健康脊髓及脊髓疾病DTI量化研究進展

常規脊髓磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技術，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，由於脊髓體積和橫斷面面積較小，椎骨、椎間盤、腦脊液不同介質之間磁敏感差異，以及呼吸、心跳、吞嚥等生理運動因素影響，使得常規MRI序列對脊髓微細結構和病變顯示欠佳，且對功能水平變化顯示也難令人滿意［1］。

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

1 脊髓DTI技術進展

DTI是在擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）基礎上發展而來的一種新技術。水分子在純介質中的擴散在各方向具有一致性，即各向同性（球形），DWI是基於這一假設。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不一致，即存在各向異性。DTI是基於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訊號資料，對組織解剖結構，尤其白質結構可以進行精確成像。另外，DTI也可以透過擴散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography，DTT）技術提供清晰地白質纖維走行影象［3］。儘管腦DTI已被用來更好地描述精神分裂症、痴呆和情感性疾病，並被用來評估創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於保護白質通路。然而，脊髓DTI受解剖結構以及生理運動因素的影響，常規DTI在脊髓方面的臨床應用十分受限，不僅影象易變形，偽影較大，而且影象信噪比低，解析度低。如何改進常規DTI，以提高影象質量，減少影象的形變，提高DTI引數測量的準確度及確保研究的可重複性已經成為國內外脊髓MRI的研究熱點［4， 5， 6］。ZOOM-DTI是目前最新的DTI方法。此技術使用2D選擇性激勵特殊的射頻脈衝（two-dimensional radiofrequency，2D-RF），2D-RF減小相位方向的FOV，相對於一定的空間解析度而言就是減少了K空間的資料填充，對於單次激發的影象而言，這樣縮短了讀出時間，相位方向的頻寬相對增寬，影象的偽影及形變就會減少，明顯改善了傳統DTI技術在脊髓MRI方面的影象質量問題［7， 8， 9］。DTI技術不僅有希望廣泛應用於未來健康脊髓以及脊髓疾病的定量研究當中，更有助於臨床醫生對各種脊髓疾病早期發現，早期診斷，客觀、有效地監測病情以及評估外科手術治療效果。

2 健康脊髓的DTI研究

健康脊髓的DTI研究主要集中在年齡、性別以及不同節段的DTI引數改變。楊叢慧等［10］研究發現，健康頸髓的部分各項異性分數（fractional anisotropy，FA）值與年齡呈負相關，表觀擴散係數（apparent diffusion coefficient，ADC）值與年齡呈正相關，這一結果與魏梁鋒等［11］及Wang等［12］研究結果一致。除了FA值與ADC值，Wang等［12］研究還發現白質中柱的平均擴散率（mean diffusivity，MD）值與年齡呈負相關，灰質、白質前柱以及白質後柱的MD值與年齡呈正相關。Vedantam等［13］研究發現在上頸段與中頸段FA值與年齡呈負相關。然而，這四項研究的受試者年齡均大於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，平均ADC值與年齡呈負相關。究其原因，新生兒期到青春期，是脊髓生長、發育的時期，而青春期以後，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，神經細胞老化，神經膠質細胞增生及神經纖維脫髓鞘改變等生理變化。Vedantam等［13］研究進一步顯示，50歲以後頸髓的FA值會明顯下降，提示50歲以後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引數沒有差異。

魏梁鋒等［11］研究顯示，脊髓的DTI引數值與性別無關。McColl等［17］關於頸髓與性別的關係的研究發現女性更容易因脊髓損傷後受疼痛的影響而發生生活質量下降。

Manconi等［18］和Chen等［19］研究均顯示不同頸髓節段的FA值與ADC值沒有顯著差異。然而，Chang等［20］研究發現，不同頸髓節段的DTI引數具有差異，並發現部分引數隨著頸髓節段變化有一定規律性。此研究透過測量分析頸1～7椎間盤水平頸髓灰質、白質的磁化轉移率（magnetization transfer ratio，MTR）、FA值和橫截面積（cross-section area，CSA）進行分析，發現MTR、FA值，CSA均隨著頸髓節段遞增而漸次降低，同時發現MTR隨著身高的增加而降低，體質量和頸髓長度存在負相關關係。

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：肌萎縮側索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）、脊髓壓迫症、脊髓炎、多發性硬化（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誌物［21］。Patzig等［22］研究發現ALS患者的頸髓、胸1-胸3脊髓中與運動有關的白質纖維束FA值下降。Wang等［23］研究顯示ALS患者的頸2～4節段雙側皮質脊髓束的FA值下降而ADC值明顯增加。Rasoanandrianina等［24］研究發現ALS患者的脊髓FA值降低不僅存在於與運動有關的皮質脊髓束和灰質前角，也存在於與感覺傳導有關的白質後柱，並指出FA值下降與ALS患者的臨床上肢運動神經元評分（Upper Motor Neuron Scores，UMN評分）存在很強的相關性。Nair等［21］研究同樣發現ALS患者頸髓白質FA值下降和RD值增加，並與患者用力肺活量、手指和足叩擊速度以及疾病嚴重程度有顯著的相關性。

3.2 脊髓壓迫症

目前mJOA評分、Nurick評分以及NDI評分是臨床評價脊髓壓迫症嚴重程度以及外科手術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評分則依據患者各種日常活動的受限程度進行評估。研究發現DTI可以在脊髓型頸椎病（cervical spondylotic myelopaythy，CSM）患者出現T2WI發生不可逆的訊號改變前，檢測到脊髓早期改變，表現為FA值降低和ADC值增加［25， 26， 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［25， 26］。除了在早期診斷方面，DTI在評估CSM嚴重程度方面也優於常規序列，在評價減壓術後恢復程度上也有一定的幫助，但目前研究結果存在爭議。部分研究顯示，無論CSM患者的減壓術前、術後的mJOA評分均與FA值、MD值、AD值、RD值變化顯著相關，術後FA值即刻增大且於術後2年患者達到最大程度的恢復，而ADC值僅於術後1個月與主觀運動改善量表呈中度相關性。另外，CSM患者的Nurick評分與FA值呈顯著負相關。此外，頸部殘疾指數（Neck Disability Index，NDI）評分、mJOA評分和FA值變化相關性研究結果尚不統一。Rajasekaran等［27］認為頸部殘疾指數（Neck Disability Index，NDI）評分與FA值變化有關。Shim等［28］、Zheng等［29］、Iwasaki等［30］和Dong等［31］的研究結果一致，即JOA評分與FA值變化顯著相關，並且Rasoanandrianina等［24］還發現FA值與Nurick評分呈顯著負相關，Shim等［28］還提出主觀運動改善量表得分僅與術後1個月平均ADC呈中度正相關。與上述研究結果不同，有研究認為CSM患者術前FA值與正常對照組無明顯差異，但術後先是顯著降低，術後3、6、12個月亦或24個月升高，表明術後FA值可能是比術前FA值更準確的預後因素［32， 33］。

3.3 脊髓炎

Lee等［34］研究均發現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，根據國際脊髓損傷神經分類標準診斷為橫慣性脊髓炎，患者經治療後仍顯示頸4水平功能缺失，但其MRI結果為陰性，DTI引數值也接近正常值［35］。Lee等［34］對10例特發性橫貫性脊髓炎患者進行研究，除病變頸髓節段的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後越差，提示DTI可能評估預後。

3.4 MS

von Meyenburg等［36］發現MS患者脊髓雙側FA值下降具有不對稱性，且與雙側肢體不對稱電生理缺陷具有顯著相關性，反映了人脊髓中特定的結構-功能關係。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，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，多個研究發現急性損傷頸髓節段表現為FA值降低［38， 39， 40］。其中，Lewis等［38］還發現急性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］發現慢性損傷頸髓節段的DTI引數與腦脊液流量、功能測量和誘發電位相關，而且與臨床評估指標也具有相關性，即FA值越小，ADC值越大，頸髓損傷越嚴重。此項研究結果與Wang-Leandro等［42］的慢性脊髓損傷的動物實驗研究結果一致。

3.6 脊髓腫瘤

DTI可以用於鑑別脊髓腫物性質，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特徵發現，星形細胞瘤的FA值降低，ADC值、RD值、AD值升高。常規MRI序列對於髓內膠質瘤或腫脹性脫髓鞘病變的鑑別診斷並不明確，但是病變區域FA值顯著減小提示為高級別膠質瘤。當其他影像學特徵無法確定時，DTI可能有助於診斷頸髓膠質母細胞瘤［44］。利用DTI對具體不同型別的腫瘤進行研究，對各種腫瘤有了更進一步的瞭解。如將DTI用於兒童脊髓脂肪瘤的研究，FA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，大部分臨床症狀也是在髓鞘形成期出現的［45］。

近年來，利用DTI來確定腦內腫瘤微浸潤程度的嘗試已取得成功，因此推測這項技術也可以用於脊髓。儘管脊髓內浸潤性腫瘤與非浸潤性腫瘤瘤體的常規MRI引數沒有差異，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，那麼定量分析腫塊周圍的DTI引數可用於鑑別浸潤性和非浸潤性脊髓內腫瘤［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的軸向影象可能更有價值［47］。在涉及具有明顯縱向束扭曲的頸髓內腫瘤病例中，術中計算機斷層掃描（intraoperative computed tomography，iCT）聯合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範圍有很大的幫助［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並明確病變範圍，監測病情進展及評估術後恢復情況。相對於傳統的脊髓MRI技術，DTI對健康脊髓和脊髓疾病的定量研究有一定的優勢，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、治療效果監測以及預後的評估。

全體作者均宣告無利益衝突。

參考文獻（略）

【崔羽楠，苗延巍。健康脊髓及脊髓疾病DTI量化研究進展［J］。磁共振成像， 2021，12（7）：102-104，109。 DOI：10。12015/issn。1674-8034。2021。07。024。】

http：//www。chinesemri。com/CN115902202107/1329068。htm

（作者：崔羽楠，苗延巍）

苗延巍，大連醫科大學附屬第一醫院，醫學博士；博/碩士生導師；教授；放射科副主任。

教育背景：1994年本科畢業於中國醫科大學影像系，2010年博士畢業於天津醫科大學，2008年-2009年期間以訪問學者赴美國韋恩州立大學研修。

專業特長：神經、頭頸及腫瘤影像診斷，著重於腦腫瘤、腦血管疾病、腦退行性疾病等研究。

獲得獎勵或榮譽稱號：遼寧省教學成果二等獎：形象最佳化與知識重組教學模式在醫學影像學課程中的建立與應用；遼寧省普通高等學校優秀青年骨幹教師；大連市政府科技進步獎：利用多模態磁共振探索腦鐵沉積及腦血流-腦氧代謝，2017年；大連市科學著作一等獎（2018-03）：MRI新技術及在中樞神經系統腫瘤的應用。

研究方向：腦重大疾病結構及功能MRI研究。主持並參與6項國家自然科學基金、2項省級基金及2項市級專案；發表論文150餘篇，其中SCI論文20餘篇；主編或參編學術專著13部。

社會兼職：中華醫學會放射學分會神經學組委員、中國醫療保健國際交流促進會放射學分會委員、中國醫學裝備協會磁共振成像裝備與技術專業委員會委員 神經學組副組長、中國醫師協會放射醫師分會網際網路+影像專委會副主任委員、阿爾茲海默病防治協會影像專業分會委員、遼寧省醫學會放射學分會委員 神經骨肌學組副組長、遼寧省醫學影像學會常務理事、遼寧省醫學影像質控中心專家、大連市醫學會放射分會候任主任委員、大連市醫學影像質控中心副主任委員、大連醫師協會放射分會常務委員、大連腫瘤學會常務委員；《中國醫學影像技術》編委、《磁共振成像》雜誌審稿專家及青年編委、《中國臨床醫學影像雜誌》編委；《中華放射學》審稿專家、《Frontiers》審稿專家、《JMRI》審稿專家。

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