磁共振扩散张量成像对肝硬化患者脊髓病变早期诊断的初步研究

牛金亮，黄椿尧，王 峻，田 雪

肝性脊髓病变(hepatic myelopathy, HM)是指肝硬化患者门体静脉分流和血氨升高，导致颈髓以下脊髓侧索脱髓鞘病变，呈现进行性对称性痉挛性截瘫，偶可累及感觉和括约肌功能[1]。目前对HM尚无有效的治疗方法，早期诊断HM对指导临床治疗具有重要意义。MR扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)技术是利用水分子的扩散各向异性进行成像，定量分析组织三维空间内水分子的扩散运动，观察神经纤维走行及分布特点[2]。笔者对肝硬化患者进行脊髓胸、腰段扫描，计算相应层面的平均扩散系数(average diffussion coefficient, DCavg)值和部分各向异性分数(fractional anisotropy, FA)值，分析DTI对HM早期诊断的价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

搜集2011年6月至12月间山西医科大学第二医院病毒性肝炎肝硬化患者45例，男28例，女17例，年龄33～61岁，平均50岁。以Child-Pugh分级[1]为标准分成3组，A、B、C各组15例。选取15例年龄相仿正常志愿者对照(D组)。所有受试者均行胸腰段常规T1WI、T2WI及DTI扫描。受试肝硬化患者均未进行门体分流术、无糖尿病、高血压等疾病。患者神志清楚，能良好配合MRI检查。所有受试者均签署知情同意书。

1.2 检查方法

采用美国GE Signa Excite 1.5T HD TwinSpeed超导型MR扫描仪，体部相控阵线圈行多序列扫描，扫描序列包括：矢状面梯度回波T1WI、T2WI，扫描参数T1WI：TR 450.0 ms，TE 9.3 ms；T2WI：TR 2800 ms，TE 102.0 ms。矢状面层厚4.0 mm，层间距0.5 mm，FOV 34 cm×34 cm，采集矩阵为428×256，激励次数(NET) 4；以矢状面T1WI或T2WI为定位像，采用单次激发自旋回波平面成像(EPI)序列进行DTI扫描，扫描参数：横轴面从脊髓圆锥最下端上1 cm处起，向近心端，以扩散敏感梯度25个不同方向，TR 4000.0 ms，TE 95.6 ms，层厚6.0 mm，层间距0，NEX为4，FOV 35 cm×35 cm，采集矩阵为128×128，扩散加权系数(b值)分别为0和500 s/mm2，连续采集13层。

1.3 DTI图像后处理

将原始数据传输到GE公司Advantage Windows 4.4 (AW 4.4)工作站，运用Functool 6.3.1E软件进行后处理。在进行数据处理前，用Correct程序对DTI原始数据校正，以减少图像变形。构建FA伪彩图和DCavg伪彩图。根据横断面T2WI确定ROI。确定ROI时，避开脑脊液(cerebrospinal fluid, CSF)对DTI数据的影响。分别对各层面进行数据测量，然后取各层面总体均值为单个病例的FA值及DCavg值(图1～4)。

1.4 统计学分析

采用SAS 9.2统计软件，A、B、C、D组间比较采用方差分析，组间两两比较采用Bonferroni法，对照组与肝硬化组比较采用t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 对照组与肝硬化组的比较

15例对照组与45例肝硬化组测量结果见表1。肝硬化组与正常对照组间DCavg及FA值总体均数差异有统计学意义(t值分别为4.896、16.456，P值均＜0.05)，说明与正常对照组相比，肝硬化患者胸腰段脊髓的DCavg及FA值都增大。

2.2 各组间DCavg值、FA值比较

A、B、C组患者胸腰段脊髓DCavg值分别为(1.342±0.10)、(1.371±0.23)和(1.492±0.29)×10-3mm2/s，FA值分别为0.353±0.11、0.385±0.13和0.446±0.09。A、B、C、D四组DCavg值(F=5.459,P=0.0013)、FA值(F=9.928, P=0.0000)总体均数差异有统计学意义。采用Bonferroni法进行组间比较，C组患者DCavg、FA值较A、B及D组大，差异有统计学意义(P值均＜0.05)。以Child-Pugh分级为准，A、B、C级患者随着肝储备功能的下降，DCavg、FA值逐渐增大，而当患者为A级时，与正常人差异无统计学意义(P＞0.05；表2)。

3 讨论

3.1 DTI扫描部位及扫描参数的选择

HM是各种原因肝病造成门体静脉分流和血氨升高，导致颈髓以下脊髓侧索脱髓鞘病变，呈现进行性对称性痉挛性截瘫。DTI是诊断慢性脊髓疾病的新方法[3-4]，目前大多数文献[5-6]侧重于颈髓DTI的研究。HM脊髓破坏最严重区域在脊髓胸腰段，即T10～L2髓节，大约对应T7～12椎体[7]，笔者选择HM患者的胸腰段脊髓进行研究。

DTI数据采集时，当扩散加权系数(b值)＞500 s/mm2时，b值越大，信号衰减越多；当b＜500 s/mm2时，易受较多T2 (即b=0时)因素的影响[8-9]。本研究预实验结果表明b值分别为0和500 s/mm2及25个扩散梯度方向时图像质量能满足研究要求。脊髓横断面直径较小(脊髓最宽横径为1.0～1.2 cm)， DTI图像的质量信噪比较低，选择整个脊髓的横断面为ROI，因此所测数据均为断面各像素内所测值的均值。

3.2 DTI在HM早期诊断中的应用价值

DTI是MR功能成像技术，其DCavg和FA能反映组织水分子扩散特点[2]。DCavg反映单位时间内水分子的扩散能力，DCavg值高说明细胞外水分子的扩散能力较强。FA是各向异性参数，FA值越接接近1，脊髓内纤维结构各向异性越强，FA值越接近0，则各向异性越弱。组织内FA值的变化，如增大、减小或不变，能反映特定的病理及病变转归[10-11]。

表1 15例对照组与45例肝硬化组平均扩散系数(DCavg)、各向异性分数(FA)值比较Tab.1 The comparison of DCavg values and FA values in the control group (15 cases)and the hepatic cirrhosis group (45 cases)

表2 45例肝硬化不同分组与15例对照组间DCavg、FA值比较Tab.2 The multiple comparison of DCavg values and FA values in patients with hepatic cirrhosis (45 cases) and the control (15 cases)

肝硬化患者引起脊髓病变的机理可能为：(1)肝硬化患者由于肝功能不全及门体分流，造成如B族维生素、磷脂等神经系统营养物质吸收和合成障碍；(2)由于门体分流或者肝脏灭活不全，经肠道吸收的有毒物质，如血氨、尿素和硫醇等，直接进入体循环，通过血脑屏障，在脑室系统内聚集升高，它们通过自身毒性干扰神经细胞的能量代谢[12]；(3)脊髓处于椎动脉和节段性动脉双重供血的移行带，易发生供血不足现象。门体静脉分流术后或长期的门静脉高压易致胸、腰段椎静脉丛淤血[13]。上述因素的综合影响，肝硬化患者脊髓发生损伤，表现为脊髓神经元细胞、神经胶质细胞发生变性，甚至坏死，细胞膜通透性增加，细胞内水分子外流，使细胞外水增加。本研究肝硬化患者总体DCavg值为(1.415±0.250)×10-3mm2/s，FA值为0.404±0.110，与正常对照组相比差异有统计学意义，提示肝硬化患者脊髓细胞外水增加，有脊髓损伤。肝硬化患者脊髓DCavg值与FA值的变化说明当肝硬化患者发生脊髓损伤时，由于细胞外水增加，水分子在各个方向的扩散能力增加，DCavg相应增大。本研究中FA值增大，可能与脊髓内微结构破坏，细胞膜通透性增加，神经纤维断裂等因素造成脊髓内各向异性增强有关。患者Child-Pugh分级为A级时，DCavg值为(1.342±0.100) ×10-3mm2/s，FA值为0.353±0.110，二者均较对照组高，但差异无统计学意义。提示A级患者脊髓细胞膜与髓鞘结构完整，微结构尚未破坏，水分子扩散能力正常，各向异性变化不明显。患者Child-Pugh分级为B级时，DCavg值为(1.371±0.230) ×10-3mm2/s，FA值为0.385±0.130，C级时，DCavg值为(1.492±0.290) ×10-3mm2/s，FA值为0.446±0.090，与正常对照组比较差异均有统计学意义；C级DCavg值与FA值较B级大，两组患者差异有统计学意义，提示B级与C级患者有脊髓损伤，同时随着肝储备功能的下降，脊髓损伤程度加重。

本研究所有患者均无神经系统症状，说明患者神经元胞体、神经纤维结构功能尚完整，损伤可能仅局限于脊髓神经细胞通透性的变化，脊髓组织水肿。肝硬化患者严重脊髓病变引起明显临床症状的DTI表现还有待进一步研究。总之，DTI是肝硬化脊髓病变早期诊断重要方法，为临床诊断与治疗提供有价值的信息。

[1]Caldwell C, Werdiger N, Jakab S, et al.Use of model for end-stage liver disease exception points for early liver transplantation and successful reversal of hepatic myelopathy with a review of the literature.Liver Transpl,2010, 16(7): 818-826.

[2]Ahn S, Lee SK.Diffusion tensor imaging: exploring the motor networks and clinical applications.Korean J Radiol,2011, 12(6): 651-661.

[3]Kara B, Celik A, Karadereler S, et al.The role of DTI in early detection of cervical spondylotic myelopathy: a preliminary study with 3-T MRI.Neuroradiology, 2011,53(8): 609-616.

[4]Wu LB, Zhu XY, Wang GB, et al.Diffusion tensor MR imaging of cervical spinal cord: cervical spondylosisrelated changes.Chin J Magn Reson Imaging, 2010, 1(3):188-193.武乐斌, 朱向玉, 王光彬, 等.磁共振扩散张量成像对脊髓型颈椎病脊髓慢性损伤的评价.磁共振成像, 2010,1(3): 188-193.

[5]Ducreux D, Fillard P, Facon D, et al.Diffusion tensor magnetic resonance imaging and fiber tracking in spinal cord lesions: current and future indications.Neuroimag Clin N Am, 2007, 17(1): 137-147.

[6]Wang Y, Ma L, Li DJ, et al.Preliminary study of cervical spinal cord in patients with amyotrophic lateral sclerosis using MR diffusion tensor imaging.Chin J Radiology,2009, 43 (10): 1017-1020.王岩, 马林, 李德军, 等.肌萎缩侧索硬化症的颈髓MR扩散张量成像研究.中华放射学杂志, 2009, 43(10):1017-1020.

[7]Yang YS, Yang JS.Hepatic myelopathy.Inter J Digest Dis,2007,27(4):453-454.杨银升, 杨金升.肝性脊髓病的研究进展.国际消化病杂志, 2007, 27(4): 453-454.

[8]Renoux J, Facon D, Fillard P, et al.MR diffusion tensor imaging and fiber tracking in inflammatory diseases of the spinal cord.AJNR Am J Neuroradiol, 2006, 27(9):1947-1951.

[9]Bosma R, Stroman PW.Diffusion tensor imaging in the human spinal cord: development, limitations, and clinical applications.Crit Rev Biomed, 2012, 40(1): 1-20.

[10]Onu M, Gervai P, Cohen-Adad J, et al.Human cervical spinal cord funiculi:investigation with magnetic resonance diffusion tensor imaging.J Magn Reson Imaging, 2010,31(4): 829-837.

[11]Schwartz ED, Cooper ET, Chin C, et al.Ex vivo evaluation of ADC values within spinal cord white matter tracts.AJNR Am J Neuroradiol, 2005, 26(2): 390-397.

[12]Gillmann A, Gerharz CD, Müssig K.Diagnostics and treatment of hepatic encephalopathy.Dtsch Med Wochenschr, 2012, 137(1-2):29-33.

[13]Wang MQ, Dake MD, Cui ZP, et al.Portal-systemic myelopathy after transjugular intrahepatic portosystemic shunt creation: report of four cases.J VascInterv Radiol,2001, 21(7): 879-881.