磁共振成像常用方法在脊髓損傷中的應用進展

安全明，鄭文彬，郝朋元(綜述)，顧 銳，趙建武(審校)

(吉林大學中日聯誼醫院骨科，長春130033)

隨著交通事故的增多、外傷數量的增加，脊髓損傷也呈現為上升的趨勢，且脊髓損傷的患者以青壯年居多，這對患者及其家庭造成沉重的打擊，對社會造成不可估量的影響。當被送往醫院后，患者一般行常規磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)檢查，醫師便可初步判斷患者脊髓損傷的情況及預后。但有時常規MRI檢查并不能滿足臨床需要，部分學者還研究了擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)、釓噴酸葡胺造影技術(gadolinium-diethylenetriamine pentaacetic acids，Gd-DTPA)、脂肪抑制技術等，為脊髓損傷的早期診治提供幫助，現將它們在脊髓損傷中的發展和應用予以綜述。

1 MRI的發展及脊髓損傷中的應用

MRI是利用核磁共振原理，基于釋放的能量在物質內部不同結構環境中不同的衰減的原理，通過外加磁場發射出電磁波，獲得構成這一物體的電磁信號，據此重建物體內部的結構圖像。1946年斯坦福大學的Flelix Bloch和哈佛大學的Edward Purcell分別發現了核磁共振現象［1］。在1972年，Paul Lauterbur對核磁共振信號進行了空間編碼，從而重建出人體圖像信息［2］，直到1973年才將它用于醫學臨床檢測［3］。

MRI的出現對于脊髓損傷的診治是一個巨大的突破，它對疾病的診斷具有很大的潛在優越性，MRI在脊髓損傷中，圖像信號敏感性高，定位準確，臨床可操作性強，可以直接作出軸位、矢狀位、冠狀位及各種斜面的身體層面圖像，是脊髓創傷首選的最有效的檢查方法，是脊髓神經組織檢查的金標準［4］。其MRI表現反映了脊髓損傷的情況。在 1988 年，Kulkarni等［5］首先描述了急性期脊髓損傷的MRI表現的3種類型:脊髓水腫型、髓內出血、水腫出血混合型?，F在的分型是由上述模式演變而來。脊髓損傷時期可分為急性期、亞急性期和慢性期。急性期脊髓損傷表現包括脊髓水腫、脊髓出血、脊髓斷裂和脊髓受壓等，亞急性和慢性脊髓損傷常見于神經內科疾病。對于脊髓損傷，MRI檢測軟組織分辨率較高，到目前為止是最先進的檢測方法，可以清楚顯示脊髓形態改變和脊髓信號強度的改變［6］。

脊髓損傷臨床上最常見的類型為脊髓水腫和脊髓出血。脊髓損傷的早期表現為脊髓水腫，T1加權像(T1 weighted image，T1WI)上表現稍低信號或等信號，T2加權像(T2 weighted image，T2WI)上表現為均勻高信號，水腫在2～3 d內達到最大程度。此時期臨床癥狀也最為嚴重［7］，損傷后7～20 d可吸收;脊髓出血多伴有脊髓挫傷，其核磁信號強度與受傷后的時間長短有關。由于出血后髓內的脫氧血紅蛋白轉變為細胞外的變性血紅蛋白，出血早期T1WI表現為等信號，3～5 d后變為高信號，而T2WI為低信號［8］，因此，T2WI對區分出血和水腫，判斷預后有重要的意義。細胞壞死在T2WI上表現為高信號，由于水腫、出血及變性交叉混雜，所以MRI信號表現可不均勻。

對于頸脊髓損傷的患者，早期的脊髓信號判斷對于疾病的診斷及治療有明確的幫助，目前MRI依然是脊髓損傷程度的最佳檢測方法，但是也存在以下缺點，脊髓損傷的MRI影像與臨床表現不一致，不適于評價脊髓的功能狀態;T2WI顯示的脊髓內高信號敏感性低［9］，于是研究者又在探索發現新的補充甚至替代MRI的方法，尋找確診損傷的依據。

2 DWI在脊髓損傷中的應用

DWI是迄今唯一能夠檢測活體組織內水分子擴散運動的無創方法，在臨床已被廣泛應用于神經系統疾病的檢測，主要用于大腦缺血的診斷。急性腦缺血缺氧造成腦細胞水腫，在DWI上呈高信號，與常規MRI檢測方法相比，能更早地發現病變區域的的信號異常。而由于脊髓體積較小，功能復雜，所以臨床中DWI在脊髓應用卻有所受限，一直僅用于應用高磁場在動物體上的實驗研究中。1991年，Hajnal等［10］對DWI被首次應用活體人類脊髓的試驗進行了報道。1999年Clark等［11］將擴散加權成像技術應用于活體人類脊髓，通過測量5個健康志愿者頸髓ADC值來研究人類脊髓的擴散特點。隨著MRI軟硬件技術的發展，脊髓DWI運動偽影有效較少，臨床應用也愈加廣泛，對于脊髓缺血、脊髓急慢性損傷、脊髓型多發性硬化等疾病的早期診斷、評價、判斷療效和預后發揮了重要作用。

盡管脊髓損傷后行MRI大多可以滿足脊髓損傷的檢測，然而Matsumoto等［12］曾報道，常規 MRI T2WI對于人類脊髓損傷檢出率僅為15%～65%，敏感性較低，且波動范圍較大。當常規MRI T2WI顯示高信號時，患者表面脊髓損傷嚴重，為不可逆性脊髓損傷。因此，早期判斷脊髓損傷的程度，對治療及預后有重要的意義。DWI對于早期診斷脊髓損傷的病灶的變化較常規MRI檢查有無可比擬的優勢，幫助脊髓外傷的早期定位及早期定性診斷。有研究報道，脊髓損傷15 min后可以觀察到DWI在影像學上的陽性表現，24 h達到高峰，而行核磁檢查，6～24 h才可以出現脊髓損傷的陽性表現;在判斷和評價脊髓傳導功能的完整性和改變情況上，例如脊髓震蕩致傳導功能障礙時常規MRI僅能排除器質性損傷改變，但DWI可以對器質性及功能性改變進行準確判斷［13-14］，表明DWI對細胞毒性水腫顯示有高度的敏感性，為下一步的診治提供了明確的影像學依據，增加了脊髓損傷的檢測的敏感性和特異性［15-16］。Schwartz和 Hackney［17］認為脊髓損傷行 MRI影響脊髓損傷程度的判斷，而DWI信號變化可以反映脊髓功能情況，為評價脊髓功能和判斷預后提供客觀的影像學證據。邢嫵等［18］也報道了2例患者損傷24 h內T1WI及T2WI未見明顯異常信號改變，而DWI圖像上有了高信號改變。這說明DWI在對急性脊髓損傷的診斷的時間性上更優于常規MRI［18］。在單純脊髓壓迫病例或脊髓出血時，DWI還可以幫助判斷脊髓壓迫損傷的程度及DWI上所見高信號區域中心片狀的低信號改變。因此DWI在超早期診斷、了解脊髓傳導功能的完整性和判斷脊髓損傷的程度等方面具有較高的臨床應用價值。T1WI對于正常解剖結構顯示良好，T2WI對病變的顯示較為敏感。這恰好彌補了DWI之不足，臨床上應該選擇在常規T1WI、T2WI基礎上進行DWI檢查，三者相互結合，以期達到最全面的診斷。由于脊髓的特殊解剖結構，目前DWI的成像雖較以往有很大提高，但仍有很大空間可以改進，有待專家學者進一步研究，以制訂更好的掃描序列以及確定更加明確的診斷標準。

3 Gd-DTPA在脊髓損傷中的應用

MRI的優點包括無電離輻射損傷、直接獲得原生三維斷面成像、軟組織結構清晰度高、圖像類型豐富等，為明確病變程度提供了豐富的信息，但這些信息的價值仍然有限。在脊髓損傷中，應用Gd-DTPA可以集常規MRI檢查、脊髓造影的優點，可以發現常規MRI檢查不能顯示的異常改變。早期學者采用椎管內注入Gd-DTPA后，可以判斷自發活或創傷引起的腦脊液漏的變化情況，為臨床診治做出判斷［19］。脊髓損傷后在MRI上表現為高低不均的異常信號，邊緣較清，但不能明確判斷出病灶位置、是水腫還是液化壞死，也不能判斷病灶與蛛網膜下腔是否相通，應用Gd-DTPA后可以看出脊髓損傷后是否發生液化且與蛛網膜下腔是否連通，確定脊髓病變程度的嚴重情況，判斷是否需要進行手術提供了依據。有的脊髓損傷患者常規MRI只顯示脊髓的損傷影像學情況，如水腫、出血等，注射Gd-DTPA后，影像學上顯示椎管外組織間隙有高信號異常滯留，說明硬膜囊破裂致腦脊液漏，可以發現常規MRI中不能明確的影像依據，為診斷治療提供依據。Bilgen等［20］行動物實驗研究發現，脊髓損傷的動物注射Gd-DTPA后脊髓損傷的中心15 min后可出現逐漸增強的高信號，逐漸增強并向周圍擴散。Cho等［21］應用 Gd-DTPA的16例病例中，正常MRI僅有11例表現為髓內高信號，髓內高信號率僅為增強MRI陽性率的67.8%，且病變范圍顯示小，但是表現為陽性結果的病例中，臨床預后結果也更為糟糕，潛在的脊髓修復能力較差。有時輕微的頸椎損傷后行常規MRI可以明確臨床診斷，所以行增強檢查是不必要的，但脊髓損傷增強的脊髓MRI，可以判斷患者的預后情況。Gd-DTPA掃描可以進一步顯示病灶部位血流灌注及血管通透性改變，間接判斷局部脊髓的病理學變化，了解脊髓損傷程度，在無創情況下可作為判斷脊髓是否損傷及損傷程度的一種有效方法，從而指導臨床，判斷是否需要手術及采取手術治療的時機。

在脊髓損傷修復中，鄧宇斌等［22］利用Gd-DTPA在T1WI上高信號強度的特性，示蹤其標記的MSCs在脊髓損傷模型中的行為及命運，研究探討一種活體觀察MSCs的體內狀態，發現Gd-DTPA技術成功標記的MSCs在體外和大鼠脊髓組織內均可檢測到明顯的MRI信號強度改變，為進一步的診治提供依據。Liu等［23］通過實驗也證明GD-DTPA是一種高效、無毒的方法，為脊髓損傷修復提供了跟蹤治療的依據。

4 脂肪抑制技術在脊髓損傷中的應用

脂肪抑制技術的主要目的是消除脂肪的高信號對鄰近組織或病變顯示的干擾。在2010年，喬建蘭等［24］通過對比不同的脂肪抑制技術在MRI中的優缺點，發現新的脂肪抑制技術可以減少腦脊液的流動偽影，對脊髓的顯示有很好的均勻度，可以作為常規序列的補充，特別是對于肥胖患者后背皮下脂肪厚時抑制不很均勻的患者，新的脂肪抑制技術的圖像清晰，空間分辨力高，腦脊液周圍流動偽影小，當某些頸椎疾病需要采用脂肪抑制技術成像時，比如頸椎外傷需要同時觀察椎體和脊髓病變時，有很好的診斷價值［25］。劉軍等［26］報道在脊髓損傷中，通過分析大量的影像學資料得出在T2W1脂肪抑制技術中，出血T2WI高信號影更能明顯表現出來。

5 展望

目前，臨床醫師對脊髓損傷后伴有或不伴有神經癥狀的患者主要行MRI常規檢查，可以根據脊髓損傷的的特點，適當追加行DWI、脂肪抑制技術、Gd-DPA等序列的檢查，可早期、明確對懷疑脊髓損傷的患者做出診斷，確定治療方案，使脊髓繼發性損害降低到最低程度，從而保護和促進損傷神經元的修復，促進患者的康復治療。近年來還出現了新的技術，如磁敏感加權成像、彌散張量成像等，臨床上有較大的發展空間，應該引起研究者的重視。

［1］Darbeau RW.Nuclear magnetic resonance spectroscopy:A review and a look at its use as a probative tool in deamination chemistry［J］.Appl Spectrosc Rev，2006，41(4):401-425.

［2］Feng X，Xie G，He S，et al.A robust algorithm for high-resolution dynamic MRI based on the partially separable functions model［J］.Magn Reson Imaging，2012，30(5):620-626.

［3］趙桂生.核磁共振技術在醫學臨床的應用［J］.中國衛生產業，2011，8(4):84.

［4］Bozzo A，Marcoux J，Radhakrishna M，et al.The role of magnetic resonance imaging in the management of acute spinal cord injury［J］.J Neurotraum，2011，28(8):1401-1411.

［5］Kulkarni MV，MeArdle CB，Kopanicky D，et al.Acute Spinal cord.injury imaging at 1.5T［J］.Radiology，1987，164(3):837-840.

［6］江生，陳立堅.CT與MRI在頸椎損傷的早期診斷中的應用［J］.中外醫療，2012，31(16):184.

［7］Leypold BG，Flanders AE，Burns AS.The early evolution of spinal cord lesions on MR imaging following traumatic spinal cord injury［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2008，29(5):1012-1016.

［8］李康，呂富榮，馬千紅，等.MRI對急性脊髓損傷的評價［J］.中華創傷雜志，2009，25(6):530-532.

［9］Wang M，Dai Y，Han Y，et al.Susceptibility weighted imaging in detecting hemorrhage in acute cervical spinal cord injury ［J］.Magn Reson Imaging，2011，29(3):365-373.

［10］Hajnal JV，Doran M，Hall AS，et al.MR imaging of anisotropically restricted diffusion of water in the nervous system:technical，anatomic，and pathologic considerations［J］.J Comput Assist Tomogr，1991，15(1):1-18.

［11］Clark CA，Barker GJ，Tofts PS.Magnetic resonance diffusion imaging of the huma cervical spinal cord in vivo［J］.Magnet Reson Med，1999，41(6):1269-1273.

［12］Matsumoto M，Toyama Y，Ishikawa M，et al.Increased signal intensity of the spinal cord on magnetic resonance images in cervical compressive myelopathy:does it predict the outcome of conservative treatment?［J］.Spine(Phila Pa 1976)，2000，25(6):677-682.

［13］易自生，劉一平，陳志斌，等.擴散加權成像(DWI)在脊髓損傷中的應用價值［J］.中國現代醫學雜志，2012，22(9):85-87.

［14］Yin B，Tang Y，Ye J，et al.Sensitivity and specificity of in vivo diffusion-weighted MRI in acute spinal cord injury［J］.J Clin Neurosci，2010，17(9):1173-1179.

［15］尹博.磁共振DWI觀察超急性期標準化脊髓損傷動物模型的研究［D］.廣州:中山大學，2008.

［16］Shen HY，Tang Y，Huang L，et al.Applications of diffusion-weighted MRI in thoracic spinal cord injury without radiographicabnormality［J］.Int Orthop，2007，31(3):375-383.

［17］Schwartz ED，Hackney DB.Diffusion weighted MRI and the evaluation of spinal cord axonal tntegaty following injury and treatment［J］.Exp Neurol，2003，184(2):570-589.

［18］邢嫵，王小宜，韓再德，等.磁共振擴散加權成像在急性脊髓損傷中的初步臨床應用［J］.中南大學學報:醫學版，2010，35(7):760-765.

［19］Zeng Q，Xiong L，Jinkins JR，et al.Intrathecal gadolinium-enhanced MR myelography and cisternography:a pilot study in human patients［J］.AJR Am J Roentgenol，1999，173(4):1109-1115.

［20］Bilgen M，Abbe R，Narayana PA.Dynamic Contrast-Enhanced MRI of Experimental Spinal Cord Injury:In Vivo Serial Studies ［J］.Magnet Reson Med，2011，45(4):614-622.

［21］Cho YE，Shin JJ，Kim KS，et al.The relevance of intramedullary high signal intensity and gadolinium(Gd-DTPA)enhancement to the clinical outcome in cervical compressive myelopathy［J］.Eur Spine J，2011，20(12):2267-2274.

［22］鄧宇斌，畢小彬，沈君，等.Gd-DTPA標記骨髓間質干細胞在脊髓損傷模型中的磁共振示蹤研究［J］.中國醫學影像技術，2008，24(6):843-847.

［23］Liu Y，He Z J，Xu B，et al.Evaluation of cell tracking effects for transplanted mesenchymal stem cells with jetPEI/Gd-DTPA complexes in animal models of hemorrhagic spinal cord injury ［J］.Brain Res，2011，1391:24-35.

［24］喬建蘭，柯青平，馬建忠，等.頸椎MRI、TIRM技術和SPAIR技術的對比研究［J］.放射學實踐，2010，25(4):432-434.

［25］Parizel PM，van der Zijden T，Gaudino S，et al.Trauma of the spine and spinal cord:imaging strategies［J］.Eur Spine J，2010，19(1):8-17.

［26］劉軍，邵瑩，李文榮，等.數字化成像技術MRI對急性脊柱創傷的診斷價值［C］//中國科學技術協會學會學術部.2008年(第十屆)中國科協年會論文集.北京:中國科學技術協會學會學術部，2008:153-157.