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磁共振神经成像在腰椎间盘突出腰骶神经根受压

发布时间 2020-09-10 22:26

  突出是腰骶神经根受压产生下肢的功能障碍、感觉异常及下肢疼痛等相应临床症状的常见原因,目前已经有越来越充分的研究结果显示腰骶神经的机械性压迫及炎性刺激是造成腰痛及下肢痛的最根本病理基础。在临床上腰骶神经根受压患者大多通过临床体征结合CT、MRI及X线等影像学检查对患者的受压神经根部位进行判断,并分析椎间盘突出的具体类型。

  磁共振成像(MRI)因其无创、无电离辐射、软组织分辨率高以及多平面、多参数成像的优势成为目前进行腰骶神经检查的主要影像学手段。本文综述了目前MRI在腰骶神经的主要成像技术,特别是DTI的研究进展。

  脊髓发出的前根和后根首先汇合成脊神经,脊神经从脊髓发出后需要通过一段神经通道到达椎间管外口,这个通道分为神经根管和椎间孔两个部分。神经根管指的是脊神经从硬膜囊发出之后至椎间孔内口的一段,包括了盘黄间隙和侧隐窝。神经根远段局部膨大为神经节,主要位于侧隐窝内,其远端毗邻椎间孔内口。

  正常情况下,腰神经通道足以容纳相应的神经根及神经节,但当腰椎发生一系列退行性改变,比如椎间盘突出、黄韧带增厚、骨质增生等,这些改变将影响腰神经通道结构,直接或间接压迫其内的腰神经各个节段,从而引起腰痛、下肢痛等一系列临床症状。

  目前常规的脊柱MRI扫描序列主要包括T1WI、T2WI、脂肪抑制矢状位及T2WI横断位,这些常规的扫描序列可以很好的观察到腰椎间隙高度的变化;间盘形态的变化如膨出、突出、脱垂及神经根袖受压的情况;髓核信号的变化;游离髓核的形态、位置以及椎管内脊髓的形态及信号变化等。

  在矢状位上可以看到与变性椎间盘相等信号的突出髓核呈半球形或舌状向后方或侧后方伸出;在横断位上可观察到突出的椎间盘与邻近的神经根关系相对密切。但由于椎管对突出髓核的空间占位具有一定可容性,神经根在椎管内是具有一定的逃逸避让能力的,因此不能确定邻近神经根是否真正受压。而且,虽然常规MRI横断面和矢状面图像一般能够比较准确地判断出责任椎间盘,但有的患者虽然磁共振常规序列仅提示轻微病变甚至未发现明确病灶,其临床症状却很明显,这种临床表现与影像学表现不符的情况给疾病的诊治带来很大困难。

  已经有研究结果显示,通过磁共振常规序列扫描提示椎间盘突出的患者中有大约20%~70%是没有任何临床症状的。除此之外,某些特殊类型的椎间盘突出,比如极外侧型突出,因常规磁共振矢状位扫描一般不包括椎间孔及其外侧区域,也就难以发现其向外上方突出的髓核,这类病人缺乏客观的影像学证据但又有明显的坐骨神经痛症状,也容易造成误诊。上述的问题主要是因为腰骶神经自身的解剖学特点,常规的磁共振扫描序列对腰神经通道内的细微结构显示欠佳,而且缺乏对腰骶神经根形态的直观显示,忽视了神经根受压后产生的一系列改变。因此,腰椎常规MRI序列扫描用于诊断腰骶神经根受压是不够的。

  清晰的显示神经根的走行、明确其与周围结构组织的关系、明确神经根受压的部位和程度对腰骶神经根受压的诊治极其重要。

  MRN技术已有20多年历史,20世纪90年代初Howe等最先提出了MRN技术,他们利用T2加权、弥散加权结合脂肪抑制技术成功的生成了家兔尺神经及正中神经的神经纤维束高分辨率图像,并且神经纤维内部细微结构及神经分支也能够较清晰、完整的显示。经过20余年的发展,目前可用于腰骶部神经的成像技术日益繁多,总的来说可分为两大类:重T2加权脂肪抑制成像技术和弥散加权技术。重T2加权MRN成像的基础是神经纤维内部及周围各种微结构间含水量的差异。

  神经纤维束内膜内的液体在T2WI上呈高信号,神经周围及其内部神经束间的脂肪也是高信号,利用脂肪抑制技术抑制掉这些多余的脂肪信号,从而获得神经纤维束的T2加权图像,随着敏感编码并行采集(SENSE)、短时间反转恢复序列(STIR)脂肪抑制技术、三维高分辨率成像等技术的发展和应用以及MR本身设备场强的提高使得这类序列的分辨率及信噪比都有较好的表现。

  弥散加权MRN技术的基础是神经纤维内部微观结构中水分子布朗运动受限的方向和程度的差异。水分在神经纤维长轴垂直方向上的弥散运动因为神经细胞膜和神经鞘的阻碍而发生弥散受限,表现为各向异性的扩散运动,而在长轴平行方向上的弥散运动相对自由。系统检测到这种不同方向上水分子扩散运动的差异从而形成神经纤维与背景的信号差异,最终在DWI图像上脊神经和神经节呈高信号,而背景组织的信号被抑制。

  上述序列获取的原始图像通过最大密度投影MIP、容积再现VR及多平面重组MRP等方式进行后处理可以重建出腰骶神经及其周围结构的三维立体图像,从而直观的了解腰骶神经及其周围结构的解剖学变化。孙莉华等对25例健康志愿者和15例腰腿痛患者行IDEAL序列腰骶神经冠状位成像及后处理重建,观察各水平腰骶神经显示情况,认为IDEAL序列可以清晰直观地显示正常腰骶神经根的形态、走行和细微结构特点,以及腰骶神经根受压后的变化,能够为临床准确评估腰腿痛患者神经根受压的变化与手术治疗提供参考标准和影像资料。

  磁共振弥散张量成像(DTI)及弥散张量纤维束成像(DTT)是在磁共振弥散加权成像(DWI)的基础上发展起来的一种新的成像技术,它利用了组织中水分子的扩散运动存在各向异性的原理来探测组织的微观结构。目前DTI技术已广泛应用于临床特别是中枢神经系统疾病的相关研究,近年来,对于DTI在周围神经成像以及脊髓成像中的应用研究已经越来越多,但其在腰骶部神经根中的应用还较少。

  自由水中的水分子因为布朗运动在各个方向上的运动概率是相同的,这种扩散方式表现为各向同性(Isotropy),当水分子在人体中因为各种组织的阻碍作用,其运动的方向不再完全随机,而是随组织结构的变化而变化,这种扩散方式表现为各向异性(Anisotropy)。比如在神经纤维中,由于神经细胞膜和神经鞘的存在,水分子或质子在沿纤维束方向上的扩散阻力较小,而垂直在纤维束方向上穿越纤维束时阻力较大,因此水分子或质子总倾向于沿纤维束方向扩散,表现为扩散的各向异性。

  DTI的基础就是水分子在不同组织结构中自由扩散程度和方向的差异。DTI是以三维立体的角度分解、量化了扩散各向异性信号数据,因此至少要在6个方向施加扩散敏感梯度且方向越多监测到的扩散运动方向越多。DTT是在DTI的基础上发展而来的,是目前显示活体纤维束最有效的手段,其基本原理是利用计算机对神经纤维束内水分子弥散运动的各向异性数据进行后处理,从而得到神经纤维的三维立体图像。王庆征等应用DTT技术评估腰骶神经根,在DTT图像上所有受检者均能获得清晰的腰4至骶1脊神经根三维图像,并且可直接观察到腰腿痛患者病变层面的脊神经根受到突出椎间盘的压迫出现明显位移或变形,而健康志愿者两侧的神经根走行自然、对称。

  DTI不仅可以显示神经纤维的解剖结构还可以实现神经纤维的定量分析和功能成像。通过DTI可获得表观弥散系数(ADC)和各向异性系数(FA),FA值用于描述微观环境下各向异性弥散占整个弥散张量的比例,其取值范围为0~1,0代表弥散运动不受限,比如脑脊液的FA值接近0;而对于具有方向性的组织其FA值大于0,比如神经纤维的FA值接近1。成像体素内各个方向扩散幅度的平均值用ADC值表示,其代表了在成像体素内水分子弥散运动的大小或程度,反映了水分子单位时间内扩散运动的范围,其值越大说明水分子扩散能力越强。Balbi等分别测量了单侧坐骨神经痛患者和健康志愿者的腰骶神经根的平均扩散系数MD值和各向异性系数FA值,结果显示受压神经根的MD值显著高于对侧和健康志愿者;FA值则显著低于对侧和健康志愿者。认为在活体内腰骶神经根DTI是可行的,而且受压神经根的弥散参数有显著的变化。

  Eguchi等利用3.0T磁共振机对8名健康志愿者和8名腰椎间盘突出神经根受压的患者进行腰骶神经根DTT成像并测量其FA值,结果显示受压神经根平均FA值均显著低于健侧和健康志愿者的神经根,提出DTI可作为量化评价神经根受压情况的指标。利用DTI技术获得的FA值和ADC值还反映了神经纤维在不同条件下的病理生理过程,实现了神经纤维的功能成像。已有较多研究显示受压神经根的FA值低于未受压的神经根,而外周神经FA值的改变可能与轴突变性或再生有关。突出的椎间盘对神经根的机械性压迫及炎性刺激可导致神经根出现静脉淤血及神经内水肿,神经纤维出现脱髓鞘及Wallerian变性,而髓鞘和轴突的存在是纤维束内水分子产生各向异性的基础,这将导致了神经纤维内水分子运动状态的改变,使平行于神经纤维走行方向上的弥散运动减少,而垂直于神经纤维走行方向上的弥散运动增加,纤维束内各向同性成分增加,FA值降低。

  另外,有学者对外伤导致周围神经损伤的患者研究发现,随着感觉和功能的恢复受损神经纤维的FA值也回升了,认为FA值不仅可以反映神经纤维的退变,还可以反映神经纤维的再生。

  虽然目前各种MRN序列还有不少的缺陷,比如对运动及磁场不均匀性极为敏感,容易造成运动伪影及磁敏感伪影;脑脊液波动也会影响成像质量;扫描时间过长也影响检查效率增加病人痛苦。但随着MRI新技术不断发展及各种MRN技术间的联合运用,使我们可以直观地显示腰骶部神经根的解剖结构、观察神经根损伤的程度甚至反映神经纤维的病理生理功能,为我们提供了一个新的角度去理解腰骶神经根疼痛的原因,并为临床诊断及治疗提供切实的帮助。

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