0 前言

       脊髓型颈椎病（cervical spondylotic myelopathy, CSM）是以颈脊髓功能损害为主要临床特征的常见颈椎病亚型。MRI在CSM的诊断方面具有明显的优势，可见椎间盘突出、骨赘形成、韧带肥厚等表现。近年来，随着社会信息化发展和工作方式的变迁，颈椎病已逐渐成为一种新时代的职业病^[1]，严重影响到我们的正常日常生活^[2]。CSM患者主要临床症状为颈部疼痛、四肢麻木僵硬、足下踩棉花感等，甚至可导致瘫痪及大小便功能障碍^[3]。有研究表明这些症状和体征是由颈髓慢性受压所致神经纤维损伤引起，尤其是外侧皮质脊髓束损伤^[4]，故关于CSM的既往研究主要集中在脊髓的局部病变^{[5, 6, 7]}，但有学者研究发现部分患者颈髓减压术后症状缓解有限甚至会加剧恶化^[8]。因此，在此基础上延伸了颈髓损伤后脑的相关研究，结果发现CSM患者脑功能及结构会发生重塑性改变，这种继发性脑重组可能会影响患者临床表现和预后。本文就近年来多模态MRI技术在CSM脑影像学中的研究进展进行综述，对指导临床治疗及提升远期康复疗效具有重要意义。

1 基于体素的形态学计量分析

       基于体素的形态学计量分析（voxel based morphometry, VBM）是一种全自动对脑组织进行精确形态学测量的方法，它可以在体素水平上对脑灰质、脑白质及脑脊液进行定量分析检测，从而显示出全脑或局部脑组织密度或体积的变化。该方法的优势在于不会向某个特定脑区偏倚，可以对整个大脑的解剖结构进行全面、客观且自动化的分析，生成灰质体积或灰质密度等指标图。YU等^[9]对25例伴慢性颈肩痛CSM患者的高分辨3D-T1WI图像进行VBM后处理分析，结果发现患者与健康对照组间脑灰质体积未见明显差异，由此推测慢性疼痛更可能导致脑功能网络异常而非结构异常。然而，LIU等^[10]的研究结果则得出了不同的结论，他们招募了41例CSM患者并且减压术后半年随访，研究发现术前CSM患者左侧尾状核和右侧丘脑灰质体积缩小。术后半年CSM患者双侧小脑后叶灰质体积较术前减少而脑干灰质体积较术前增加；相比健康对照组，术后左侧尾状核灰质体积减小而右侧颞下回和双侧舌回/楔前叶/后扣带回的灰质体积明显大于对照组。这些结果提示脊髓病变可导致大脑结构性损伤与重塑。另一项VBM研究表明^[11]，CSM患者的临床症状与大脑皮层和小脑容量减少有关，灰质体积改变可作为疾病严重程度和病情进展的指标。OUGHOURLIAN等^[12]研究还发现CSM患者皮层体积存在显著的性别差异，男性在运动、语言和视觉的相关脑区更具优势，而女性在感觉运动区的灰质体积始终低于男性，这可能反映了激素调节效应或补偿机制。

2 基于表面的形态学测量分析

       基于表面的形态学测量分析（surface-based morphometry, SBM）最早由BESSON等^[13]在2008年提出，是纹理分析的进阶，基本过程是通过重建大脑皮质的三维表面并提取其形态学代表特征，实现更精确地反映皮质神经元、神经纤维及神经胶质细胞的排布状况。传统的VBM形态测量方法是在体素水平上定量分析检测出表观灰质密度或体积的综合测量方法，容易会受到局部回转指数（即皮层折叠）的影响，它们无法分离重建皮质这种变化的更深一步复杂维度的几何结构基础。SBM能够有效克服这些限制并解开皮层厚度、表面积和折叠以检验这些指标是如何导致皮质结构变异。WOODWORTH等^[14]采集了26例颈椎病患者和45例健康参与者脑结构MRI数据，统计分析二组间皮层厚度、皮层下体积指标差异，并与改良日本骨科学会（modified Japanese Orthopaedic Association, mJOA）评分、颈椎功能障碍指数（Neck Disabilitv Index, NDI）评分进行相关性分析，结果发现患者组额上回、前扣带回、楔前叶皮质厚度及壳核体积减小；并且上述区域皮质变化与神经功能障碍及疼痛加剧有关，其中较为显著的是左侧楔前叶、双侧壳核与mJOA评分呈负相关，左侧楔前叶、岛叶及右侧壳核与 NDI评分亦呈负相关，从而提出CSM患者会在特定区域出现出皮质萎缩。SBM不仅对一些肉眼不易观察出的脑组织细微改变十分敏感，对于疾病的病理生理机制研究也具有重要意义，今后有望揭示CSM引起神经症状的潜在机理。

3 扩散张量成像

       扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）是通过量化水分子在生物组织中各个方向的扩散情况来反映活体神经纤维的细微结构改变。以往大多数研究主要集中在受压脊髓的完整性及神经功能状态^{[15, 16, 17]}，而忽视了与脊髓结构和功能紧密相连的大脑。有学者研究表明慢性颈髓微结构损伤与大脑皮层功能重组具有同步性^{[18, 19]}。占雅如等^[20]应用DTI方法观察CSM患者皮质脊髓束逆行性Wallerian变性的特征，分别测量位于双侧脑桥、大脑脚、内囊后肢、侧脑室体旁白质、半卵圆中心及中央前回皮层下白质的感兴趣区各向异性分数和表观扩散系数，结果发现与健康对照组对比，CSM患者皮质脊髓束走行区域各向异性分数值均减低，而CSM组两侧对称部位的各向异性分数值、表观扩散系数值无显著差异；CSM组脑桥、大脑脚、内囊后肢处的各向异性分数值及内囊后肢表观扩散系数值与JOA评分相关，表明CSM患者皮质脊髓束发生了Wallerian变性，这种逆行性的神经纤维继发性损伤可能与患者的运动功能障碍有关。为了更进一步了解CSM患者大脑微结构改变情况，占雅如^[21]通过基于纤维束示踪的空间统计方法（tract-based spatial statistics, TBSS）测量评估CSM患者全脑白质微结构变化。结果显示CSM左侧大脑脚、胼胝体等区域各向异性分数值减低，右侧上放射冠、丘脑前辐射、内囊后肢等区域平均扩散系数升高，左侧前放射冠、左侧外囊、右侧后放射冠、胼胝体的轴向扩散系数减低，右侧皮质脊髓束、后放射冠、下额枕束、下纵束及胼胝体压部的径向扩散系数升高，这提示CSM患者存在广泛的脑白质微结构改变。目前TBSS较少应用于临床研究，但该种方法有很强的通用性和发展空间，局限性在于参与统计的组织结构投射到骨架上，而其他非主要白质纤维束区域的差异则被忽略了。

4 任务态激活脑变化

       功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）作为一种非侵入、高时空分辨率的动态检测技术，能有效反映人脑自发性功能活动变化情况以及神经网络的拓扑属性。fMRI技术应用范围十分广泛，根据被试在扫描过程中是否执行认知任务，将其分为任务态和静息态fMRI。最初的fMRI研究大多集中在任务状态下，可以用来推断大脑区域功能激活和特定任务之间的关系。CRONIN等^[22]通过患者执行相应动作例如手指敲击任务来观察运动皮层激活情况，结果显示初级运动皮层激活体积随着脊髓受压程度而增加，提示脊髓受压严重的患者会招募范围更广的运动皮层来执行敲击任务，这种适应性变化可能是对神经损伤的一种代偿性反应。HOLLY等^[23]探讨了CSM患者脑激活纵向变化情况，研究显示术前CSM大脑皮质激活体积较对照组增大，而减压术后随访发现患者组脑区激活体积较术前有所下降，激活模式逐渐趋于正常。BHAGAVATULA等^[24]研究结果类似，减压术前患者中央前回激活体积显著高于对照组，减压术后激活有所降低，此外术后患者中央后回、运动前区和辅助运动区均可见激活，提示CSM患者脑皮质区发生可塑性改变，而手术治疗可能产生了有益于神经功能恢复的脑重组效应。

5 静息态脑自发活动变化

       静息态fMRI（resting-state fMRI, rs-fMRI）不需要受试者执行特定任务或接受某种刺激，更适用于神经外科疾病、精神病以及儿科患者，近年来在临床研究中应用越来越广泛。WANG等^[25]分析了大脑结构的动力学模式，发现大脑连接网络有多层次的模块化，这些模块使得我们可以在不同层次上进行特异的处理以及在更大尺度上进行整合。大脑网络结构的层次连接特性和动力学的自组织临界态共同作用，使得脑功能多样性趋于最大化。因此，rs-fMRI数据分析方法大致分为两种类型^[26]，即功能分离和功能整合。功能分离主要聚焦各脑区自身功能，而功能整合则将大脑活动汇集成相互连接的网络，主要关注不同脑区之间的交互作用。

5.1 功能分离

       最初的功能分离是依据功能差异将大脑分成不同的脑区，尤其对大脑中多个执行功能和认知功能进行了细致的定位工作，目前具有较好的可重复性和明确生理意义的指标主要有两种，分别是局部一致性（regional homogeneity, ReHo）和低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuations, ALFF）。它们反映的都是局部脑神经活动，尽管分析结果有很多相似之处，但具体指示的内容有所不同。ALFF与区域神经活动的强度有关^[27]，常用于测量0.01～0.08 Hz频率范围内的血氧水平依赖（blood oxygen level dependent, BOLD）信号。章晨蕾等^[28]分析CSM患者静息状态下不同频段ALFF脑功能活动特点，提示CSM患者存在与认知功能相关脑区神经元的自发活动异常。ZHAO等^[29]深入研究了CSM患者临床症状与脊髓受压程度不对应的神经相关机制，研究发现临床症状较重的CSM患者在初级运动皮层内ALFF值较高。也有学者利用静息态磁共振观察CSM患者术前、术后的ALFF值纵向变化^[30]，结果显示患者术前双侧感觉运动皮层及左侧视觉皮层ALFF值明显高于对照组，术后有所降低，提示ALFF有可能作为术后功能恢复及预后预测的生物标志物。也可将ALFF和ReHo结合进行分析研究，ReHo描述的是某个体素与周围相邻体素时间序列的同步性。在ALFF和ReHo的分析中，出现相重叠的脑区，代表这些区域不仅在同一时间频率上活动，而且与相邻的体素同步活动。这种表现意味着这些区域不仅是活跃的，而且还涉及到一个相对较大的神经元群^[26]。KUANG等^[31]研究发现CSM患者左内侧额上回和左侧缘上回的ALFF/ReHo值较对照组升高，这为CSM大脑皮层重组提供了充分证据。此外，CHEN等^[32]还研究了CSM患者视觉皮层神经网络的改变，CSM组小脑后叶ALFF/ReHo值升高、枕叶ALFF/ReHo值降低，提示CSM患者存在视觉皮质相关神经活动异常。ALFF和ReHo这两种方法的组合应用比单独一种方法提供的信息更多，在ALFF/ReHo中重叠的区域不仅表示以相同的时间频率激活，而且还与相邻体素同步激活，这意味着这些区域不仅活跃而且还参与了相对较大的一组神经元活动之中。

5.2 功能整合

       大脑的各个脑区并不是孤立工作的，而是彼此互相配合、各有权重的网络。事实上，科学家们很早发现即便是最简单的大脑功能都需要多个脑区的协调合作共同完成。1995年，BISWAL等^[33]首次利用fMRI来测量脑区之间的功能连接（functional connectivity, FC），以反映大脑区域间的信息传递情况。ZHOU等^[34]基于体素水平的功能连接强度（functional connectivity strength, FCS）探讨CSM患者感觉运动网络中心性变化，主要表现为静息态功能连接增强模式。CHEN等^[35]研究发现CSM患者视觉皮层存在功能连接改变并与视力和运动功能密切相关，术后功能连接得到明显恢复。占雅如等^[36]采用独立成分分析（independent component analysis, ICA）方法发现CSM患者默认网络及感觉运动网络局部功能连接异常，这可能与慢性脊髓受压后脑皮层功能损伤和重组有关。此外，ZHAO等^[37]也发现默认网络内部信号变异性显著降低，且顶下小叶信号变异性改变与认知功能水平呈正相关。近年来，基于图论的先验理论分析方法奠定了从复杂网络角度研究大脑认知功能的基础，着重以大脑网络信息传递效率和内在组织模式来描述大脑网络的小世界拓扑属性^[38]，已经成为脑重塑研究的主要方法。KUANG等^[39]发现与正常人相比，CSM患者具有更大的全局效率和更小的局部效率、聚类系数、特征路径长度。在节点水平上，CSM患者左侧顶上回和左侧辅助运动区的介数较大，右侧枕中回介数较小。此外，CAO等^[40]发现CSM患者视觉皮层和感觉运动网络节点中心度减低，而默认网络节点中心度增加，这可能代表一种神经功能受损的代偿性活动^[41]。FC可以量化静息状态下不同大脑区域活动模式之间的关联程度，这进一步证明FC在评估CSM患者手术时机中的潜能。

6 其他MRI技术

       磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS）是目前唯一能够对活体组织进行无创的物质代谢、生化变化以及化合物定量分析的研究方法，在临床神经科学邻域颇受关注。有研究学者将感兴趣区置于初级运动皮层，主要测量N-乙酰天冬氨酸（N-acetylaspartate, NAA）、胆碱（choline, Cho）、肌酸（creatine, Cr）等波峰，发现CSM患者组的NAA/Cr明显低于正常对照组^{[42, 43]}。NAA主要存在神经元内，峰值降低提示有神经元缺失或遭受破坏；Cr在脑组织内含量较为稳定，因而常被用来作为参考值。NAA/Cr比值降低反映了轴突或神经元损伤^[44]，有研究表明NAA/Cr有助于区分CSM病情严重程度^[45]。ALEKSANDEREK等^[46]对CSM患者减压术前后运动皮层代谢物含量进行纵向研究，虽然患者术后神经功能得到一定改善，但NAA/Cr低于术前水平，这提示CSM患者术后大脑皮层的代谢功能障碍仍然存在，与GONCALVES等^[47]的研究结果相一致。还有研究认为肌醇（inositol, Ins）是内源性神经炎症反应的标志物，在CSM早期病程中呈较高水平，随时间推移会恢复至正常^[48]。MRS通过测量特定代谢物浓度的变化，在CSM的早期诊断及判断治疗措施的有效性方面具有较高的应用价值。动脉自旋标记（arterial spin labeling, ASL）作为一种定量MR技术，它可以把血液作为内源性对比剂以评价脑灌注。ZHOU等^[49]观察到CSM患者与健康对照组的感觉运动皮层区的局部脑血流量（regional cerebral blood flow, rCBF）具有显著性差异，并通过相关性分析得出rCBF改变与CSM患者在运动精度上的缺陷、手指灵活性的下降以及运动技能的丧失有关。还有学者研究了CBF与功能连接之间的耦合情况，发现CSM耦合性较健康人显著降低，提示皮质水平的神经血管脱偶联可能是其潜在神经病理学机制^[50]。

7 小结及展望

       随着神经影像学技术的发展，从微观结构、功能连接、血流动力学及代谢水平等方面均证实了CSM可引起脑重塑性改变，这为阐明CSM潜在的神经病理学机制提供了影像学证据，今后应当更多关注高级中枢—脑在神经调控层面的前沿治疗方向。目前，多参数MRI技术仍在探索更新中，它们对于疾病早期诊断、治疗方案选择及改善远期预后具有重要意义。