脊髓型颈椎病术后临床转归及其动物模型与相应MRI DTI量化指标之间的相关性研究

发布时间：2017-05-04 05:05

  本文关键词：脊髓型颈椎病术后临床转归及其动物模型与相应MRI DTI量化指标之间的相关性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：第一部分脊髓型颈椎病患者临床资料与MRI DTI量化值的相关性研究研究背景：脊髓型颈椎病(Cervical Spondylosis myelopathy,CSM)已成为临床常见病和多发病,由于起病隐匿,病程长,早期症状个体差异大,患者往往忽视早期诊疗而待四肢症状明显时才就诊,因此成为中老年患者四肢活动障碍的最常见病因之一。MRI是目前显示颈脊髓压迫性损害的最佳手段,对颈脊髓损伤的异常信号具有较高的敏感性。MRI由于能早期、准确地反映颈脊髓的受压节段、程度及神经损害情况,已成为诊断脊髓型颈椎病的重要辅助检查。其中MRI T2WI颈脊髓高信号常被视为颈脊髓损害的主要征象,但能否明确颈脊髓受压迫后为可逆性还是不可逆性损伤以及预测MRI T2WI高信号的脊髓型颈椎病患者临床预后,目前学界仍无一致意见。Wada等学者经研究表明：脊髓高信号与脊髓型颈椎病的严重程度及手术效果无相关性。部分学者报道高信号与术后神经功能恢复有相关性,但统计学分析未见显著性差异。作者认为出现以上不同观点的原因在于脊髓型颈椎病病理机制十分复杂,由于临床患者难以开展病理学研究,单纯依靠影像学不能明确脊髓型颈椎病的具体病理过程。因此探讨颈脊髓慢性受压后脊髓的形态学变化及其局部的病理状态,建立与该病理变化状态相适应的MRI DTI量化指标值对脊髓型颈椎病的早期诊断治疗、对深入研究脊髓型颈椎病具有重要意义。磁共振弥散成像技术是目前在活体上测量水分子弥散运动与成像的唯一方法,其中DWI(弥散加权成像Diffusion-weighted image)是目前观察活体组织中自由水分子弥散活动的理想方法,在此基础上发展的DTI(弥散张量成像Diffusion-tensor Imaging)技术利用不同方向的多个弥散敏感梯度对水分子的弥散方向性进行量化,通过测量表观弥散系数ADC值、各向异性FA值,并重建弥散张量纤维束成像,可为临床医师提供患者颈脊髓内部神经纤维束的细微结构和病理功能状态等信息,从而反映了神经纤维束的形态结构和功能性改变。由于脊髓体积较小(轴状面直径约12mm,最大轴状面直径约17mm),周围椎体骨结构引起磁敏感性伪影,周围脑脊液搏动引起容积效应,颈动脉和椎动脉搏动、呼吸运动等引起的运动伪影使DTI成像技术在颈脊髓的MRI扫描应用中受到了限制。近年来,随着磁共振技术的迅速发展,尤其是高分辨率3.0T MRI磁共振仪以及新型扫描序列的普及,DTI技术开始广泛应用于颈脊髓疾病的研究。有学者[48]报告使用3.0T MRI对脊髓型颈椎病患者进行DTI检查发现,ADC值和FA值是评价颈脊髓神经细胞及细胞外的水分子弥散活动强度和弥散方向各向异性的敏感指标,弥补了常规MRI对颈脊髓病变无法定量的缺陷。三个本征值λ1、λ2及λ3量化值可定量评判颈脊髓组织中水分子向X、Y、Z三个轴线上的三维弥散强度。DTT成像能够完整地显示整个颈脊髓神经纤维束的三维结构,其神经纤维束显像有助于无创性地评价颈脊髓神经纤维束的完整性和连续性,分辨受压迫的颈脊髓神经纤维束的受压变形程度和有无断裂等损伤情况。但目前的研究局限于DTI指标与T2WI影像的对比,以及DTI指标的变化规律与临床表现之间的相关性。本研究的创新点在于针对MRI T2WI颈脊髓高信号的脊髓型颈椎病患者进行DTI量化值的定量分析、对比,探讨其变化规律与减压手术前后颈脊髓神经功能恢复评价指标(JOA Recovery Rate)及其他相关影响因素的相关性,以便准确预测其临床预后。如果能通过3.0T MRI DTI量化值来定量分析T2WI高信号颈脊髓的病理状态,并建立DTI各项量化值的变化规律与手术前后脊髓功能恢复评价指标(JOA Recovery Rate)的相关性,便可在术前预判术后的临床转归。因此其对于指导临床诊疗方案的制定具有非常重要意义。本研究采用双梯度超导3.0T磁共振仪对脊髓型颈椎病患者进行术前、术后常规MRI扫描,然后对颈脊髓MRI显示T2WI高信号部分神经系统行术前、术后的DTI检查,定量测量其ADC值、FA值、平行于颈脊髓矢状面、轴状面前后径和左右径的三个本征值λ1、λ2及λ3值,观察其手术前后的变化规律,并行颈脊髓及神经根纤维束追踪成像,以研究其与临床脊髓功能恢复评价指标(JOA)的相关性,为临床实践中早期诊断脊髓型颈椎病并准确预判其手术效果提供理论依据。目的：1.根据术前MRI T2WI值的高低将脊髓型颈椎病患者分为4组,设正常对照组为G1组,G2组患者为术前MRI T2WI值正常组,G3组患者为术前MRIT2WI值升高、术后MRI T2WI值下降组,G4组患者为术前MRI T2WI值升高、术后MRI T2WI值升高／不变组。比较4组患者术前的一般情况,术前术后DTI值以及JOA评分,以了解术前MRI T2WI值高低对于脊髓型颈椎病患者的临床预后与术前术后DTI值、JOA评分变化规律的相关性。2.回顾性综合分析脊髓型颈椎病患者术前MRI T2WI值、术前术后DTI值以及JOA评分的变化规律,建立临床路径示意图,以期通过分析患者术前MRIT2WI信号高低和DTI量化值,预测其手术减压后的临床疗效。方法：1.研究对象：回顾性分析2010年1月至2013年6月在广州市第一人民医院脊柱外科住院接受手术治疗的脊髓型颈椎病患者。另外选取24例健康成年人作为本研究中MRI DTI值的基准值。患者组纳入及排除标准： (1)具有颈脊髓神经压迫性损害临床表现及相应体征： (2)X线、MRI证实颈脊髓受压；(3)排除颈椎外伤、肿瘤、神经源性疾病、周围神经炎等疾病。(4)脊髓型颈椎病患者符合以上纳入标准者,无年龄性别限制。2.分组情况,本研究为回顾性研究,对脊髓型颈椎病患者根据术前MRI T2WI值的高低分为4组,设正常对照组为G1组,G2组患者为术前MRIT2WI值正常组,G3组患者为术前MRI T2WI值升高、术后MRI T2WI值下降组,G4组患者为术前MRI T2WI值升高、术后MRI T2WI值升高/不变组。比较4组患者术前的一般情况,术前术后DTI值以及JOA评分,以研究术前MRI T2WI值高低对于脊髓型颈椎病患者的临床预后与术前术后DTI值、JOA评分变化规律的相关性。3.详细记录研究对象的一般临床资料,包括姓名、性别、年龄,病程、手术减压方式、术中出血量、手术时间、合并症及围手术期并发症等。4.脊髓神经功能评估：术前及术后随访时,根据日本骨科学会(Japanese orthopaedic association, JOA) 17分法脊髓损害功能评定标准,对所有患者进行脊髓神经功能评分。并按照Hirabayashi方法,计算术后末次随访时神经脊髓功能改善率,改善率=(随访JOA评分—术前JOA评分)/(17—术前JOA评分)×100%。改善率75%为优；改善率50%-75%为良；50%改善率≥25%为好转；25%为无效。5.常规颈椎X线检查：术前常规摄颈椎X线正、侧位、双斜位及过伸过屈位片,术后1周、3、6、12、24个月定期常规复查颈椎X线。根据Ishihara方法测量Ishihara指数(Ishihara Index)评价术前及术后随访时患者颈椎屈度。6.对所有患者在术前和术后1年时各进行一次3.0T MRI检查：采用的扫描设备为SIEMENS MAGNETOM Verio 3.0T磁共振仪,颈椎扫描采用颈部八通道线圈,图像后处理及数据测量使用配套的西门子Sygno工作站以及NEUR03D软件进行分析测量。7.统计学分析,所有患者的术前术后主要临床数据,包括症状持续时间、术后并发症、术前术后颈椎生理曲度指数、术前、术后JOA评分及JOA恢复率及DTI量化值,如FA值、ADC值,λ1、λ2、λ3值等计量资料均以均数±标准差(x±s)来表示,多组比较采用单因素方差分析(One-Way ANOVA),两两比较选用LSD方法,其中术后所有计量资料均采用协方差分析；计数资料采用卡方检验进行统计学分析；患者组术前、术后相关计量数据比较,采用配对t检验(paired-samples t test);术前ADC、术前FA与术后JOA评分、JOA恢复率的相关分析采用Pearson相关。检验水准a值取双侧0.05,以P0.05为差异有统计学意义。第二部分山羊动物实验统计方法：指标的分析采用重复测量的方差分析,取三个时间点,分别是术前、术后12W和术后24V。以上数据均使用SPSS17.0(Chicago,IL)软件进行统计学分析。结果：1.根据纳入及排除标准,回顾性分析2010年1月至2013年6月在我院行手术治疗的79例符合条件的脊髓型颈椎病患者,男48例,女31例,年龄32-80岁,平均年龄54.64±11.46岁。所有患者均获得随访,随访时间12-30月,平均18.75月。同期正常对照组中符合条件的志愿者有24人,男12例,女12例,年龄25-74岁,平均年龄51.33±14.95岁。脊髓型颈椎病患者组与对照组相比,其年龄及性别构成均衡可比。G1、G2、G3、G4组的性别构成和年龄均无统计学意义的差异(P0.05)。2.G2、G3和G4三组患者的颈椎间盘压迫责任节段、术前合并症、手术减压入路、围手术期并发症、术中失血量、手术时间、随访时间经比较均无统计学差异。症状持续时间3组间比较有统计学差异,G2组患者明显短于G3和G4组患者(P=0.027)。3.G2、G3、G4三组患者的术前JOA评分分别为11.37±2.060、9.95±1.588、8.27±2.180,三组之间两两比较,差异均有统计学意义(P0.001)。G2、G3、G4三组的术后JOA评分平均分别为15.11±1.340、14.55±1.335、12.87±1.717,其中G2与G3组之间无统计学差异,G2、G3组的术后JOA评分均明显高于G4组的评分,其差异有统计学意义(P0.001)。G2、G3、G4三组分别进行各自组内的术前、术后JOA评分比较：三组患者的术后JOA评分均显著高于术前(P=0.022)。G2、G3、G4三组手术患者的JOA评分均获得改善,三组改善率分别为70.00%±18.60%、66.00%±16.00%、52.05±14.40%,三组间JOA改善率比较,G2与G3组之间无统计学差异,但显著高于G4组(P0.001)。G2、G3、G4术前颈椎Ishihara指数分别为：8.03±4.86、8.82±7.39、8.82±6.63,三组之间比较无统计学差异(P=0.870)。G2、G3、G4三组患者术后的颈椎Ishihara指数分别为：8.84±4.39、8.22±5.44、9.5±2.06,三组之间比较无统计学差异(P=0.480)。4.各向异性分数(FA值)G1、G2、G3、G4四组术前的平均FA值分别为0.589±0.048、0.57±0.246、0.489±0.114、0.473±0.089。四组之间相互比较：G1和G2组显著高于G3、G4组(P0.001)。G2、G3、G4组术后的平均FA值分别为0.579±0.026、0.582±0.618、0.466±0.086,以G1组为基准值,G1、G2、G3组之间两两比较无统计学差异,但均显著高于G4组(P0.001)。G2、G3和G4三组内的术前与术后FA值比较：G2组和G4组患者手术前后FA值比较无统计学差异,G3组患者术后FA值显著升高(P0.001)。5.表观扩散系数(ADC值)G1 G2、G3、G4四组术前的平均ADC值分别为1305.660±132.750、1316.041±181.385、1528.532±420.265、1691.830±349.662。四组之间相互比较：G1与G2、G3与G4组之间无统计学差异,而G1/2显著低于G3/4(P0.05)。G2、G3、G4组术后的平均ADC值分别为1329.922±137.125、1306.470±143.655、1621.367±210.827,以G1组为基准值,G1、G2、G3组之间两两比较无统计学差异,但均显著低于G4组(P0.001)。G2、G3、G4三组内的术前与术后ADC值比较：G2组和G4组患者手术前后ADC值比较无统计学差异,G3组患者术后ADC值显著降低(P=0.027)。6.本征值λ1G1、G2、G3、G4四组术前的平均λ1值分别为2282.111±131.488、2267.170±271.791、1978.600±381.712、1928.240±173.592。四组之间相互比较：G1与G2组、G3与G4组之间无统计学差异,而G1/2显著高于G3/4组(P0.05)。G2、G3、G4组术后的平均λ1值分别为2292.737±169.212、2279.568±391.364、1948.560±180.352,以G1组为基准值,G1、G2、G3组之间两两比较无统计学差异,但均显著高于G4组(P0.001)。G2、G3、G4三组内的术前与术后λ1值比较：G2组和G4组患者手术前后λ1值比较无统计学差异,G3组患者术后λ1值显著上升(P=0.006)。7.本征值λ2G1、G2、G3、G4四组术前的平均λ2值分别为942.300±167.129、951.567±147.277、1170.623±436.348、1172.447±279.306。四组之间相互比较：G1与G2组、G3与G4组之间无统计学差异,而G1/2显著低于G3/4组(P0.05)。G2、G3、G4组术后的平均λ2值分别为955.319±155.314、942.186±151.978、1166.683±329.943,以G1组为基准值,G1、G2、G3组之间两两比较无统计学差异,但均显著低于G4组(P0.001)。G2、G3、G4三组内的术前与术后λ2值比较：G2组和G4组患者手术前后λ2值比较无统计学差异,G3组患者术后λ2值显著下降(P=0.033)。8.本征值λ3G1、G2、G3、G4四组术前的平均λ3值分别为687.621±115.268、689.707±124.055、883.395±416.436、880.427±189.661。四组之间相互比较：G1与G2组、G3与G4组之间无统计学差异,而G1/2显著低于G3/4(P0.05)。G2、G3、G4组术后的平均λ3值分别为688.267±139.031、683.409±144.888、906.210±167.277,以G1组为基准值,G1、G2、G3组之间两两比较无统计学差异,但均显著低于G4组(P0.001)。G2、G3、G4三组内的术前与术后λ3值比较：G2组和G4组患者手术前后λ3值比较无统计学差异,G3组患者术后λ3值显著下级(P=0.024)。结论：1.本研究发现随着颈脊髓慢性受压迫时间、程度的加重,患者临床症状加重、MRI T2WI可出现高信号,与之相对应的是DTI量化值动态改变,ADC值渐升高,FA值渐下降,且其改变趋势与临床症状、MRI T2WI改变趋势相一致,且术前ADC值、FA值与术后JOA评分、JOA改善率有明确相关性。2.MRI T2WI颈脊髓高信号的脊髓型颈椎病患者减压手术后神经功能恢复程度的分化显示其代表了可逆性和不可逆性两种不同的病理状态,因此单纯依据MRI T2WI高信号不足以预测临床预后,需结合MRI DTI量化值综合分析,并推测慢性受压颈脊髓3.0T MRI DTI可逆和不可逆性病理状态的临界值可能介于G3和G4组的DTI量化值之间。3.DTT技术不仅可直观显示颈脊髓受压迫的部位、程度和神经纤维束的完整性,还可通过神经纤维束的颜色改变直观评判神经纤维束的损伤程度,可作为DTI量化值的有益补充,将来有望成为脊髓型颈椎病患者临床诊疗的重要辅助手段。第二部分颈脊髓慢性受压的MRI DTI量化值与病理学变化相关性的实验研究研究背景脊髓型颈椎病(Cervical Spondylotic Myelopathy, CSM)是目前临床常见疾病,其发病时间长,早期症状不典型,患者常常忽视早期诊疗,待病程晚期出现颈脊髓严重神经功能障碍后才积极求治,但较多病人此时已错过最佳手术时机,往往临床预后不佳。目前脊柱外科医师主要通过患者MRI T2WI有无颈脊髓高信号来判断患者的病情严重程度,但研究发现MRI T2WI高信号对于脊髓型颈椎病患者的预后判断出现分化[8]。目前研究结果报告颈脊髓MRIT2WI高信号对于慢性受压迫颈脊髓的病理状态难以准确评判。近年来有学者[9]报告MRI DTI技术可早期评判颈脊髓的神经功能状态,其敏感性和特异性优于MRI T2WI。但目前对于慢性受压迫颈脊髓MRI DTI技术的研究主要集中于临床病例研究或是慢性颈脊髓压迫动物模型的建立,对于MRI DTI量化值与受压迫颈脊髓所处病理状态之间的相关性研究仍未明确。本研究通过建立慢性颈脊髓压迫动物模型,研究慢性受压迫颈脊髓的3.0T MRI DTI量化值及其相对应的病理变化,为DTI量化值的临床应用提供病理基础。目的建立慢性受压迫颈脊髓损伤的山羊动物模型,通过3.0T MRI DTI技术,研究慢性受压迫颈脊髓DTI量化值及其所对应的病理状态,以明确不同病理状态其MRI DTI量化值的变化规律,为DTI量化值的临床推广使用提供病理学依据。方法1.健康山羊8只,体重20kg-25kg。手术显露右侧C4/5椎板间隙,以椎板咬骨钳咬除颈4右侧部分椎板开窗,将椎体后凸成形球囊作为脊髓致压物通过椎板开窗处向上缓慢插入至硬膜外腔前端,椎体的后缘,达C4椎体右后水平。术后第2W起,每隔1W经导管缓慢注射泛影匐胺造影剂0.05ml,总量不超过0.3ml,使球囊缓慢膨胀,以制作颈脊髓慢性压迫性损伤山羊模型。2.采用改良Tarlov运动评分法 对手术后的8只山羊的神经脊髓运动功能进行评分。3.病理检查：于成功制作慢性颈脊髓压迫山羊动物模型术后12W时所有山羊均行3.0T MRI DTI扫描,然后随机抽取4只山羊处死,获得颈脊髓标本送病理检查。至第24W时,剩余4只山羊再行3.0T MRI DTI检查后亦处死,,同样获得颈脊髓标本送病理检查(均切取受压迫颈脊髓病灶和其上下相邻2 cm的正常脊髓组织作对照)。4.对8只山羊在术前和术后12W进行常规MRI和DTI检查,于术后24W时对剩余的4只山羊行3.0T MRI DTI检查。采用的扫描设备为SIEMENS MAGNETOM Verio 3.0T磁共振仪,颈椎扫描采用颈部八通道线圈,信号处理及数据测量使用配套的西门子Sygno工作站以及NEURO3D软件进行分析测量。山羊麻醉后采取侧卧位,MRI平扫采用自旋回波序列和快速回波序列,获得矢状位T1加权像(T1WI)、T2加权像(T2WI)及轴位T2WI,其扫描参数为：矢状位T1WI(TR/TE, 600/15ms)、T2WI (TR/TE,5200/140ms)、轴位T2WI (TR/TE/IR, 9000/120/2100ms),层厚3mm,间距1.0mm。T1冠状位薄层扫描,层厚1.0mm,层间距0,共160层,用于与DTI融合。FOV210x210mm,矩阵512×512。结果1.8只山羊接受了颈脊髓压迫手术实验,2只山羊造模不成功考虑急性脊髓损伤所致,又补充制作2只山羊动物模型。术后第12W,所有山羊已注入0.3ml泛影匐胺造影剂,站立行走欠佳,运动功能评分4分。照片及MRI示颈脊髓中央偏右侧受压变形。DTI可见脊髓外形轻度变扁,显像清晰,分辨率高。颈脊髓T1WI影像基本正常,而在颈4/5受压迫椎管水平的颈脊髓内显示出部分轻微可见的点状T2WI高信号。DTT成像扫描可见山羊颈脊髓轻微压迹形成,但神经纤维束未见损伤中断等图像,颜色自蓝紫色转为淡蓝色。术后第24W,剩余4值山羊站立行走活动缓慢,活动量明显下降,大部分山羊运动功能评分2-3分。MRI见山羊颈脊髓右侧受压迫程度加重,局部脊髓形状变扁。DTI图像可见颈4/5椎管水平颈脊髓受压变形,相应层面颈脊髓内可见片状T2WI信号升高,高信号影像范围较术后第12W时明显扩大。DTT成像显示颈脊髓自术前的紫蓝色变成黄绿色,受压迫最严重处颈脊髓有明显的压迫痕迹,局部神经纤维束成像扭曲、变形,似见部分神经纤维束中断征象。2.8只山羊术前颈髓的FA值为0.758±0.037,ADC值为(1.052±0.020)×10-3mm2/s。λ1值约(2.443±0.122)×10-3mm2/s,λ2值约(0.455±0.072)×10-3mm2/s,λ3值约(0.499±0.114)×10-3mm2/s。造模术后第12W时8只山羊行3.0T MR IDTI扫描：ADC值和λ2、λ3值升高,FA值和λ1下降。造模术后第24W时剩余的4只山羊行3.0T MRI DTI扫描：ADC值和λ2、λ3值进一步升高,FA值和λ1进一步下降。所有组山羊术前和术后12W时其DTI量化值比较变化趋势有统计学差异(P0.05)。术后第24W时。剩余4只山羊的DTI量化值与术后12W时DTI值比较有统计学差异(P0.05)。3.术后病理示：术后第12W,神经元形态基本正常,可见颈脊髓灰质的神经元数目较正常减少,局部可见小的空洞,脊髓灰质神经元中可见少量散在分布的坏死细胞,细胞固缩、胞浆嗜酸性变等改变,周围可见少量小胶质细胞反应性增生。受压迫节段颈脊髓白质可见局灶性的髓鞘水肿,神经纤维肿胀、Wallerian变性,并可见少量散在的囊性变坏死区域。术后24W,受压迫区域颈脊髓灰、白质界限不清,增生的纤维束穿插其间,损伤变性神经元和纤维束周围可见胶质细胞增生,有形成胶质瘢痕、纤维化的倾向,神经元细胞排列杂乱,少量神经元细胞呈固缩及嗜酸性变;部分区域坏死液化呈囊性变,囊内可见无结构、红染的物质。结论1、本实验成功制作适用于MRI DTI研究的颈脊髓慢性压迫性损伤的山羊动物模型,并证实在压迫程度一定的条件下,随着压迫时间的延长,受压迫脊髓的ADC值升高,而FA值下降,此趋势与病理损伤自可逆性损伤向不可逆性损伤渐进性加重的趋势一致。2、本实验通过病理研究证实：脊髓慢性受压后的病理生理状态其实是损伤与修复并存,在早期以可逆性损伤为主,待压迫程度加重、时间延长,则以不可逆性损伤为主,因此慢性受压脊髓MRI高信号同时包含有可逆性和不可逆性病理变化,将来有可能通过MRI DTI影像及量化值判断脊髓高信号所对应的脊髓神经组织病理状态。
【关键词】：脊髓型颈椎病 磁共振 弥散张量成像 颈脊髓慢性压迫性损伤 动物模型 弥散张量成像 病理学
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R687.3;R-332
【目录】：

• 摘要3-15
• ABSTRACT15-31
• 前言31-38
• 参考文献34-38
• 第一部分 脊髓型颈椎病患者临床资料与MRI DTI量化值的相关性研究38-107
• 材料与方法38-44
• 结果44-80
• 讨论80-100
• 结论100
• 本研究所存在的不足之处100-101
• 参考文献101-107
• 第二部分 颈脊髓慢性受压的MRI DTI量化值与病理学变化相关性的实验研究107-137
• 材料与方法108-114
• 结果114-128
• 讨论128-132
• 结论132-133
• 本研究不足之处133
• 参考文献133-137
• 全文小结137-138
• 本课题的创新点138-139
• 综述139-157
• 参考文献150-157
• 缩写词简表157-158
• 博士研究生期间发表论文情况158-159
• 致谢159-161
• 统计学审稿证明161

【参考文献】

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1 刘记存;刘怀军;徐英进;张为;贺丹;王志红;;经椎间孔颈脊髓压迫模型的建立[J];中国脊柱脊髓杂志;2008年09期

  本文关键词：脊髓型颈椎病术后临床转归及其动物模型与相应MRI DTI量化指标之间的相关性研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：344432