磁共振成像常用方法在脊髓損傷中的應(yīng)用進展

2015-02-09 09:46安全明鄭文彬郝朋元綜述趙建武審校

醫(yī)學(xué)綜述 2015年2期

安全明，鄭文彬，郝朋元(綜述)，顧銳，趙建武(審校)

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院骨科，長春130033)

隨著交通事故的增多、外傷數(shù)量的增加，脊髓損傷也呈現(xiàn)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(dāng)被送往醫(yī)院后，患者一般行常規(guī)磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)檢查，醫(yī)師便可初步判斷患者脊髓損傷的情況及預(yù)后。但有時常規(guī)MRI檢查并不能滿足臨床需要，部分學(xué)者還研究了擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)、釓噴酸葡胺造影技術(shù)(gadolinium-diethylenetriamine pentaacetic acids，Gd-DTPA)、脂肪抑制技術(shù)等，為脊髓損傷的早期診治提供幫助，現(xiàn)將它們在脊髓損傷中的發(fā)展和應(yīng)用予以綜述。

1 MRI的發(fā)展及脊髓損傷中的應(yīng)用

MRI是利用核磁共振原理，基于釋放的能量在物質(zhì)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中不同的衰減的原理，通過外加磁場發(fā)射出電磁波，獲得構(gòu)成這一物體的電磁信號，據(jù)此重建物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像。1946年斯坦福大學(xué)的Flelix Bloch和哈佛大學(xué)的Edward Purcell分別發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)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(yī)學(xué)臨床檢測［3］。

MRI的出現(xiàn)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(yōu)越性，MRI在脊髓損傷中，圖像信號敏感性高，定位準(zhǔn)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(chuàng)傷首選的最有效的檢查方法，是脊髓神經(jīng)組織檢查的金標(biāo)準(zhǔn)［4］。其MRI表現(xiàn)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(xiàn)的3種類型:脊髓水腫型、髓內(nèi)出血、水腫出血混合型?，F(xiàn)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(xiàn)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(jīng)內(nèi)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(tài)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(xiàn)為脊髓水腫，T1加權(quán)像(T1 weighted image，T1WI)上表現(xiàn)稍低信號或等信號，T2加權(quán)像(T2 weighted image，T2WI)上表現(xiàn)為均勻高信號，水腫在2～3 d內(nèi)達(dá)到最大程度。此時期臨床癥狀也最為嚴(yán)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(guān)。由于出血后髓內(nèi)的脫氧血紅蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞外的變性血紅蛋白，出血早期T1WI表現(xiàn)為等信號，3～5 d后變?yōu)楦咝盘枺鳷2WI為低信號［8］，因此，T2WI對區(qū)分出血和水腫，判斷預(yù)后有重要的意義。細(xì)胞壞死在T2WI上表現(xiàn)為高信號，由于水腫、出血及變性交叉混雜，所以MRI信號表現(xiàn)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(xiàn)不一致，不適于評價脊髓的功能狀態(tài);T2WI顯示的脊髓內(nèi)高信號敏感性低［9］，于是研究者又在探索發(fā)現(xiàn)新的補充甚至替代MRI的方法，尋找確診損傷的依據(jù)。

2 DWI在脊髓損傷中的應(yīng)用

DWI是迄今唯一能夠檢測活體組織內(nèi)水分子擴散運動的無創(chuàng)方法，在臨床已被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)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(xì)胞水腫，在DWI上呈高信號，與常規(guī)MRI檢測方法相比，能更早地發(fā)現(xiàn)病變區(qū)域的的信號異常。而由于脊髓體積較小，功能復(fù)雜，所以臨床中DWI在脊髓應(yīng)用卻有所受限，一直僅用于應(yīng)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(yīng)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(quán)成像技術(shù)應(yīng)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(shù)的發(fā)展，脊髓DWI運動偽影有效較少，臨床應(yīng)用也愈加廣泛，對于脊髓缺血、脊髓急慢性損傷、脊髓型多發(fā)性硬化等疾病的早期診斷、評價、判斷療效和預(yù)后發(fā)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(guī) 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(dāng)常規(guī)MRI T2WI顯示高信號時，患者表面脊髓損傷嚴(yán)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(yù)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(guī)MRI檢查有無可比擬的優(yōu)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(xué)上的陽性表現(xiàn)，24 h達(dá)到高峰，而行核磁檢查，6～24 h才可以出現(xiàn)脊髓損傷的陽性表現(xiàn);在判斷和評價脊髓傳導(dǎo)功能的完整性和改變情況上，例如脊髓震蕩致傳導(dǎo)功能障礙時常規(guī)MRI僅能排除器質(zhì)性損傷改變，但DWI可以對器質(zhì)性及功能性改變進行準(zhǔn)確判斷［13-14］，表明DWI對細(xì)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(xué)依據(jù)，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(rèn)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(yù)后提供客觀的影像學(xué)證據(jù)。邢嫵等［18］也報道了2例患者損傷24 h內(nèi)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(yōu)于常規(guī)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(qū)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(dǎo)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(yīng)用價值。T1WI對于正常解剖結(jié)構(gòu)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(yīng)該選擇在常規(guī)T1WI、T2WI基礎(chǔ)上進行DWI檢查，三者相互結(jié)合，以期達(dá)到最全面的診斷。由于脊髓的特殊解剖結(jié)構(gòu)，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(xué)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(biāo)準(zhǔn)。

3 Gd-DTPA在脊髓損傷中的應(yīng)用

MRI的優(yōu)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(jié)構(gòu)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(yīng)用Gd-DTPA可以集常規(guī)MRI檢查、脊髓造影的優(yōu)點，可以發(fā)現(xiàn)常規(guī)MRI檢查不能顯示的異常改變。早期學(xué)者采用椎管內(nèi)注入Gd-DTPA后，可以判斷自發(fā)活或創(chuàng)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(xiàn)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(wǎng)膜下腔是否相通，應(yīng)用Gd-DTPA后可以看出脊髓損傷后是否發(fā)生液化且與蛛網(wǎng)膜下腔是否連通，確定脊髓病變程度的嚴(yán)重情況，判斷是否需要進行手術(shù)提供了依據(jù)。有的脊髓損傷患者常規(guī)MRI只顯示脊髓的損傷影像學(xué)情況，如水腫、出血等，注射Gd-DTPA后，影像學(xué)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(fā)現(xiàn)常規(guī)MRI中不能明確的影像依據(jù)，為診斷治療提供依據(jù)。Bilgen等［20］行動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)逐漸增強的高信號，逐漸增強并向周圍擴散。Cho等［21］應(yīng)用 Gd-DTPA的16例病例中，正常MRI僅有11例表現(xiàn)為髓內(nèi)高信號，髓內(nèi)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(xiàn)為陽性結(jié)果的病例中，臨床預(yù)后結(jié)果也更為糟糕，潛在的脊髓修復(fù)能力較差。有時輕微的頸椎損傷后行常規(guī)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(yù)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(xué)變化，了解脊髓損傷程度，在無創(chuàng)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(dǎo)臨床，判斷是否需要手術(shù)及采取手術(shù)治療的時機。

在脊髓損傷修復(fù)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(biāo)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(nèi)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)Gd-DTPA技術(shù)成功標(biāo)記的MSCs在體外和大鼠脊髓組織內(nèi)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(jù)。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(fù)提供了跟蹤治療的依據(jù)。

4 脂肪抑制技術(shù)在脊髓損傷中的應(yīng)用

脂肪抑制技術(shù)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(shù)在MRI中的優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)新的脂肪抑制技術(shù)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(guī)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(shù)的圖像清晰，空間分辨力高，腦脊液周圍流動偽影小，當(dāng)某些頸椎疾病需要采用脂肪抑制技術(shù)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(xué)資料得出在T2W1脂肪抑制技術(shù)中，出血T2WI高信號影更能明顯表現(xiàn)出來。

5 展望

目前，臨床醫(yī)師對脊髓損傷后伴有或不伴有神經(jīng)癥狀的患者主要行MRI常規(guī)檢查，可以根據(jù)脊髓損傷的的特點，適當(dāng)追加行DWI、脂肪抑制技術(shù)、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(fā)性損害降低到最低程度，從而保護和促進損傷神經(jīng)元的修復(fù)，促進患者的康復(fù)治療。近年來還出現(xiàn)了新的技術(shù)，如磁敏感加權(quán)成像、彌散張量成像等，臨床上有較大的發(fā)展空間，應(yīng)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(shù)在醫(yī)學(xué)臨床的應(yīng)用［J］.中國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)，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(yīng)用［J］.中外醫(yī)療，2012，31(16):184.

［7］Leypold BG，F(xiàn)landers 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(chuàng)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(quán)成像(DWI)在脊髓損傷中的應(yīng)用價值［J］.中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)化脊髓損傷動物模型的研究［D］.廣州:中山大學(xué)，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(quán)成像在急性脊髓損傷中的初步臨床應(yīng)用［J］.中南大學(xué)學(xué)報:醫(yī)學(xué)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(biāo)記骨髓間質(zhì)干細(xì)胞在脊髓損傷模型中的磁共振示蹤研究［J］.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，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(shù)和SPAIR技術(shù)的對比研究［J］.放射學(xué)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.