颈椎病（cervical spondylosis disease，CSD）指颈椎间盘退变(cervical intervertebral disc degeneration，CIDD）及其继发一系列病理改变，进而出现神经根、脊髓等受压而引起相应临床表现的一种综合征^[1]。颈椎病在临床上主要表现为颈肩、颈项、肩背部的慢性疼痛（疼痛时间通常超过3个月），对应同侧前臂及手指麻木、无力，亦会出现颈肩僵直、活动受限、肌肉痉挛等。颈肩背部疼痛已被认为是导致躯体活动障碍的第四大原因，每年患病率超过30%，且趋于青年化^[2]。慢性疼痛患者的中枢神经系统可发生不同程度的结构和（或）功能异常，而常规影像学的颈椎退变征象和临床表现的程度常不成正比，这一特征阐明了功能磁共振成像研究的必要性及重要性。

1　形态学改变

1.1　颈椎间盘形态异常

       颈椎常规MRI有着很高的软组织分辨率，能清晰显示颈椎间盘退行性改变中的形态及信号异常。自1996年至今，由多名学者提出并总结了颈椎间盘退变的病理形态学变化过程，包括髓核的蛋白聚糖和水含量降低，纤维环断裂，椎间盘高度降低，部分或全部椎间盘膨出或突出，软骨板处软骨下骨破裂^[3,4,5]。在此基础上，Daimon等^[6]用1.5 T超导MRI扫描仪对193名无症状CIDD患者进行20年的前瞻性纵向研究，结果表明颈椎间盘的信号强度是最早发生变化的，随着年龄的增长，出现椎间盘信号强度减低、椎间盘后凸以及硬膜囊和脊髓受压，进一步导致椎间隙及椎间孔变窄。现今颈椎常规MRI已作为临床初步诊断CSD的常规检查方法，甚至颈椎屈曲位MRI检查已被应用在特殊疾病的特征性征象研究^[7]。

       Pfirrmann分级系统^[8]已被广泛用于椎间盘退变的分级评估，即以髓核内部结构、椎间盘高度、纤维环形态、椎间盘信号为度量标准，但是没有说明以水分或蛋白聚糖损失为特征的可靠的定量方法。T2值的高低与椎间盘化学成分变化密切相关，黄耀渠等^[9]使用T2-mapping技术测量T2弛豫时间值，与Pfirrmann分级系统进行比较以定量评估颈椎间盘退变程度。对40例无颈部疼痛的健康受试者测量各颈椎节段的T2值，结果表明T2值倾向于随着Pfirrmann等级的升高而降低，当比较I-V不同等级时，T2值显著不同，并且在不同年龄组别中T2值随着年龄的增加而减小，T2弛豫时间定量研究为检测和量化CIDD早期阶段的变化提供了更灵敏、更可靠的方法。

1.2　脊髓白质异常

       扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）用于测量每个体素中水分子扩散的方向性，其生成的定量指标代表轴突完整性，对脊髓组织细微结构变化敏感^[10,11]。DTI被认为是可以早期诊断脊髓型颈椎病（cervical spondylotic myelopathy，CSM）的有价值的工具，Mamata等^[12]对11名正常志愿者及79名不同程度的颈椎病患者进行DTI扫描，分别测量狭窄处脊髓水平以及正常脊髓水平的ADC及分数各向异性（fractional anisotropy，FA）值，并分析其与年龄相关变化，发现正常志愿者脊髓的ADC值随着年龄的增长而增加，而FA值减小；与正常志愿者脊髓测量值相比，54％患者的病变脊髓ADC值显著升高，FA值显著降低，验证了即使在临床症状几乎可以忽略的早期阶段，各弥散加权图像也能够检测到病变脊髓的早期组织学变化。

       在以往研究中，DTI各度量参数如分数各向异性(fractional anistropy，FA)、轴向扩散率（axial diffusivity，AD)、径向扩散率（radial diffusivity，RD)、平均扩散率(mean diffusivity，MD）等呈现的结果存在不同程度的差异。Ellingson等^[13]对48例CSM患者与9例正常志愿者进行了脊髓DTI特征性评估，收集椎管最狭窄处扩散加权图像并测量FA值，并与改良日本骨科评分（mJOA）作了相关性研究。结果表明与健康对照组相比，CSM患者显示出椎管明显狭窄和FA值的显著降低，并且其FA值与mJOA评分所测的神经系统损害程度成正比。Uda等^[14]做了类似的研究，对26名颈椎病患者和30名健康志愿者在6个脊髓水平(C2-T1)的轴平面上测量了MD和FA，结果表明MD升高和FA降低对脊髓病变有诊断意义，且MD的预测敏感度和特异性高于FA，当在最佳临界值（在最狭窄椎管水平，MD z值为1.40)时，可以预测出CSM的存在，其敏感度为100%，特异性为75%。对比常规MRI检查，DTI具有预测颈椎病患者功能障碍的潜在用途，以尽早对狭窄的椎管节段进行减压，达到最优的治疗效果。

1.3　大脑灰质异常

       基于体素的形态学分析（voxel based morphometry，VBM）是对脑组织密度和体积的体素化测量，将MR高分辨率3D T1脑结构像在空间上归一化到立体定向空间中，以灰质(grey matter，GM）的形式评估群体或个体局部脑区结构与特征的差异^[15]。

       据多文献综述^[16]VBM已应用在不同慢性疼痛如偏头痛、躯体疼痛、纤维肌痛、带状疱疹疼痛等，结果表明前额叶、扣带回皮层、基底神经节、丘脑、中央后回、中央前回和顶下小叶等是常见的灰质改变区域。然而，Yu等^[17]用VBM初步探究CIDD脑灰质结构的变化，将25名颈椎病慢性颈肩痛患者及20名健康志愿者进行了比较，经独立双样本t检验显示，两者的灰质体积无显著差异，但提出这可能跟样本量较小及分组不明确有很大关系，尚未有定论还需进一步探究验证。国内外文献极少数报道颈椎病或慢性颈肩痛的脑灰质结构改变，大多报道在慢性背痛或腰痛方面，Fritz等^[18]、Apkarian等^[19]对无明确来源的慢性背痛患者的脑灰质结构进行分析得到相似的结论，灰质密度在双侧前额叶、右侧丘脑、前岛中降低，双侧前额叶灰质密度与疼痛的强度和持续时间呈显著负相关。多方面证实慢性疼痛与神经功能障碍有着密切的关系^{[16, 20,21]}，引发了对慢性颈肩痛引起皮层下灰质变化的更深入的思考。

2　功能改变

       血氧水平依赖功能MRI (blood oxygen level dependent，BOLD-fMRI)是基于脑神经元在静息态和激活状态时脑血流动力学的差异，以间接检测大脑自发性活动异常^[22]。BOLD- fMRI分为任务态fMRI和静息态fMRI，因具有无需对比剂、图像空间／时间分辨率高的特点，BOLD-fMRI迅速成为神经科学基础及应用方面的重要研究方法，已在慢性疼痛、阿尔茨海默氏病、神经胶质细胞瘤、抑郁症等多方面得到应用^[23,24]。

       任务态fMRI (task-state fMRI，T-fMRI）主要是研究刺激、任务如疼痛之类的感知相关的特定脑区的活动异常，Beinert等^[25]对一例慢性颈痛伴左转受限患者进行任务态fMRI，结果显示大脑的激活取决于颈部旋转方向（无痛或疼痛侧）和运动的类型（颈部旋转时注意力是否集中），在注意力集中且左转时，初级躯体感觉皮层、丘脑、岛叶、前扣带回、初级运动皮层、补充运动区、前额叶皮层和后扣带皮层被激活，这表明疼痛行为和局部大脑区域的异常活动是密切相关的。Dong等^[26]为了比较CSM患者的与神经功能损伤相关的感觉运动皮层在手术减压前后的差异，对8例CSM患者在执行手腕部伸展和三指捏合时进行了任务态fMRI，并在术前、术后3个月和6个月进行了行为评估。结果显示患者术后mJOA评分改善，手术后三指捏合动作时对侧感觉运动皮层激活增加，腕部伸展动作时同侧感觉运动皮层的激活增加，且激活水平与正常对照组相似；研究手术干预前后特定感觉运动皮层的适应性变化，为皮质脊髓通路损伤和术后感觉运动功能改善的机制做出了更多的解释。

       静息态功能MRI (resting-state MRI，rs-fMRI）是在受试者清醒、无特定思维活动的状态下获取的BOLD信号中自发性低频波动(<0.1 Hz)，与任务态fMRI相比具有减少任务行为和避免个体间反应差异的优势^[27]。Rs-fMRI可以使用多种方法分析数据，种子相关分析（seed-based correlation analysis)、独立成分分析（independent component analysis，ICA)、功能连接（functional connectivity，FC)、局部一致性（regional homogeneity，ReHo)、低频振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）和图论分析方法（graph methods）等^[28]。

       Chen等^[29]用局部一致性(ReHo）的方法研究慢性颈肩痛患者与对照组之间的ReHo差异以及治疗的效果，招募了104名患者和96名匹配的正常对照，对患者进行4周的针灸治疗并统计治疗前后Northwick Park颈痛量表(NPQ)评分。结果显示与对照组相比，患者组的右颞顶联合区（rTPJ）和左感觉运动皮层（左中央后回和中央前回）的ReHo降低，临床治疗后，患者组在右颞顶联合区中显示出ReHo升高，并且右颞顶联合区的ReHo值与NPQ评分呈现正相关。Tan等^[30]同样用ReHo的方法得到了近似的结果，进一步验证了rs-fMRI能够有效评估慢性颈肩痛引起的大脑功能细微变化及临床治疗效果。Holly等^[31]为了研究大脑功能连接性与颈部功能障碍之间的联系，对36名颈椎病患者及17名健康对照进行功能连接分析FC，用颈椎功能障碍指数（neck disability index，NDI）来衡量颈部功能，改良日本骨科评分（mJOA）来衡量神经功能损害。随着NDI评分的增加，双侧中央后回、中央前回与辅助运动区，双侧中央前回、左中央后回与左额上回，双侧辅助运动区、左壳核与额上回FC均增加；当控制组间mJOA评分神经功能损害的差异，中央前回与辅助运动区显示出强的功能连通性。徐亚卡等^[32]用种子点法，选取前扣带回前部（aACC)及后部(pACC)作为种子点，分析慢性颈肩痛组与健康对照组全脑其他体素与所选种子点之间的功能连接性。结果经组间比较慢性颈肩痛组的左侧杏仁核、角回、顶下小叶与aACC，双侧尾状核、左侧内侧前额叶与pACC的FC减弱；左侧顶上小叶、枕下回、枕上回、中央后回及右侧颞中下回与pACC的FC增强；强调了ACC在疼痛调节过程中重要的参与及表达作用，并阐明慢性颈肩痛影响与疼痛感知、情感记忆相关的脑功能区。

       大脑是一个复杂的生物网络，嵌入到空间维度中，并随时间动态活跃。图论作为一种新的热门算法迅速出现在各种疾病的脑网络研究中^[33]，图论对大脑区域（由结点表示)之间的相互关系（用边缘表示）进行建模，并使用各种度量方法评估大脑网络的状态，可以将网络分成紧密协作的区域模块，这是FC无法达到的^[34]。但是图论算法尚未应用在颈椎病慢性颈肩痛的脑复杂网络中，还需更多的神经生理学研究对疼痛/镇痛过程提供更多信息，尤其是对于大脑区域之间的时间动态性和空间连通性。

3　代谢改变

       磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS)技术可以测量单个大体素中特定分子的绝对或相对浓度，如N-乙酰天门冬氨酸（NAA)、胆碱（Cho)、肌醇（Myo-1)、肌酸(Cr)和乳酸(Lac）等^[35]。通过MRS能可视化病理学改变引起的代谢变化，即使从常规MRI成像的解剖结构来看并无明显异常^[36]。代谢变化可以先于解剖学变化，因此MRS可用于了解疾病发病机理、诊断及观察疾病进展、监测治疗效果等基础临床应用。

       Holly等^[37]早期初步研究MRS结果显示CSM患者的NAA/Cr比值显著低于健康组，提出可能是由于轴突和神经元丢失所致。Ellingson等^[38]进一步研究MRS在评估CSM患者脊髓的细胞生物化学变化中的可行性，选取27例CSM患者将MRS体素放置其C2椎体水平，定量测量了NAA/Cho以及Cho/NAA的值，并对mJOA评分做了相关分析。显示mJOA评分在15~ 17 （神经功能轻度受损）时，NAA峰占主导地位，几乎没有Cho峰；mJOA评分在12~ 14 （神经功能中度受损）时，Cho峰升高和NAA峰降低；mJOA评分在低于12 （神经功能重度受损)时，出现显著升高的Cho峰。该研究首次提出Cho/NAA值与mJOA评分存在线性相关，并将DTI和MRS获得的白质微结构与代谢变化组合以无创性地预测CSM患者的神经功能改变。

4　小结与展望

       颈椎病慢性颈肩痛患者众多且临床表现程度不一，治疗效果不佳及生活质量下降已成为重要的社会问题。常规MRI成像无法明确显示脊髓、大脑的结构、功能和代谢异常等细微变化，因此功能磁共振成像逐渐成为颈椎病早期诊断及后期评估的重要方法，为定位疼痛靶区、制定治疗方案、评估临床疗效提供新的机遇。但功能磁共振成像在慢性颈肩痛中的研究尚处于初步阶段，随着数学算法及新兴序列的发展，更多的研究及结论都将会得到进一步的验证，在神经影像学方面打开新的局面。