（本文作者：暨南大学附属第一医院影像中心 梁文彬等）
脊髓MRI 检查是目前诊断脊髓疾病的最主要的检查学方法。由于其极佳的软组织分辨率、多参数成像、多平面直接显示的显著特点, 可以清晰显示脊髓的解剖和病变, 对于脊髓肿瘤、炎症、变性、水肿、血管性疾病、先天性疾病及髓外椎管内病变等的显示和诊断均表现出优异的价值。脊髓MRI 成像以矢状位为主, 辅以横断位及冠状位。目前常用主要是SE 序列的T1WI 及FSE序列T2WI,一般层厚3～5mm( 图1A, B) , 增强扫描采用静脉团注法注入Gd- DTPA, 常规剂量为0.1～0.2mmol/kg。液体衰减反转回复( FLAIR) 序列, 是一种IRSE 序列, 可以抑制了脑脊液信号, 消除了脑脊液波动及容积效应伪影, 可增加病灶与正常组织的对比度,由于FLAIR 各种新技术的发展, 成像时间大幅缩短及质量的提高, 在椎管内病变应用具有较高的价值( 图1C) 。1992 年Krudy首次报道磁共振脊髓成像(MR Myelogram, MRM), 是用重T2 加权快速自旋回波加脂肪抑制技术, 获得脊髓蛛网膜下腔的脑脊液影像, 其诊断价值类似于脊髓造影和CTM, 并以其无创的优点趋于取代常规X 线和CT 椎管造影( 图2) 。
随着MRI 设备硬、软件的发展及新成像序列的研发, 目前已在大脑较普遍使用的各种功能性成像技术亦开始应用到脊髓, 并成为脊髓MRI 一个重要的发展方向。这些技术主要包括: 弥散加权成像技术( diffusion- weighted imaging, DWI) 、弥散张量成像( diffusion- tensor imaging, DTI) 、波谱成像(magnetic resonance spectroscopy, MRS) 以及血氧水平依赖成像( blood oxygenation level dependentBLOD) 。下面就其研究进展和临床应用情况作简要回顾。
1 DWI 在脊髓病变中的应用
DWI 已广泛应用于大脑缺血、肿瘤诊断等方面。然而脊髓疾病的弥散加权成像的研究和临床应用仍受到一定限制, 有几个原因: 脊髓横断面积较小, 需要较高分辨率和高信噪比的序列; 周围脑脊液的波动及呼吸、心跳等严重运动伪影的影响;周围骨性结构及脂肪组织造成磁敏感伪影和化学位移伪影的影响。近年来, 随着MR新线圈、新序列等技术的发展, 脊髓DWI已在临床开始应用, 对脊髓正常功能和病变的研究开辟了更广的空间。目前用于脊髓DWI 成像的主要方法主要有快速自旋回波弥散成像(fast spin- echo diffusionweightedimaging, FSE- DWI)和回波平面弥散成像(echo- planar diffusion- weighted imaging,EPI- DWI)。
EPI 分辨力不如SE 序列, 且对磁场不均匀的敏感度较高。尽管如此, EPI 由于一次激发成像, 成像速度极快, 有效降低生理运动如心跳、呼吸及脑脊液搏动的影响, 所测得的弥散系数准确性高, 在脊髓DWI 上的应用得到较普遍的认同。并且,导航回波技术( navigated spin- echo diffusion weighted MRimaging) 及并行采集技术(parallel imaging)被应用到多次激发EPI 序列中, 极大地降低了运动伪影和磁敏感伪影, 令成像质量进一步提高( 图3) 。
DWI直接、客观地反映了活体水分子的扩散能力, 在脊髓中应用的优势亦同大脑DWI 一样,在脊髓缺血、脊髓损伤等的早期诊断有较高的特异性和敏感度。已经知道, DWI对超急性脑梗死具有非常高的敏感性, 特别是当结合灌注技术时, 甚至可以分辨出可逆和不可逆的脑组织损伤。
最初将这种技术应用于脊髓梗死的研究发表于2000 年, Gass 等对患者出现症状后30 小时即行DWI 检查, 发现ADC 值明显减低的病灶, 证实了脊髓梗死的诊断。随后更多的研究进一步证实了DWI 在脊髓梗死的敏感度。
对于脊髓损伤, 常规CT、MRI 并不能评价脊髓纤维束的完整性, 更不能发现形态学改变前的潜在脊髓损伤。ADC 值可以反映轴突损伤病理学变化, 这种变化甚至要早于T2WI 的发现, 结合各向异性率图(AI) , 对脊髓损伤范围、疗效的判断有重要意义。
尽管颈椎病在常规MRI 图像上可以得到清楚而细致的显示, 但图像上的征象可能与临床症状并不是直接相关的, 这是常规形态学影像检查的缺陷。而在DWI, 脊髓受压部位的ADC 值往往是升高的, 而且这种敏感性远远高于T2WI, 从而有助于对颈椎病脊髓受压的早期诊断。
2 DTI 在脊髓病变中的应用DTI 是DWI 技术基础上进一步改进和发展的一种新的MRI 技术, 两者原理一致, 但DTI 可以在三维空间内分析水分子的弥散特性。在活体内,扩散是受局部环境的结构特性所影响的, 比如在脑白质中, 水分子扩散在沿纤维走行的方向比与之垂直的方向更容易, 即各向异性扩散, 这种差异是DTI 成像的基础。DTI 可以反映出纤维束的空间方向性和完整性, 并提供定量信息。目前在大脑的应用研究较为广泛, 如通过对白质神经纤维束的跟踪显示, 推断白质纤维的完整性, 又如在多发性硬化、精神分裂、失读症、中风、大脑老化等疾病的应用, 在一定程度上揭示了这些病变的微观结构的改变。脊髓DTI 的研究起步晚, 但随着MR快速扫描技术的发展, 其已成为目前MRI 研究的热点之一。
DTI 与DWI 成像基础相同, 其成像的限制因素如上节所述。在EPI 基础上相关参数的选择各家采用并不尽相同。Joon Woo Lee 等对40 个志愿者用敏感性编码并行采集( SENSE) EPI 序列进行脊髓颈段DTI 成像, 通过采用不同b 值( 500、700、900 s/mm2) 、不同扩散梯度方向( 6、15、32) 、不同激发次数( 1、3、5) 、不同层厚( 2、3、4 mm) 的分析比较后认为, 脊髓颈段DTI 理想的参数为: b 值取900 s/mm*2、15 个方向、5 次激发、4mm 层厚。根据扩散数据, 目前可以做出脊髓纤维束的跟踪图,如Vadapalli 等采用单次激发EPI 序列,TR 9772/TE 88ms,25 个方向, b 值取0 和1 000 s/mm*2, 追踪包括了整个脊髓。
研究表明 鼠脊髓重力损伤后在DTI 可发现其各向异性的缺失, 亦有研究发现这种各向异性的缺失随神经保护治疗的实施可以有所恢复。因此, 各向异性值( FA) 对脊髓损伤的早期诊断、脊髓损伤程度评估及评价疗效上具有重要价值。
脊髓的炎性脱髓鞘病变, 比如多发性硬化, 在一些研究中表明其斑块区的FA 值同正常脊髓相比是减低的。更有学者对脊髓表现正常的MS 患者在其脊髓多区域作FA 和ADC 值的测量研究,得出DTI 对诊断MS 具有较高敏感性, DTI 可以显示常规T2WI 未能显示的病变区。
在DTI 纤维追踪图上, 可以显示皮质脊髓束、延髓锥体交叉、脊髓丘脑前束及外侧束纤维( 图4A, B) 。不同疾病可以造成这些纤维束相应的改变, 如浸润、中断、缺失等。同在脑内的应用一样,DTI 在脊髓肿瘤应用必然会成热点, 尽管目前此方面研究报道并不多。但如Ducreux 等就应用了DTI 显示了星形细胞瘤对皮质脊髓束等破坏的研究已显示出其应用前景。
脊髓DTI 技术的应用只有几年, 目前文献的研究集中于技术参数的优化及相关疾病的初步研究, 随着技术的发展在脊髓的应用必然越来越广泛和深入。
3 MRS 在脊髓病变中的应用
MRS 已经从一个研究工具转变成了临床上实用的检查学手段, 通过检测组织内的各种代谢物的浓度来研究人体的病理生理改变, 从而使影像学检查从形态学深入到组织代谢和功能检查的水平。1H- MRS 在大脑中的应用, 目前已经相当广泛和成熟, 其在脑部常用的测定物主要包括: N- 乙酰门冬氨酸(NAA) 、肌酸和磷酸激酸( Cr) 、胆碱( Cho) 、肌醇(mI) 等。这些代谢物浓度的变化可靠反映了相应的病理生理变化, 比如NAA 被认为是神经元标志物, 其浓度降低代表神经元的缺失或能量代谢的障碍。因此, 在脊髓中这些代谢物的检测对脊髓疾病的了解和诊断非常有价值, 比如多发性硬化、脊髓小脑共济失调症及髓内肿瘤。由于技术上的限制, 1H- MRS 在脊髓应用报道不多。Gomez- Anson 等首先对6 名健康志愿者进行了MRS 检查, 采用点分辨波谱(PRESS)序列定位技术和两种TE( 30ms 和144ms) , 在5 名志愿者中清楚地检测出了四大代谢物波峰(NAA、Cr、Cho、mI) 。随后, 有研究对9 名MS 患者颈段脊髓行MRS 检查( PRESS 序列、TE 为35ms) , 将检测到的NAA、Cr、Cho、mI、Lip、Lac 峰值与正常对照组对比。9 名患者在常规MRI 上并无明显脱髓鞘病灶, 然而研究发现其NAA 峰值明显较正常组低,而其他代谢物峰值两组比较并没有明显差异。但是, 报道中并无确切的定量数据。国内学者沈康平等做了急性颈髓损伤1H- MRS 与MRI 的对照研究, 根据19 例急性颈髓损伤患者的MRI 表现, 分为脊髓正常信号组(损伤组)和脊髓异常信号组(损伤组), 并以9 例健康者作对照, 结果损伤组与对照组比,仅Lac/Cho 值升高(P<0.05); 损伤组与对照组比, NAA/Cho、NAA/Cr 值降低, Lac/Cho 值升高(P<0.01); 损伤组较损伤组NAA/Cho、NAA/Cr 显著减低(P<0.05)。更高场强( 3T) 环境下的研究见于最近的报道, Anna Federica 等[28]利用8 通道脊髓线圈对13 名健康志愿者颈段脊髓作MRS 检查, 经统计分析提出量化结果: tNAA/Cr 1.40.3, Cho/Cr0.50.1, mI/Cr 1.70.2。
纵观这些文献, 采集时间过长和运动伪影是MRS 在脊髓临床应用的一个限制性因素。另外, 目前的研究主要集中于颈段脊髓, 低位脊髓MRS 尚未见报道。
4 fMRI 在脊髓病变中的应用
随着功能磁共振成像( fMRI) 技术在脑功能方面的广泛应用, 脊髓fMRI 的研究也开始展开。同样, 由于脊髓所处的特殊环境, 技术上受到限制,国内外发表的文献数量较少。但总结这些文献不难看出, 脊髓fMRI 的研究完全可以在目前临床主流应用的磁共振设备下进行, 也意味着相关的技术难题是可以克服的。
局部血流灌注和氧代谢的变化是大脑fMRI的理论基础, 即血氧水平依赖性功能磁共振成像(blood oxygen- level dependent fMRI, BOLD fMRI)。在脊髓fMRI 研究中亦多利用BOLD 效应, 但除此之外一种新的理论机制在近年被提出, Stroman 等认为,局部血流增加导致血管外水含量增加,进而导致质子信号增强, 即血管外质子信号增强功能核磁(signal enhancement by extravascular protonsfMRI, SEEP fMRI)。两者的比较研究结果表明, 后者的功能激活区邻近于前者激活区, 两者甚少重叠。实际上, BOLD 效应过重依赖于场强和回波时间, 在低场强和短TE 下, 这种效应甚至可以被忽略。基于上述SEEP 效应, 脊髓fMRI 完全可以采用SE 序列质子加权成像, 而且得到的图像质量也有提高, 因其能在很短的弛豫时间里获得旋转弛豫像, 对磁场的不均匀性敏感性较低。Man Cheuk 等在0.2T 场强下用FSE 序列质子加权成像对正常志愿者进行了脊髓fMRI 研究( Proton-density- weighted fMRI) , 屏除了BOLD 效应,结果表明: 功能激活区存在质子密度变化。
脊髓fMRI 目前仍处于起步阶段, 目前可得出的结论有: 当前条件下可以可靠地获得脊髓fMRI信号图象;温、痛觉刺激及上肢或下肢局部肌肉的运动可以明确定位。当然, 我们仍需这方面的更多研究以证明脊髓fMRI 的可重复性及可靠性。随着各种新的MR 硬件和软件的开发、新的扫描序列尤其是各种快速扫描序列的应用, MR 成像时间越来越短, 图像质量也不断提高, 这使得近年发展的各种新技术更为成熟, 其临床应用范围也不断扩大, 其中在脊髓方面的应用就是其中的一个趋势。就目前来看, 脊髓磁共振的研究仍是一个较新的领域, 脊髓新技术的成熟应用尚需更多更深入的研究。另外, 灌注MRI 成像在脊髓的应用鲜有报道, 笔者在MEDLINE 数据库上仅查阅到一篇关于颈椎脊髓病手术减压前后相关灌注参数如平均通过时间(mean transit time, MTT) 的对比研究。
