第一部分:适合磁共振成像的羊颈脊髓压迫性损伤模型的建立与病理学观察目的:建立稳定、可控、重复性高且适合进行MR影像学研究的颈髓压迫性损伤模型。方法:健康山羊12只,体重20～25kg,随机分为实验组和对照组,每组6只。手术显示左侧颈2-3椎间孔,将导管球囊通过椎间孔向前、向上缓慢插入硬膜外腔,球囊达C2-3椎间盘水平,把导管固定于椎间孔旁软组织。逐层缝合颈部切口,留置剩余导管于体外,完成模型制作。术后3天,每日肌肉注射青霉素80万单位。实验组术后第10天经导管注射生理盐水0.3ml,球囊膨胀,持续压迫40天。对照组只埋管,不注水,术后观察50天。利用MRI、改进后的Tarlov运动功能评分和病理学检查对模型进行评价。DTI采用单次激发的SE—EPI,b值500s/mm2,扩散敏感梯度方向数为6,NEX 4次,横轴面扫描,层厚3mm。结果:(1)运动功能评分:所有动物术后第2天能够行走,但跑动较少。术后第3天活动恢复正常,运动功能评分5分。实验组动物注水压迫后第一天运动功能评分为3.50±0.40分,低于对照组(t=36.40,P=0.005)。压迫后第40天时四肢肌力有所恢复,运动功能评分4.20±0.50分,仍低于对照组(t=10.70,P=0.0017)。(2)MRI影像显示:植入的球囊位于脊髓的左前方。球囊未注入水时,球囊所在部位蛛网膜下腔变窄,脊髓没有明显受压。注水0.3ml后,球囊呈椭圆形,脊髓受压变扁。所有MRI图像显示清晰,没有伪影。脊髓受压后,ADC值轻度降低,后逐渐回升至正常,40天后轻度高于正常;受压后各向异性分数FA值轻度升高,后逐渐恢复至正常,40天时轻度低于正常;T1WI、T2WI均未见异常。(3)组织学检查:实验组HE染色示脊髓组织轻度水肿,神经元变性,周围有空泡形成;神经纤维轴索部分消失,炎性细胞浸润,胶质细胞增生。甲苯胺蓝染色示神经元尼氏小体减少,分布不均。实验组电镜观察显示:有髓神经髓鞘部分板层状结构紊乱,部分明显分层;轴索明显水肿,线粒体和微丝、微管的数量减少,线粒体大部分膜和部分嵴融合或消失。对照组光镜HE染色、甲苯胺蓝染色和电镜观察未见明显异常。结论:采用经颈椎间孔置入导管球囊制作羊颈髓压迫性损伤模型,压迫的位置、程度、速度和持续时间可控,易于通过运动功能评分评价脊髓功能。采用该方法不用切除骨质,保留了椎管的完整性。并且注入生理盐水进行压迫,不会产生MRI影像伪影。本模型通过调控注水量和注射速度,适合进行急性和慢性脊髓压迫性损伤的研究,为深入研究脊髓压迫的病理生理变化和MRI影像学奠定了基础。第二部分:颈髓慢性压迫及减压后神经细胞凋亡的实验研究及其DTI的功能评价目的:观察慢性压迫性脊髓损伤后及减压后神经细胞凋亡和DTI的变化规律,探索慢性脊髓压迫症减压术后神经功能恢复的病理生理机制及其与影像学的关系。方法:健康山羊33只,体重20～25kg,随机分为假手术组(A组3只),慢性脊髓压迫组(B组15只),减压组(C组15只)。手术显示左侧颈2-3椎间孔,将导管球囊通过椎间孔向前、向上缓慢插入硬膜外腔,达颈2-3椎间盘水平,制作成慢性压迫性脊髓损伤模型。对每组进行运动功能评分,并应用DTI技术和原位末端脱氧核糖核苷酸转移酶介导dUTP标记(TUNEL)检测方法,观察各组颈髓扩散特性的变化及细胞凋亡率,分别于损伤后及减压后第1、3、7、14、28d对慢性脊髓损伤区进行DTI及细胞凋亡检测。结果:(1)运动功能评分:A组动物运动功能评分正常,ADC值和FA值未见异常,常规T1WI、T2WI也未见异常。B组动物注水总量达到0.2ml时,运动功能评分没有改变,ADC值和FA值也没有明显变化。当注水总量超过0.2ml后,运动功能评分仍无明显改变,但是ADC值轻度升高,FA值轻度降低。注水总量至0.4ml左右时,运动功能评分轻度下降,ADC值开始降低,但仍然高于正常,FA值开始升高。注水总量超过0.5ml后,运动功能评分迅速下降,有的动物出现严重瘫痪,ADC值和FA值迅速降低。25天时有一只羊颈髓内出血,T2WI显示高信号,T1WI显示低信号,其余常规MR检查未见异常。C组动物球囊解压后前7天,运动功能评分有所恢复,受压颈髓的ADC值和FA值轻度升高。7至14天时,运动功能评分恢复较快,ADC值和FA值升高亦较快,有的接近正常水平。14天后,运动功能评分和扩散张量值进一步恢复,但是恢复速度放缓。(2)组织学检查:A组脊髓光镜下未见有明显异常。白质神经纤维排列紧密、整齐,轴突髓鞘结构清晰匀称;灰白质界限清晰;灰质神经元胞浆丰富,细胞核正圆居中,核膜明显,染色质呈细颗粒状,核仁清晰。B组压迫后28d,光镜下可见脊髓白质轴突周围间隙增大,轴突纤维排列结构紊乱、变性,水肿明显,表现为不规则的片状脱髓鞘区,可见虫蛀样空洞形成和空泡化改变,亦可见明显灶性出血坏死区及炎性细胞浸润。脊髓灰质有明显的水肿,尼氏小体丧失,可见神经细胞胞体固缩、变形,卫星现象和噬神经现象;中央灰质点灶状出血。颈髓病理损伤的程度与受压程度相关。C组减压28d,白质内空泡化改变减轻,神经纤维排列整齐,少量胶质细胞和星形胶质细胞增生,白质胶质细胞增生明显减轻。脊髓轻度水肿,神经元肿胀、坏死退变减轻,病理改变有所减轻。(3)TUNEL检测:脊髓慢性压迫性损伤过程中,细胞死亡形式包括坏死和凋亡,并且以细胞凋亡为主,两者共同引起神经功能的损害。凋亡细胞主要分布在白质的纵行传导束上脱髓鞘的区域,主要为少突胶质细胞;神经元也存在少量凋亡现象,主要集中在前角。慢性压迫性脊髓损伤时细胞凋亡率在压迫后3、7、14d时较高。减压后3、7、14d时细胞凋亡显著减少,细胞凋亡率一直维持在较低水平。结论:ADC值和FA值对脊髓压迫的损伤敏感度高,并能够定量评价脊髓损伤的程度与分期;慢性压迫性脊髓损伤可导致细胞凋亡,早期减压对神经细胞凋亡可起到抑制作用;脊髓细胞凋亡与扩散张量成像以及运动神经功能三者之间存在相关性。第三部分:MR扩散张量成像在慢性脊髓型颈椎病中的临床应用目的:探讨3.0T MR扩散张量成像作为一种定量分析方法在诊断慢性脊髓型颈椎病中的应用价值。方法:使用单次激发自旋回波平面回波成像(SE-EPI)序列,对31例健康志愿者和64例慢性脊髓型颈椎病患者(病程超过两年)行颈髓DTI,并按解剖结构把颈髓分为上、中、下三段,与C1和C2椎体对应的为上段颈髓,与C3、C4和C5对应的为中段颈髓,与C6和C7对应的为下段颈髓。以健康组为对照,分析慢性脊髓型颈椎病组各段颈髓表观扩散系数(ADC)、分数各向异性(FA)值、纵向本征(λL)值及横向本征(λT )值的变化。结果:(1)对照组:所有正常志愿者神经功能评分正常,常规MRI显示颈髓形态自然,未见受压及狭窄,颈髓内信号均匀,未见异常信号。DTI均可以清晰显示颈髓的影像,没有明显的图像扭曲。ADC图显示正常颈髓呈均匀的深蓝色信号,脑脊液呈红色信号,FA图显示正常颈髓呈较均匀深红色信号,脑脊液呈均匀蓝绿色信号。对照组中,上、中、下颈髓节段间的平均ADC值(F=1.00,P=0.3730)、FA值(F=0.79,P=0.4557)、λL(F=0.79,P=0.4557)、λT (F=0.18,P=0.8390),差异无统计学意义。(2)CSM组:常规MRI显示受压颈髓变窄,颈椎生理曲度存在不同程度改变,椎间隙变窄,颈椎前后韧带形成皱褶,邻近椎体上下缘不同程度的骨质增生,椎间盘脱水变性向后方突出,T2WI脊髓受压部位出现高信号者49例。ADC图和FA图显示颈髓受压迫处脑脊液信号受压中断,脊髓组织信号不均匀。CSM组上、中、下颈髓节段间的平均ADC值(F=251.20,P<0.0001)、FA值(F=47.54,P<0.0001)、λL(F=210.14,P<0.0001)、λT (F=104.39,P<0.0001),上段颈髓与中、下段的差异有显著统计学意义,中、下段之间差异无统计学意义。CSM组颈髓直接受压部位与对照组进行比较,ADC值(t =20.82,P<0.0001)、FA值(t =12.53,P<0.0001)、λL(t =6.00,P<0.0001)、λT(t =20.84,P<0.0001)之间的总体均数不等,差异有统计学意义。结论:ADC、FA、λL、和λT能够检测到颈髓微观结构的变化,DTI是判定慢性脊髓型颈椎病受压范围和受损程度的有效方法。