创伤性脊髓损伤的MRI评价方法
脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）是指各种原因引起的脊髓结构和功能损害，导致损伤平面以下完全或不完全性运动、感觉、括约肌功能障碍。SCI按病因分类分为创伤性和非创伤性[1]。前者是外部损伤（例如车祸伤、高空坠落伤等）的结果，而后者是多种病理改变（例如肿瘤、神经变性疾病等)的结果[2]。SCI是一种严重的致残性疾病，会对患者躯体功能、心理和社会参与等方面造成严重影响[3]。脊髓磁共振成像具有多模态成像、精确、无创的优势，对于早期精确诊断SCI及判断病情严重程度，并进一步指导治疗决策具有重要意义。
创伤性脊髓损伤在病理生理学上分为原发性损伤和继发性损伤两个阶段[4]。损伤发生瞬间，脊髓周围骨和韧带结构的完整性丧失会对脊髓造成钝性冲击，从而造成脊髓的原发性损伤。继发性损伤主要病理生理过程是复杂的炎症级联反应。血液-脊髓屏障（blood spinal cord barrier，BSCB）的破坏使脊髓直接暴露于炎症细胞、细胞因子等有害环境下，导致神经元细胞急性功能障碍和死亡。受损的轴突大量释放兴奋性神经递质谷氨酸，引起暴露其中的神经元兴奋毒性损伤。坏死的细胞释出ATP、DNA和K+，导致大量巨噬细胞、小胶质细胞和多核巨细胞浸润损伤部位，进一步导致细胞死亡。继发性SCI的另一个重要机制是再灌注损伤产生大量的自由基[5]。SCI慢性期，急性炎症反应消退，髓鞘再生、血管重建以及神经传导通路重塑等变化相继发生，同时出现一系列阻碍轴突再生的病理改变，包括囊性变、胶质瘢痕形成以及进行性华勒氏变性（wallerian degeneration，WD）等[6]。这意味着损伤脊髓的内在修复能力十分有限，SCI将导致永久性神经功能缺陷。脊髓水肿是SCI发生发展过程中的重要病理过程[6]。在加剧原发性损伤的同时，水肿压迫导致灌注压降低、微血管灌注异常相关性缺血，又加重了继发性损伤。体内维持组织水稳态的膜蛋白称为水通道蛋白（aquaporin，AQP)，AQP4在SCI中发挥重要作用[7]。中枢神经系统组织水肿的第一阶段，AQP4介导水分子流入细胞，导致星形胶质细胞水肿；随后，BSCB两端的相对渗透不平衡会产生一个离子梯度，推动水分子向脊髓实质流动，加上BSCB完整性的破坏，导致血管源性水肿。
SCI的临床表现取决于脊髓损伤的节段和保留的脊髓组织的数量。除了感觉运动功能的破坏之外，SCI还影响交感神经系统。按照损伤程度，SCI分为完全性损伤和不完全性损伤。不完全性损伤主要表现为SCI相关的综合征，包括中央脊髓综合征、Brown-Séquard综合征（也称为半切综合征）、前脊髓综合征和后脊髓综合征等[8]。
SCI的严重性及预后评估是一个亟待研究的领域，主要困难是缺乏生物标志物。急性SCI患者的初始临床表现是决定分诊、确定治疗方法和预测预后的重要因素。SCI的神经学分类国际标准（international standards for neurological classification of SCI，ISNCSCI）是理想的神经系统评估量表，也是目前使用最广泛的验证系统，其核心是将SCI患者的损伤程度按美国脊髓损伤协会（American Spinal Injury Association，ASIA）损伤量表进行分类。ASIA标准是最一致、最可靠的神经系统评估系统，被推荐作为急性SCI患者护理的首选工具[9]。
影像学评估是临床常用的无创性评价方法。CT已经在很大程度上取代了X线来诊断与创伤性脊髓损伤（traumatic spinal cord injury，TSCI）相关的严重骨折及脱位。MR成像由于其优异的软组织分辨率，在脊髓损伤的评估中正在发挥越来越重要的作用。先进的功能成像技术作为常规MRI技术的补充，可以在微观水平量化病理生理变化。
Kulkarni等[10]提出SCI的3种MR表现：出血、挫伤和水肿；Schaefer等[11]在此基础上将受损节段的范围作为考虑因素，改进了SCI的MR成像损伤模式。Flanders等[12]评估了MR成像对脊髓损伤患者运动功能恢复的预测能力，认为出血与否和水肿范围是最终运动评分的独立预测因子。然而，常规MR序列常常会遗漏细微的脊髓损伤，所描述的损伤严重程度与病理学之间的关联差强人意。
扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）通过量化水分子扩散行为实现对体内组织的表征，借助各向异性分数（fractional anisotropy，FA）和平均扩散率（mean diffusivity，MD）可以定量评估SCI后脊髓白质纤维束微观结构的完整性。
急性SCI后损伤中心FA值的变化规律仍存在争议。虽然有研究显示SCI急性发作后FA值升高，但病灶中心FA值降低似乎更常见[13]。Wang-Leandro等[14]进行了犬急性SCI模型手术减压前后的DTI扫描，结果显示术后的运动功能恢复(motion function recovery，MFR）期间，FA值逐渐上升，恢复到生理状态，DTI作为一种客观的临床工具可用于SCI后功能恢复的后续研究。Wang-Leandro等[15]近期的另一项研究评估了DTI用于预测早期MFR的价值。D’souza等[13]关于TSCI患者DTI定量指标与神经学特征(临床Frankel分级）相关性的研究表明，损伤中心FA值下降，MD值升高，FA值与临床分级正相关，DTI可作为评估白质完整性和预测MFR的客观且可靠的成像工具。
FA值对创伤性脊髓空洞症（post-traumatic syringomyelia，PTS)前病变敏感，可以预测SCI后脊髓修复情况。PTS会阻碍脊髓修复[16]，常规MRI很难发现PTS前病变或早期PTS形成。Zhang等[17]在SCI模型大鼠制备前后行DTI扫描，分析PTS的形成是否会对脊髓白质纤维束的修复造成影响。结果显示，与对照组相比，PTS组和SCI组的FA值显著降低；PTS组的FA值最低，该研究结果说明FA值是评估PTS预后的有效指标，该结果与最新发表的临床报告[18]一致，SCI后FA值逐渐下降的病例更容易形成PTS。
DTI定量参数可作为评估干细胞移植治疗SCI疗效的影像学标志物。继发性损伤过程与治疗干预高度相关，同步发展定量评价疗效的非侵袭性成像方法将成为其临床转化最重要的一步。Jirjis等[19]对接受神经干细胞（neural stem cells，NSCs)移植的SCI小鼠进行了为期10周的在体及离体DTI数据采集，研究发现，损伤后5周，移植组的MD值上升，明显高于对照组，该差异一直持续到损伤后10周；移植组C7-T1节段的脊髓后角(Laminae I-III）可见轴突萌芽，整合痛觉信号的膜受体标志物的免疫活性升高。该结果表明MD值能反映干细胞移植对脊髓结构以及功能产生的影响，有可能成为SCI后细胞移植治疗疗效的影像学标志。
DTI可以通过预测SCI的初始损伤机制，实现对损伤预后的预测。Yung等[20]借助DTI在啮齿动物模型上对SCI初始损伤机制（挫伤、离断、错位）所导致的病理学和行为学损伤进行了表征，借助DTI定量参数生成二进制'白质损伤图'以及'损伤发生率图'，以反映每种损伤机制的损伤空间分布和时间进展。实验结果表明，不同初始损伤机制的损伤时空分布各不相同，使用RD的阈值对损伤进行分类最为稳定，DTI可通过定量参数的二进制图像来推断SCI的初始损伤机制。
DTI是SCI后评价脊髓白质病理状态的客观的方法。Brennan等[21]借助16.4 T超高场磁共振对SCI小鼠进行了DTI参数的区域特异性分析。结果显示，所有参数在直接损伤部位（即背束DCs)的变化最为显著，表现为FA值和RD值的快速且永久的下降，预示该区域的损伤严重且不可逆，治疗干预可能无效。相比之下，腹外侧白质的DTI参数随时间的变化缓慢，暗示腹外侧白质有可能成为治疗干预的潜在靶点。此外，FA值的区域特异性分析显示显著的头尾不对称性：上行纤维束内，损伤多从损伤中心层面向纤维束的头侧波及，而下行纤维束正好相反，组织学证实其病理基础是华勒氏变性。Brennan等[21]使用超高场DTI，第一次实现了对小鼠SCI后白质损伤进程的活体定量的纵向研究，以解释是哪种因素主导了SCI后DTI参数的改变。目前尚没有实验对DTI参数与病理指标的直接定量关系进行研究。
扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是基于非正态分布水分子扩散的成像技术，对脊髓内交叉和发散神经纤维扩散水平的检测优于DTI技术。
Hori等[22]发现，急性SCI后，白质的MK值较对照组无明显改变，而灰质的MK值较对照组明显下降，说明MK值对灰质病变比对白质损伤更敏感。Li等[23]研究了SCI后DKI在缺血／再灌注过程中的应用。研究结果表明，MK值的变化与神经胶质酸性蛋白（glial fiber acidic protein，GFAP）的表达水平相关，说明MK值可以评估SCI后的髓鞘损伤修复过程。
目前开展的有关SCI的DKI研究还比较少。DKI在脊髓损伤方面的应用存在以下问题：DKI并未达到测量水分子所有方向扩散的程度，还需完善；DKI数据需要强大的分析软件，目前尚无用以分析非高斯图像的统一标准。
磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopic，MRS）成像是利用MRI化学位移现象为原理，检测体内代谢物浓度的成像技术。在许多疾病中，代谢改变的发生先于病理形态改变，MRS对代谢改变的敏感性很高，因而能提供信息以早期检测病变。
以往的动物实验已证实，MRS反映的早期代谢变化可能预示出现不可逆的组织损害。研究[24]显示，常规MRI未见异常信号的SCI患者的脊髓组织乳酸(Lac）含量增加，提示脊髓组织隐匿性损伤，证明Lac是反映SCI代谢异常的敏感指标。Ellingson等[25]对27例患者行DTI和MRS扫描，以探索联合应用DTI、MRS是否能够预测颈椎病患者的神经损伤程度。结果显示由DTI纤维束密度、MD值和Cho/NAA组成的组合生物标志物显示出对神经缺陷量度mJOA的最佳预测效能。MRS能反映SCI后代谢状态的总体变化趋势，与脊髓临床功能表现及MRI表现一致性好。目前MRS在脊髓方面的研究主要集中于脊髓型颈椎病，有关MRS应用于创伤性SCI的研究报道较少。
血氧水平依赖性功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI）技术以血氧水平依赖为基础，随着时间推移，快速、重复获得解剖图像，具有较高的时空分辨率。
Yang等[26]对SCI动物行fMRI扫描，结果显示，受到热刺激损伤的脊髓区域，组织含氧量下降。Mayer等[27]的研究表明，结合DTI和静息态fMRI所测得的客观指标，可预测患者在SCI的亚急性期和慢性期可能出现的功能障碍，且预测指标具有较高的敏感性和特异性。近年来，利用静息态fMRI分析神经中枢联络成为功能成像研究领域的热点，受到该研究思路的启发，有研究者进行了SCI与脑功能之间的相关性研究。Rao等[28]的动物实验发现发生SCI的动物其脑功能也会出现相应的变化，证实SCI对脑功能有影响。
SCI缺乏针对急性期的治疗方法，目前仍然以保守治疗为主，弱化继发性损伤的危害，并促进神经再生。目前，唯一可应用的药物治疗方案是高剂量甲基强的松龙冲击疗法，而有限的疗效及诸多的不良反应，使其备受质疑[7]。
水肿在SCI后早期出现并持续存在，现有的针对水肿的临床干预措施收效甚微。SCI中水肿形成的机制与水转运失调有关，AQP或将成为SCI后水肿治疗的关键靶点[7]。由于水肿对SCI进展的作用被发现时间不长，因此针对水肿的治疗干预措施很少，除了离子泵之外，还没有特定的药物能够通过启动AQP来改变水的转运，设计能够特异性阻断或改变这些水运通道的非泵类的药物是一个巨大的挑战。SCI后，AQP在多种细胞内的表达水平持续性增加，这种持续性的表达上调可能会增加轴突肿胀，抗氧化剂褪黑激素则被多项研究证实能够抑制这种AQP上调，或许褪黑素可以用来抑制SCI后水肿[7]。
目前，MRI是检测SCI的最佳影像学方法，在SCI的诊断及其程度的判定有其独特的优势。常规MRI结合DTI、磁敏感加权成像等功能成像技术，可以在急性期检测出脊髓的出血、水肿以及纤维束损伤的情况，还可以定量评估SCI的严重程度，对确定患者的治疗方案及判断预后至关重要，具有广阔的发展前景。但仍需注意的是，在临床应用中，结果往往会受到患者呼吸、心跳以及脑脊液运动的影响，导致运动伪影，而且脊髓体积较小，周围结构复杂，邻近骨结构容易产生磁敏感伪影，影响诊断效能。因此在日后的研究中，需要对图像失真等情况进行针对性分析。
利益冲突：无。