《Frontiers in Medicine》：Diffusion tensor imaging for rehabilitation and prevention of lumbar degenerative diseases: a narrative review
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尽管已有用于康复评估的客观影像学标志物，腰椎间盘突出症（LDH）和腰椎管狭窄症（LSS）仍然是慢性下腰痛（CLBP）的两大常见病因。弥散张量成像（DTI）是一种无创影像学技术，可评估水分子各向异性，并用于评估神经根和椎旁肌的微观结构。术后监测、术前预后评估
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尽管已有用于康复评估的客观影像学标志物，腰椎间盘突出症（LDH）和腰椎管狭窄症（LSS）仍然是慢性下腰痛（CLBP）的两大常见病因。弥散张量成像（DTI）是一种无创影像学技术，可评估水分子各向异性，并用于评估神经根和椎旁肌的微观结构。术后监测、术前预后评估、保守治疗效果评价、椎旁肌退变检测以及军事训练中的损伤预防，均为DTI在腰椎退行性疾病（LDD）康复与预防中的应用实例。“预防”包含两个层面：一级预防，主要涉及训练损伤的早期预警；二级预防，则关注康复质量以避免长期功能障碍。初步研究结果表明，DTI具有以下潜力：识别术后各向异性分数（FA）的进行性恢复、作为术前结果预测指标、评估保守治疗效果，以及检测与年龄和疾病相关的椎旁肌变化。这些结果对军事人员尤其具有重要意义，DTI可用于监测训练负荷并帮助减少非战斗减员。然而，大多数研究结果仍处于初步阶段，尚需在军事人群中加以验证。
论文主体内容总结：
1 引言
慢性下腰痛（CLBP）是导致残疾的主要原因之一，给医疗系统带来沉重负担。腰椎间盘突出症（LDH）和腰椎管狭窄症（LSS）是CLBP的常见病因，在军事人员中尤为突出，一年内受影响士兵比例高达81.7%。慢性疼痛是军事人员住院和致残的主要原因。常规磁共振成像（MRI）虽广泛用于腰椎病理评估，但无法客观量化椎间盘退变严重程度，且对早期病变检测敏感性有限；同时，常规MRI在仰卧位进行，无法捕捉脊柱在负荷下的动态生物力学特征，也无法评估神经组织的功能完整性或提供轴突损伤、脱髓鞘及再生潜力的微观结构信息。弥散张量成像（DTI）是一种反映水分子扩散方向性的MRI技术，其最具代表性的定量参数为各向异性分数（FA），可反映组织微观结构完整性。FA值与临床症状严重程度、功能障碍指数甚至术后功能结局相关，因此DTI可能作为功能评估和预后的潜在生物标志物。既往DTI在LDD中的研究主要集中于受累神经根的精准定位与定量，以及辅助手术决策。本叙述性综述聚焦于常见LDD（LDH和LSS），全面总结DTI在康复监测和预防策略制定中的潜力，涵盖一级预防和二级预防两个层面，特别关注DTI在军事和基层医疗环境中的应用。
1.1 检索策略与文献筛选
鉴于综述的叙述性范畴，研究者未进行正式的系统评价或荟萃分析，但采用了清晰且可重复的文献检索策略。在PubMed和Web of Science中进行了从建库至2026年8月的系统检索，结合了影像学、疾病和应用三个领域的检索词。检索限于英文出版物和人体研究。纳入报告LDD患者DTI参数（FA、MD、AD和/或RD）且与康复或预防相关的临床结局或影像-临床相关性的原始研究和系统评价。排除病例报告、会议摘要、社论和评论文章。对纳入文章的参考文献列表进行了手工检索以补充研究。
2 DTI的原理及其在LDD康复评估中的关键参数
2.1 DTI的基本原理
DTI的成像原理是利用不同方向的扩散敏感梯度，定量分析水分子在不同组织中的随机扩散及扩散受限程度。在神经组织中，水分子沿轴突长轴的扩散大于垂直方向，且沿长轴扩散相对不受限制，这一特性被称为“各向异性”。DTI技术使用至少六个空间方向的扩散敏感梯度获取水分子扩散的三维信号，并将其转化为可视化的定量指标。凭借对微观结构的高度敏感性，DTI能够检测常规MRI无法发现的早期或细微病理变化。
2.2 DTI多参数模型在腰椎神经根康复中的临床解读
DTI的主要定量指标包括FA、平均扩散率（MD）、轴向扩散率（AD）和径向扩散率（RD）。FA量化水分子扩散的各向异性，范围从0到1，较高的FA值代表更具方向性的扩散和更规则的纤维排列，而接近0的较低FA值则提示扩散更趋于各向同性，表明纤维结构破坏或纤维排列紊乱。在康复过程中，FA的增加可能反映神经根微观结构的恢复相关变化。在弥散加权成像（DWI）中，表观扩散系数（ADC）最常用于表示组织中水分子扩散的整体程度，其变化趋势与MD高度一致，间接反映组织水肿水平和细胞微观结构。腰椎神经根受压会引起DTI值的变化。Hughes等人对L5神经根受压的老年患者进行DTI检查发现，与未受压的L4或S1神经根相比，受压神经根的FA显著降低，而近端节段的MD、AD和RD显著升高。无论压迫源于椎管狭窄还是椎间盘突出，受压神经本身的DTI参数变化趋势相似，但康复期间参数变化的具体模式尚未完全明确。Badr等人对LDH患者进行物理治疗的前瞻性研究显示，治疗后FA升高、ADC降低，并伴随临床症状改善，但该研究未报告MD、AD或RD值。
3 DTI在LDD术后康复中的应用
手术减压是解除神经根压迫和恢复神经功能的基本方法，但术后神经根微观结构的恢复及其与功能预后的关系仍是临床关注重点。近期研究表明，DTI等影像技术可用于动态追踪术后神经根微观结构的恢复，FA等微观结构参数的变化与术后疼痛缓解和功能改善等临床结局显著相关。
3.1 术后神经根微观结构恢复的动态监测
Li等人对19例接受经皮椎间孔镜椎间盘切除术（PTED）的LDH患者进行了前瞻性纵向研究，在术前及术后3、30、90天测量受压神经根的FA值。术前及术后30天，患侧FA值显著低于健侧；术后90天，患侧FA值恢复至与健侧无显著差异的水平。该研究首次证实神经根FA的恢复是一个动态渐进的过程。Monti等人对7例植入棘突间装置（IPD）的LSS患者进行DTI随访，发现虽然治疗节段整体FA无显著变化，但椎间孔内FA增加，椎间孔前段MD、AD和RD降低，视觉模拟量表（VAS）评分显著改善，提示DTI可捕捉术后神经根的节段性修复。Pesesse等人的系统评价综合了29项试验、1056例患者的结果，显示DTI是评估有症状腰骶神经根的有效且具有鉴别能力的影像方法，且FA在判定受累神经根方面比DWI更一致、更可靠。
3.2 术前DTI参数作为术后功能结局的潜在预测指标
Wu等人对117例LDH患者的前瞻性单中心研究显示，术前患侧FA值与手术成功密切相关（AUC=0.900），以约登指数最大值确定的患侧FA>0.212为截断值时，预测良好结局的敏感性为0.99，特异性为0.77。Lu等人对68例LDH患者的研究发现，患侧FA值与VAS疼痛评分（r=?0.614）和Oswestry功能障碍指数（ODI）（r=?0.498）显著负相关，而ADC值与VAS（r=0.623）和ODI（r=0.535）显著正相关。An等人对128例L4-L5节段退行性疾病患者进行了回顾性病例对照研究，在DTI组中根据腰大肌与神经通路的三维关系确定个性化穿刺点，术后即刻并发症发生率显著低于常规组。然而，Wu等人提出的患侧FA截断值（>0.212）与Qian等人报告的单根FA截断值（<0.295）存在差异，且Qian等人的原始数据显示预后良好组与预后不良组的平均FA存在重叠，提示当前DTI阈值尚不适用于临床决策。
4 DTI在LDD非手术康复中的应用
临床实践中许多LDD患者接受保守治疗，但长期以来缺乏评估其疗效的客观影像学指标。DTI为客观评估保守治疗对神经根微观结构的影响提供了新工具。
4.1 物理治疗后DTI参数的变化
4.1.1 多模式物理治疗对DTI参数和临床症状的影响
2024年一项前瞻性初步研究招募了14例因中央旁型L4-L5或L5-S1椎间盘突出导致慢性单侧腰骶神经根病（LSR）的患者，接受为期6周的多模式物理治疗（MPT），包括电疗、手法治疗和核心稳定性训练，每周三次。治疗后受压神经根FA值从0.226显著增加至0.268（p<0.001），ADC值从1.764×10?3 mm2/s显著下降至1.616×10?3 mm2/s（p<0.001）。VAS评分从8.21±0.87降至2.46±1.08，改善5.75分，超过最小临床重要差异（MCID）阈值2分；Roland-Morris残疾问卷（RMDQ）评分从17.57±3.27降至4.64±2.5，改善12.93分，超过MCID阈值3.5分。该研究首次提示物理治疗可改善LDH患者受压神经根的DTI参数，且FA值与临床症状改善相关。一项正在进行的随机对照试验（NCT07558993，MIRROR-LR研究）首次将腰椎神经根微观结构完整性（FA等扩散参数）的DTI测量作为主要结局指标，以客观比较镜像脊柱矫正训练与标准保守物理治疗的疗效。
4.1.2 DTI参数对非手术治疗结局的预测价值
Yang等人对364例LDH患者的回顾性研究发现，较低的FA和较高的ADC是不良结局的独立危险因素，DTI与常规MRI参数联合的预测性能（AUC=0.877）优于任何单一参数（AUC=0.767–0.803）。Qian等人对LSS的前瞻性研究采用单一受压神经根的最低FA值，发现FA<0.295预测不良预后的AUC为0.839（敏感性77.3%，特异性81.8%）。
4.1.3 DTI参数对军事人员的潜在临床价值
军事人员下腰痛的发病率远高于普通人群，且康复的目标不仅是缓解症状，还包括尽快恢复高强度训练能力。研究表明，仅约74.4%的军事人员在康复归队后感觉完全有能力履行职责，一年内累积再损伤率高达37.9%。目前临床缺乏判断军事人员能否“安全有效地恢复高强度训练”的客观定量指标。DTI参数特别是FA有望作为评估康复进展和指导分级康复训练的探索性影像生物标志物，但此应用尚需在军事特定队列中进一步验证。
5 DTI在LDD椎旁肌评估中的应用
LDD的病理生理机制不仅涉及神经受压，还与椎旁肌退变密切相关。
5.1 椎旁肌退变与LDD
椎旁肌（多裂肌和竖脊肌）在腰椎动态稳定、躯干姿势控制和脊柱负荷承载中发挥重要作用。LDH、腰椎滑脱、LSS和脊柱侧凸等LDD均与椎旁肌退变密切相关。随着年龄增长和LDD进展，椎旁肌可出现肌肉萎缩和脂肪浸润增加等退行性改变。常规MRI虽可评估肌肉横截面积和脂肪分数，但无法检测肌纤维的早期微观结构变化。
5.2 DTI评估椎旁肌微观结构的原理与优势
骨骼肌纤维具有高度各向异性：水分子可沿肌纤维长轴相对无阻碍地扩散，而垂直方向的扩散受肌原纤维、肌膜和周围结缔组织的限制。与神经DTI不同，在肌肉DTI中，FA值主要反映肌纤维的走向和束状结构的完整性；MD可能对炎症和组织水肿相关变化敏感；AD和RD分别提供沿肌纤维主导方向和垂直方向扩散的信息。研究表明DTI可区分健康和退变肌肉，甚至在脂肪浸润发生前即可检测到微观结构异常。
5.3 DTI评估LDD椎旁肌的研究进展
Li等人报告持续性下腰痛患者的椎旁肌FA降低、ADC升高，且这些变化与疼痛严重程度和脂肪浸润相关。Weedall等人显示老年个体FA较高、MD较低，表明DTI可检测超越纤维尺寸差异的年龄相关结构变化。Wu等人在大鼠模型中证实了I型向II型肌纤维的转变，FA变化与功能恶化相关，且FA与I型纤维百分比的相关性（r=0.493）与人体研究结果一致。
5.4 DTI在军事训练相关椎旁肌评估中的潜在应用
军事训练中，椎旁肌通过重复性腰椎屈伸运动和高强度负重训练承受高负荷条件，易发生训练相关下腰痛和肌肉损伤。负重训练后士兵腰椎椎旁肌的横截面积（CSA）和脂肪浸润横截面积（FCSA）显著增加，肌肉组织出现水肿。Berry等人对现役海军陆战队员在四种模拟战斗姿势下进行腰椎DTI扫描，发现竖脊肌FA是腰椎前凸角、腰骶伸展角和骶骨倾斜角的显著预测因子，FA值与肌纤维尺寸呈负相关，FA值较低的士兵腰椎稳定性较差。通过定期监测关键训练前后椎旁肌DTI参数的变化，可客观评估训练对肌肉微观结构的影响，间接量化训练负荷，为制定科学个性化训练方案提供客观依据。
6 现有证据质量的批判性分析
当前证据存在若干局限性，包括样本量小、缺乏对照组、随访期短、可能的发表偏倚、DTI采集和分析方法的差异，以及所提出阈值的有限外部验证。DTI参数如FA和ADC可受扫描仪场强（1.5T vs. 3.0T）、b值、扩散编码方向数和回波时间的影响；后处理方法在研究间差异显著，包括感兴趣区（ROI）放置、纤维束成像与手动分割的使用以及伪影校正。术前FA预测手术结局的截断值（FA>0.212）源自单中心研究，其普适性尚不明确；小样本试验（n=14）无对照组，需随机对照试验支持；Monti等人的节段分析基于极小的样本量（7例）；军事队列中椎旁肌DTI研究的横断面设计不允许因果推断，且研究人群限于特定军种。证据分级方面，具有前瞻性设计、大样本量和外部验证的研究评为高；具有前瞻性设计但受单中心或小样本限制的研究评为中；回顾性、横断面或病例系列设计或样本量极小的研究评为低。
7 总结与展望
本综述讨论了DTI在LDD康复与预防中的应用，提出的研究框架仍处于早期探索阶段。当前研究表明DTI在客观追踪康复期间神经根恢复方面显示出前景，术前参数已显示出与功能结局的初步关联。然而，这些发现仍主要是研究性的，所提出的阈值需要外部验证。未来研究必须优先开展大规模、多中心、前瞻性队列研究，重点填补军事领域的数据空白，以确定DTI能否从研究工具迈入临床康复评估方法，并成为军事医学中优化训练计划和减少非战斗减员的客观决策工具。目前，这仍是一个积极研究的领域而非既定实践。
