MRI新技术在脊髓型颈椎病中的研究进展

黄香红，刘四斌（通信作者）

（长江大学附属荆州医院放射科 湖北 荆州 434020）

脊髓型颈椎病是指由持续性颈髓压迫或缺血引起的一种临床综合征，是颈椎病中最严重的一种。上下终板的骨赘进展，关节突和/或钩突肥大以及椎间盘突出会导致颈髓神经病变。CSM主要由颈椎的静态或动态因素所引起。静态因素如椎小关节囊肿和后纵韧带骨化（OPLL）可能会进一步减少椎管的数量，从而加重颈椎病。黄韧带的屈曲可能是导致脊髓型颈椎病的动力学因素。脊髓经历广泛的或局部的轴突损伤，增加应变或剪切力以及机械或动态压缩。过度的颈椎屈曲会通过拉伸椎管内的脊髓造成动态压迫。缺血是加重脊髓型颈椎病的重要病理因素。近年来，人们提出了一种新的“凋亡”理论，用以解释在缺血性或外伤后，脊髓中活跃的细胞死亡现象[1]。急性脊髓损伤后发生的细胞凋亡会导致与远离病变区域的慢性脱髓鞘直接相关的病变的继发性变性[2]。随着近年来不断发展的MRI技术，如磁化传递（MT）、神经元定向弥散和密度成像（NODDI）及动态MRI（dMRI）等，通过提供髓鞘完整性和脊髓微结构的相关信息，为深入理解脊髓型颈椎病的发病机制提供了新的思路。

1 常规MRI

MRI对颈椎病的诊断和治疗意义非常重要，磁共振可以清楚地显示脊髓压迫的情况，甚至脊髓内部的病理变化，如水肿、出血、空洞、占位等[3-4]。有研究通过121例脊髓型颈椎病患者得出结论，颈椎压迫是唯一的独立危险因素，当脊髓受压程度超过30%时，临床症状更为严重[5]。该研究还指出相应节段性椎旁肌变性与颈痛有关，但与肢体无力、神经功能障碍、步态障碍、感觉和膀胱/肠功能障碍无关。这可能是因为CSM患者的症状（除疼痛外）受脊髓压迫程度的影响很大，而椎旁肌肉退化的影响则与颈部疼痛有关。Yukawa等[6]提出ISI的概念，ISI被定义为在T2加权图像上的矢状面和轴状面与相邻的脊髓等强度部分形成对比的高强度区域。ISI的模式以3种方式分类：①根据ISI的质量分为0级（无）、1级微弱（模糊）和2级强烈（尖锐）[7]；②按照ISI的纵向范围划分为无、局灶性（ISI仅限于一块椎间盘，且受脊髓压力）以及多段（超出一块椎间盘）[8]；③根据质量和纵向范围的综合分类，其中1型（无 /无）显示正常强度；2型（局灶/微弱）显示局灶和微弱ISI；3 型（局灶/强烈）显示局灶和强烈ISI；4型（多节段/微弱）显示多节段和微弱ISI；5型（多节段/强烈）显示多节段和强烈ISI。有研究表明这种综合的ISI分类比单独的信号质量变化或信号纵向范围变化可能更精确定量脊髓内信号的改变，对于预测手术效果具有重要意义[9]。部分研究提出，疾病持续时间是影响ISI出现的唯一重要独立因素，脊髓型颈椎病患者在T2W MR图像上的ISI与其他患者相比，ACDF术后的手术结果较差，该研究还表明，高强度区域范围增大可能会导致术前神经功能障碍，但对手术结果无影响[10]。Huang等[11]通过312例脊髓压迫患者的倾向匹配评分的研究表明，只有颈部脊髓缺血性再灌注损伤对于脊髓压迫患者围手术期并发症的发生率有明显差异，而对于有T2高信号的脊髓受压病人，围术期的合并症发生率并无显著差别。此外，该研究还显示没有MRI T2高信号的患者的JOA改善率明显更好。

2 MT

2.1 技术原理

MT是MR技术采用的一种新技术，基于应用非共振射频脉冲并观察其对MR信号的影响[12]。磁化转移为描述组织的特征提供了一个独特的窗口，并能提高组织对比度。该技术对结合在大分子基质中的不动质子和自由水质子之间的磁化交换敏感。射频的脉冲应用优先使大分子质子饱和，这种饱和度随后通过交叉松弛、化学交换和其他过程转移到液体质子库中[13]。这种效应的大小可以通过MTR来定量测量，即比较有无射频脉冲的信号强度[14]。通过测量自由移动的质子与大分子的交换能力，MT对比已经被确立为髓鞘完整性的标志[14]。

2.2 在CSM中的应用

在一项横断面分析中，Oh等[15]得出结论，常规MRI无法检测到的微观结构变化，通过MTR等MR定量指标进行评估效果更好。与基于扩散的方法相比，MT成像的优势在于更高的信噪比和更高的空间分辨率，可以减少CSF的部分体积效应。Suleiman等[16]提出CSM患者所有椎间盘水平的平均MTR与对照组组间差异不大，这可能与CSM的微结构变化发生在最大的压迫部位，而不是全局性的有关。但CSM患者的MTR往往较低，且MTR越低，髓鞘越低，CSM患者的严重程度越高。mJOA评分和Nurick评分是临床最广泛使用的指标之一[17]，有研究提出脊髓前方MTR与mJOA指数、Nurick得分以及定量的反射亢进有关，其中脊髓前部MTR与临床相关的反射亢进有关，可以在CSM的术前评估中发挥一定作用[18]。此外，Paliwal等[19]在研究退行性脊髓型颈椎病（DCM）结果表明术前脊髓MTR也与mJOA评分的恢复有关，且术前MTR还与颈部残疾指数和疼痛干扰评分等相关，患者在经过减压手术6个月后，术后mJOA评分增加、颈部残疾指数降低等，相应的功能有了明显的改善。

3 NODDI

3.1 技术原理

NODDI因为其采集时间相对较短，是临床应用的实际选择[20]。在NODDI模型中，水分子被分为三个部分：扩散受限的细胞内水、扩散受阻的细胞外水和自由或各向同性扩散的脑脊液（CSF）。使用这个模型，可以测量一些与微观结构有关的指标，如细胞内体积分数（Vic，表示神经元密度）、方向分散指数（ODI）和各向同性体积分数（Viso，表示自由水的分数）。

3.2 在CSM中的应用

与DTI相比，NODDI能够更好地揭示微观结构信息[21]。有研究指出NODDI指标中虽然Vic和Viso可以显示出患者和健康志愿者之间的明显差异，但是只有神经元密度Vic与mJOA呈正相关，这表明DCM患者的脊髓功能障碍主要与Vic的降低有关，而不是与ODI或Viso的增加有关[22]。另外，部分研究提出Vic指标与术后约一年（12～14个月）患者的mJOA相关，表明它可以作为预测长期手术结果的潜在生物标志物来预测术后恢复[23]。但是，Han等[24]研究表明C2水平的术前Vic和方向分散指数（orientation dispersion index，ODI）都对康复率有预测能力，这可能与脊髓压迫程度及随访时间不同有关。另外，该研究还提出在术前阶段C2水平的Vic（即神经元密度）与临床评估分数相关，这与以前研究C2/3非压迫水平的术前FA值与术前mJOA评分的相关性高于MC（最大压迫水平）一致[25]。Iwama等[26]提出NODDI是评估CSM的一种可重复的、可靠的方法，术前细胞内体积分数（Vic）也与术后2年的JOA恢复率明显相关，其中体格检查结果的恢复也伴随着这种变化。此外，该研究还提出细胞内体积分数（Vic）比FA值对预测术后恢复更为敏感和有用。

4 dMRI

4.1 技术原理

由于脊髓在颈部运动过程中，尤其是在伸展过程中反复受到损伤，因此已知颈部伸展姿势会加重颈脊髓压迫[2]。颈椎的dMRI对于评估脊髓、椎体、椎间盘、韧带和关节的病理变化非常有用[27]。dMRI包括在颈部屈曲和伸展时分别进行的扫描，可以更准确地确定颈椎病患者的病理狭窄或压迫[28]。

4.2 在CSM中的应用

与静态MRI相比，动态MRI能更好地显示脊髓的多级压迫[29]。据Kim等[30]研究显示，基于动态MRI结果做出的临床决策产生了更好的结果，然而该研究只证实了观察者之间的可靠性，没有证实观察者内部的可靠性。Park等[31]的研究既证实了观察者之间的可靠性，又证实了观察者内部的可靠性，该研究表明动态MR扫描中的扩展MRI扫描可能比其他图像为脊柱医生提供更准确的信息，包括诊断的建立、手术治疗的必要性、入路方法和CSM的手术水平。此外，动态MR在评估术后结局的诊断准确性方面显示出更好的结果。Pratali等[32]通过研究18例CSM患者的脊髓前部长度（ALSC）、脊髓后部长度（PLSC）、椎管直径和脊髓宽度发现这些形态参数能更好显示良好的观察者间和观察者内的可靠性。虽然研究中的横向形态参数产生的数值与Zhang等[33]提出的数值相似，但是Pratali等[32]研究中的测量是每个椎体水平的椎间盘后部与黄韧带前缘的中点之间的距离，然而Zhang等[33]研究考虑的是每个椎体水平的椎体到脊柱层线的最短距离。与传统的MRI方案相比，动态MRI方案是安全的，可以对CSM患者的颈椎变化进行更全面的评估。

5 不足与展望

综上所述，MRI对脊髓型颈椎病患者的诊治具有不可替代的作用，既能对疾病进行诊断，又能对疾病的预后进行预测。MTR通过提供髓鞘的完整性，进一步反映CSM患者的严重程度，NODDI能够更好地揭示微观结构信息，用来预测患者的术后恢复，dMRI可以更准确地确定颈椎病患者的病理狭窄或压迫。

MRI在CSM的诊断中尚存在局限性。由于MTR有年龄的因素干扰，且轴向切面上脊髓实质边缘的部分体积平均化限制了数据的精确度，导致无法充分评估这种比较[18]；另外NODDI的平面内空间分辨率也较低[22]。因此，界定基于年龄的MTR参考范围、通过更小的体素尺寸及引入多拍技术用来提高MTR和NODDI的成像质量；而dMRI除了没有明确的dMRI屈曲-伸展位置，最常见的问题是缺乏对可能导致屈伸过程中脊髓受压的特定解剖学病理的评估[32]。

此外，弥散谱成像（diffusion basis spectrum imaging，DBSI）、多次弥散加权成像以及影像组学等新技术也在不断发展，随着磁共振成像技术的进步，脊髓型颈椎病的诊断手段也会越来越成熟，为CSM患者的早期诊治提供了可能。