医学专题扩散张量成像在脊髓损伤中的应用剖析

1、3.0T磁共振扩散张量成像在脊髓损伤性病变中的应用研究 研究生：苏佳佳 导师：吴光耀 教授放射科2021/7/19 星期一1正文引言材料与方法结果讨论结论2021/7/19 星期一2引言急性外伤颈髓损伤颈髓损伤重型脊髓型颈椎病颈髓损伤无症状艾滋病颈髓损伤2021/7/19 星期一3诊断方法MRIDTIISCSCI国际标准神经病学分类优点：临床广泛应用缺点：缺乏客观性。核磁共振成像优点：多层面、多参数成像缺点：敏感性(15%65%1)低扩散张量成像优点：定量评价，定性三维追踪缺点：伪影1Matsumoto M, Toyoma Y, a Mi. Increased signal intensity

2、 of the spinal cord on magnetic resonance images in cervical compressive myelopathy. Does it predict the out come of conservative treatment . Spine ( Phil a Pa 1976). 2000;25(6):677-682.2021/7/19 星期一4DTI指标l,tDTI参数FT神经纤维束追踪表观弥散系数各向异性分数本征值1本征值2本征值32021/7/19 星期一5DTI发展进程b值、扩散敏感梯度方向、场强大小的选择单次激发平面回波成像(EPI

3、)、线阵扫描弥散成像(LSDI)、局部放大斜位多层面成像(ZOOM-EPI)、敏感编码单次激发回波平面成像(SENSE -SSEPI)螺旋桨技术(Propeller)、心电门控、并行采集扫描序列扫描参数减少伪影2021/7/19 星期一6本课题收集我院37例急性外伤颈髓损伤患者（颈髓T2WI阳性20例，T2WI阴性17例） 、24例重型脊髓型颈椎病患者（颈髓T2WI阴性） 、15例临床无症状艾滋病患者及24例年龄和性别大致匹配正常志愿者的 3.0T-DTI资料，对颈髓损伤早期发现隐匿性病变、定量评估颈髓损伤程度、显示颈髓损伤微观结构的早期改变，具有重要的价值。2021/7/19 星期一7材料与

4、方法2010年10月2012年2月3.0T常规MRI扫描和DTI扫描患者37例：T2WI阳性20例，阴性17例正常组24例：男性12例，女性12例患者组37例：男性22例，女性15例第一部分：3.0T-DTI在急性外伤颈髓损伤中的应用研究2021/7/19 星期一8颈髓上段：C2/3颈髓中段：C3/4-C5/6颈髓下段：C6/72021/7/19 星期一9颈髓损伤节段分布2021/7/19 星期一10筛选标准1选择层面为颈髓，CT或MRI提示颈椎骨折或椎管受压，外伤时间均为急性期（3天内），无MRI禁忌症。2临床主要表现为全瘫、截瘫、不全瘫，损伤平面以下感觉运动障碍，损伤处疼痛、活动受限、大小

5、便失禁 。3T2WI表现为出血型及混合型颈髓损伤、椎间盘突出、既往行脊髓手术、脊髓放射治疗或有其它神经系统疾患、DTI图像质量较差均剔除。2021/7/19 星期一11扫描方法1常规MRI扫描：使用SIEMENS公司3.0T超导 MR扫描机，相控阵脊柱线圈。常规行颈椎矢状面及横断面T2WI 、T1WI、FS扫描2DTI扫描：与常规矢状面扫描定位相同。患者组扫描范围包括脊髓损伤、受压部位，健康志愿者组扫描范围为C2-7水平。采取EPI序列，b值为1000/mm2，扩散敏感梯度取20个不同方向FOV取240mm240mm 3后处理：Neuro3D软件设定阈值为0.2，在b=0图像选择面积约20mm

6、2的ROI为圆形，对有多个节段受压或脊髓信号异常的患者，测量压迫最严重的部位。利用矢状图定位在横轴面设定种子(seed)对颈髓白质纤维束进行追踪 2021/7/19 星期一12结果3正常组：ADC值(0.950.18)10-3mm2/s，FA值(0.660.07) T2WI阳性组：ADC值(1.200.20)10-3mm2/s ，FA值(0.500.04) T2WI阴性组：ADC值(0.800.19)10-3mm2/s， FA值(0.410.06) 2021/7/19 星期一13典型病例2021/7/19 星期一14典型病例1 正常组，女， 27岁 无神经系统疾病史，神经系统查体正常MRI示无

7、明显异常，无椎间盘突出、退变等 检查前签署知情同意书无MRI检查禁忌症2021/7/19 星期一15常规T2WI矢状位常规T2WI轴位FT纤维束示踪纤维束走行饱满，形态正常正常对照组2021/7/19 星期一16典型病例2 T2WI阳性组，男， 25岁 高处坠落伤致不全瘫3天CT提示寰椎粉碎性骨折、枢椎骨折无脊髓手术、放射治疗或其它神经系统疾病MRI提示C1/2平面水平脊髓损伤2021/7/19 星期一17常规T2WI矢状位常规T2WI轴位ADC图FA图2021/7/19 星期一18FT图示多处纤维束断裂，信号及方向发生改变2021/7/19 星期一19典型病例3 T2WI阴性组，女， 40岁

8、 车祸伤致不全瘫1天CT提示C6/7椎体骨折无脊髓手术、放射治疗或其它神经系统疾病MRI提示C6/7层面椎管轻度受压，信号无异常2021/7/19 星期一20常规T2WI矢状位常规T2WI轴位ADC图FA图2021/7/19 星期一21FT图示椎管受压处纤维束扭曲、变细，纤维束数量变少2021/7/19 星期一22材料与方法2010年10月2012年2月DTI和常规MRI扫描患者24例：男性17例，女性7例正常组24例：男性12例，女性12例患者组平均年龄48.7岁，正常组34.9岁第二部分：3.0T-DTI在重度脊髓型颈椎病的应用研究2021/7/19 星期一23颈椎病的分类神经根型脊髓型椎

9、动脉型交感神经型压迫神经根引起上肢感觉、运动功能障碍，常表现一侧上肢节段的运动障碍或感觉麻木。颈椎椎管狭窄 脊髓受压和缺血，引起脊髓传导功能障碍者，主要表现为走路不稳、四肢麻木、大小便困难等 。椎动脉受压造成椎基底动脉供血不全，常伴有头晕、黑朦等症状，与颈部旋转有关 颈部交感神经纤维受压引起一系列反射性症状，临床上比较少见2021/7/19 星期一24重度颈椎病诊断标准完全丧失生活自理能力，二便失禁 二便异常，生活自理能力较差 二便异常，生活自理 上下肢不灵活严重：04分 重度：58 分 中度：912 分 轻度：1316 分 日本骨科学会脊髓功能评分标准 （JOA）2021/7/19 星期一2

10、5筛选标准1选择层面为颈髓C2-C7层面，MRI提示椎间盘突出，椎管受压，但脊髓信号无异常，2临床表现主要为损伤平面以下感觉障碍、肌张力增高、肌力下降等，部分伴有肢体疼痛和麻木。3剔除既往行脊髓手术、脊髓放射治疗及有其它神经系统疾患，并且无MRI检查禁忌症。 2021/7/19 星期一26扫描方法1常规MRI扫描：使用SIEMENS公司3.0T超导 MR扫描机，相控阵脊柱线圈。常规行颈椎矢状面及横断面T2WI 、T1WI、FS扫描2DTI扫描：与常规矢状面扫描定位相同。患者组扫描范围包括受压部位，健康志愿者组扫描范围为C2-7水平。采取EPI序列，b值为1000/mm2，扩散敏感梯度取20个不

11、同方向FOV取240mm240mm 3后处理：Neuro3D软件设定阈值为0.2，在b=0图像选择面积约20mm2的ROI为圆形，对有多个节段受压的患者，测量压迫最严重的部位。利用矢状图定位在横轴面设定种子(seed)对颈髓对白质纤维束进行追踪， 2021/7/19 星期一27结果3正常组：ADC值(0.950.18)10-3mm2/s，FA值(0.660.07) 颈髓重度损伤组(T2WI阴性)： ADC值(1.070.09)10-3mm2/s，FA值(0.510.05)2021/7/19 星期一28典型病例2021/7/19 星期一29典型病例1重度脊髓型颈椎病，男， 57岁，患病1年临床感

12、觉障碍，肌张力增高，伴肢体麻木MRI提示C3/4-C5/6椎间盘突出，脊髓信号正常既往无神经系统异常病史CT提示颈椎退行性改变2021/7/19 星期一30常规T2WI矢状位常规T2WI轴位ADC图FA图2021/7/19 星期一31FT图示受压处纤维束变细2021/7/19 星期一32材料与方法2010年10月2012年2月DTI和常规MRI扫描患者15例：男性10例，女性5例正常组15例：男性10例，女性5例患者组平均年龄57.5岁，正常组44.9岁第三部分：3.0T-DTI在无症状艾滋病颈髓损伤的应用研究2021/7/19 星期一33筛选标准1选择层面为颈髓C2/3水平的白质前索、侧索、

13、后索2纳入HIV阳性且临床无神经系统症状确诊的AIDS患者，MRI无明显异常，1个月内测量CD4+细胞数小于200cells/mm3。3剔除椎间盘突出或其他神经系统异常的患者2021/7/19 星期一34扫描方法1常规MRI扫描：使用SIEMENS公司3.0T超导 MR扫描机，相控阵脊柱线圈。常规行颈椎矢状面及横断面T2WI 、T1WI、FS扫描2DTI扫描：与常规矢状面扫描定位相同。患者组与健康志愿者组扫描范围均为C2-3水平。采取EPI序列，b值为1000/mm2，扩散敏感梯度取20个不同方向，FOV取240mm240mm 3后处理：Neuro3D软件设定阈值为0.2，在b=0图像选择面积

14、约20mm2的ROI为圆形放置在3个区域（前索、侧索、后索)。利用矢状图定位在横轴面设定种子(seed)对颈髓对白质纤维束进行追踪 2021/7/19 星期一35结果32021/7/19 星期一36典型病例2021/7/19 星期一37典型病例1HIV阳性患者，确诊艾滋病，男， 30岁CD4+细胞小于200cells/mm3常规MRI扫描头及颈椎无明显异常既往无神经系统异常、放射、手术等病史无MRI检查禁忌症2021/7/19 星期一38 常规T2WI矢状位FA图测量ROIE2图测量ROIE3图测量ROI2021/7/19 星期一39后处理计算机自动处理数据2021/7/19 星期一40FT图

15、示纤维束变细2021/7/19 星期一41正常颈髓参数年龄相关性节段相关性讨论44.1正常颈髓的3.0T-DTI参数2021/7/19 星期一42 层面：ADC值和FA值与不同层面的灰质及白质比例、颈髓进出的脊神经前后根数量和大小有关，臂丛神经的进出常导致神经纤维束方向一致性发生改变2，正常人颈椎上段C2-C3平均FA值、ADC值均高于中下段C4-C7。 年龄：正常颈髓ADC值与年龄呈正相关，FA值呈负相关，一方面可能因为年龄导致相对神经细胞数量减少、退化，神经胶质细胞数量增加、体积增大有关，另一方面白质中纤维束和髓鞘的鞘磷脂丧失更多，水分子扩散增加3。1.11.22韩博, 杨广夫, 何滨,

16、等. 正常人颈髓扩散张量成像的初步研究. 实用放射学杂志. 2009;25(3):417-419.3宗会迁, 刘怀军, 宋鹏, 等. MR扩散张量成像诊断慢性脊髓型颈椎病. 中国医学影像术. 2011;27(8):1555-1558. 争议2021/7/19 星期一434.23.0T-DTI 探讨颈髓损伤不同时期病理过程细胞毒性水肿细胞肿胀，细胞外空间减少，ADC值减小，FA值亦减小 血管源性水肿细胞膜和髓鞘破坏，纤维数量减少，细胞外空间增加，ADC值增加，而FA值降低 T2WI阴性急性颈髓损伤T2WI阳性急性颈髓损伤慢性脊髓型重度颈椎病颈髓损伤2021/7/19 星期一447.0T-DTI不

17、同时期小鼠颈髓损伤的表现颈髓损伤的微观病理生理变化ELLINGSON BM, SCHMIT BD, ULMER JL, et al. Diffusion tensor magnetic resonance imaging in spinal cord injury.DTI IN SPINAL TRAUMA. 2008;11(2):219-237.2021/7/19 星期一454.33.0T-DTI对颈髓损伤后神经再生及修复的研究 2021/7/19 星期一464.43.0T-DTI 探索无症状AIDS患者颈髓改变一例AIDS脊髓空洞症患者脊髓构造空泡性脊髓病(vacuolar myelopat

18、hy，VM)在临床AIDS患者的发生率约20% 55%， 晚期MRI最直接的表现为T2WI信号增高、脊髓空洞（29%），伴随脊髓萎缩（86%），但一般MRI很难发现，虽然脊髓检查正常、组织学检查轴索完好，但脊髓已有髄鞘丧失和海绵状变性等现象，以后索和侧索最为明显，病理可见到小胶质细胞结节和含有HIV的多核巨细胞。 2021/7/19 星期一47侧索3本征值增高可能因为脱髓鞘、轴突直径增加及蛋白质完整性破坏提示早期脊髓炎征象。 可能由于HIV表面膜糖蛋白gpl20选择性的和细胞表面CD4+受体结合，促使HIV在淋巴细胞内感染、繁殖导致细胞死亡，引起细胞免疫功能缺陷。 HIV可能不是直接的致病因子， 而可能是由 HIV病毒及细胞因子诱导的甲基化转移异常所致2021/7/19 星期一48结论（1）与常规MRI比较，DTI具有更早期发现隐匿性脊髓损伤能力；且依据ADC值、FA值、1值、2值、3值能定量评估脊髓损伤程度。 （2）反应颈髓损伤不同时期不同病理过程。（3）AIDS颈髓白质纤维束侧索3值增高显著，提示侧索可能是AIDS颈髓早期损伤敏感部位。（4）FT能显示部分病变区白质纤维束肿胀、移位及扭曲断裂征象。