磁共振弥散张量成像前瞻性的研究脊髓型颈椎病早期改变

1、磁共振弥散张量成像前瞻性研究脊髓型颈椎病早期改变主要技术领域：医药卫生领域中骨关节系统疾病的诊断，解决了临床常见疾 病：脊髓型颈椎病的早期影像诊断问题。关键词：磁共振；弥散张量成像；脊髓型颈椎病、立项依据 项目研究目的和意义 前期研究工作基础 二、研究内容和目标 项目主要内容及关键技术 主要创新点 主要完成指标 三、研究方法及实施计划 四、计划工作进度 五、研究项目组人员安排 六、项目经费预算、立项依据（一）目的和意义10%我国大约有7%-10%勺人患颈椎病，且颈椎病发病呈低龄化趋势，40岁以下 人数过半。其中脊髓型是最为严重的颈椎病类型，约占颈椎病总数的 15%。脊髓组织受压迫引起神经功能损

2、害，表现为感觉、神经和括约肌不同程度的障碍，如出现使用筷子进食困难、步态不稳等；当出现膀胱和直肠功能障碍 时，则提示病变已经非常严重，治疗效果差。因此早期诊断和早期治疗意义明显, 影像诊断则能起到关键作用3,4。病变早期，常规影像学检查（如X-线、CT和MF常规序列）可显示颈椎椎间 盘突出、椎管狭窄、骨质增生等，但不能显示脊髓型颈椎病脊髓内的早期病变。MR新技术弥散张量成像（diffusion tensor imaging， DTI ）在临床已广泛应用，如可诊断超急性期脑梗塞5，但在脊髓病变诊断方面应用较少。本课题主要应用DTI技术，从定性和定量两个方面来前瞻性研究脊髓型颈椎 病；通过动态研究

3、以期能早期发现病变，从而指导临床早期治疗，减轻患者病痛。本课题必能产生良好的社会效益和经济效益。（二）国内外概况MF在诊断脊髓病变方面具有无与伦比的优势，但常规MR显示的是大体形态,不能准确显示病变的细微结构，特别是是不能发现早期病变。随着磁共振弥散加权成像（diffusion-weightedimaging, DW）、特别是DTI的出现，使得早期诊断变成现实；DTI是通过观察组织内水分子的弥散运动，达到分析组织细微结构 的目的，从而能显示病变的早期改变。人体内水分子受细胞排列方式、细胞膜等因素的影响，其弥散为各向异性;通常在某一方向上活动较多，而在其他的方向活动受到限制。 病变早期（如超急

4、性期脑梗塞）病变组织的水分子弥散运动就已经发生改变， 而常规MRI不能显示这些变化，DWI对这些改变则非常敏感，但DWI只有表观弥散系数（apparentdiffusioncoefficient,ADC 一个标量来描述弥散，只代表所施加梯度磁场方 向上水分子的弥散特点，故DWI不能准确地反应水分子弥散运动特征。DTI技术 充分考虑到了弥散的方向性，在多个方向施加弥散梯度从而对弥散各向异性进行评价，描述病变更加全面。目前DTI在脑部病变的应用已有大量文献报道6,7。DTI显示脊髓内轴突结构具有高度的有序性和方向性，白质为各向异性，灰 质为各向同性8,9 0 Clark等10，11在多发性硬化的研

5、究中发现颈髓病灶弥散指数低于正常对照组；认为可能与脊髓脱髓鞘改变、血管源性水肿等有关。2002年Ries 等12报道了颈髓6个方向的DTI，发现常规MRI可显示椎管狭窄、椎间盘突出等， 但未发现髓内病变，而 DTI则发现脊髓受压部位ADCfi明显升高。宋亭等问通过对脊髓型颈椎病患者的研究证实DTI彩色张量图可以发现常规MRI所不能显示的病变；正常颈髓部分各向异性（fractionalanisotropy, FA）值在C2/3水平最高，越往尾侧FA值越低；作者认为与不同颈髓水平灰白质比例不同所造成的，越往尾侧灰质比例越高，白质比例减少；多个节段颈髓间的ADC值之间没有显著性差别14，认为FA较A

6、DC能更好地评价弥散的各向异性程度。正常人脊髓在彩色张量图上均表现为蓝色信号，而病变区则显示为绿色13脊髓型颈椎病患者椎间盘突出或椎管狭窄时，T2WI仅发现9例颈髓内有异常信号影，但DTI彩色张量图则可以发现16例；在志愿者的DTI图中则未发现这 种表现；另5例虽然DTI图像上未能显示异常信号影，但受压迫的脊髓节段的ADC值和FA值也与正常区域颈髓不同。文献报道13，15认为这种表现与DTI对水分子的运动特别敏感有关，DTI能够显示病灶早期内部的水分子的改变。 骨质增 生或椎间盘突出等压迫脊髓引起其灌注降低，从而导致局部缺血缺氧、细胞膜损 坏、细胞膜的渗透性增加；脑脊液有可能进入脊髓内部，在髓

7、内的微小囊肿形成（常规MRI不能显示）。Demir等16报等在一组颈椎病病例（21例）的报道中 中：ADC图可发现17例有脊髓损伤（敏感性80%,而T2WI仅发现13例（敏 感性仅为61%。DTI诊断脊髓型颈椎病已成为当前研究热点之一17,18,19，相比常规MRI, DTI对脊髓损伤更为敏感，具有重要临床意义。但DTI应用于在颈椎病高危患者脊髓 早期改变的前瞻性研究国内外仍未见报道。参考文献：1胡志俊,卞琴施杞，等脊髓型颈椎病发病机理研究概况.中医正骨,2003,15:50-52.2. 贺小林.脊髓型颈椎病的早期诊断及治疗.中华现代外科学杂 志,2005,2:1293-1294.3. 陈华，

8、夏良政，李胜华.脊髓型颈椎病发病机制研究进展.国际骨科杂志,2009, 30:323-324.4. 钟远鸣,李志斐，许建文，等.动态颈段MRI在脊髓型颈椎病早期诊断中的价值，中 国组织工程研究与临床康复，2008,22:4275-4278.5. Moseley ME, Kucharczyk J, Mi ntorovitch J, et al. Diffusio n-weighted MR imagi ng of acute stroke: correlation with T2-weighted and magnetic susceptibility-enhanced MR imagi ng

9、in cats. AJNR,1990,11: 423-429.6. Holodny A I, Ollenschleger MD, Liu W Ch，et al. Identification of the corticospinal tracts achieved using blood-oxygen-level-dependent and diffusion functional MR imagi ng in patie nts with brain tumors. AJNR,2001,22:83-88.7. Sinha S, Bastin ME, Whittle IR, et al. Di

10、ffusion tensor MR Imaging of high-grade cerebral gliomas. AJNR,2002, 23:520-527.8. Franconi F, Lemaire L, Marescaux L, et al. I n vivo qua ntitative microimag ing of rat spinal cord at 7T. Mag n Reson Med,2000, 44:8938989. Gula ni V, Webb AG, Duncan ID, et al. Apparent diffusi on ten sor measureme n

11、ts in myeli n-deficie nt rat spinal cords. Mag n Reson Med,2001,45: 19195.10. Clark CA, Barker G.J, Tofts PS. Magnetic resonance diffusion imaging of the human cervical spinal cord in vivo. Mag n.Reso n. Med,1999,41: 126273.11. Clark CA, Werring DJ, and Miller DH. Diffusion imaging of the spinal cor

12、d in vivo: Estimation of the principle diffusivities and application to multiple sclerosis . Mag n Reso n. Med,2000,43:133-38.12. Ries M, Jones RA, Dousset V, et al. Diffusion tensor MRI of the spinal cord. Mag n Reso n. Med,2000,44:884- 892.13. 宋亭，梁碧玲，胡春洪，等.颈髓弥散张量成像临床应用的初步探讨.苏州大学学报（医学版），2007,27:403

13、-406.14. Wheeler-K in gshott CAM, Hickman SJ, P arker G J M, et al. I nvestigati ng cervicalspinal cord structure using axialdiffusi onten sor imagi ng.Neuroimage,2002,16:93-102.15. Aota Y, Niwa T, Uesugi M， et al. The correlation of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in cervical compress

14、ion myelopathy with neurologic and radiologic severity.S pin e,2008;33:814-20.16. Demir A, Ries M, Moonen CT, et al. Diffusion-weighted MR Imaging with apparent diffusion coefficient and apparent diffusion tensor maps in cervical spon dylotic myelo pathy. Radiology, 2003, 229:37-43.17. Song T, Chen

15、WJ, Yang B, et al. Diffusi on ten sor imag ing in the cervical spinal cord.Eur Spine J,2011,20:422-428.18. Budzik JF, Balbi V, Le Thuc V, et al. Diffusi on ten sor imag ing and fibre track ing in cervical spon dylotic myelo pathy.Eur Radiol,2011,21:426-33.19. 宗会迁,刘怀军,宋鹏,等.MR扩散张量成像诊断慢性脊髓型颈椎病，中国医学 影像技

16、术,2011,8,1555-1558.（三）市场预测和发展趋势本研究为前瞻性，可早期诊断脊髓型颈椎病，能指导临床在病变早期有效地 干预病变的发展，极大地减轻患者的病痛，可产生良好的社会效益，也能为医院创造一定的经济效益。（四）前期研究工作基础本课题申请人宋亭，为医学影像学专业博士、主任医师和硕士研究生导师，专门从事于骨关节系统、神经系统疾病的影像学研究；曾参与过个省、市级科研课题，在国内外期刊发表论文多篇。已经通过预实验初步优化出脊髓MR和DTI扫描的最佳扫描参数和扫描序列，并在国外杂志发表相关论文（详见下面）。我院是一家有着百年历史的医院，骨科为医院重点学科，有丰富的颈椎病病例；能满足本课题

17、研究的需要。医院拥有先进的设备，如1.5T和3.0T MR扫描机。1234吭W*.；中'»；1图1：图2：（同一患者）adCB示颈髓未见异常信号图3：（同一患者）FA图示C4/5水平颈髓内见片状稍高信号图4：（同一患者）彩色张量图示C4/5水平颈髓病变区为绿色信号，邻近正常颈髓矢状位T2W示C4/5水平椎间盘突出并黄韧带增厚，颈髓未见异常信号为蓝色信号附：已发表的与本课题研究有关的主要论文、专著情况:1.S on gT, Che n WJ , Yang B,et al. Diffusi on ten sor imagi ng in the cervical spinal co

18、rd.Eur Spine J,2011,20:422-428.2.Song T, Wei LP, Chen WJ, et al. Imaging Characteristics of Pneumocystis pn eumo nia after Renal Transplan tatio n,Ren Fail,2010,32(1),78-84.3. 宋 亭，梁碧玲,黄穗乔，等.神经妥乐平对兔脊髓放射性损伤的治疗作用.中国脊柱 脊髓杂志,2004,14(12):748- 751.4. 宋 亭，梁碧玲,黄穗乔，等.鼻咽癌放疗后放射性脑干和脊髓损伤的磁共振表现.癌症,2005,24(30):357-

19、361.5. 宋亭，梁碧玲胡春洪,等.颈髓弥散张量成像临床应用的初步探讨.«苏州大学学报(医学版),2007,27(3):403-406.6.Song T, Wang WS, Zhou BR, et al. CT and MR Characteristics of CerebralSp arga nosis.AJNR,2007,28(9):1700-1705.7.Song T, Shen J, Liang BL, et al. Retroperitoneal liposarcoma: MR characteristics and pathological correlative an

20、 alysis. Abdomi nal Imagi ng,2007,32(5):668-674.出版专著:1. 副主编，颅脑与头颈部影像图解。北京，人民军医出版社，2010年5月第一版。ISBN:978-7-5091-4732-02.编者，MR诊断袖珍手册。北京，人民军医出版社，2007年9月第一版。ISBN: 9787509112052目前在研课题:1.2011年广东省自然科研立项（博士启动项目）：首发精神分裂症和双相障碍静息态脑功能网络比较研究。编号：s201104000372a目前课题进展顺利。排 名第二。2.2011年广州市科技计划项目：基于PACS勺脊柱内窥镜手术仿真研究，项目编号：

21、11C22020695目前课题进展顺利。排名第二。二、研究主要内容和关键技术（一）具体研究开发内容和要重点解决的技术关键问题研究内容:1. 研究对象:随机选取脊髓型脊椎病高危人群 50名（我院30-50岁在职医生和护士）作为研究对象，男女各25人；经我院学术与伦理委员会批准；所有研究对象均要 签署知情同意书。选择标准：没有症状、颈椎X线平片、MRI和DTI检查均未见异常、神经系 统检查（如肌电图、神经诱发电位等）未见异常。动态研究：进行定期随访，定期（每 4个月一次，共4次）进行X线平片、MRI和DTI、肌电图检查和临床检查。2. 研究方法:所有研究对象均进行以下检查（采用双盲法）。下列检查结

22、果由两名医生独立进行分析；如有结果不一致的或结果差别较大的,由2人分析讨论达成一致后重新分析或测量。颈椎X线片：在侧位片测量颈椎骨性椎管矢状径、椎体及椎管矢状径比值。M常规T1W、T2W检查：测量颈椎椎管前后径、有无颈椎椎管狭窄及程度（cm,并分析有无骨质增生、黄韧带增厚等），有无椎间盘突出及程度（cm），髓内病灶大小、形态。检查设备为荷兰P HIL IPS公司1.5T超导型全身磁共振扫描仪，线圈为多通道全脊椎线圈。常规行矢状位 T1Wk T2W和横断位T2W扫描。DTI成像：采用单次激发快速自旋回波EPI成像序列。行颈髓矢状面扫描，层厚=3mm 层间距=0,扫描野=230mm 采集矩阵 12

23、8X 128, TR/TE=6000/102ms 共扫描5层，采集4次。弥散敏感梯度依次施加在6个非线性方向上，即P、M S及MPPS、M方向。13值=400s/mm2。DTI数据和图像后处理将上述DTI图像送至工作站，使用感兴趣区（大小约50个像素）技术测量4个不同水平（C2/3、C3/4、C4/5 和 C5/6）颈髓节段的 ADC FAB。使用 IDL Version 5.6软件处理图像，最后得到彩色张量图，初步描绘出颈脊髓白质纤维束图像。肌电图：测量（静息电位、轻用力运动单位电位、重用力运动单位电位）：神 经传导速度（包括运动和感觉），神经诱发电位等；详细的体格检查：使用日本骨科学会（J

24、OA提出的颈椎病评分标准（简称JOA 评分，如下）进行详细打分:I .上肢运动功能：不能自已进食：0 ;不能用筷子，但全用勺子进食：1;手 不灵活但能用筷子进食：2 ;用筷子进食及做家务有少许困难：3 ;无障碍但有 病理反射：4 0 n .下肢运动功能：不能行走（卧床不起）：0 ;用拐可在平地行走少许：1;可上下楼，但要扶楼梯：2 ;行走不稳，也不能快走：3;无障碍1；3。但有病理反射：4 om .感觉： A.上肢：严重障碍：0;轻度障碍或麻木:正常：2 ； B.下肢：同上肢：0-2 ； C.躯干：同上肢：0-2 0 W.膀胱功能：闭：0;尿潴留，使大劲排尿：1;排尿异常（尿频，排尿不尽）：2

25、 ;正常:3. 资料分析和处理收集各种影像资料、JOA评分、肌电图资料，进行分析和统计学处理，采用SPSS12.0软件进行方差分析、t检验等统计学处理，视PV 0.05有显著性意义。重点分析: 动态研究；找到DTI（包括形态变化、信号改变和定量指标）可以早于临床（JOA 评分）和肌电图等临床诊断脊髓型颈椎病的证据。定量测量各向异性指标：将各向异性指标（FA、ADCfi）进行统计学处理，分 析其中的差异、与病情轻重的关系。要重点解决的技术关键问题:1. DTI扫描参数：鉴于脊髓细小，DTI分辨率低；且容易受到运动影响产生伪影等 因素，采用心电门控和呼吸门控技术；薄层扫描（层厚 3mm以提高分辨率

26、。2. 动态X线片、MR DTI和肌电图检查：每一次检查能按同一方案进行；各种参数测量的位置应统一；JOA评分：每一次评分时必须统一标准（二）项目的特色和创新之处1. 本项目为前瞻性研究，选择颈椎病高危人群进行研究，以期早期发现、早期干预，将脊髓型颈椎病对患者造成的危害减少到最低程度； 国内外未见研究报道2. 本项目使用M新技术DTI技术前瞻性研究高危人群的颈脊髓，可获得大量的颈 脊髓的MR指标，为今后进一步研究提供科学依据。（三）要达到的技术、经济指标及社会、经济效益本项目主要技术指标（包括动态监测的每一次结果）如下:1. X线平片：颈椎椎管前后径（cm）:2. MR常规序列：颈椎椎间盘突出和程度（cm），颈椎椎管前后径（cm）、髓内病变 大小（cm2）和形态3. DTI图像：AD和FA值;4. 彩色张量图：髓内病变色彩的变化，从而勾画出白质纤维束形态的改变5. 肌电图：各种电位、传导速度、波形；6. JOA评分如果能达到预期结果，将其成果应用于临床，既能做到早期诊断，早期治疗, 将会为患者减轻病痛，减少家庭和社会