青少年特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）是指无明确病因的脊柱三维畸形，多发生于青春发育期，是一种最常见的脊柱侧凸。AIS多见于青春期女性（发病率约60%～80%），且女性AIS患者病情较男性严重^[1,2]。AIS的症状较复杂，合并较多并发症，其发病原因目前还未明确，学者持不同看法，尚未形成统一定论。应用Cobb法测量站立正位X线像的脊柱侧方弯曲角度大于10°，即为脊柱侧凸。脊柱侧凸的直观表现为患者站立位时出现脊柱向一侧弯曲，且双肩不等高，单侧肩胛骨向后突出等，AIS无法预防，进展时多伴有心肺功能的下降^[3]、腰背部疼痛、甚至出现心理障碍，患者的学习和生活受到影响。根据年龄、弯曲度数等因素不同，患者有不同的治疗方法，但都应早期矫正脊柱畸形程度为主要目的。

       了解AIS的发病因素对早期预防进展及诊疗有重要意义。目前AIS的病因学存在多种假说^[4,5,6,7,8]，涉及遗传因素、激素、生物力学、姿势异常、前庭系统异常、脑及脊髓异常等。近年来，有研究认为特发性脊柱侧弯患者的神经系统方面出现异常，包括皮质体感诱发电位（somotosensory-evoked potentials，SEPs）的潜伏期延长^[9]，位置觉、震动觉及眼前庭功能异常^[10]，体位平衡和步态受损^[11,12]，不对称的大脑皮质超兴奋^[13]，这些都提示神经系统异常可能在AIS的发生发展中起着重要作用。伴有神经系统方面异常的脊柱侧凸更易进展，患者的中枢神经系统异常导致姿势平衡控制障碍，通过躯体两侧肌肉力量不对称引起脊柱侧凸。

       近年来，随影像技术的快速发展，磁共振成像在AIS的诊疗过程中不可或缺。MRI提供具有高分辨率的软组织结构图像，能够观察到脑及脊髓宏观结构的异常，帮助反映AIS的神经结构异常；同时，如扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、氢质子磁共振波谱（proton magnetic resonance spectroscopy，¹H-MRS）和血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent-functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI）等新型影像学技术能无创性检测神经系统的微观结构、代谢以及功能方面的相关信息。目前有关AIS的病因学研究主要集中于中枢神经系统异常，笔者主要从脑及脊髓等神经功能和结构方面阐述AIS的可能发病机制以及对AIS的神经影像方面的研究进行综述。

1　AIS与脊髓异常

       既往的研究表明，AIS可伴发脑及脊髓的解剖畸形，如小脑扁桃体下疝畸形（即Chiari畸形）、脊髓空洞症和圆锥上移等，提示神经系统发育异常可能是AIS的重要发病机制之一。

       Rajasekaran等^[14]发现有16% (15/94)的AIS患者出现椎管内异常，如Chiari畸形及脊髓空洞症等脊髓解剖异常。Ozturk等^[15]对249名患者进行全脊椎MRI检查，发现有8％的患者(3名男性和17名女性)在MRI上有脊髓空洞症等发育异常。而Do等^[16]仅发现7例(7/327) AIS患者有脊髓解剖异常，并由此认为AIS与脊髓异常并没有太大关联。但是这些研究都存在样本量、抽样方法的局限性或偏差，这一假设值得进一步研究。

       英国学者Porter^[17,18]提出"神经系统和骨骼组织的生长不平衡"假说。劳立峰等对49例AIS患者及41例对照组的全脊髓脊柱和后脑进行MRI检查和多平面三维重建，结果发现与对照组相比，AIS组的脊髓与脊柱全长的比值减低，脊髓圆锥位置上移，认为AIS患者的脊髓结构较正常人存在差异^[19,20]。另有学者进一步发现重度侧凸AIS患者的脊柱全长更长，脊髓的相对缩短和功能发育可能在AIS的发病机制中起重要作用^[21]。以上研究均有效支持了Porter^[17,18]提出的"神经系统和骨骼组织的生长不平衡"的AIS发病机制假说。而一些学者观察发现AIS患者组及对照组的脊髓圆锥末端的位置无统计学差异^[22,23]。由此可见脊髓圆锥位置上移是否为AIS特异征象或正常人群变异尚待商榷。

       通过DTI技术评估13名右胸弯AIS及13名对照组女孩的延髓和脊髓的纤维束的完整性，Kong等^[24]发现AIS患者的延髓及C1-C5节段脊髓的部分各向异性分数（Fractional anisotropy，FA）值明显减低、平均弥散率（mean diffusivity，MD）值明显增加，但是C5~ 6水平以下的脊髓FA以及MD值无明显改变。综合Chau等^[25]发现AIS患者在C5~ 6水平以上出现体感诱发电位异常，这些发现可能解释了AIS所涉及的神经通路异常的病理生理学机制。但是这些研究结果与AIS的侧弯其他类型检查结果是否相关尚未可知，因此进一步脊髓MRI检查结合神经电生理可能有利于揭示AIS的神经相关机制。

2　AIS与前庭系统异常

       人体在不同情况下的姿势平衡主要是通过人体平衡系统来维持，这个复杂的系统主要由三个方面组成，而前庭系统是最重要部分。前庭系统是负责感知头部旋转运动和维持人体姿势平衡的感觉器官，是人体平衡系统的关键环节，若前庭系统中某个或多个部位出现异常，脊柱就可能通过侧凸来维持人体姿势平衡。前庭系统由外周前庭器官、前庭中枢处理系统和运动输出系统三个主要部分组成。前庭中枢处理系统主要有三个部分：脑干、小脑和脑皮质。

2.1　AIS与前庭器官

       前庭器官可分为三个半规管（水平半规管、前半规管、后半规管）和前庭感受器（包括球囊和椭圆囊）两部分，它们能够感知人体在空间位置中的改变，并向中枢处理系统传导，以调节变化的位置及姿势，在保持姿势平衡中起着重要作用。中枢神经系统的控制和椎旁肌收缩与舒张的协调作用保持人体的平衡姿势，而前庭功能异常可以导致躯干肌调节失衡，进一步导致脊柱失衡。

       通过MRI技术检测95例合并有AIS的前庭病变患者的骨半规管及淋巴管的形态，Rousie等^[26]发现超过半数患者的侧淋巴管和后淋巴管异常连接，并且发现这种异常连接可能与眼球震颤反射异常有关，认为这种异常连接对前庭感知和脊柱侧凸可能存在潜在影响。Hitier等^[27]发现与对照组的左侧半规管相比，AIS组的水平半规管方向更加垂直、位置更加偏离中线，提示这些形态学异常与AIS患者的功能异常有关。此学者还假设前庭形态上的左右不对称可能在出生前就已经存在，前庭器官通过影响AIS患者的下丘脑、小脑和前庭脊髓束进而导致患者出现激素水平、神经系统以及肢体平衡方面的异常。但没有足够的证据支持这个假设，在未来的研究可以设计相关的纵向研究，若这个假设得以证实，今后可应用简单便捷的水平半规管MRI检查对AIS的高危人群进行筛查，进行早期诊疗。还有学者提出研究AIS的发病机制可能与前庭功能异常有关^[28,29]。有关于前庭的功能与结构之间的研究或许将进一步揭示AIS的发生发展机制。

       前庭器官是一种有3个C字形的曲面结构，因其复杂的拓扑结构，评价解剖结构显然要困难得多。近年来，部分学者通过一些新算法及技术揭示了AIS患者与正常人之间的前庭系统形态上的差异有显著统计学意义^[30,31,32]。如Shi等^[33]提出一种创新的电脑技术来自动分割前庭，以便分节段地定量评价前庭器官的形态学特征，结果显示外半规管和上半规管的中心距离以及两者在后半规管几何中心的角度明显较小，认为半规管形态的改变可能会影响内淋巴的流动动态，进而影响感觉毛细胞，这些细胞负责通过前庭神经向中枢神经系统传递有关身体旋转运动的信号，最终导致前庭功能障碍。

       目前，对前庭器官进行形态学分析多基于MRI技术，提出了多种算法来解决前庭解剖结构的形态学统计分析。但至今没有确立统一的前庭器官影像形态学算法，未来的研究可以找出一种更加准确的算法分析前庭形态。

2.2　AIS与脑干

       有研究表明右胸弯AIS患者的延髓的FA值明显减低、MD值明显增加^[24]。Geissele等^[34]也发现AIS患者组延髓腹侧部的解剖上的不对称发生率显著高于对照组。脑干是连接大脑半球与脊髓的中枢神经系统，脑干的网状系统联系着动眼神经核和前庭神经核。这些研究发现支持脑干等中枢神经系统异常是AIS发生的原因，所以有必要进一步检查AIS的发病机制是否也与脑干等中枢神经有关。

2.3　AIS与小脑

       小脑与前庭神经核之间有双向的神经纤维连接，两者共同协调躯干以及四肢肌肉的活动。切除小脑后，前庭反射出现异常从而导致定位出错且效率低下。由于后小脑和绒球小结叶与前庭神经核有广泛的传入和传出纤维联系^[35]，故AIS的发病机制应涉及小脑的功能和形态学研究。

       Shi等^[36]发现AIS患者小脑半球的左右不对称，且小脑右侧VIIIa、右侧VIIIb、双侧X等四个区域的体积显著增加，以上的区域与前庭功能密切相关，提示AIS中小脑区域体积的增加可能是对平衡控制功能失调的一种补偿反应。部分学者发现AIS的小脑扁桃体的位置下移，表明这与侧凸发生发展有所关联。如孙旭等^[37]对203例Cobb角均大于40°的AIS患者和86例正常青少年均行包括枕颈部在内的矢状面MRI扫描，发现AIS组的小脑扁桃体平均位置明显减低，减低程度与侧凸类型间存在相关性，并且认为部分AIS患者出现的小脑扁桃体下移(>2 mm)与躯体感觉、本体感觉异常以及空间定位障碍可能有关。劳立峰等研究发现38.3% AIS患者的小脑扁桃体位置下移，与Cobb角间无明显相关，认为这可能是对脊髓相对缩短的继发性改变^[19,20]。郭霞等^[38]对164名AIS患者行全脊髓的矢状位MRI成像及胫后神经体感诱发电位检查(somatosensory evoked potentials，SEPs)，发现小脑扁桃体下移的AIS患者大多同时合并有体感诱发电位异常，提示小脑扁桃体脱出枕骨大孔时会造成脊髓后索受压，体感神经传导通路病理改变是导致AIS的可能机制。Cheng等^[39]进一步发现在AIS组中小脑扁桃体下移程度与侧凸畸形严重程度呈正相关。

2.4　AIS与大脑皮层

       AIS中脊柱畸形可能是亚临床神经系统疾病的骨骼肌肉表达，在调节脊柱活动时，大脑皮层结构或功能的不对称可能是导致AIS的原因。此外，本体感受性输入的异常处理或皮层的感觉运动整合异常可能会导致AIS的平衡障碍及姿势异常。这些观察结果可能表现为异常皮层厚度或脑皮层激活模式异常。

       Wang等^[40]基于T1WI的表面测量方法观察到正常组的脑皮层厚度与年龄呈负相关；而在患者的脑皮层厚度及年龄未见明显相关，且AIS组的双侧大脑半球皮层厚度不对称，认为这种皮质成熟状态异常可能是AIS的发病原因或是脊柱侧凸的继发性脑改变。此外，与运动和前庭功能相关的脑皮层厚度在两组间有显著差异，这提示在前庭反射的高级中枢中，AIS患者与正常人的脑皮质发育可能存在差异。而Domenech等^[41]采用手任务态fMRI发现AIS患者的对侧辅助运动区域的血氧水平依赖活动显著增加，辅助运动区域在运动执行过程中的异常脑激活模式支持感觉运动整合障碍是ASI患者发病机制的假设。

3　AIS与胼胝体异常

       胼胝体是位于两侧大脑半球皮层之间的纤维束，是最大的联合纤维，负责半球间信息的传递和功能整合，大脑皮质70%～80％的信息是通过胼胝体联系的。

       Shi等^[42]应用基于体素的形态学方法发现，左胸弯AIS女性患者的胼胝体膝部和左侧内囊前肢的白质衰减较对照组减低，提示AIS半球间信息传递及皮质丘脑投射纤维较正常人减弱。Wang等^[43]使用基于体积和基于边界的形态学方法来分析胼胝体的2D形态，发现左胸弯AIS组胼胝体压部形态存在显著差异，可能提示左胸弯AIS病人的胼胝体压部发育延迟。在与AIS患者的骨骼生长和人体测量参数中，胼胝体可能是广义的左右不对称的一部分。如Liu等^[44]使用一种基于图谱的混合变形方法发现在右胸弯AIS女性患者的99个预先选定的神经解剖学脑区中有22个脑区的平均体积小于对照组，其中胼胝体的体积较对照组更大，而右侧内囊的体积较小。此学者还发现AIS患者会表现出上下肢的左右不对称，胼胝体的异常功能可能导致AIS患者的左右身体的不协调以及姿势平衡受损。以上结果表明大脑体积的不对称性可能是导致躯体不对称的神经解剖学基础。此外，有研究发现使用DTI量化分析胼胝体的FA值，发现左胸弯患者胼胝体干前部的FA值显著减低，这个区域连接了两个大脑半球运动及前运动皮层，这些皮层之间胼胝体FA值减低最终会导致半球间平衡及皮质脊髓束的控制异常^[45]。其他学者用同样技术发现AIS组胼胝体的膝部和压部的FA值均较对照组减低^[46]。而胼胝体和内囊的检测异常是否具有病理意义或继发于不适当的体位调整，则需要进一步的调查。

4　小结与展望

       AIS是发生于青春期最常见的脊柱侧凸，多年来人们一直努力探索AIS的发生发展因素，但至今仍未查到其切确的发病机制。采用常规MRI及一些先进的MR技术监测AIS患者的中枢神经系统，可以发现AIS患者的中枢神经系统异常解剖，为AIS的发病原因提供设想与依据。AIS患者的神经系统的结构及功能代谢异常是AIS的发病机制，或者中枢神经结构或功能异常是对脊柱畸形的代偿性或继发性改变的结果，这两种假设都值得我们继续研究，未来的关联研究和纵向研究应该有助于确定脑及脊髓的异常与AIS发病机制之间的关系，这可能对脊柱侧弯的发展和进展有重要的预防和预后影响。目前有关于AIS患者中枢神经结构或功能异常的磁共振成像研究多集中在脑及脊髓的解剖异常上，而AIS患者的神经功能、代谢活动少有研究。鉴于目前一些研究的不足，今后的研究设计需完善侧凸的类型、严重程度、病程、年龄、性别等影响因素。