MRI 在脊髓損傷中的研究進展

達晨紅

(甘肅省中醫院，甘肅 蘭州 730050)

脊髓損傷（Spinal cord injury）常導致嚴重的神經功能缺損和功能障礙,占全身損傷的0.2%～0.5%，對患者、家庭以及社會造成了極大的壓力和負擔。統計數據顯示，全世界脊髓損傷的患病率為（233-755）/百萬，年發病率為（10.4-83）/百萬[1]。脊髓位于椎管內，盡管受到脊柱的保護，但仍極其脆弱，臨床上將其分為急性創傷性脊髓損傷與非創傷性脊髓損傷。當受到突然的外傷，易造成脊髓損傷，常見的致傷因素為車禍、受重物撞擊、高處墜落等，以及在脊柱退行性病變的影響下，會導致對脊髓長期、反復的損傷。脊髓相對較小，上端位于枕骨大孔處與延髓相連，下端成人平第一腰椎下緣，呈前后稍扁的圓柱形，長度為42-45cm，直徑小于1cm[2]，因此臨床上長期以來都在尋找一種脊髓的可視化方法。

1 脊髓成像歷史沿革

X 線攝片檢查對骨性結構及軟組織的顯示良好，但在脊髓層面未能顯現。脊髓造影術最初是由Dandy[3]提出的，被稱為氣動腦電圖技術，之后在此基礎上使用水溶性和非離子型造影劑進行了改良，以使脊髓成像，但仍無法直接觀察脊髓。1970 年代計算機斷層攝影技術（Computer tomography）引入臨床[4]，使醫學的診斷水平有了突破性的進展，其能清晰的顯示脊柱的骨性結構、椎管內外以及椎間盤病變等，為臨床醫生提供了對人脊髓的第一印象，但對脊髓的分辨率，未能顯示組織病理變化。直到MRI 掃描的出現與發展，才可以顯示和研究脊髓的內部結構，而無需任何侵入性程序及沒有電離輻射損傷。MRI 是醫學領域的一種革命性工具，它已經從結構性MRI 到定量MRI 進行了半個多世紀的發展[5]，它既可以對神經組織進行定性評估，又可以對組織結構及功能進行定量分析。

2 創傷性脊髓損傷與非創傷性脊髓損傷

SCI 從病因上可分為急性創傷性脊髓損傷（traumatic spinal cord injury）與非創傷性脊髓損傷，即急性與慢性、退行性損傷兩種。tSCI 因機體受到嚴重意外損傷，如機動車事故、受重物撞擊、高處墜落等；而后者歸因于脊柱的慢性、退行性病變，導致脊髓受壓變性。急性創傷性脊髓損傷定義為任何形式下的以壓縮或剪切力對脊髓造成的突然傷害，從而導致短暫或永久性運動、感覺障礙或神經功能障礙的疾病。據相關調查表明，tSCI 患者入院后死亡的比例為4.4%～16.7%[6]。其中完全性脊髓損傷可導致脊髓灰質多灶性出血，脊髓白質多處軸突退變，在傷后3h 到48h，病變進行性加重，從中心出血到全脊髓出血水腫，從中心壞死到全脊髓壞死。因此在早期對tSCI 患者進行明確診斷與及時治療對患者的生命起到了至關重要的作用。非創傷性脊髓損傷依據病因分為發育性與獲得性，其中發育性主要是由于先天性脊柱側彎引起的脊髓損傷，獲得性主要包括感染、腫瘤、脊柱退變性疾病導致的脊髓損傷，本篇綜述主要討論脊柱退變性疾病導致的脊髓損傷。退化性頸椎病（Degenerative cervical myelopathy）為非創傷性脊髓損傷最常見的發病形式，DCM是成人脊髓功能障礙的最常見原因，其中老年人占多數，是由于頸椎退變，椎體邊緣骨質增生，相應椎板間黃韌帶及椎間關節應力增加，韌帶關節囊增厚，從而導致脊髓受壓和脊髓血供障礙。DCM 可能較長時間（從幾個月到幾年）無明顯臨床癥狀，但后期也會導致進行性運動和感覺障礙，根據相關文獻，幾乎60%的DCM 患者可能在3-7 年內惡化[7]。所以在早期對DCM 患者進行明確診斷顯得尤為重要。

3 影像學表現差異

tSCI 伴有脊髓挫傷和髓內出血，MRI 表現為T1W1 顯示低信號或高信號，在T2W1 均顯示為低信號；早期出現彌漫性水腫，在T1W1 上顯示等或低信號，在T2W1 上為高信號，邊界清晰，位于脊髓中心并擴散至上下脊髓節段，伴隨有嚴重損傷和出血的跡象時可能出現環征，即中樞低信號，邊緣顯示高信號。T1W1 在顯示脊髓橫切改變的效果更好，可以確定脊髓橫切的形態，位置以及其他復雜改變[8]。DCM 的MRI 表現為受壓脊髓T2W1 信號增高，T1W1 呈等信號或者稍低信號，當脊髓受壓程度嚴重時，T2W1 信號稍降低，其原因為局部受壓水腫、脊髓脫髓鞘變性或微小囊受壓所致。不過在很多時候T2W1 檢出DCM 早期脊髓損傷的敏感性較低,如脊髓慢性損傷時，T2W1 出現異常信號多提示不可逆性損傷。

擴散張量成像（Diffusion tensor imaging）是一種先進的擴散MRI 技術，水分子在生物組織中的自我擴散中，形成組織微觀結構的對比，敏感地反映脊髓中水分子擴散各項異性的改變，可以提供脊髓的細微生理病理結構異常變化信息，可以反映并定量分析灰質病變及周圍的白質變化，以客觀、準確地檢測脊髓損傷和再生修復的復雜動態過程，具有很高的臨床意義應用價值。在脊髓DTI 中，水分子在白質中的各向異性擴散可以通過擴散張量來表達，因擴散橢球與白質束呈對齊分布，該擴散張量可以通過擴散橢球顯示[9]。脊髓主要由平行排列的束道組成。擴散張量的特征向量（v1，v2，v3）和特征值（λ1，λ2，λ3）分別代表擴散橢球的三條軸和沿著這三條軸的擴散系數。通過對其數值的觀察，將擴散張量的特征值用于計算DTI 度量，這些度量象征著水分子在特定方面潛在的擴散模式。三個特征值的平均值稱為平均擴散率，它是表示所有方向上平均擴散率的標量。最大特征值稱為軸向擴散率，表示擴散橢球與白質束對齊時，平行于軸突的擴散率。兩個較短特征值的平均值稱為徑向擴散率，它表示垂直于軸突的擴散率[10]。DTI 指標與白質的微觀結構密切相關，因為細胞骨架蛋白、軸突膜、髓鞘和其他細胞和亞細胞結構是阻礙水分子擴散的物理屏障。這些障礙物在白質中的縱向組織導致水分子沿主要平行于而非垂直于軸突纖維的方向擴散[11]。軸突膜是各向異性增加和徑向擴散率降低的最大原因，但是髓鞘和細胞骨架蛋白（神經絲和微管）也在一定程度上影響這些參數[12]。此外，脊髓DTI 可能有助于早期發現和干預，因為微結構的改變可能在萎縮之前發生[13]。近二十年中，大量的臨床前研究也驗證了DTI 指標是對脊髓損傷后發生的組織病理學變化的準確測量。在相關SCI 動物模型中對神經退行性模式的研究已確定，軸向彌散性的降低是軸突變性的標志，徑向彌散性的提高是脫髓鞘的標志[8]。對于患有tSCI 的患者，臨床上常規使用的T1W1 和T2W1 磁共振脈沖序列可以提供有關病變范圍，病變位置，以及病變組織寬度的宏觀結構信息等[14]。在局灶性損傷部位，常規MRI 表明，在水腫和出血的癥狀得到緩解[15]，大多數tSCI 患者在損傷后的第一個月內就會出現創傷后囊腫[16]。創傷后約3 周，在T2W1 掃描的中矢狀切片上，可以看到鄰近囊腫的背側或腹側的病變組織[17]。在創傷后的第一年，局灶性損傷部位的范圍保持穩定并且病變組織持續存在。由此可知DTI 在tSCI 后脊髓成像的微結構損傷的探索將會起到很大的作用。將DTI 應用于DCM 患者也頗具意義。與常規的MRI 相比，DTI 對微結構特征的敏感性更高，這表明該技術可以在疾病進展的早期提供病理學的敏感和特異性標志物。因此，可以通過在臨床過程的早期和隨后的康復過程中評估脊髓的病理生理狀態來改善臨床診斷[18]。早期診斷在DCM 中至關重要，因為它可以及早介入以幫助防止進一步損害脊髓。與常規的MRI 相比[19]，DTI 還可以提供更好的功能結果預測。當每個白質通道傳達特定的功能信號時，DTI 提供的有關每個白質通道損害的性質和程度的信息可能使我們能夠預測受影響患者的功能狀況和預后情況。對于脊髓損傷，可以通過對彌散系數（ADC）值和部分各項異性（FA）值的觀察，從而反映脊髓的損傷程度以及軸突修復期再髓鞘化的過程，進一步判斷脊髓傳導障礙程度并評估脊髓傳導功能的恢復[20]，以及時反映微觀變化以及提供更準確的信息和更有價值的客觀指標。

4 小結

目前隨著城市化進程的快速發展，城市的建筑業、道路、地鐵等迅速發展，需要大量的技術人員及勞動力進入危險行業，以及交通事故的發生也逐年增減，由此脊髓損傷的發病率也在逐年增加，給患者和家庭帶來巨大的心理負擔和經濟負擔。脊柱作為人體的主要承重結構，亦是人體最易受到損害的部分。脊髓損傷可造成損傷平面以下運動和感覺功能下降甚至喪失，損傷部分會逐漸發生炎性浸潤、軸突細胞及神經細胞喪失，進一步對于人體的活動功能造成嚴重的障礙，且愈后差[21]。因此，早發現早治療在臨床對于脊髓損傷的防治及愈后起到關鍵的作用，目前常用的檢查手段為X 線、CT、MRI 三大類。由此，放射影像則成為關鍵環節，本文通過研究各種檢查方法的優勢和劣勢，為今后準確及時的診斷疾病奠定一定的基礎。

綜上所述，磁共振成像掃描與傳統的X 線和CT 掃描不同，是目前最佳的診斷脊髓損傷的影像學方法，對脊髓損傷的診斷及損傷程度的判斷上有其獨特的優勢。急性創傷性脊髓損傷與非創傷性脊髓損傷之間都存在不同程度的運動、感覺障礙或神經功能障礙，在影像學表現上存在差異，T1W1 與T2W1 顯示不同信號的高低為兩者的鑒別診斷提供依據。另外利用擴散張量成像技術對水分子的敏感性，可以無創地檢測到脊髓延髓和尾端至損傷部位的白質中的細微變性，對脊髓的微觀動態提供了更有價值得幫助，常規MRI 方法無法觀察到的，為MRI 家族的一大發展，對脊髓的微觀結構的可視化領域提供了很大幫助，為日后對脊髓的進一步研究提供了方向。