3.0 T MRI功能成像在急性創傷性頸髓損傷中的研究進展

賴丙林，呂國士

（1.承德醫學院研究生學院，河北承德067000；2.中國人民解放軍251醫院影像科，河北張家口075000）

3.0 T MRI功能成像在急性創傷性頸髓損傷中的研究進展

賴丙林1，2，呂國士2

（1.承德醫學院研究生學院，河北承德067000；2.中國人民解放軍251醫院影像科，河北張家口075000）

急性頸髓損傷（ACSCI）是最常見的創傷性中樞神經損傷之一，致殘、致死率較高，當T2WI發現頸髓異常信號時，提示頸髓損傷嚴重，因此選用一種有效、精確、無創的影像學技術早期發現ACSCI，盡早干預治療對改善患者預后尤為關鍵。目前，無創性MRI功能成像不僅可觀察頸髓的形態及信號改變，還可進行頸髓微觀結構的研究。本文就SWI、DWI、DTI、擴散峰度成像（DKI）、MRS、BOLD-fMRI等無創性MRI技術在頸髓損傷方面的進展進行綜述。

頸髓；損傷；磁共振成像

急性頸髓損傷（acute cervical spinal cord injury，ACSCI）是最常見的創傷性中樞神經損傷之一，致殘、致死率較高，臨床早期發現ACSCI，盡早干預治療對改善預后尤為重要。T2WI發現頸髓異常信號時，往往提示損傷已到了不可挽回的地步。隨著MRI的迅速發展，功能成像技術已經普遍應用于中樞神經系統，對神經系統功能改變及微觀結構的顯示有較大提高。大量研究證明，在檢測創傷性腦損傷方面，功能成像技術較常規MRI顯示出較大優勢，雖然在頸髓創傷中應用較少，但愈來愈受到重視。因此，筆者就3.0 T MRI功能成像應用于ACSCI的研究進展進行綜述。

1 SWI

SWI是利用不同組織間對磁性敏感程度不同而成像的一種技術，是一個三維采集、完全流動補償、高分辨力、薄層重建的梯度回波序列，在對其生成的幅度圖像及相位圖像進行相應處理后，得到最小強度圖像，增強了微小動脈及靜脈的顯示能力，對顯示血液代謝產物、鈣化和鐵質沉積等也十分敏感。Benson等［1-2］研究表明，SWI主要用于檢測中樞神經系統中不易被CT和MRI常規序列發現的微小出血灶，也可檢測微小出血的位置和數量，在小靜脈尤其是亞毫米級靜脈結構及微小出血灶的顯示上有其獨到的優勢。研究［3-5］表明，采用不同FOV與不同矩陣參數組合，當FOV為200 mm×200 mm、矩陣為320 ×320時，圖像質量評分及SNR均較高，此時體素為0.7 cm×0.7 cm×2.0 cm，可清晰顯示脊髓表面髓靜脈及微小出血灶。Hunter等［6］研究表明，SWI有助于發現損傷后的微小出血灶，特別是在創傷后的急性和亞急性階段，還可檢測到由于缺血缺氧造成的二次損傷。Fujima等［7］將SWI用于測量不同狀態下脊髓靜脈血氧飽和度的變化，對5個健康志愿者不同的狀態（屏氣、呼氣、高濃度吸氧及咖啡因作用下）進行SWI掃描，觀察脊髓靜脈血氧飽和度的變化，證明SWI可用于臨床評價脊髓靜脈血氧飽和度，是一種可行、無創、有價值的檢查方法。SWI除檢出MRI常規序列顯示的出血灶之外，還能夠準確顯示常規MRI序列不能顯示的直徑小于1 mm的微小出血灶，其對微小出血灶的檢出率比常規MRI序列高出至少67%［8］。

2 DWI

DWI是利用水分子在人體組織中的擴散程度不同為原理的成像技術，通?？捎肁DC值來描述水分子在各個方向上擴散的速度和范圍［9-11］。DWI通過ADC的改變而表現出不同的變化，而ADC值隨水腫嚴重程度、類型及演變而變化［12］。Sagiuchi等［13］首次報道1例ACSCI 2 h后，應用DWI可顯示損傷頸髓的異常信號，即DWI呈高信號而ADC值降低。Yin等［14-15］驗證了脊髓損傷（SCI）早期階段，受傷部位出現細胞毒性水腫、出血及水分子的擴散受限。Endo等［16］研究表明，在SCI后出現異常信號，若表現為DWI高信號、低ADC值，則可預測脊髓功能恢復不良。另外，DWI是收集2個方向上的圖像，因此具有成像時間短、易完成檢查等優點，若與DTI結合，可間接評估在創傷性SCI中的水腫程度和脊髓纖維束的完整性。

3 DTI

DTI是在DWI的基礎上發展起來的一種成像技術，其成像原理是：假設頸髓內水分子擴散符合水分子的正態分布特點，在DWI的基礎上利用組織中水分子的各向異性來探測活體組織微觀結構和顯示白質纖維束，收集6個或以上不同方向的DWI圖像，對水分子的三維各向異性彌散進行測量，重建出DTI圖。DTI常用的3個主要指標：ADC值、各向異性分數（fractional anisotropy，FA）和平均擴散率（mean diffusivity，MD）。脊髓是由灰白質按照一定的排列順序組成，水分子通常是沿著神經纖維走行的方向擴散，而很少沿著垂直于神經纖維走行的方向擴散，這種具有方向性的擴散稱為各向異性［17］。FA值反映各向異性成分占整個擴散張量的比值，測量范圍為0～1，0是完全各向同性，意味著水擴散各向同性，1代表最極端的各向異性的情況，意味著水分子擴散沿著一個軸的方向。MD值反映分子的平均擴散水平和擴散阻力的整體情況。FA值降低和MD值增加表明髓鞘和軸突的損傷，通過檢測FA和MD值的細微變化可反映頸髓微細結構（軸索）損傷的程度，而軸索損傷是創傷性SCI的主要特征。Chen等［18］對新西蘭大白鼠研究發現，頸髓受傷0.5、6及24 h后，受傷區域的ADC平均值增加、FA平均值降低，通過HE染色切片證實了脊髓白質損傷后的組織學變化。這說明SCI的生理改變是動態、連續的變化過程，隨著時間的推移，ADC值、FA值亦可發生變化。蘇佳佳等［19］研究表明，在ACSCI中，17例T2WI陰性患者的ADC值降低，20例T2WI陽性患者ADC值明顯升高，提示DTI對早期血管源性水腫及晚期細胞毒性水腫的鑒別較敏感，進一步提示ACSCI不同時間的DTI參數存在差異。另有研究［20-21］證實，ACSCI越嚴重，水分子自由擴散運動的幅度增強，其ADC值越高，由于損傷導致脊髓內白質纖維束斷裂，水分子擴散運動方向性下降，表現為FA值下降。Facon等［22］在大鼠損傷模型中證實ADC值是SCI最敏感的預測指標，與受傷時間相對應，并發現FA值可判斷脊髓功能的預后：SCI急性期FA值＞0.6，預后較好，FA值＜0.6，預后較差。張超等［23］研究40例慢性SCI患者，發現與正常對照組相比，SCI組FA值明顯降低，ADC值有所升高，因此，FA值或可作為預測治療后效果的評價指標。另外，DTI纖維示蹤成像（diffusion tensor tractography，DTT）是DTI的補充，能夠直觀顯示脊髓的纖維束形態、走行、連續性，反映脊髓纖維束的損傷情況［24-25］。何明穎等［26］利用DTT直觀顯示了病灶區的纖維束中斷現象。馬燁等［27］研究發現，DTT所示頸髓髓內病變組中病變區域的白質纖維束稀疏、變細，比常規MRI顯示T2WI高信號區域更明顯；頸髓髓外病變組中白質纖維束均有不同程度的受壓、移位、排列紊亂，但未見纖維束中斷。

4 擴散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）

DKI是在DTI技術上的延伸，更能真實地反映人體內水分子的擴散方式，可更好地反映灰白質的微觀結構改變，對頸髓病變的早期診斷、神經功能評估和預后判斷更加敏感［28］。DKI是基于非正態分布水分子擴散為特點的成像技術，是在DTI理論和實踐上的提升、改進，成像速度快，對神經纖維顯示清晰。DKI主要評價指標是：平均峰度（mean kurtosis，MK）和徑向峰度（radial kurtosis，RK）。ROI組織結構越復雜，水分子非正態分布擴散受限越明顯，MK值越大；ROI內水分子擴散受限越明顯，RK值越大。目前，DKI技術主要用于中樞神經系統的檢查，如顱腦和頸髓檢查。Hori等［29］研究發現，受壓頸髓的FA值和平均MK峰值較正常脊髓明顯降低，對頸髓病變的早期檢出，平均MK值比FA值更加敏感。Hori等［30］研究發現，ACSCI時頸髓白質損傷時，MK值無明顯變化，而灰質損傷后MK值較對照組低。Raz等［31］研究19例多發性硬化性SCI患者，在頸髓T2WI高信號的基礎上，應用DTI及DKI掃描技術，測量頸髓FA值及MK值低于對照組，MD值高于對照組。在SCI中，MK值對微觀結構的變化與灰質損傷比傳統的擴散指標（FA、ADC值）能提供更多的病理、生理學信息。Gao等［32］研究發現，在顯示微觀結構及灰質病變時，MK值較FA值敏感，DKI可準確地對病變進行分期，對病情變化作出預測，可較DTI提供更加全面的診斷信息。

5 MRS

MRS是利用MRI化學位移現象的原理，形成一系列波峰組成的波譜，然后對波譜進行化合物檢測的一種方法，目的是檢測活體組織器官的能量代謝、生化改變及化合物含量，通過量化某些代謝物濃度，提供脊髓區域生化及代謝狀態。MRS普遍使用1H、31P譜檢測頸髓組織內化學成分，從而判斷脊髓損傷后代謝情況及其病理變化情況。在頸髓MRS中代謝物含量最多的是N-乙酰天門冬氨酸（NAA），其中以NAA、膽堿（Cho）、肌酸（Cr）的變化最具有代表性［33］。NAA是由成熟神經元的線粒體所產生的，也是神經元內標記物、神經元完整性和活力的標志［34］。在急性神經組織創傷后活體及離體實驗中，NAA含量的降低可作為衡量神經元缺失的最佳指標。NAA含量降低是由于SCI后組織氧張力下降，引起細胞水腫、缺血與電解質不平衡，導致脊髓細胞去極化而產生傳導功能障礙［35］。Cr包括肌酸和磷酸肌酸，存在神經元細胞和膠質細胞中，參與體內能量代謝，含量較穩定，常用作參考比較其他代謝物變化的基準值。Cho的升高可反映脊髓中髓鞘、軸索損傷或膠質細胞的增生或修復。Cho主要存在于膠質細胞中，參與細胞膜的合成與降解，是細胞膜磷脂代謝的成分之一，髓鞘崩解時Cho增高［36］。Govind等［37］發現，在創傷性中樞神經損傷早期，NAA/Cr明顯下降，Cho/Cr顯著上升，其上升及下降的幅度與損傷嚴重程度相關。Widerstrom-Noga等［38］研究表明，急性SCI后含有肌醇（INS）、肌酸及膽堿成分高于正常組，而NAA/INS和谷氨酸谷氨酰胺（GLX）/INS成分低于正常組。Vagnozzi等［39］研究認為，在中樞神經損傷的急性和亞急性階段，NAA/Cr、GLX/INS值下降和Cho/Cr值升高是MRS診斷神經損傷的標志。

6 BOLD-fMRI

BOLD-fMRI以血氧水平依賴技術為主要基礎，隨著時間的推移，快速和重復獲得解剖圖像，探測在一定的感官刺激時，相應的神經元活動增強，使局部組織的血氧濃度發生變化，供氧量相對大于耗氧量，導致該功能區局部氧合血紅蛋白（HbO2）含量增加，而脫氧血紅蛋白（dHb）含量相對減少。血液中的HbO2具有反磁性作用，可延長相應組織的T2弛豫時間；dHb是一種順磁性物質，使T2弛豫時間縮短，在T2WI像上受激發的神經元功能區域與未激發區域相比，表現為局部高信號的激活區。在發生SCI后，神經組織發生了復雜的病理變化，常出現缺氧、細胞水腫及血管損傷代謝紊亂等改變，利用fMRI能夠發現并鑒別SCI患者神經基質的變化，為臨床提供有價值的診斷和療效評估方法［40］。Yang等［41］研究出現7只雄性松尾猴在頸髓熱損傷刺激下，神經元活動增加，耗氧量增加，fMRI可檢測出在不同頸髓節段的血氧濃度，但損傷頸髓平面含氧量減低。近年來，利用靜息態fMRI分析神經中樞聯絡成為功能成像研究領域的熱點，它無需患者執行特定認知任務即可調查或研究大腦區域之間的聯系。Mayer等［42］研究表明，利用DTI和靜息態功能成像所測的功能連接的客觀指標，可預測患者在神經元損傷的亞急性和慢性恢復期所出現的功能障礙，并且這種指標有很高的敏感性和特異性。fMRI強調的是神經基質的微小演變與認知缺陷的關系，其生物標志物用于測量神經的細微損傷，及記錄恢復的進程［43］。Rao等［44］對11只成年雌性獼猴行靜息態fMRI，獲得了低頻幅度波動的信號，確定了SCI后對腦功能的影響，證實靜息態fMRI可幫助了解SCI后神經系統的病理生理機制的變化。

7 問題與展望

MRI功能成像在頸髓檢查中的不足：由于SCI患者病情較重，掃描時間較長，患者配合欠佳，檢查過程中，患者的心跳、呼吸、腦脊液波動及吞咽動作可產生運動偽影，使圖像模糊不清；功能成像對磁場均勻度較高，椎體及椎間盤的空間交替導致局部磁場不均勻，可干擾MRI信號，影響圖像質量；頸髓形態纖細，橫截面小，測量數據時誤差大，圖像對空間分辨力要求高、易失真。盡管MRI功能成像存在不足之處，但它是唯一無創性評價頸髓微觀結構變化及病理生理演變過程的一項新技術，能夠為臨床早期診斷SCI提供一定的信息，為盡早采取合理的治療措施及預后評估提供可靠的影像學依據，具有廣闊的發展前景。

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2016-02-25）

10.3969/j.issn.1672-0512.2017.01.039

呂國士，E-mail：lament-378@163.com。