脊髓損傷核磁共振成像評估研究進展

龔兆陽 王洪立 劉思揚 馬曉生

脊髓損傷后患者將經(jīng)歷漫長的恢復過程[1],其間患者的腦和脊髓將發(fā)生一系列病理改變，這些改變對患者的遠期脊髓功能有預測作用[2]。因此，若能借助一定方法及時發(fā)現(xiàn)這些改變，就能及早進行適合的臨床干預[3]。此外，這些病理改變結果也可用于相關臨床試驗中，對研究對象進一步分層，完善研究設計[4]。目前，這些病理變化主要通過磁共振成像(MRI)方法進行檢測。

MRI是脊髓損傷后檢測脊髓改變的最佳影像學方法，其可顯示脊髓的完整程度和特異性病理改變[5]。傳統(tǒng)的MRI檢查一直被作為判斷脊髓損傷的“金標準”，但其只能顯示宏觀結構改變，因此有時與臨床評估結果不一致[6]。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，定量MRI檢查可發(fā)現(xiàn)微觀結構改變，提高診斷準確性，因而得到廣泛運用[7]。而功能性磁共振成像(fMRI)可以反映腦和脊髓損傷后的重塑情況，進一步完善對患者脊髓功能的了解。本文回顧相關文獻，對近年來脊髓損傷MRI評估的研究進展進行總結，為臨床醫(yī)生和研究者提供參考。

1 傳統(tǒng)MRI檢查

傳統(tǒng)MRI檢查主要采用正中矢狀位T1、T2加權，揭示檢查部位的長度和體積，異常信號的位置，是否存在出血、脊髓受壓和椎管受損等情況[8-11]。

1.1 腦和脊髓的體積

有研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷患者的脊髓橫截面積較正常人更小[12]。Ziegler等[13]的隊列研究還提示，腦和脊髓的體積在損傷后也呈動態(tài)變化。他們對15例脊髓損傷患者分別于傷后0、2、6、12、24個月進行MRI檢查，發(fā)現(xiàn)患者的脊髓面積月均減少0.62 mm2，脊髓前后徑和左右徑月均減少0.04 mm；腦部白質體積減少主要發(fā)生于延髓和小腦腳，灰質體積減少發(fā)生于左腦島、左前扣帶回和右側丘腦。他們也發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷患者傷后6個月時脊髓面積減少程度越小，延髓錐體和腦橋水平的白質體積減少程度越小，則其傷后2年時的下肢運動評分越高。Seif等[8]的研究也表明，急性脊髓損傷后患者的脊髓前后徑值與他們2個月后的下肢運動評分相關。 Jutzeler等[14]發(fā)現(xiàn)，截癱患者中脊髓面積減少明顯者神經(jīng)病理性疼痛較嚴重；同時脊髓面積越小，患者對溫度的感知能力越遲鈍。而無神經(jīng)病理性疼痛的患者，其右側初級感覺神經(jīng)元和丘腦灰質的體積均較大。事實上，脊髓左右徑可以反映皮質脊髓束的退行性變[15]，而前后徑可以反映后柱的持續(xù)華勒變性[16]，這從某方面解釋了腦和脊髓的體積大小與患者的脊髓功能恢復相關。

1.2 組織橋寬度

組織橋由脊髓損傷后殘余的血管、結締組織等連接而成[17]。Pfyffer等[18]回顧性分析25例胸脊髓損傷患者傷后1個月的MRI T2加權圖像。他們發(fā)現(xiàn)，該MRI圖像中正中矢狀位組織橋寬度越大，患者1年后的下肢運動評分、針刺覺評分、輕觸得分均越高。O′Dell等[19]對10例不完全性脊髓損傷患者進行研究，計算其MRI圖像正中矢狀位組織橋寬度與脊髓最大前后徑的比值，并對患者進行6 min步行測試。他們發(fā)現(xiàn)，該比值越大的患者，6 min步行距離越遠，即其運動能力更好。值得注意的是，研究也發(fā)現(xiàn)胸脊髓損傷患者的正中矢狀位組織橋寬度可每月增加。與之相反，此前Huber 等[20]的相關研究顯示，頸脊髓損傷后組織橋寬度不會隨時間而改變。由于目前研究僅測量正中矢狀位的組織橋寬度，為獲得完整結論，未來應對腹側和背側組織橋寬度進行測定研究[21]。

1.3 損傷相關的病理改變

脊髓損傷后，損傷部位周圍可發(fā)生一系列病理變化，包括出血、水腫、脊髓腫脹等，這些變化對預測脊髓功能恢復也有一定作用[10]。Aarabi等[22]的研究表明，預測脊髓損傷患者病程后期是否出現(xiàn)美國脊髓損傷協(xié)會殘損分級(AIS)轉變，脊髓損傷后的髓內病變長度(IMLL)是唯一且最強的指標，AIS評級改善的患者均表現(xiàn)為IMLL較小。Dalkilic等[23]的研究表明，損傷后的血腫長度和脊髓擴張程度可以預測傷后6個月時患者的總體運動評分恢復情況。Pfyffer等[18]發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后1個月時損傷部位的面積、長度、寬度越小，患者1年后的下肢運動評分、針刺覺評分和輕觸得分均越高。一些研究表明，最大脊髓受壓程度是神經(jīng)功能的強預測因子[10, 24]。Mabray等[21]提出，可采用腦與脊髓損傷中心(BASIC)評分來衡量損傷性改變，這是一種更完備的評估方法，其評分標準如下：0級損傷，為代表正常脊髓的T2信號；1級損傷，為T2高信號大致局限于脊髓灰質的預期位置；2級損傷，為T2高信號延伸至中央灰質的預期邊緣，但不涉及脊髓全橫向范圍(發(fā)現(xiàn)了正常的白質外圍邊緣)；3級損傷，為T2高信號累及脊髓的全橫向范圍；4級損傷，為在3級損傷基礎上有髓內T2低信號病灶重疊，這可能由髓內大量出血造成[25]。

2 定量MRI檢查

定量MRI是近年新興的檢查方式，通過該檢查可以發(fā)現(xiàn)脊髓微觀結構變化，顯示許多傳統(tǒng)MRI檢查無法發(fā)現(xiàn)的改變[26-27]。定量MRI的工作原理如下：通過磁場誘導水分子運動，然后對水分子的擴散方向和擴散均勻性進行量化分析，從而揭示脊髓的微觀結構改變[28]。定量MRI的常用參數(shù)：①各向異性分數(shù)(FA)，可反映髓鞘含量[16]；②有效弛豫率(R2*)，可反映鐵沉積[29]，而鐵沉積由氧化應激導致髓鞘破裂產(chǎn)生[30]；③髓鞘敏感的磁化轉移(MT)，MT減少可以反映腦和脊髓體積的減小。在各種定量MRI技術中，彌散加權成像為最常用方法[31]。

Seif等[32]開展研究，對創(chuàng)傷性脊髓損傷和退行性脊髓病變患者進行影像學檢查。他們發(fā)現(xiàn)，兩類患者在傳統(tǒng)MRI圖像上的表現(xiàn)沒有差異；定量MRI檢查顯示，與退行性脊髓病變患者相比，創(chuàng)傷性脊髓損傷患者的背柱和橫向皮質脊髓束的軸向擴散率更低，損傷嚴重的患者FA更低，而徑向擴散率無差異。該研究直觀展現(xiàn)了定量MRI檢查對發(fā)現(xiàn)細微病變的優(yōu)勢，也進一步證明，皮質脊髓束和脊髓背柱的FA值對患者遠期上肢運動評分和脊髓獨立性評定評分具有預測作用。

Ziegler等[13]研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后1年中，患者的脊髓MT值月均減少0.05%，腦的初級運動皮質支配腿部區(qū)域灰質的MT值呈線性減少，雙側丘腦R2*值呈線性增加，右側小腦MT值改變減慢。他們也發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后6個月時患者的雙側體感皮層MT值降低越小，傷后2年時脊髓獨立性評分越高；傷后6個月時患者的右側小腦和前扣帶回R2*值增加以及脊髓面積減少，傷后2年時針刺覺評分均更低；傷后6個月時患者的右側次級感覺皮層、左側前扣帶回和小腦的R2*值上升越多，神經(jīng)病理性疼痛越重。

Langkammer等[30]對脊髓損傷患者傷后立即獲取的影像學指標進行研究，發(fā)現(xiàn)患者損傷急性期脊髓的縱向弛豫率(R1)與傷后12個月時的針刺評分相關。該研究表明，脊髓損傷后各時間段的定量MRI測量指標對脊髓功能均具有預測價值。

3 fMRI檢查

fMRI檢查可以反映神經(jīng)元的活動情況。目前，fMRI有兩種主要分析方法：①廣義線性模型(GLM)，可分析顯示血氧依賴性反應水平，以此代表神經(jīng)元活動水平；②結構方程模型(SEM)，可反應解剖區(qū)域間的有效連接[33-34]。fMRI可被用于研究脊髓損傷后腦和脊髓功能的重塑。

有學者對16例頸髓和上胸髓損傷患者進行研究[35-36]，研究對象被給予右手掌內側(對應頸脊髓C8水平)熱刺激，評估其疼痛評分，并進行fMRI掃描與分析，隨后將其與正常人相同刺激所獲結果進行對比。GLM分析顯示，脊髓損傷患者于脊髓C5水平觀察到活動區(qū)，而C8水平則無，同時局部神經(jīng)活動還出現(xiàn)于臂旁核、巨細胞核、延髓頭端腹內側核和中腦導水管周圍灰質附近，而正常人fMRI可檢測到更大區(qū)域的神經(jīng)活動，且未檢測到C5水平脊髓的活動。SEM分析提示，脊髓損傷患者解剖結構間的有效連接遠少于正常人，其中下丘腦-中縫大核連接及巨細胞核-C8連接與個體接受熱刺激后的疼痛評分呈正相關。Kaushal等[37]對全腦116個區(qū)域行fMRI掃描后作SEM分析發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷患者全腦子網(wǎng)間連接性降低，但包含感覺運動皮層和小腦的子網(wǎng)卻具有更高的連續(xù)性。Alexander等[38]運用fMRI檢查評估脊髓損傷后女性患者發(fā)生性反應時脊髓的激活狀態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)，對于心理性的視聽刺激，患者表現(xiàn)出與正常人相同的脊髓中間外側柱陽性反應，而后聯(lián)合核的激活程度則明顯低于正常人；對于生殖器的生理性刺激，患者表現(xiàn)出低于正常人的胸腰段反應和骶髓反應。

4 總結

脊髓損傷的治療方法越來越多樣化，然而如何更早地了解患者脊髓損傷嚴重程度及預后情況，并給予針對性治療，仍是亟待解決的問題。MRI檢查可從宏觀和微觀角度揭示脊髓的病理改變。傳統(tǒng)MRI檢查可直觀反映腦和脊髓的體積、組織橋寬度以及損傷相關的病理改變。定量MRI檢查則運用特殊序列，通過測定MT、FA、R1、R2*等數(shù)值，間接反應腦和脊髓的病理變化，具有較高的敏感性。這些檢查結果均對患者的遠期神經(jīng)功能恢復有明確預測作用。而fMRI檢查則從更隱蔽的層面反映脊髓損傷患者中樞功能的重塑，可能成為今后新干預治療的靶點。

此類臨床試驗研究也存在不足：①試驗分組中未考慮性別因素，而脊髓損傷的男性發(fā)病率高于女性，故試驗樣本以男性占大多數(shù)；②樣本量普遍較??；③急性脊髓損傷后，患者脊髓損傷處可發(fā)生持續(xù)性病理改變，出于及時救治的需要，MRI掃描都會盡早進行，導致患者因入院時間不同而接受MRI掃描的時間不同，因此不同研究結果的可比性可能較差[22]。

定量MRI檢查仍將是今后的研究熱點，更多序列將被用于評估脊髓功能。而對脊髓損傷后病理改變的基礎研究又將為臨床研究提供新的思路。