腰椎间盘突出症是中老年人的常见病、多发病，压迫神经根可引起腰腿痛、下肢麻木等一系列症状，严重影响人们的身体健康。部分患者采取保守治疗后缓解，而对于保守治疗效果不佳者，目前常采用微创手术治疗，但仍有少部分患者术后症状改善不满意。常规磁共振可以显示椎间盘突出的形态学改变，但是不能评估神经根受压损伤的程度、微观结构的改变及直观显示神经根的走行。磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI）是一种功能成像技术，可以量化神经根的微观结构改变，并可通过纤维示踪成像技术（diffusion tensor tractography，DTT）直观、准确地显示神经纤维束的空间结构。本研究拟通过对腰椎间盘突出症患者进行术前、术后3个月常规磁共振、DTI扫描，分析其术前、术后责任神经根微观结构及空间结构的变化，评价其与临床症状的相关性，对术后神经根修复状态进行评估，为后续治疗及随访提供参考依据。

1　材料与方法

1.1　一般资料

       收集2018年12月至2019年12月在南华大学附属第二医院脊柱外科就诊，经临床诊断和微创手术治疗的腰椎间盘突出症患者50例，男性29例，女性21例，年龄在26~65岁，平均年龄（44.2±8.5)岁；受压神经根限于单侧L4、L5或S1，其中L4神经根5例、L5神经根29例、S1神经根16例。纳入标准：(1)临床表现为L4/5、L5/S1椎间盘突出导致根性痛症状，下肢放射性疼痛分布区域与责任神经根对应；(2) CT或MRI证实腰椎有单侧的旁中央型或椎间孔型椎间盘突出；(3)既往未接受过腰椎手术。排除标准：(1) CT或MRI影像表现为责任椎间盘节段突出合并膨出或椎管狭窄；(2)多个节段腰椎间盘突出或中央型突出；(3)腰椎外伤、椎间盘感染、结核等；(4）不能配合磁共振检查及磁共振检查禁忌者。此项研究通过南华大学附属第二医院伦理委员会批准，50例受检者知情并签署同意书。所有受检者临床症状评估采用功能障碍指数（oswestry disability index，ODI）评分、视觉模拟评分（visual analogue score，VAS)。

1.2　检查与方法

       MRI检查使用同一台美国GE Signa HDxT 3.0 T高场强扫描仪，应用8通道CTL脊柱线圈。患者平躺于检查床，双膝稍弯曲。常规MRI检查序列参数包括：矢状面T2WI：TR=2900 ms，TE=121 ms，矩阵384×224，FOV 320×320，NEX=4；矢状面T1WI：TR=1775 ms，TE=24 ms，矩阵384×224，FOV 320×320，NEX=2；横断面T2WI：TR=3630 ms，TE=100 ms，矩阵320×224，NEX=2，层厚4 mm，层间距1 mm；DTI扫描采用单次激发自旋回波-回波平面成像（spin-echo echo planar imaging，SE-EPI)序列，b值分别取0和1000 s/mm²，层厚4 mm，层间距0，扩散敏感梯度方向为15个，扫描范围从L3下缘至S2下缘水平。

1.3　ODI、VAS评分方法

       ODI评分主要由10个问题组成，包括疼痛程度、日常活动自理能力、提物、行走、坐、站立、睡眠、性生活、社会活动、旅游，计50分，评分方法是实际得分／总分×100%，0％为正常，越接近100％则功能障碍越严重；VAS评分是根据患者的疼痛感受来评分，将无痛到剧痛难忍的程度用10分表示，0~ 3分为轻度疼痛；4~ 6分为中度疼痛；7~ 10分为重度疼痛。所有受检者术前和术后3个月均接受MRI检查和ODI、VAS评分。ODI改善值＝术后ODI-术前ODI，VAS改善值＝术后VAS-术前VAS。

1.4　DTI参数测定方法

       DTI数据由两名主治医师职称及以上的影像诊断医师测量，使用GE AW4.6工作站进行处理，DTI扫描数据采用Functool软件进行ADC、各向异性分数（fractional anisotropy，FA）值测量及DTT后处理。ADC、FA值采用ROI法测量，从患侧神经根受压的部位至下一层面，连续测量两个层面，ROI面积大小为25 ～50 mm²，测量3次，取平均值，健侧测量与患侧同一层面，且ROI面积大小相等。为了避免神经根邻近结构、肌肉组织的纤维束、肠道内水分和无关信号的干扰，将DTI处理软件的信号阈值下界设为300，上界设为3000。

1.5　统计学分析

       应用SPSS 24.0统计学软件对所得数据分析处理，对于满足正态分布的计量资料，用均数±标准差表述，差异分析采用配对t检验；不满足正态分布的计量资料，用中位数（四分位间距）表述，差异分析采用配对资料的Wilcoxon秩和检验。相关分析，满足正态性的资料，采用Pearson相关系数描述；对于不满足正态性的资料，采用Spearman相关系数描述。所有结果精确到小数点后3位数，以上检验均为双侧检验，检验水准为0.05，P<0.05表示差异有统计学意义。

2　结果

2.1　术前神经根DTI参数比较

       50例患者的患侧神经根ADC值［1.310(1.205，1.653)×10^-3 mm²/s］与健侧［1.300(1.210，1.650)× 10^-3 mm²/s］比较，差异无统计学意义(Z=-0.641，P>0.05)；患侧神经根FA值(0.110±0.033)低于健侧(0.193±0.036)，差异有统计学意义(t=-20.560，P<0.05)。

2.2　术后神经根DTI参数比较

       突出的髓核被摘除，3个月后复查，将所得数据进行统计分析。患侧神经根FA值(0.192±0.033)与健侧(0.194±0.035)比较，差异无统计学意义(t=-1.941，P>0.05)。

2.3　术前与术后患侧神经根ADC值、FA值、临床症状ODI、VAS评分比较

       术前患侧神经根ADC值与术后比较，差异无统计学意义(Z=-0.793，P>0.05)；术前患侧神经根FA值与术后比较，差异有统计学意义(t=-22.563，P<0.05)；术前ODI评分与术后比较，差异有统计学意义(t=54.038，P<0.05)；术前VAS评分与术后比较，差异有统计学意义(Z=-6.236，P<0.05)，见表1。

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表1  术前与术后患侧神经根DTI参数及ODI、VAS比较
Tab. 1  Comparison of DTI parameters of the affected nerve roots, ODI and VAS before and after operation

2.4　术前与术后患侧神经根FA值及术前与术后临床症状ODI、VAS评分相关分析

       将术前患侧神经根FA值与术后患侧FA值进行相关分析，显示两者呈正相关(r=0.700，P<0.05，图1A)；术前ODI评分与术后ODI评分的相关分析，显示呈正相关(r=0.732，P<0.05，图1B)；术前VAS评分与术后VAS评分的相关分析，显示呈正相关(r=0.456，P<0.05)。

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图1  A：术前患侧FA与术后患侧FA相关系数；B：术前ODI与术后ODI相关系数
Fig. 1  A: Correlation coefficient between preoperative FA values and postoperative FA values; B: Correlation coefficient between preoperative ODI and postoperative ODI.

2.5　术前患侧神经根DTI参数与临床症状ODI、VAS评分相关性分析及术前患侧神经根FA值与临床症状ODI、VAS评分改善差值的相关性分析

       术前患侧神经根FA值与术前ODI、VAS评分的相关分析，显示FA值与ODI、VAS均呈负相关(r=-0.494，P<0.05；r=-0.560，P<0.05)；术前患侧神经根ADC值与术前ODI、VAS评分均无相关性(r=-0.018，P>0.05；r=-0.035，P>0.05)。术前患侧神经根FA值与临床症状ODI、VAS评分改善值的相关分析，显示均呈正相关(r=0.492，P<0.05；r=0.435，P<0.05)。

2.6　DTT影像表现

       对患侧神经根和健侧神经根进行纤维束示踪成像，术前受压神经根纤维束较健侧有不同程度的移位、稀疏或中断表现，术后3个月显示双侧纤维束完整、走行自然。见图2。

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图2  女，47岁，腰腿痛一年，手术前后的常规MRI、DTI、DTT图。术前：右侧S1神经根受压（箭，A)；FA值：右侧（患侧）为0.133，左侧（健侧）为0.189(B)；ADC值：右侧（患侧）为1.63×10^-3 mm²/s，左侧（健侧）为1.69×10^-3 mm²/s (C)；DTT显示右侧S1神经根纤维束较左侧明显稀疏（箭，D)；ODI评分为57%，VAS评分为6分。术后3个月：突出的髓核被摘除（箭，E)；FA值：右侧（患侧）为0.181，左侧（健侧）为0.187(F)；ADC值：右侧（患侧）为1.65× 10^-3 mm²/s，左侧（健侧）为1.77×10^-3 mm²/s (G)；DTT显示右侧S1神经根纤维束较术前明显增多、走行自然（箭，H)；ODI评分为7%，VAS评分为2分
Fig. 2  Images of conventional MRI, DTI, DTT before and after surgery from a 47 years old woman with one year of back and leg pain. Before surgery, the right S1 nerve root was compressed (arrow) (A). The FA value was 0.133 on the right side (the affected side) and 0.189 on the left side (the healthy side) (B). The ADC value was 1.63×10^-3 mm²/s on the right side (the affected side) and 1.69×10^-3 mm²/s on the left side (the healthy side) (C). DTT showed that the right S1 nerve root fiber bundle was significantly thinner than the left side (arrow) (D). The ODI score was 57% and the VAS score was 6.3 months after operation, the protruding nucleus pulposus was removed (arrow) (E). The FA value was 0.181 on the right side (the affected side), and 0.187 on the left side (the healthy side) (F). The ADC value was 1.65×10^-3 mm²/s on the right side (the affected side), and 1.77×10^-3 mm²/s on the left side (the healthy side) (G). DTT showed that the right S1 nerve root fiber bundle traveled naturally and the number of the nerve fiber bundle was significantly increased than before (arrow) (H). The ODI score was 7% and the VAS score was 2.

3　讨论

       腰椎间盘突出症是引起腰腿痛的主要病因之一，严重影响患者的工作、生活和学习，并且症状反复出现，大多数患者有消极、抑郁等心理健康的问题^[1]。对于神经根受压且有严重临床症状的患者，牵引、推拿等保守治疗措施，效果往往不佳，临床上常采用神经根减压的方式来解除神经根受压导致的临床症状。本研究对象均接受了目前临床上成熟应用的"经皮椎间孔镜下腰椎间盘切除手术（pereutaneous lumbar discectomy，PELD)"，较传统的脊柱开放手术而言，该手术方式具有创伤小、愈后好、复发率低的优点，同时术后瘢痕形成较少^[2,3]，也为患者术后复查DTI评估神经根修复情况，降低了额外的信号干扰。而手术前的责任神经根及其受压程度判断和术后的疗效评估，显得十分重要。虽然常规磁共振扫描序列可以显示突出的椎间盘及韧带、肌肉等椎体附属结构的异常信号，但难以显示突出的髓核与受压神经根的位置关系，更不能直观地显示整个神经根的全貌和走行。本研究采用常规MRI、DTI对腰椎间盘突出症患者术前和术后3个月进行扫描，测量神经根DTI相关参数和进行纤维束示踪成像，并使用ODI和VAS评分评估临床症状，对照分析术前、术后相应责任神经根微观结构及空间结构的变化，评价其与临床症状的相关性。

       DTI是在扩散加权技术基础上发展而来的功能成像和后处理技术，主要原理是在MR成像序列上施加6个以上方向的扩散敏感梯度场来检测水分子扩散运动特性^[4]。目前已广泛应用于脑部疾病的诊断和指导外科手术^[5,6]，而近年来DTI用于外周神经疾病的研究愈来愈深入^[7]。DTI的主要参数是反映水分子扩散方向的FA值及水分子扩散能力的ADC值，并可通过纤维示踪成像技术直观、准确地显示神经纤维束的空间结构^[8]。FA值表示各向异性占全部扩散张量的比例，用0~ 1表示，越接近0，表示各向同性扩散增加，越接近1，表示各向异性扩散增加。当神经根受压时，静脉淤血，动脉供血减少，血液循环发生障碍，进一步出现神经根水肿，神经动作电位及轴浆流动受阻，最后导致神经根变性与坏死^[9]，沿着神经纤维束走行方向的水分子扩散运动比例减少，垂直于纤维束走行方向的水分子扩散运动比例增加，表现为FA值降低。

       在本研究中，术前患侧神经根的FA值低于健侧，且与术前ODI、VAS评分呈负相关，这与以往研究的结果一致^[10]；同时，本研究的患者术后3个月复查显示患侧神经根FA值增加，与术后健侧神经根FA值无明显差异，这与Wu等^[11]研究的患者术前FA值与术后FA值比较的结果一致。FA值降低，通常反映神经根的脱髓鞘和变性的程度，还能反映神经纤维束的神经元细胞排列走行和结构是否完整，在DTT图像上体现为纤维束的变窄、稀疏、中断^[8]。腰椎间盘突出引起腰腿痛的主要机制包括机械压迫和炎症化学刺激。腰椎间盘突出症患者的责任神经根受压，血液循环障碍，神经根炎性水肿，致使环氧化酶、肿瘤坏死因子α、白细胞介素1、磷脂酶A2、5-羟色胺高表达，并不断刺激神经根，患者出现腰痛和下肢放射性疼痛。对于腰椎间盘突出症患者的功能障碍和疼痛程度评估，本研究采用了临床上常用的ODI、VAS评分，不仅可以较准确地评估患者术前的病情，还能较客观地对术后疗效进行评判^[12]；本研究结果显示术前的临床症状ODI、VAS评分与术后评分呈正相关，同时与FA值有较高的负相关性；这表明FA值下降的程度越多，神经根受损程度可能越严重，同时临床症状也越重，相应的ODI、VAS评分就越高；当微创手术将神经根受压状态解除，炎症反应消退，神经根水肿消失，血液循环改善，受损神经纤维的轴突再生和再髓鞘化使得受损神经再生修复，术后3个月复查，患侧FA值与健侧比较无明显差异，临床症状明显缓解，ODI、VAS评分也相应地减低，DTT图像显示纤维束完整、走行自然。而本研究结果显示术前患侧FA值与术后ODI、VAS评分改善值呈正相关，这表明相比较患侧FA值下降不明显患者，术前FA值下降越多的患者，那么术后症状改善的效果可能会稍差，神经根修复的时间可能需要更长。提示临床症状的严重程度与FA值下降程度有关，FA值可以量化神经根受损程度，而且对患者预后具有预测、评估的作用。

       ADC值反映的是水分子扩散能力的指标，神经根受压水肿、缺血和缺氧导致细胞膜通透性增加，细胞间隙扩大，水分子的扩散能力增强，ADC值增加，反之，则减低。Zhang等^[13]研究显示腰椎间盘突出症患者与健康志愿者相比，患者的患侧神经根ADC值较正常志愿者神经根ADC值增加，且术后1个月ADC值下降；Wu等^[14]研究结果表明术前患侧神经根ADC值较健侧增加，术后复查，患侧ADC与正常侧无差异。本研究结果显示患侧神经根ADC值与健侧无明显差异，这与以往研究不一致，且患侧ADC值与临床症状ODI、VAS评分无相关性，但在研究过程中发现部分患者的患侧神经根ADC值较健侧升高，又有较健侧减低的病例，这可能与患者的椎间盘突出所处的病理变化阶段或手术前是否接受过保守治疗有关系，因此还需要多中心、大样本的对ADC值的变化进行研究。

       本研究不足：①患者术前的保守治疗情况，是否会造成ADC值差异，并影响其与临床症状评分的相关性；②样本量较小，有待更大样本的证实；③仅研究术前及术后3个月的DTI参数变化，应进行动态随访。

       综上所述，DTI不仅可以定量评估受压神经根的微观结构变化，为患者治疗方案的选择提供参考依据，还能为患者术后疗效的准确评估提供一定的价值。