崔羽楠，苗延巍

作者單位：大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，大連 116011

常規(guī)脊髓磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術(shù)，包括T1WI、T2WI 在30 多年的臨床應用中不斷成熟，確立了MRI 為脊髓疾病的首選成像方法。然而，由于脊髓體積和橫斷面面積較小，椎骨、椎間盤、腦脊液不同介質(zhì)之間磁敏感差異，以及呼吸、心跳、吞咽等生理運動因素影響，使得常規(guī)MRI 序列對脊髓微細結(jié)構(gòu)和病變顯示欠佳，且對功能水平變化顯示也難令人滿意[1]。

近幾年，脊髓MRI 新技術(shù)被不斷開發(fā)和應用，擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)因其能夠進一步顯示脊髓微細結(jié)構(gòu)和功能，為脊髓病變定性和定量診斷提供豐富的影像信息，為臨床治療決策提供更客觀、量化的參考信息而備受青睞[2]，在脊髓方面的研究大幅度增加。

1 脊髓DTI技術(shù)進展

DTI 是在擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新技術(shù)。水分子在純介質(zhì)中的擴散在各方向具有一致性，即各向同性(球形)，DWI 是基于這一假設(shè)。但是，在人體和動物中，水分子在不同器官和組織中擴散運動狀態(tài)不一致，即存在各向異性。DTI是基于水分子各向異性擴散為前提的。擴散張量不是平面過程，以三維立體空間角度分解，量化了擴散各向異性的信號數(shù)據(jù)，對組織解剖結(jié)構(gòu)，尤其白質(zhì)結(jié)構(gòu)可以進行精確成像。另外，DTI 也可以通過擴散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography，DTT)技術(shù)提供清晰地白質(zhì)纖維走行圖像[3]。盡管腦DTI已被用來更好地描述精神分裂癥、癡呆和情感性疾病，并被用來評估創(chuàng)傷性腦損傷和缺血性腦梗死的程度以及在腫瘤切除過程中有助于保護白質(zhì)通路。然而，脊髓DTI 受解剖結(jié)構(gòu)以及生理運動因素的影響，常規(guī)DTI 在脊髓方面的臨床應用十分受限，不僅圖像易變形，偽影較大，而且圖像信噪比低，分辨率低。如何改進常規(guī)DTI，以提高圖像質(zhì)量，減少圖像的形變，提高DTI 參數(shù)測量的準確度及確保研究的可重復性已經(jīng)成為國內(nèi)外脊髓MRI 的研究熱點[4-6]。ZOOM-DTI 是目前最新的DTI 方法。 此技術(shù)使用2D 選擇性激勵特殊的射頻脈沖(two-dimensional radiofrequency，2D-RF)，2D-RF 減小相位方向的FOV，相對于一定的空間分辨率而言就是減少了K空間的數(shù)據(jù)填充，對于單次激發(fā)的圖像而言，這樣縮短了讀出時間，相位方向的帶寬相對增寬，圖像的偽影及形變就會減少，明顯改善了傳統(tǒng)DTI技術(shù)在脊髓MRI方面的圖像質(zhì)量問題[7-9]。DTI 技術(shù)不僅有希望廣泛應用于未來健康脊髓以及脊髓疾病的定量研究當中，更有助于臨床醫(yī)生對各種脊髓疾病早期發(fā)現(xiàn)，早期診斷，客觀、有效地監(jiān)測病情以及評估外科手術(shù)治療效果。

2 健康脊髓的DTI研究

健康脊髓的DTI 研究主要集中在年齡、性別以及不同節(jié)段的DTI參數(shù)改變。楊叢慧等[10]研究發(fā)現(xiàn)，健康頸髓的部分各項異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值與年齡呈負相關(guān)，表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值與年齡呈正相關(guān)，這一結(jié)果與魏梁鋒等[11]及Wang等[12]研究結(jié)果一致。除了FA值與ADC值，Wang等[12]研究還發(fā)現(xiàn)白質(zhì)中柱的平均擴散率(mean diffusivity，MD)值與年齡呈負相關(guān)，灰質(zhì)、白質(zhì)前柱以及白質(zhì)后柱的MD值與年齡呈正相關(guān)。Vedantam等[13]研究發(fā)現(xiàn)在上頸段與中頸段FA 值與年齡呈負相關(guān)。然而，這四項研究的受試者年齡均大于18 歲。Singhi 等[14]的研究顯示，從新生兒期到青春期，頸髓平均FA 值與年齡呈正相關(guān)，平均ADC 值與年齡呈負相關(guān)。究其原因，新生兒期到青春期，是脊髓生長、發(fā)育的時期，而青春期以后，脊髓是一個退行性改變的過程，包括生理性的脊髓體積減小，神經(jīng)細胞老化，神經(jīng)膠質(zhì)細胞增生及神經(jīng)纖維脫髓鞘改變等生理變化。Vedantam等[13]研究進一步顯示，50 歲以后頸髓的FA 值會明顯下降，提示50 歲以后脊髓的退變速度會明顯加快。但是，Chang 等[15]和Brander 等[16]研究顯示不同年齡的頸髓的DTI 參數(shù)沒有差異。

魏梁鋒等[11]研究顯示，脊髓的DTI 參數(shù)值與性別無關(guān)。McColl等[17]關(guān)于頸髓與性別的關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)女性更容易因脊髓損傷后受疼痛的影響而發(fā)生生活質(zhì)量下降。

Manconi 等[18]和Chen 等[19]研究均顯示不同頸髓節(jié)段的FA 值與ADC 值沒有顯著差異。然而，Chang 等[20]研究發(fā)現(xiàn)，不同頸髓節(jié)段的DTI 參數(shù)具有差異，并發(fā)現(xiàn)部分參數(shù)隨著頸髓節(jié)段變化有一定規(guī)律性。此研究通過測量分析頸1～7椎間盤水平頸髓灰質(zhì)、白質(zhì)的磁化轉(zhuǎn)移率(magnetization transfer ratio，MTR)、FA值和橫截面積(cross-section area，CSA)進行分析，發(fā)現(xiàn)MTR、FA 值，CSA 均隨著頸髓節(jié)段遞增而漸次降低，同時發(fā)現(xiàn)MTR 隨著身高的增加而降低，體質(zhì)量和頸髓長度存在負相關(guān)關(guān)系。

3 脊髓疾病的DTI研究進展

近年來，脊髓DTI 成像研究主要涵蓋以下6 種疾病：肌萎縮側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)、脊髓壓迫癥、脊髓炎、多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)、脊髓損傷(spinal cord injury，SCI)以及脊髓腫瘤。

3.1 ALS

ALS 的研究始終缺乏敏感而準確的生物標志物[21]。Patzig等[22]研究發(fā)現(xiàn)ALS患者的頸髓、胸1-胸3脊髓中與運動有關(guān)的白質(zhì)纖維束FA值下降。Wang等[23]研究顯示ALS患者的頸2～4 節(jié)段雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束的FA 值下降而ADC 值明顯增加。Rasoanandrianina等[24]研究發(fā)現(xiàn)ALS患者的脊髓FA值降低不僅存在于與運動有關(guān)的皮質(zhì)脊髓束和灰質(zhì)前角，也存在于與感覺傳導有關(guān)的白質(zhì)后柱，并指出FA 值下降與ALS 患者的臨床上肢運動神經(jīng)元評分(Upper Motor Neuron Scores，UMN 評分)存在很強的相關(guān)性。Nair等[21]研究同樣發(fā)現(xiàn)ALS患者頸髓白質(zhì)FA 值下降和RD 值增加，并與患者用力肺活量、手指和足叩擊速度以及疾病嚴重程度有顯著的相關(guān)性。

3.2 脊髓壓迫癥

目前mJOA 評分、Nurick 評分以及NDI 評分是臨床評價脊髓壓迫癥嚴重程度以及外科手術(shù)治療效果的主要方法。三種評分均是對患者行動能力和靈活程度的主觀評分：mJOA 評分主要評估患者上肢運動靈活度(使用筷子的熟練程度)，Nurick 評分評估患者的下肢行走能力，而NDI 評分則依據(jù)患者各種日?；顒拥氖芟蕹潭冗M行評估。研究發(fā)現(xiàn)DTI 可以在脊髓型頸椎病(cervical spondylotic myelopaythy，CSM)患者出現(xiàn)T2WI 發(fā)生不可逆的信號改變前，檢測到脊髓早期改變，表現(xiàn)為FA 值降低和ADC 值增加[25-27]。隨著疾病的進展，CSM患者的mJOA評分與FA值減小和ADC值增加顯著相關(guān)[25-26]。除了在早期診斷方面，DTI在評估CSM嚴重程度方面也優(yōu)于常規(guī)序列，在評價減壓術(shù)后恢復程度上也有一定的幫助，但目前研究結(jié)果存在爭議。部分研究顯示，無論CSM 患者的減壓術(shù)前、術(shù)后的mJOA評分均與FA值、MD值、AD值、RD值變化顯著相關(guān)，術(shù)后FA 值即刻增大且于術(shù)后2 年患者達到最大程度的恢復，而ADC值僅于術(shù)后1個月與主觀運動改善量表呈中度相關(guān)性。另外，CSM 患者的Nurick 評分與FA 值呈顯著負相關(guān)。此外，頸部殘疾指數(shù)(Neck Disability Index，NDI)評分、mJOA評分和FA 值變化相關(guān)性研究結(jié)果尚不統(tǒng)一。Rajasekaran等[27]認為頸部殘疾指數(shù)(Neck Disability Index，NDI)評分與FA 值 變化有關(guān)。Shim 等[28]、Zheng 等[29]、Iwasaki 等[30]和Dong等[31]的研究結(jié)果一致，即JOA評分與FA值變化顯著相關(guān)，并且Rasoanandrianina 等[24]還發(fā)現(xiàn)FA 值與Nurick 評分呈顯著負相關(guān)，Shim 等[28]還提出主觀運動改善量表得分僅與術(shù)后1 個月平均ADC 呈中度正相關(guān)。與上述研究結(jié)果不同，有研究認為CSM 患者術(shù)前FA 值與正常對照組無明顯差異，但術(shù)后先是顯著降低，術(shù)后3、6、12 個月亦或24 個月升高，表明術(shù)后FA 值可能是比術(shù)前FA值更準確的預后因素[32-33]。

3.3 脊髓炎

Lee 等[34]研究均發(fā)現(xiàn)DTI 可能成為脊髓炎更敏感的檢查方法，可以檢測在T2WI 上看不到的細微病變，即病變部位的FA 值降低。然而，一項個案研究顯示一位11 歲男性患者，根據(jù)國際脊髓損傷神經(jīng)分類標準診斷為橫慣性脊髓炎，患者經(jīng)治療后仍顯示頸4水平功能缺失，但其MRI結(jié)果為陰性，DTI參數(shù)值也接近正常值[35]。Lee 等[34]對10 例特發(fā)性橫貫性脊髓炎患者進行研究，除病變頸髓節(jié)段的FA 值減小有意義外，與其相鄰的下段脊髓的FA 值也會減小，且減小的程度越大則預后越差，提示DTI可能評估預后。

3.4 MS

von Meyenburg等[36]發(fā)現(xiàn)MS患者脊髓雙側(cè)FA值下降具有不對稱性，且與雙側(cè)肢體不對稱電生理缺陷具有顯著相關(guān)性，反映了人脊髓中特定的結(jié)構(gòu)-功能關(guān)系。在MS 中，較長的姿勢反應潛伏期可能與不平衡和跌倒的可能性增加有關(guān)，Lee 等[37]研究證實MS 患者的姿勢反應潛伏期越長，則FA 值降低越明顯。

3.5 SCI

目前，多個研究發(fā)現(xiàn)急性損傷頸髓節(jié)段表現(xiàn)為FA 值降低[38-40]。其中，Lewis 等[38]還發(fā)現(xiàn)急性SCI 患者MD 值無明顯變化。Zhu 等[39]認為ADC 值無明顯變化。Chen 等[40]動物實驗進一步證實急性損傷脊髓的FA值及AD值下降。

Kim等[41]發(fā)現(xiàn)慢性損傷頸髓節(jié)段的DTI參數(shù)與腦脊液流量、功能測量和誘發(fā)電位相關(guān)，而且與臨床評估指標也具有相關(guān)性，即FA 值越小，ADC 值越大，頸髓損傷越嚴重。此項研究結(jié)果與Wang-Leandro等[42]的慢性脊髓損傷的動物實驗研究結(jié)果一致。

3.6 脊髓腫瘤

DTI 可以用于鑒別脊髓腫物性質(zhì)，即腫瘤與瘤樣病變，前者的FA 值更低，而ADC 值更高[43]。頸髓星形細胞瘤的DTI 和DTT 特征發(fā)現(xiàn)，星形細胞瘤的FA 值降低，ADC 值、RD 值、AD 值升高。常規(guī)MRI 序列對于髓內(nèi)膠質(zhì)瘤或腫脹性脫髓鞘病變的鑒別診斷并不明確，但是病變區(qū)域FA 值顯著減小提示為高級別膠質(zhì)瘤。當其他影像學特征無法確定時，DTI可能有助于診斷頸髓膠質(zhì)母細胞瘤[44]。利用DTI 對具體不同類型的腫瘤進行研究，對各種腫瘤有了更進一步的了解。如將DTI 用于兒童脊髓脂肪瘤的研究，F(xiàn)A 值的分析表明脂肪瘤的存在似乎對脊髓圓錐的髓鞘形成有影響，大部分臨床癥狀也是在髓鞘形成期出現(xiàn)的[45]。

近年來，利用DTI 來確定腦內(nèi)腫瘤微浸潤程度的嘗試已取得成功，因此推測這項技術(shù)也可以用于脊髓。盡管脊髓內(nèi)浸潤性腫瘤與非浸潤性腫瘤瘤體的常規(guī)MRI 參數(shù)沒有差異，但是浸潤性腫瘤的瘤體周圍測得的FA 值增加是有顯著意義的，那么定量分析腫塊周圍的DTI 參數(shù)可用于鑒別浸潤性和非浸潤性脊髓內(nèi)腫瘤[46]。DTI 對T2WI 無法顯示的瘤周病理改變的評估是敏感的，同時DTT 的軸向圖像可能更有價值[47]。在涉及具有明顯縱向束扭曲的頸髓內(nèi)腫瘤病例中，術(shù)中計算機斷層掃描(intraoperative computed tomography，iCT)聯(lián)合DTI 可以準確顯示腫瘤與正常組織的邊界，對外科確定腫瘤切除范圍有很大的幫助[48]。

綜上所述，脊髓DTI 成像除能定量描述健康脊髓的擴散特點，還能早期診斷各種脊髓疾病并明確病變范圍，監(jiān)測病情進展及評估術(shù)后恢復情況。相對于傳統(tǒng)的脊髓MRI 技術(shù)，DTI對健康脊髓和脊髓疾病的定量研究有一定的優(yōu)勢，期待未來DTI對脊髓疾病定量研究的價值被不斷的挖掘，使其能夠更有效地幫助各種脊髓疾病的早期診斷、治療效果監(jiān)測以及預后的評估。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。