脊髓损伤核磁共振成像评估研究进展

龚兆阳 王洪立 刘思扬 马晓生

脊髓损伤后患者将经历漫长的恢复过程[1],其间患者的脑和脊髓将发生一系列病理改变，这些改变对患者的远期脊髓功能有预测作用[2]。因此，若能借助一定方法及时发现这些改变，就能及早进行适合的临床干预[3]。此外，这些病理改变结果也可用于相关临床试验中，对研究对象进一步分层，完善研究设计[4]。目前，这些病理变化主要通过磁共振成像(MRI)方法进行检测。

MRI是脊髓损伤后检测脊髓改变的最佳影像学方法，其可显示脊髓的完整程度和特异性病理改变[5]。传统的MRI检查一直被作为判断脊髓损伤的“金标准”，但其只能显示宏观结构改变，因此有时与临床评估结果不一致[6]。随后的研究发现，定量MRI检查可发现微观结构改变，提高诊断准确性，因而得到广泛运用[7]。而功能性磁共振成像(fMRI)可以反映脑和脊髓损伤后的重塑情况，进一步完善对患者脊髓功能的了解。本文回顾相关文献，对近年来脊髓损伤MRI评估的研究进展进行总结，为临床医生和研究者提供参考。

1 传统MRI检查

传统MRI检查主要采用正中矢状位T1、T2加权，揭示检查部位的长度和体积，异常信号的位置，是否存在出血、脊髓受压和椎管受损等情况[8-11]。

1.1 脑和脊髓的体积

有研究发现，脊髓损伤患者的脊髓横截面积较正常人更小[12]。Ziegler等[13]的队列研究还提示，脑和脊髓的体积在损伤后也呈动态变化。他们对15例脊髓损伤患者分别于伤后0、2、6、12、24个月进行MRI检查，发现患者的脊髓面积月均减少0.62 mm2，脊髓前后径和左右径月均减少0.04 mm；脑部白质体积减少主要发生于延髓和小脑脚，灰质体积减少发生于左脑岛、左前扣带回和右侧丘脑。他们也发现，脊髓损伤患者伤后6个月时脊髓面积减少程度越小，延髓锥体和脑桥水平的白质体积减少程度越小，则其伤后2年时的下肢运动评分越高。Seif等[8]的研究也表明，急性脊髓损伤后患者的脊髓前后径值与他们2个月后的下肢运动评分相关。 Jutzeler等[14]发现，截瘫患者中脊髓面积减少明显者神经病理性疼痛较严重；同时脊髓面积越小，患者对温度的感知能力越迟钝。而无神经病理性疼痛的患者，其右侧初级感觉神经元和丘脑灰质的体积均较大。事实上，脊髓左右径可以反映皮质脊髓束的退行性变[15]，而前后径可以反映后柱的持续华勒变性[16]，这从某方面解释了脑和脊髓的体积大小与患者的脊髓功能恢复相关。

1.2 组织桥宽度

组织桥由脊髓损伤后残余的血管、结缔组织等连接而成[17]。Pfyffer等[18]回顾性分析25例胸脊髓损伤患者伤后1个月的MRI T2加权图像。他们发现，该MRI图像中正中矢状位组织桥宽度越大，患者1年后的下肢运动评分、针刺觉评分、轻触得分均越高。O′Dell等[19]对10例不完全性脊髓损伤患者进行研究，计算其MRI图像正中矢状位组织桥宽度与脊髓最大前后径的比值，并对患者进行6 min步行测试。他们发现，该比值越大的患者，6 min步行距离越远，即其运动能力更好。值得注意的是，研究也发现胸脊髓损伤患者的正中矢状位组织桥宽度可每月增加。与之相反，此前Huber 等[20]的相关研究显示，颈脊髓损伤后组织桥宽度不会随时间而改变。由于目前研究仅测量正中矢状位的组织桥宽度，为获得完整结论，未来应对腹侧和背侧组织桥宽度进行测定研究[21]。

1.3 损伤相关的病理改变

脊髓损伤后，损伤部位周围可发生一系列病理变化，包括出血、水肿、脊髓肿胀等，这些变化对预测脊髓功能恢复也有一定作用[10]。Aarabi等[22]的研究表明，预测脊髓损伤患者病程后期是否出现美国脊髓损伤协会残损分级(AIS)转变，脊髓损伤后的髓内病变长度(IMLL)是唯一且最强的指标，AIS评级改善的患者均表现为IMLL较小。Dalkilic等[23]的研究表明，损伤后的血肿长度和脊髓扩张程度可以预测伤后6个月时患者的总体运动评分恢复情况。Pfyffer等[18]发现，脊髓损伤后1个月时损伤部位的面积、长度、宽度越小，患者1年后的下肢运动评分、针刺觉评分和轻触得分均越高。一些研究表明，最大脊髓受压程度是神经功能的强预测因子[10, 24]。Mabray等[21]提出，可采用脑与脊髓损伤中心(BASIC)评分来衡量损伤性改变，这是一种更完备的评估方法，其评分标准如下：0级损伤，为代表正常脊髓的T2信号；1级损伤，为T2高信号大致局限于脊髓灰质的预期位置；2级损伤，为T2高信号延伸至中央灰质的预期边缘，但不涉及脊髓全横向范围(发现了正常的白质外围边缘)；3级损伤，为T2高信号累及脊髓的全横向范围；4级损伤，为在3级损伤基础上有髓内T2低信号病灶重叠，这可能由髓内大量出血造成[25]。

2 定量MRI检查

定量MRI是近年新兴的检查方式，通过该检查可以发现脊髓微观结构变化，显示许多传统MRI检查无法发现的改变[26-27]。定量MRI的工作原理如下：通过磁场诱导水分子运动，然后对水分子的扩散方向和扩散均匀性进行量化分析，从而揭示脊髓的微观结构改变[28]。定量MRI的常用参数：①各向异性分数(FA)，可反映髓鞘含量[16]；②有效弛豫率(R2*)，可反映铁沉积[29]，而铁沉积由氧化应激导致髓鞘破裂产生[30]；③髓鞘敏感的磁化转移(MT)，MT减少可以反映脑和脊髓体积的减小。在各种定量MRI技术中，弥散加权成像为最常用方法[31]。

Seif等[32]开展研究，对创伤性脊髓损伤和退行性脊髓病变患者进行影像学检查。他们发现，两类患者在传统MRI图像上的表现没有差异；定量MRI检查显示，与退行性脊髓病变患者相比，创伤性脊髓损伤患者的背柱和横向皮质脊髓束的轴向扩散率更低，损伤严重的患者FA更低，而径向扩散率无差异。该研究直观展现了定量MRI检查对发现细微病变的优势，也进一步证明，皮质脊髓束和脊髓背柱的FA值对患者远期上肢运动评分和脊髓独立性评定评分具有预测作用。

Ziegler等[13]研究发现，脊髓损伤后1年中，患者的脊髓MT值月均减少0.05%，脑的初级运动皮质支配腿部区域灰质的MT值呈线性减少，双侧丘脑R2*值呈线性增加，右侧小脑MT值改变减慢。他们也发现，脊髓损伤后6个月时患者的双侧体感皮层MT值降低越小，伤后2年时脊髓独立性评分越高；伤后6个月时患者的右侧小脑和前扣带回R2*值增加以及脊髓面积减少，伤后2年时针刺觉评分均更低；伤后6个月时患者的右侧次级感觉皮层、左侧前扣带回和小脑的R2*值上升越多，神经病理性疼痛越重。

Langkammer等[30]对脊髓损伤患者伤后立即获取的影像学指标进行研究，发现患者损伤急性期脊髓的纵向弛豫率(R1)与伤后12个月时的针刺评分相关。该研究表明，脊髓损伤后各时间段的定量MRI测量指标对脊髓功能均具有预测价值。

3 fMRI检查

fMRI检查可以反映神经元的活动情况。目前，fMRI有两种主要分析方法：①广义线性模型(GLM)，可分析显示血氧依赖性反应水平，以此代表神经元活动水平；②结构方程模型(SEM)，可反应解剖区域间的有效连接[33-34]。fMRI可被用于研究脊髓损伤后脑和脊髓功能的重塑。

有学者对16例颈髓和上胸髓损伤患者进行研究[35-36]，研究对象被给予右手掌内侧(对应颈脊髓C8水平)热刺激，评估其疼痛评分，并进行fMRI扫描与分析，随后将其与正常人相同刺激所获结果进行对比。GLM分析显示，脊髓损伤患者于脊髓C5水平观察到活动区，而C8水平则无，同时局部神经活动还出现于臂旁核、巨细胞核、延髓头端腹内侧核和中脑导水管周围灰质附近，而正常人fMRI可检测到更大区域的神经活动，且未检测到C5水平脊髓的活动。SEM分析提示，脊髓损伤患者解剖结构间的有效连接远少于正常人，其中下丘脑-中缝大核连接及巨细胞核-C8连接与个体接受热刺激后的疼痛评分呈正相关。Kaushal等[37]对全脑116个区域行fMRI扫描后作SEM分析发现，脊髓损伤患者全脑子网间连接性降低，但包含感觉运动皮层和小脑的子网却具有更高的连续性。Alexander等[38]运用fMRI检查评估脊髓损伤后女性患者发生性反应时脊髓的激活状态。他们发现，对于心理性的视听刺激，患者表现出与正常人相同的脊髓中间外侧柱阳性反应，而后联合核的激活程度则明显低于正常人；对于生殖器的生理性刺激，患者表现出低于正常人的胸腰段反应和骶髓反应。

4 总结

脊髓损伤的治疗方法越来越多样化，然而如何更早地了解患者脊髓损伤严重程度及预后情况，并给予针对性治疗，仍是亟待解决的问题。MRI检查可从宏观和微观角度揭示脊髓的病理改变。传统MRI检查可直观反映脑和脊髓的体积、组织桥宽度以及损伤相关的病理改变。定量MRI检查则运用特殊序列，通过测定MT、FA、R1、R2*等数值，间接反应脑和脊髓的病理变化，具有较高的敏感性。这些检查结果均对患者的远期神经功能恢复有明确预测作用。而fMRI检查则从更隐蔽的层面反映脊髓损伤患者中枢功能的重塑，可能成为今后新干预治疗的靶点。

此类临床试验研究也存在不足：①试验分组中未考虑性别因素，而脊髓损伤的男性发病率高于女性，故试验样本以男性占大多数；②样本量普遍较小；③急性脊髓损伤后，患者脊髓损伤处可发生持续性病理改变，出于及时救治的需要，MRI扫描都会尽早进行，导致患者因入院时间不同而接受MRI扫描的时间不同，因此不同研究结果的可比性可能较差[22]。

定量MRI检查仍将是今后的研究热点，更多序列将被用于评估脊髓功能。而对脊髓损伤后病理改变的基础研究又将为临床研究提供新的思路。