研究背景
创伤性颈髓损伤（下文统称tSCI）和非创伤性退行性脊髓型颈椎病（DCM）都是由于局灶性颈椎损伤引起的疾病。临床前研究强调，tSCI和DCM患者涉及一系列常见的原发性损伤机制，包括细胞凋亡、炎症及血管变化；继发性损伤包括脊髓通路的顺行/逆行轴突变性、脊髓神经回路的再调控、生长因子的失调、上肢肌肉活动减少导致的神经元体积缩小以及微血管结构的重塑。而两者最明显的区别在于神经性退变进展的时间剖面不同。[1, 2]
tSCI和DCM患者在临床上均可表现为不同程度的上肢感觉运动功能障碍，使用 GRASSP评分可以量化损伤的程度，但却无法揭示在微观结构水平潜在发生的神经损伤性病理生理学改变。
为了比较两种病因所引起的神经退行性改变的程度，瑞士苏黎世大学医院脊髓损伤中心的Patrick Freund教授团队基于高分辨率定量磁共振成像（qMRI），在高于脊髓损伤水平的位置使用T2加权像和弥散张量成像（DTI），比较tSCI与DCM患者远离颈髓损伤部位处的脊髓宏观和微观神经退行性改变。[3, 4]提出假设：与DCM患者相比，tSCI患者可能会表现出更明显的神经退行性改变模式，而DCM患者病情则相对进展缓慢。tSCI和DCM患者远端脊髓萎缩的病理生理机制可能是由DTI指标所揭示的类似的神经退行性变驱动的。该研究结果于2020年3月发表在Journal of Neurotrauma. 原文链接：DOI: 10.1089/neu.2019.6694。
研究方法
29例tSCI患者（[AIS] A-D）、20例轻/中度DCM患者（AIS D）和22例健康对照组患者，均接受颈髓（C2/C3）高分辨率MRI检查。采用T2加权MRI测定颈髓横截面积（SCA）灰质和白质区域，评估宏观结构脊髓神经变性；为了量化相同水平下脊髓的微观结构变化，采用高分辨率DTI扫描得到各向异性分数(FA)、平均扩散系数(MD)、轴向扩散系数(AD)和径向扩散系数(RD) 的脊髓白质传导束特异性弥散指数的数据。
所有患者均接受全面的神经和功能损伤临床评估，包括ISNCSCI（运动、轻触、针刺评分与损伤的完整性评分）、GRASSP（上肢功能评分）以及SCIM（脊髓独立性测量）。此外，所有DCM患者均采用mJOA评分。回归分析确定神经退行性变和临床损伤之间的关系。
研究结果
首先证实了既往报道的结果，对于SCA，tSCI患者(p＜0.001)和DCM患者(p＜0.001) 较健康对照组均明显减少。组间比较远端脊髓SCA萎缩的程度，tSCI患者与DCM患者之间无显著性差异。（图2）
基于立体像素的颈髓DTI分析证实，与健康对照组相比，tSCI和DCM患者均表现出微观结构的神经退行性改变。对比DCM患者，tSCI患者AD值在脊髓后索和皮质脊髓侧束中较低；只有重度tSCI患者中FA值低于DCM患者；而两者RD测定无显著性差异。（图3）
有趣的是，tSCI和DCM组中颈髓灰质的损伤远端神经退行性改变（即萎缩）与上肢运动功能（即UEMS）和肌力、敏感性和上肢的抓握力（即GRASSP）相关。损伤水平以上的微观结构特异性改变（FA）也与脊髓功能独立性（即SCIM）和上肢运动功能（UEMS）相关。tSCI患者这一趋势更明显。（图4）
课程要义
MRI对颈髓宏观结构和微结构的测量与临床损伤相关。这些临床与病理生理之间的联系表明，脊髓损伤后在损伤的远端发生着神经组织重组性改变，如脊髓内回路的重塑，将有助于创伤性和非创伤性脊髓损伤患者上肢功能的恢复。通过DTI和上肢功能的高级临床评估（如GRASSP）来证明脊髓微结构和功能之间的联系，表明qMRI在常规临床中的适用性优于传统MRI方法。因此，脊髓DTI可以作为常规MRI的补充，具有增强现有诊断效果的潜力，更重要的是，可以预测并指导tSCI和DCM患者的预后。尤其值得一提的是，研究发现FA与临床评分（tSCI中的ISNCSCI评分，DCM中的mJOA评分和Nurick评分）相关性最强，而较低的FA值与较高程度的损伤相关。因此，对感觉运动功能敏感的神经成像标志物可用于预测上肢恢复和临床干预的疗效。
对该研究进一步的思考
创伤性伤性和非创伤性脊髓损伤患者高于颈髓损伤水平的脊髓萎缩程度的测量代表了病理生理变化在一段时间内的累积效应，因此对揭示疾病的特定变化不敏感。然而，通过更加敏感的qMRI测量却可以检测到与临床相关明显的病灶特异性变化。因此，在创伤性和非创伤性脊髓损伤的临床干预研究序列中，DTI可能是判断脊髓损伤患者预后和监测其治疗效果的较有潜力的标志物。
表1：tSCI患者的一般情况及临床表现汇总
表2：DCM患者的一般情况及临床表现汇总
图1：tSCI和DCM患者的UEMS和总GRASSP评分的箱式图。
(A) tSCI组与DCM患者相比，tSCI组（AIS A&B和AIS C&D）的UEMS显著降低。tSCI（AIS A&B）与tSCI（AIS C&D）的UEMS有显著性差异。
(B) SCI组（AIS A&B和C&D组）与DCM组比较，GRASSP有显著性差异，两组间也有显著性差异。* p＜0.01;* * p＜0.01;* * * p ＜0.001。
图2：tSCI和DCM患者的平均脊髓横截面积、灰质和白质区域的箱式图。
图3：tSCI与DCM患者在损伤水平以上(C2/C3水平)的微观结构变化的立体像素分析图
(A) tSCI患者T2加权扫描上的白质图谱和高强度信号;
(B和C)两组tSCI患者与DCM患者相比，轴向扩散系数(AD)在脊髓后索和皮质脊髓束均降低(AIS A&B, p = 0.005；AIS C&D, p＜0.001)。
(D) tSCI组AIS A&B分级患者与DCM患者相比，脊髓各向异性分数(FA)降低(p＜0.001)。
图4：tSCI和DCM患者在损伤水平(C2/C3)以上宏观和微观MRI参数与临床损伤的相关性。
(A和B)脊髓灰质区域与UEMS评分（p = 0.016, R2 = 0.2）和GRASSP总分（p = 0.034, R2 = 0.12）的相关性。
(C和D)皮质脊髓束和脊髓后索区域的各向异性分数（FA）与UEMS (p = 0.008, R2 = 0.21)和总SCIM评分(p = 0.002, R2 = 0.27)的相关性。
[1] Martin A R, De Leener B, Cohen-Adad J, Cadotte D W, Kalsi-Ryan S, Lange S F, Tetreault L, Nouri A, Crawley A, Mikulis D J, Ginsberg H, Fehlings M G. Clinically Feasible Microstructural MRI to Quantify Cervical Spinal Cord Tissue Injury Using DTI, MT, and T2*-Weighted Imaging: Assessment of Normative Data and Reliability. AJNR Am J Neuroradiol. 2017, 38, 1257-1265.
[2] Martin A R, De Leener B, Cohen-Adad Julien, Cadotte David W, Nouri Aria, Wilson Jefferson R, Tetreault Lindsay, Crawley Adrian P, Mikulis David J, Ginsberg Howard, Fehlings M G. Can microstructural MRI detect subclinical tissue injury in subjects with asymptomatic cervical spinal cord comspanssion? A prospective cohort study. BMJ Open. 2018, 8, e019809.
[3] Freund P, Weiskopf N, Ashburner J, Wolf K, Sutter R, Altmann DR, Friston K, Thompson A, Curt A, Freund P, Weiskopf N, Ashburner J, and Friston K (2013). MRI investigation of the sensorimotor cortex and the corticospinal tract after acute spinal cord injury: a prospective longitudinal study. Lancet Neurol. 12, 873–881.
[4] Huber E, David G, Thompson AJ, Weiskopf N, Mohammadi S, and Freund P (2018). Dorsal and ventral horn atrophy is associated with clinical outcome after spinal cord injury. Neurology 90, e1510–e1522
