退行性頸脊髓病的影像學研究進展

陳國良 劉少喻

脊髓型頸椎病、頸椎后縱韌帶骨化癥和頸椎黃韌帶骨化癥等一系列非創傷性頸脊髓壓迫疾病，是由頸椎退變導致頸椎管狹窄，使脊髓慢性受壓，進而引起脊髓病癥狀和體征的一組癥候群。2013年Fehlings等[1]提出將“退行性頸脊髓病”(degenerative cervical myelopathy，DCM)作為這一類疾病的統稱，得到了廣泛的認可。DCM是成年人中最常見的非創傷性脊髓功能障礙。隨著全球人口老齡化的進展，DCM患病率呈逐年上升的趨勢。有研究結果表明，大于65歲的人群中，超過70%存在影像學的頸椎管狹窄和脊髓壓迫；而在這些存在影像學異常的人群中，約25%會出現脊髓受壓癥狀[2]。DCM的診斷和治療需要以患者病史、體格檢查和影像學檢查結果的綜合評估為依據。影像學檢查可以顯示頸椎解剖結構的變化、脊髓受壓的程度和脊髓內的病理改變，是DCM診治中不可或缺的工具[3]。常用的影像學檢查方法包括X線、CT掃描、常規MRI和定量顯微成像MRI。另外，隨著術中超聲在DCM治療中得到應用，脊髓超聲影像特征和DCM神經功能的關系也開始備受關注。多種影像學指標被用于脊髓組織變性損傷程度的評價和診斷、手術計劃的制定、DCM神經功能恢復的預測和術后療效的評估等[4-5]。本文對當前DCM診治中常用的影像學參數進行綜述。

一、放射學檢查

放射學檢查主要包括X線平片和CT掃描，是通過不同組織對X線電磁輻射吸收率不同而成像。X線平片可以提供多個方向的頸椎二維視圖，由于骨組織富含鈣礦物質，X線平片可清晰顯示椎體和周圍組織的差異。X線平片在DCM的診治中主要用于評價術前與術后頸椎的序列、矢狀面平衡、穩定度、有無發育性椎管狹窄和內植物位置等，是DCM診治中最基本的影像學檢查[6]。術前的頸椎序列和矢狀面平衡情況是影響術后療效，尤其是后路手術療效的重要因素。當前廣泛應用于頸椎曲度和矢狀面平衡評價的影像學指標包括C2-C7 Cobb角、C2-C7矢狀面軸向垂直距離(sagittal vertical axis,SVA)和T1傾斜角等[7]。C2-C7 Cobb角的測量方法及臨床意義已被大家熟知。C2-C7 SVA是指經C2椎體幾何中心(或齒狀突)的垂線至經C7后上角垂線的水平距離。T1傾斜角是指T1上終板延長線和水平線的夾角。術前的C2-C7 SVA和T1傾斜角都被認為是后路手術治療DCM療效和術后頸椎后凸畸形的重要預測因素[8]。C2-C7 SVA和T1傾斜角越大，則后路手術術后發生頸椎后凸畸形的概率越高[7，9]。在頸椎后縱韌帶骨化的診治中，術前頸椎曲度和骨化灶的大小是影響手術療效的兩個重要因素[10]。為了使用一個指標同時評價兩個因素，Fujiyoshi等[10]在2008年提出了K線這一概念。K線是指在頸椎中立位的側位X線像上C2和C7中點的連線，如果在側位X線像上C7被肩部遮擋，則通過正中矢狀位的T2W MRI測量這一連線。相比K線(+)(骨化灶向后沒有超過K線)患者，K線(-)(骨化灶向后超過K線)患者術后神經功能恢復往往較差。目前K線已成為后縱韌帶骨化癥治療中的重要評價指標?？紤]到頸椎的活動情況，近年來有學者提出頸椎過屈位K線，發現頸椎過屈位K線(-)而中立位K線(+)的患者術后神經功能恢復情況同樣較差[11]。

CT更多用于評價骨性椎管的發育、椎間盤及韌帶的骨(鈣)化、小關節增生、術后椎間融合和椎板成形術后門軸愈合等情況[12]。CT對骨性病變的診斷(例如后縱韌帶骨化癥的診斷及分型)作用明顯優于MRI。當患者因禁忌證無法接受MRI檢查時，CT可以作為MRI的一個重要補充檢查。尤其是CT脊髓造影術，在評價DCM的脊髓受壓和椎管大小等方面同樣可以為臨床提供重要的診斷信息。但由于MRI的普及，CT脊髓造影術在近年來應用較少?，F有文獻中研究較多的CT脊髓造影術參數包括脊髓橫截面積、椎管占位率和受累節段等[13-15]。Waly等[13]在2017年發表的一項系統回顧(systematic review)研究中指出，當前關于CT脊髓造影術在DCM中應用的研究，多是關注影像學參數與術后神經功能恢復的關系，尚無關于影像學參數與術前癥狀嚴重程度相關性的研究。上述指標都與DCM術后神經功能恢復顯著相關，脊髓壓迫最重層面的橫截面積越小、椎管占位率越大、受累節段越多，則術后神經功能越差[13-15]。近年來，也有學者采用動態CT脊髓造影術評價脊髓在頸椎不同體位下的動態受壓情況[16]。有研究者發現，在頸椎屈曲時脊髓壓迫加重，這一點在因后縱韌帶骨化導致脊髓受壓的患者表現尤為明顯[17]。

二、常規MRI

常規MRI檢查，不僅能清楚地顯示椎管狹窄程度和脊髓受壓情況，還能顯示脊髓內的病理狀態，是當前診斷和評估DCM最重要的影像學方法[18]。關于脊髓壓迫的評估，學者提出了椎管最大侵占率(maximum canal compromise，MCC)、脊髓最大壓迫比(maximum spinal cord compression,MSCC)、脊髓壓縮率(compression rate,CR)和脊髓占位率(spinal cord occupation rate,SCOR)等指標。用于評價脊髓變性的指標則主要有T2W MRI高信號和T1W MRI低信號。上述指標與DCM術前和術后癥狀之間的關系引發了大量的研究，但其具體關系仍未明確。

對脊髓壓迫的評價，主要考慮的是椎管的有效容積和脊髓的自身改變。MCC常用于評價DCM中椎管狹窄程度；MSCC常用于評價DCM中脊髓受壓程度。當前文獻中的MCC多為T2W MRI正中矢狀面壓迫最重層面前后徑與非壓迫層面腦脊液前后徑的比值；而MSCC則是T2W MRI正中矢狀面上壓迫最重層面前后徑與非壓迫層面脊髓前后徑的比值。這種測量和計算方法更加個體化，可以避免因患者體格差異而存在誤差。與其他椎管狹窄評價方法相比，MCC的優點在于充分考慮了腦脊液在DCM發展中的重要性[19]。Nouri等[20]的研究結果表明，MCC和MSCC越小，則椎管狹窄或脊髓受壓越嚴重，脊髓病癥狀出現的頻率越高;同時他們還發現MCC主要與下肢癥狀和體征相關，而MSCC則與上肢癥狀和體征關系更為密切。很多學者認為分析MSCC和DCM神經功能的關系更有意義。脊髓受壓被認為是DCM的重要病理改變，表明脊髓已經被干擾。脊髓受壓診斷DCM的敏感性和特異性分別是100%和79.6%[21]。這意味著DCM患者總是有脊髓受壓，而脊髓受壓并不總是會出現脊髓病的癥狀。有學者對1 211名沒有脊髓病癥狀的志愿者進行頸椎MRI掃描，發現64名存在不同程度的脊髓壓迫，其中1位志愿者脊髓橫截面積減少了77.6%[22]。由此可見，長期慢性的脊髓壓迫雖然是DCM顯著的特征，但脊髓對壓迫也有較好的耐受能力。減壓前后MSCC的變化還可用于評價減壓后的脊髓擴張程度。有研究者認為減壓后脊髓擴張程度與術后效果相關，術后6個月脊髓擴張欠佳的患者術后1年的神經功能恢復較差[23-24]。MCC和MSCC在DCM脊髓壓迫的評價中也有一定的局限性，這2項指標值通常是通過正中矢狀面圖像進行測量和計算獲得，而脊髓的壓迫有時會偏向一側。因此，結合軸向位和矢狀位MRI對脊髓壓迫進行綜合評估更重要。雖然有研究結果表明MCC和MSCC與DCM脊髓功能受損密切相關，但是也有研究結果證明脊髓對壓迫有較好的耐受能力。而關于DCM患者壓迫導致脊髓病癥狀的MCC和MSCC閾值，目前尚未見文獻報道。

CR通常是指脊髓受壓層面橫斷面MRI像上脊髓的前后徑與橫徑的比值。很多研究結果表明，脊髓受壓后的形態學表現往往為前后方向壓縮同時伴隨側方拉伸[25]。CR與DCM神經功能的關系尚不明確。部分研究者發現CR越小，脊髓壓迫越重，神經功能越差，預后越差。也有研究結果表明CR和DCM患者的神經功能及預后沒有明確的相關性[26]。CR的應用也有一定的局限性，當前后方及側方都存在壓迫時，用CR來評價脊髓壓迫可能會夸大脊髓受壓程度[27]。SCOR是指橫斷面T2W MRI像上脊髓和頸椎管前后徑(或面積)的比值，通常用于評價有無發育性椎管狹窄，也用于預測發育性椎管狹窄進展為DCM或發生急性脊髓損傷的概率。Nouri等[28]認為當脊髓和椎管的前后徑比值>0.7時可診斷為發育性椎管狹窄；Fradet等[29]的研究結果表明，當脊髓和椎管面積比>0.65時診斷為發育性椎管狹窄的準確性高；而另一項研究結果則表明當脊髓和椎管面積比>0.8時，患者發生急性脊髓損傷的概率顯著提高[30]。SCOR越大，則表明脊髓在椎管內可緩沖的空間越小，較輕的退變則可能引起脊髓壓迫，另外也意味著脊髓周圍腦脊液的減少。腦脊液減少會降低其對脊髓的保護作用，使得脊髓更容易遭受損傷。

DCM機制相關研究結果表明，脊髓不僅受到靜態的壓迫，頸椎活動中給脊髓帶來的反復動態壓迫也是DCM神經功能惡化的重要因素[31]。有研究者在一項關于頸椎后縱韌帶骨化癥的研究中發現，在頸椎不同位置中K線的狀態可能發生改變，即頸椎中立位為K線(+)，而過屈位可能為K線(-)[17]。由此可見，在頸椎的不同體位下評價脊髓壓迫對于DCM的準確診斷及其病變程度的評估有重要意義。有研究結果證實了在中立位及過伸過屈位行頸椎MRI檢查是安全可行的[32]。但是，由于技術較為復雜，動力位MRI檢查尚未得到廣泛應用。頸椎動力位MRI表現與DCM患者神經功能的關系有待進一步研究。

除脊髓壓迫程度外，壓迫引起的脊髓變性也是DCM中需要重點評估的內容。T1W MRI低信號和T2W MRI高信號都是脊髓變性損傷的重要影像學表現。通常認為，T1W MRI脊髓低信號是脊髓組織缺失和功能嚴重受損的表現，損傷往往是不可逆的[25]。但是，脊髓T1W MRI低信號的陽性率較低(﹤20%)，因此相關研究報道較少[33]。當前關于脊髓MRI信號改變的研究多集中于T2W高信號。很多研究者認為，T2W MRI脊髓高信號是脊髓缺血、水腫和囊性壞死等多種病理改變的共同影像學表現，而且T2W MRI高信號與術前壓迫程度(MSCC和MCC)有顯著的相關性[20]。T2W MRI高信號的出現通常意味著更長的病程和較差的預后[34]。根據當前的MRI技術，有學者把T2W MRI高信號分為3級，其中0級為無高信號，1級為輕度高信號，2級為強烈高信號(強度接近腦脊液信號)，發現T2W MRI高信號分級越高，術前與術后神經功能越差[35]。而且，與脊髓壓迫的有關指標相比，脊髓T2W MRI的高信號與DCM的癥狀體征相關性更強[20]。還有文獻報道了術前和術后T2W MRI信號改變與神經功能的關系，在505例患者中，66例術后T2W MRI高信號得到改善，382例沒有明顯改變，而57例高信號較術前加重，但是術后T2W MRI高信號較術前的改變與神經功能恢復沒有相關性[34]。根據高信號的強度進行分級容易因主觀判斷引起偏差，于是有研究者提出了信號強度比，用于定量評價脊髓的T2W MRI高信號。常見的測量方法有兩種：一種是測量壓迫區脊髓變性的高信號強度和腦脊液的信號強度，然后計算其比值[19]；另一種則是測量和計算壓迫區和非壓迫區脊髓信號強度的比值[36]。當前大多數學者認為，T2W MRI信號強度比越大，意味損傷越重，術后神經功能恢復越差；也有研究者發現，高強度的脊髓T2W MRI高信號伴隨T1W MRI低信號的發生率更高[20]。由于脊髓T2W MRI高信號被認為是脊髓變性的影像學表現，T2W MRI高信號涉及的范圍也備受關注。很多研究者認為，T2W MRI高信號范圍越大，尤其是在矢狀面上涉及的節段越多，DCM患者術后的神經功能恢復越差[19]。

三、定量微觀結構MRI

定量微觀結構MRI包括彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、磁化轉移成像、功能MRI、MR波譜和T2*W成像等[37]。源自于這些技術的很多指標，如DTI中的各向異分數(fractional anisotropy，FA)與T2*W成像中脊髓白質和灰質的信號強度比值等，被認為是DCM中脊髓受損的敏感指標，可以用于識別無癥狀脊髓壓迫患者的早期脊髓組織損傷[38]。在上述技術中，當前應用最廣泛的是DTI。DTI是一種利用生物組織中水分子的自擴散來建立組織微觀結構對比的彌散MRI技術。DTI的各項參數與脊髓白質的微觀結構密切相關。脊髓白質中的細胞骨架蛋白、軸突膜、髓鞘等細胞和亞細胞結構是水分子擴散的物理屏障，這些屏障在脊髓中呈縱向排列，使得水分子總是沿著與軸突平行的方向彌散[39]。在DCM中，長期的脊髓壓迫會導致軸突損傷、脫髓鞘和脊髓水腫等，進而通過影響水分子的彌散來影響DTI參數。DTI的常用參數是FA和平均擴散系數(fractional anisotropy，MD)。FA常用于測量擴散各向異性，即水分子在單一方向上被限制擴散的程度。FA的范圍為0～1，0代表各向同性擴散，1則代表完全各向異性擴散。MD代表水分子擴散運動的程度(無論方向)。在DCM中，FA減小和MD增加被認為是軸突損傷、脫髓鞘和細胞外水腫的表現[40]。在脊髓壓迫區域(即便沒有脊髓病癥狀)總是會出現不同程度的FA減小，有脊髓病癥狀患者的FA往往低于無癥狀患者[41]。而對于有脊髓病癥狀的患者，FA也與術前神經功能呈正相關[42]。術前FA與術后神經功能恢復顯著相關，而術后FA和MD較術前的變化與DCM患者臨床結局之間的相關性尚不明確[43-44]。

有文獻報道在急性脊髓損傷中，損傷部位頭端或尾端脊髓也會出現不同程度的退化[45]。這一現象同樣存在于DCM中。在常規MRI上，常表現為壓迫節段頭端及尾端的脊髓出現橫截面積減小，白質和灰質出現不同程度的萎縮以及灰質后角萎縮較前角明顯等特點[46]；在DTI上，非壓迫脊髓節段同樣出現不同程度的FA減小和平均擴散率增加等，而這些改變在脊髓背側柱中更明顯[47-48]。脊髓在背側出現更明顯的影像學異常，也許可部分解釋感覺缺失總是先于運動障礙，而術后感覺恢復往往較運動恢復困難的現象[49-50]。

四、超聲

由于脊柱脊髓的特殊結構和位置，以及超聲波無法穿透骨組織的特點，超聲目前多應用于DCM后路手術的術中監測。DCM中大多數壓迫來源于脊髓前方，后路手術無法直視下判斷減壓后脊髓與前方壓迫的關系，術中往往只能通過硬脊膜的搏動情況來判斷減壓是否徹底，這種固有的局限可能會因為減壓不徹底而導致術后功能恢復欠佳[51]。有研究者使用術中超聲測量減壓后脊髓和硬膜的振幅，發現脊髓搏動與硬脊膜搏動不相關，只有脊髓振幅與術后神經功能恢復相關[52]。因此，在頸椎后路手術中使用超聲來引導和評價減壓很有必要。早期超聲主要用于評價減壓情況并分析減壓情況與術后神經功能恢復的關系，由此衍生一些脊髓減壓的分級方法。超聲可以動態觀察脊髓，所以這些分級方法充分考慮了脊髓的搏動因素?；诔暤募顾铚p壓可分為3級：1級，即脊髓與前方壓迫物始終不接觸，壓迫物和脊髓間的腦脊液間隙始終存在；2級，即脊髓與前方壓迫物有接觸，但在搏動時脊髓會與前方壓迫物分離；3級，即脊髓始終與前方壓迫物接觸，可伴隨局部脊髓凹陷，壓迫物和脊髓之間不存在腦脊液間隙[53]。其中1級和2級被認為是減壓徹底，3級則被認為是減壓不徹底。減壓徹底的患者，其術后神經功能恢復優于減壓后仍有脊髓壓迫(3級)的患者，而減壓后仍有脊髓壓迫的患者可能需要再次行頸前路手術[52-53]。另外有研究者對DCM中脊髓減壓分級與脊髓和硬膜搏動幅度之間的關系進行了分析，發現1級減壓患者脊髓和硬膜的搏動幅度顯著相關，而2級和3級患者(尤其是3級患者)脊髓和硬膜的搏動沒有相關性[52]。除減壓和脊髓搏動的評價外，減壓后脊髓的形態與術后神經功能恢復的關系也是頸椎超聲研究的熱點。Matsuyama等[54]結合術前和術后MRI及術中超聲對減壓后的脊髓形態進行研究，發現術前、術中和術后的脊髓面積擴大情況與神經功能恢復密切相關，脊髓擴張好的患者術后神經功能恢復往往較好。

近期，有研究在雙開門椎管擴大成形術治療多節段DCM中使用超聲引導及評估減壓情況。在超聲引導下27例患者均獲得了充分減壓，其中1級和2級減壓患者術前與術后JOA評分沒有顯著差異；在充分減壓的前提下，減壓后脊髓即時擴張不充分的患者，其神經功能恢復較擴張充分的患者差[55]?；诔曈跋癜l現，同術前T2W MRI類似，在脊髓受壓并出現T2W高信號的節段，脊髓在超聲上可表現為高回聲；而擴張不充分的患者脊髓出現高回聲的概率遠高于擴張充分的患者；脊髓超聲高回聲的灰度值與術后神經功能恢復呈顯著負相關[56]。以脊髓中央回聲復合體為分界，背側的高回聲灰度值明顯高于腹側，這與上述MRI發現類似。腹側脊髓高回聲的灰度值與運動功能的恢復相關，背側的高回聲灰度值則與感覺功能的恢復關系密切，感覺的恢復較運動恢復困難[57]。DCM中脊髓的壓迫往往來源于前路，但很多影像學研究發現脊髓背側受損往往更嚴重[46,49-50,57]。這可能與脊髓腹側血供更豐富以及腹側和背側在頸椎活動中所受的壓迫和拉伸不同有關[58-61]。根據超聲成像原理，聲波穿過組織界面時，鄰近組織密度不一致導致回聲強度不一致，從而形成不同亮度的圖像。以往的研究結果證實正常的脊髓實質回聲強度應該是均一的[62]。T2W MRI高信號的脊髓節段表現為超聲高回聲，可能是脊髓由于長期壓迫出現各種病理生理改變，導致髓內密度不均一，因此在超聲上表現為不一致的回聲強度[56]。此外，病變可能會導致脊髓的彈性改變，因此在減壓后脊髓仍然無法充分擴張。同樣是T2W MRI脊髓高信號，患者可能存在脊髓變性或囊性壞死[34]。應用超聲可輕易分辨脊髓的實質變性和囊性壞死。結合脊髓的超聲表現，可更全面地評價DCM中脊髓的病理狀態和預測神經功能的恢復情況。通過超聲可能對患者的脊髓彈性和血供情況進行評估，從而更全面地了解DCM的病理生理過程[63-64]。相比CT、MRI等影像技術，超聲費用低、應用方便、無電離輻射，可于術中直觀成像、反復觀察，獲得實時動態的影像資料。在脊髓減壓手術中利用超聲，可以獲得脊髓及其周圍結構的實時動態圖像，為其他成像技術提供了一個潛在的替代方案[56，65]。

術中超聲的使用也存在一定的限制和風險。術中脊髓超聲檢查需要脊柱外科醫生和超聲科醫生合作；術中超聲的使用將延長手術時間，需要由脊柱外科醫生和麻醉科醫生綜合考慮其對患者帶來的潛在風險，對高齡或合并有內科疾病的患者應慎重使用；此外，術中超聲檢查增加術區感染和超聲探頭壓迫脊髓造成功能損傷等風險。

綜合應用X線平片、CT、MRI和超聲等影像學檢查，可以對DCM有較全面的認識。關于脊髓影像學表現與神經功能的關系，目前仍然存在較多爭議。隨著各種新的影像技術的出現和應用，臨床醫生可綜合運用多種影像技術，實現DCM的早期準確診斷，制定合理的手術方案，術中充分減壓，為DCM患者提供更合理有效的治療。