MRI 在脊髓损伤中的研究进展

达晨红

(甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050)

脊髓损伤（Spinal cord injury）常导致严重的神经功能缺损和功能障碍,占全身损伤的0.2%～0.5%，对患者、家庭以及社会造成了极大的压力和负担。统计数据显示，全世界脊髓损伤的患病率为（233-755）/百万，年发病率为（10.4-83）/百万[1]。脊髓位于椎管内，尽管受到脊柱的保护，但仍极其脆弱，临床上将其分为急性创伤性脊髓损伤与非创伤性脊髓损伤。当受到突然的外伤，易造成脊髓损伤，常见的致伤因素为车祸、受重物撞击、高处坠落等，以及在脊柱退行性病变的影响下，会导致对脊髓长期、反复的损伤。脊髓相对较小，上端位于枕骨大孔处与延髓相连，下端成人平第一腰椎下缘，呈前后稍扁的圆柱形，长度为42-45cm，直径小于1cm[2]，因此临床上长期以来都在寻找一种脊髓的可视化方法。

1 脊髓成像历史沿革

X 线摄片检查对骨性结构及软组织的显示良好，但在脊髓层面未能显现。脊髓造影术最初是由Dandy[3]提出的，被称为气动脑电图技术，之后在此基础上使用水溶性和非离子型造影剂进行了改良，以使脊髓成像，但仍无法直接观察脊髓。1970 年代计算机断层摄影技术（Computer tomography）引入临床[4]，使医学的诊断水平有了突破性的进展，其能清晰的显示脊柱的骨性结构、椎管内外以及椎间盘病变等，为临床医生提供了对人脊髓的第一印象，但对脊髓的分辨率，未能显示组织病理变化。直到MRI 扫描的出现与发展，才可以显示和研究脊髓的内部结构，而无需任何侵入性程序及没有电离辐射损伤。MRI 是医学领域的一种革命性工具，它已经从结构性MRI 到定量MRI 进行了半个多世纪的发展[5]，它既可以对神经组织进行定性评估，又可以对组织结构及功能进行定量分析。

2 创伤性脊髓损伤与非创伤性脊髓损伤

SCI 从病因上可分为急性创伤性脊髓损伤（traumatic spinal cord injury）与非创伤性脊髓损伤，即急性与慢性、退行性损伤两种。tSCI 因机体受到严重意外损伤，如机动车事故、受重物撞击、高处坠落等；而后者归因于脊柱的慢性、退行性病变，导致脊髓受压变性。急性创伤性脊髓损伤定义为任何形式下的以压缩或剪切力对脊髓造成的突然伤害，从而导致短暂或永久性运动、感觉障碍或神经功能障碍的疾病。据相关调查表明，tSCI 患者入院后死亡的比例为4.4%～16.7%[6]。其中完全性脊髓损伤可导致脊髓灰质多灶性出血，脊髓白质多处轴突退变，在伤后3h 到48h，病变进行性加重，从中心出血到全脊髓出血水肿，从中心坏死到全脊髓坏死。因此在早期对tSCI 患者进行明确诊断与及时治疗对患者的生命起到了至关重要的作用。非创伤性脊髓损伤依据病因分为发育性与获得性，其中发育性主要是由于先天性脊柱侧弯引起的脊髓损伤，获得性主要包括感染、肿瘤、脊柱退变性疾病导致的脊髓损伤，本篇综述主要讨论脊柱退变性疾病导致的脊髓损伤。退化性颈椎病（Degenerative cervical myelopathy）为非创伤性脊髓损伤最常见的发病形式，DCM是成人脊髓功能障碍的最常见原因，其中老年人占多数，是由于颈椎退变，椎体边缘骨质增生，相应椎板间黄韧带及椎间关节应力增加，韧带关节囊增厚，从而导致脊髓受压和脊髓血供障碍。DCM 可能较长时间（从几个月到几年）无明显临床症状，但后期也会导致进行性运动和感觉障碍，根据相关文献，几乎60%的DCM 患者可能在3-7 年内恶化[7]。所以在早期对DCM 患者进行明确诊断显得尤为重要。

3 影像学表现差异

tSCI 伴有脊髓挫伤和髓内出血，MRI 表现为T1W1 显示低信号或高信号，在T2W1 均显示为低信号；早期出现弥漫性水肿，在T1W1 上显示等或低信号，在T2W1 上为高信号，边界清晰，位于脊髓中心并扩散至上下脊髓节段，伴随有严重损伤和出血的迹象时可能出现环征，即中枢低信号，边缘显示高信号。T1W1 在显示脊髓横切改变的效果更好，可以确定脊髓横切的形态，位置以及其他复杂改变[8]。DCM 的MRI 表现为受压脊髓T2W1 信号增高，T1W1 呈等信号或者稍低信号，当脊髓受压程度严重时，T2W1 信号稍降低，其原因为局部受压水肿、脊髓脱髓鞘变性或微小囊受压所致。不过在很多时候T2W1 检出DCM 早期脊髓损伤的敏感性较低,如脊髓慢性损伤时，T2W1 出现异常信号多提示不可逆性损伤。

扩散张量成像（Diffusion tensor imaging）是一种先进的扩散MRI 技术，水分子在生物组织中的自我扩散中，形成组织微观结构的对比，敏感地反映脊髓中水分子扩散各项异性的改变，可以提供脊髓的细微生理病理结构异常变化信息，可以反映并定量分析灰质病变及周围的白质变化，以客观、准确地检测脊髓损伤和再生修复的复杂动态过程，具有很高的临床意义应用价值。在脊髓DTI 中，水分子在白质中的各向异性扩散可以通过扩散张量来表达，因扩散椭球与白质束呈对齐分布，该扩散张量可以通过扩散椭球显示[9]。脊髓主要由平行排列的束道组成。扩散张量的特征向量（v1，v2，v3）和特征值（λ1，λ2，λ3）分别代表扩散椭球的三条轴和沿着这三条轴的扩散系数。通过对其数值的观察，将扩散张量的特征值用于计算DTI 度量，这些度量象征着水分子在特定方面潜在的扩散模式。三个特征值的平均值称为平均扩散率，它是表示所有方向上平均扩散率的标量。最大特征值称为轴向扩散率，表示扩散椭球与白质束对齐时，平行于轴突的扩散率。两个较短特征值的平均值称为径向扩散率，它表示垂直于轴突的扩散率[10]。DTI 指标与白质的微观结构密切相关，因为细胞骨架蛋白、轴突膜、髓鞘和其他细胞和亚细胞结构是阻碍水分子扩散的物理屏障。这些障碍物在白质中的纵向组织导致水分子沿主要平行于而非垂直于轴突纤维的方向扩散[11]。轴突膜是各向异性增加和径向扩散率降低的最大原因，但是髓鞘和细胞骨架蛋白（神经丝和微管）也在一定程度上影响这些参数[12]。此外，脊髓DTI 可能有助于早期发现和干预，因为微结构的改变可能在萎缩之前发生[13]。近二十年中，大量的临床前研究也验证了DTI 指标是对脊髓损伤后发生的组织病理学变化的准确测量。在相关SCI 动物模型中对神经退行性模式的研究已确定，轴向弥散性的降低是轴突变性的标志，径向弥散性的提高是脱髓鞘的标志[8]。对于患有tSCI 的患者，临床上常规使用的T1W1 和T2W1 磁共振脉冲序列可以提供有关病变范围，病变位置，以及病变组织宽度的宏观结构信息等[14]。在局灶性损伤部位，常规MRI 表明，在水肿和出血的症状得到缓解[15]，大多数tSCI 患者在损伤后的第一个月内就会出现创伤后囊肿[16]。创伤后约3 周，在T2W1 扫描的中矢状切片上，可以看到邻近囊肿的背侧或腹侧的病变组织[17]。在创伤后的第一年，局灶性损伤部位的范围保持稳定并且病变组织持续存在。由此可知DTI 在tSCI 后脊髓成像的微结构损伤的探索将会起到很大的作用。将DTI 应用于DCM 患者也颇具意义。与常规的MRI 相比，DTI 对微结构特征的敏感性更高，这表明该技术可以在疾病进展的早期提供病理学的敏感和特异性标志物。因此，可以通过在临床过程的早期和随后的康复过程中评估脊髓的病理生理状态来改善临床诊断[18]。早期诊断在DCM 中至关重要，因为它可以及早介入以帮助防止进一步损害脊髓。与常规的MRI 相比[19]，DTI 还可以提供更好的功能结果预测。当每个白质通道传达特定的功能信号时，DTI 提供的有关每个白质通道损害的性质和程度的信息可能使我们能够预测受影响患者的功能状况和预后情况。对于脊髓损伤，可以通过对弥散系数（ADC）值和部分各项异性（FA）值的观察，从而反映脊髓的损伤程度以及轴突修复期再髓鞘化的过程，进一步判断脊髓传导障碍程度并评估脊髓传导功能的恢复[20]，以及时反映微观变化以及提供更准确的信息和更有价值的客观指标。

4 小结

目前随着城市化进程的快速发展，城市的建筑业、道路、地铁等迅速发展，需要大量的技术人员及劳动力进入危险行业，以及交通事故的发生也逐年增减，由此脊髓损伤的发病率也在逐年增加，给患者和家庭带来巨大的心理负担和经济负担。脊柱作为人体的主要承重结构，亦是人体最易受到损害的部分。脊髓损伤可造成损伤平面以下运动和感觉功能下降甚至丧失，损伤部分会逐渐发生炎性浸润、轴突细胞及神经细胞丧失，进一步对于人体的活动功能造成严重的障碍，且愈后差[21]。因此，早发现早治疗在临床对于脊髓损伤的防治及愈后起到关键的作用，目前常用的检查手段为X 线、CT、MRI 三大类。由此，放射影像则成为关键环节，本文通过研究各种检查方法的优势和劣势，为今后准确及时的诊断疾病奠定一定的基础。

综上所述，磁共振成像扫描与传统的X 线和CT 扫描不同，是目前最佳的诊断脊髓损伤的影像学方法，对脊髓损伤的诊断及损伤程度的判断上有其独特的优势。急性创伤性脊髓损伤与非创伤性脊髓损伤之间都存在不同程度的运动、感觉障碍或神经功能障碍，在影像学表现上存在差异，T1W1 与T2W1 显示不同信号的高低为两者的鉴别诊断提供依据。另外利用扩散张量成像技术对水分子的敏感性，可以无创地检测到脊髓延髓和尾端至损伤部位的白质中的细微变性，对脊髓的微观动态提供了更有价值得帮助，常规MRI 方法无法观察到的，为MRI 家族的一大发展，对脊髓的微观结构的可视化领域提供了很大帮助，为日后对脊髓的进一步研究提供了方向。