Nischal等[16]研究也认为，CSM的DTI成像的定量参数评价与疾病严重程度、预后具有相关性。进一步ROC曲线分析，术前ADC值和FA值对诊断CSM以及评估术后功能康复的预测价值较高(见图1-2)，但ADC值的诊断效能略高于FA值，可能是因为健康人群与CSM患者中的水分子弥散能力差异更显著。

本研究的不足之处：第一，鉴于临床病例的局限性，纳入的样本量较少，ADC值和FA值的截断值、灵敏度、特异度仍需大样本研究证实；第二，CSM患者ADC值和FA值的变化机制尚不明确，只是推测，今后还需开展动物实验病理分子学研究深入分析。