背景和目的脊髓损伤年发病率约为20～40/100万,大量截瘫等严重功能残障的患者给社会、家庭和个人带来巨大的社会负担和经济损失。早期准确反映脊髓损伤及其程度,了解轴突损伤再生及再髓鞘化过程的影像学检查方法,对于脊髓损伤后治疗计划的制定及预后随访观察具有非常重要的意义。传统MRI检查常常低估了脊髓损伤的程度,不能精确地反映脊髓白质纤维束的状态,无法正确估价脊髓的功能状态。迄今为止,有关脊髓功能的评价,仍然主要依靠临床主观判断,缺乏功能影像学标准。因此,临床研究及实际工作中迫切需要一种无创和客观精确的影像学方法来验证治疗措施和疗效之间的相关性。磁共振扩散张量成像（magnetic resonance imaging,DTI）技术利用多个不同方向的扩散敏感梯度对水分子扩散的方向性进行量化,能敏感地反映脊髓中水分子扩散各向异性的改变,提供活体脊髓的微细结构病理生理变化的信息。扩散纤维束示踪（diffusion tensor tracking,DTT）成像,是目前唯一能在活体三维显示白质纤维束走形结构的无创性影像方法。理论上认为,DTI测量所得的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient,ADC）值,节段各向异性（fractional anisotropy,FA）值等特征参数值能量化反映脊髓损伤程度和修复期轴突再髓鞘化过程,对评价脊髓损伤及功能修复状况有着非常重要的临床意义,因而该技术正逐渐被重视并愈来愈广泛地应用于脊髓损伤的基础研究及临床相关疾病的诊断和治疗随访中。目前国内外脊髓DTI研究还处于实验室及初步临床研究阶段,其难点在于脊髓细小,由于成像的低信噪比和部分容积效应,难以清晰显示脊髓的精细结构;需要克服脑脊液搏动伪影、吞咽呼吸等生理运动伪影影响;很多成像相关后处理技术还有待进一步成熟。本课题共分三个部分:首先对21只新西兰长耳白兔进行胸髓压迫急性损伤的动物模型研究,对胸髓不同损伤程度组模型分别进行磁共振扩散张量成像、磁共振纤维示踪成像和组织超微病理学检查,进行不同损伤组DTI扩散张量特性与其超微病理学特征的对照研究,阐明脊髓损伤的病理生理机制,探讨DTI技术是否能对脊髓损伤的早期诊断、损伤程度、脊髓功能状态等提供客观准确的影像学信息,评价DTI技术在脊髓损伤的基础学研究价值及临床应用前景;课题第二部分对42名健康志愿者行磁共振常规、扩散张量成像及扩散纤维束示踪检查,应用单次激发自旋回波平面回波扫描技术,优化脊髓DTI扫描技术条件并揭示正常颈髓磁共振扩散特性,为脊髓疾病的DTI研究打下基础;在前两部分研究基础上,课题第三部分对31例脊髓型颈椎病颈髓慢性损伤患者进行常规MRI和DTI两种磁共振成像检查,探讨ADC值和FA值等应用于脊髓慢性损伤的可行性和参数特征,通过比较这两种磁共振成像方法对脊髓损伤检测敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值的差异,深入探讨磁共振扩散张量成像技术对诊断脊髓慢性损伤的临床应用价值和前景。目的1.寻找理想模拟脊髓压迫急性损伤病程且能行磁共振扩散张量成像研究的动物模型及建模方法。2.定性、定量分析不同压迫程度脊髓损伤组磁共振扩散张量成像特征。3.分析不同压迫程度脊髓损伤组的超微结构组织病理学特征。4.探讨不同程度脊髓急性损伤的磁共振影像学特征与其超微结构病理学变化的相关性,阐明脊髓损伤的病理生理机制及磁共振扩散张量成像在脊髓损伤检测方面的应用价值。方法1.动物分组:随机选择8～12周龄新西兰大耳白兔21只,随机分成A（轻度压迫组）、B（中度压迫组）、C（重度压迫组）3组,依据预实验中所获得的兔胸椎椎管及胸髓三维径线的解剖学数据,A、B、C三组选用压迫球囊的直径分别为1.00mm、2.00mm、3.00mm。2.模型制作:3%戊巴比妥钠按1ml/kg耳缘静脉麻醉。保持室温24～26℃。兔俯卧位,四肢固定于手术台上,腰胸背部去毛,确定T13棘突位置,以此为中心切1cm的纵切口,剥开一侧椎旁肌,暴露T13/L1椎板间隙,近中线处用硬膜外穿刺针穿透黄韧带,至硬膜外间隙,将穿刺针的方向调整至头侧,随后按分组缓慢导入不同规格的球囊进入至T10～13平面。留置球囊并将导丝固定于椎旁肌及皮上,结束球囊留置术。术后一周,手术区行MRI常规扫描,再次确认导管位置无移位,排除周围组织无明显出血脓肿等影响DTI观察因素后,将A、B、C组末端接附带刻度计的注射器,注入生理盐水,压力为5Kpa,充满球囊,旋紧压力泵,保持此压力压迫30分钟,分别造成轻、中、重的脊髓压迫损伤,随后撤除压力。3.磁共振检查:分别在球囊留置术前、球囊加压前、球囊加压脊髓损伤后对兔胸髓行常规MRI及磁共振扩散张量成像检查,分别测量各组胸髓损伤处的ADC值和FA值等扩散张量特征参数;行胸髓病变处的纤维束示踪成像。4.脊髓标本的脊髓病理学观察:脊髓损伤磁共振检查后立即处死动物,切取损伤节段的脊髓标本行组织病理学切片观察和电镜观察。5.统计学分析:所有统计学分析均在SPSS10.0软件上完成,定量资料以均数士标准差（（?）±S）表示,组间比较通过计量资料单因素方差分析,多个均数间的比较;组间比较通过Q检验（Newman-keuls Test）进行分析,P<0.05认为差异有统计学意义。结果1.手术情况进行球囊压迫脊髓急性损伤的21只新西兰兔中,兔1球囊留置术前死于麻醉意外,兔2与兔3球囊留置术后未加压前出现肢体运动障碍提示脊髓已损伤,模型建立失败,剔除出实验组,故空缺相应实验数据。轻度压迫组7只,中度压迫组5只,重度压迫组6只,总共18只兔建模成功,并顺利完成各项实验指标观察。2.磁共振扩散张量成像结果新西兰兔球囊压迫脊髓轻度损伤组、中度损伤组、重度损伤组球囊留置前、球囊加压前各组ADC值无统计学差异（F=0.08,P=0.9279）;球囊加压脊髓损伤后,ADC值均增高,轻度损伤组、中度损伤组、重度损伤组分别为（1.15±0.39）×10^-6mm²/s、（1.41±0.24）×10^-6mm²/s、（1.59±0.03）×10^-6mm²/s,不同损伤组间有统计学差异（F=10.85,P=0.0012）;各组损伤前后ADC值自身对照分别有统计学差异（轻度损伤组t=3.7863,P=0.0026;中度损伤组t=2.7580,P=0.0248;重度损伤组t=9.1465,P<0.01）。新西兰兔球囊压迫脊髓轻度损伤组、中度损伤组、重度损伤组球囊留置前、球囊加压前各组FA值无统计学差异（F=0.01,P=0.9883）;球囊加压脊髓损伤后,FA值均降低,轻度损伤组、中度损伤组、重度损伤组分别为（0.48±0.07）×10^-3、（0.39±0.15）×10^-3、（0.30±0.10）×10^-3,不同损伤组间有统计学差异F（=4.64,P=0.027）;各组损伤前后FA值自身对照分别有统计学差异（轻度损伤组t=2.4565,P=0.0302;中度损伤组t=2.328 1,P=0.0483;重度损伤组t=2.7434,P=0.0207）。3.组织病理学结果（1）正常脊髓:脊髓表面肉眼观察光泽无粘连;光镜下未见出血、水肿等异常变化。电镜下见神经纤维髓鞘板层致密,轴索与髓鞘无间隙,轴索结构正常,神经元细胞核染色质均匀清晰。（2）轻度压迫组:脊髓标本肉眼下局部有少量淤血、水肿;光镜下脊髓结构基本正常,灰质中央管周围少量灶性出血,灰白质轻度水肿。电镜下可见神经纤维髓鞘板层轻度紊乱,轴索与髓鞘间隙轻度增大,轴索结构基本正常,微血管内红细胞聚集,神经元细胞核染色质仍较均匀清晰。（3）中度压迫组:脊髓标本表面水肿,明显淤血,损伤范围较前两组明显扩大。光镜下灰质内有较多灶性出血,白质有不规则大片脱髓鞘区,可见吞噬细胞和胶质细胞浸润,灰白质水肿,交界处可见放射性裂隙,前角运动神经元明显变性、脱失,残存神经元胞体固缩、核深染。电镜下见神经纤维髓鞘板层散乱,分层加重,轴索与髓鞘间隙因水肿而增大,轴索结构破坏,神经元细胞核染色质边集。（4）重度压迫组:脊髓标本表面水肿,淤血明显;光镜下灰质内有大面积出血灶,灰白质水肿,明显脱髓鞘改变,神经元皱缩变性,可见多处软化坏死灶。电镜下可见神经纤维髓鞘板层散乱分层,轴索与髓鞘间隙增大,轴索结构破坏,残存神经元内粗面内质网扩张,胞核染色质边集、淡染,神经元细胞坏死溶解后残留空泡。结论1.本研究对实验性动物脊髓急性损伤模型进行了有益的改进和探索。本模型提供了科学的实验资料,有效模拟临床脊髓急性损伤,可定量、可定性、可重复性研究,增加了临床实用性和准确性,为脊髓急性损伤研究提供了科学、简捷、有效的方法。2.与超微组织病理学的对照研究表明,磁共振扩散张量成像ADC值和FA值在不同脊髓损伤组间有显著差异性,这表明扩散张量特征参数能够客观真实地反映脊髓急性损伤程度。3.磁共振扩散张量成像技术是了解脊髓损伤的有效影像学检查手段,其信号变化和参考值的测量可以真实客观地反映损伤程度,具有良好的临床应用前景。目的1.探讨正常志愿者颈髓的磁共振扩散张量成像检查的技术特点。2.优化志愿者颈髓扩散张量特征参数,探讨颈髓扩散张量成像特征。3.探讨颈髓扩散纤维束示踪成像的特征。方法研究对象为42名健康志愿者,男性24例,女性18例,年龄19～36岁。所有检查对象均身体健康,主诉无身体不适病史,均无神经系统疾患。采用Magnetom Sonata Maestro Class 1.5T超导扫描仪,行快速自旋回波序列磁共振颈髓常规成像和单次激发自旋回波平面回波序列扩散张量成像颈髓检查。全部数据在LEONADO图形图像工作站上应用DTI TaskCard 1.69软件进行图像后处理,获得颈髓矢状位每一个采集层面的ADC图和FA图。采用常规正中矢状面T₂WI来决定被分析的层面,在选定的层面内采用7个相同大小的感兴趣区,采用Zoom及3D模式下,分别放置于C₁～C₇的7个椎体水平脊髓组织中央,避开脑脊液和伪影的影响,测量颈髓各节段的表观扩散系数（ADC）和节段各向异性（FA）值,第一本征值（λ₁）、第二本征值（λ₂）、第三本征值（λ₃）。志愿者DTI原始图像经工作站纤维束示踪软件行脊髓白质纤维束重建。所有数据均在SPSS10.0软件上进行统计学分析处理完成,定量资料以均数士标准差（（?）±S）表示,分别进行各组数据的配对t检验和组间t检验,采用方差分析GLM进行不同组间比较,统计学软件采用SAS统计软件包,P<0.05为差异有统计学意义。结果1.所有志愿者除2名因运动伪影明显,磁共振扩散张量图像显著失真外,其余40名均顺利完成DTI检查与DTT图像重建,ADC、FA图像颈髓清晰,无明显图像失真。2.40名健康志愿者颈髓ADC值为（942.49±73.49）×10^-6mm²/s,FA值为（584.77±64.27）×10^-3。颈髓C₁水平ADC值明显高于C₂～C₇水平ADC值（F=13.1491,P<0.01）;颈髓C1水平FA值明显低于C₂～C₇水平FA值（F=28.2349,P<0.01）,有统计学差异。志愿者颈髓第一本征值λ₁为（1595.69±82.70）×10^-6mm²/s,第二本征值λ₂为（609.25±89.26）×10^-6mm²/s,第三本征值λ₃为（620.32±113.97）×10^-6mm²/s。三个本征值之间的统计学分析显示:λ₁值明显大于λ₂（Q=64.8144,P<0.01）;λ₁值明显大于λ₃（Q=64.0871,P<0.01）,差异均有统计学意义（P<0.05）,λ₂与λ₃之间无统计学差异（Q=0.7274,P>0.05）。3.在DTT彩色编码图上,正常脊髓纤维束为头尾向的一束,显示了头尾侧的各向异性。采用2个ROI法显示了颈髓的纤维束交叉以及主要的神经纤维束。DTT表明正常人类颈髓为显著各向异性纤维束,纤维束饱满,水分子扩散方向为平行于脊髓长轴。结论1.1.5T磁共振单次激发EPI序列扩散张量成像技术能为脊髓生理学的机理研究和脊髓疾病的临床诊断提供有价值的影像学信息。2.脊髓扩散张量特性表明平行于脊髓长轴方向的水分子扩散比垂直于脊髓长轴方向的扩散明显增强,脊髓具有扩散的显著各向异性。3.磁共振扩散纤维束示踪技术可以直观显示颈髓白质纤维束,有助于对脊髓疾病脊髓纤维束损伤等病理改变的研究提供有价值的临床信息。目的1.探讨脊髓型颈椎病磁共振扩散张量成像的特征参数。2.通过与磁共振常规成像的对照研究,探讨磁共振扩散张量成像对于脊髓型颈椎病脊髓慢性损伤评价的应用价值。方法临床资料为31例临床确诊的脊髓型颈椎病患者,其中男19例,女12例,年龄27～83岁。临床表现多为缓慢进行性双下肢麻木,发冷,疼痛,行走不稳,无力等上运动神经元或神经束损害的不全痉挛性瘫痪的临床症状。采用Magnetom Sonata Maestro Class 1.5T超导扫描仪,单次激发自旋回波平面回波成像序列对该31例患者行颈髓常规MRI和扩散张量成像检查。全部数据在LEONADO图形图像工作站上,采用Zoom及3D模式,应用DTI TaskCard 1.69软件进行图像后处理。按照患者颈髓病变常规T₂WI图像是否呈异常高信号分组,测量颈髓受压损伤平面病变处ADC值和FA值并进行数据分析。计算常规MRI和DTI对颈髓慢性损伤性病变检出的敏感性、特异性、阳性预测值（positive pretestvalue,PPV）、阴性预测值（negative pretest value,NPV）。所有数据均在SPSS10.0软件上进行统计学分析处理,分别进行各组数据的配对t检验和组间t检验,统计学软件采用SAS统计软件包,P<0.05为差异有统计学意义。结果1.31例脊髓型颈椎病患者均能顺利完成磁共振DTI检查,后处理图像颈髓显示清晰,无明显图像失真。2.9例（29%）患者出现颈髓病变T₂WI异常高信号,该组患者的颈髓病变ADC值为（1183.44±121.96）×10^-6mm²/s,相应FA值为（432.56±59.97）×10^-3,脊髓病变处均有ADC值升高,有统计学意义（t=6.0450,P<0.01）;FA值下降,有统计学意义（t=6.2461,P<0.01）。22例（71%）患者常规MRI未出现颈髓慢性压迫处T₂WI高信号,其中7例（32%）病变处ADC值及FA较正常值无明显变化;余15例（68%）颈髓受压损伤平面ADC值升高（t=4.9765,P<0.01）,FA值下降（t=8.6774,P<0.01）,有统计学意义,该15例患者颈髓损伤处ADC值为（1055.07±80.61）×10^-6mm²/s,FA值为（501.87±41.09）×10^-3。3.检查方法的敏感性常规T₂W7为29.3%,DTI为77.4%;特异性常规T₂WI为71.0%,DTI为22.6%;阳性预测值常规T₂WI为27.3%,DTI为72.7%;阴性预测值常规T₂WI为75.9%,DTI为24.1%。结论磁共振扩散张量成像较常规MRI能更早期而准确地诊断脊髓型颈椎病颈髓慢性损伤,是一种显示颈髓慢性损伤性病变和观察病变进程的有效影像学手段,具有重要的临床应用价值和广阔的临床应用前景。