頸椎術后MRI影響研究論文

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摘要】探討頸椎后路鈦合金內固定系統(tǒng)對術后mri成像的影響。［方法］對6例行頸椎后路鈦合金脊柱內固定的患者術后進行MRI檢查，所用MRI為1.0T及1.5T的超導MRI系統(tǒng)，患者均進行矢狀位的快速自旋回波序列（TSE）T1加權像（T1WI）和TSET2加權像（T2WI）以及軸位的TSET1加權像掃描，然后對術后鈦合金內固定的偽影特點及其對椎管內結構的影響進行分析。［結果］MRI偽影的大小為內固定大小的2~3倍，基本能夠辨認出原來內固定物的形狀，鈦合金內固定植入物本身在T1和T2加權上都表現(xiàn)為低信號，其邊緣在T1和T2加權上都有明確分界線的高信號區(qū)。在矢狀面T1和T2加權和軸位T1加權上均可清晰顯示脊髓和椎管內的結構。后路系統(tǒng)的連接棒偽影較小，只對緊鄰的椎板和小關節(jié)處圖像辨認有影響，對術后圖像觀察的影響較小。椎板鉤的偽影較大，會影響對椎板附近結構的觀察，特別是伸入椎管內的部分會影響對脊髓后部的觀察。椎弓根螺釘釘尾部偽影較大，對緊鄰的椎板和小關節(jié)處圖像辨認有影響；正確植入的頸椎弓根螺釘偽影也較大，主要會影響對鄰近部位椎管側方、椎動脈、椎間孔、脊神經和后外側突出的椎間盤等結構的觀察。［結論］頸椎后路脊柱鈦合金內固定術后患者進行MRI檢查時，應該盡量選擇快速自選回波序列進行掃描，當使用常規(guī)自旋回波序列掃描時，應盡量減少TE。醫(yī)生在分析術后MRI圖像時應該充分認識到鈦合金內固定的偽影對圖像的影響，以去偽存真，結合患者的臨床表現(xiàn)作出正確的判斷。

【關鍵詞】頸椎鈦內固定核磁共振成像偽影

Abstract：［Objective］Todiscusstheinfluenceofposteriorcervicaltitaniuminternalfixationsystemonmagneticresonanceimage（MRI）.［Method］SixcasesthathadoperatedinChanghaihospitalwithposteriorcervicaltitaniuminternalfixationsystemperformedMRIscan.TheMRIsystemwere1.0Tor1.5Tscanner.PatientsallperformedsagitalT1,T2andaxialT1weightedimagescanunderturbospinecho(TSE)sequence,thentheartifactsanditsinfluenceontheMRIimagewereanalyzed.［Result］Meanartifactsizerangedfrom2to3timesofactualscrewsize.Theartifactwassimilartotheprimaryshapeofinternalfixationsystemwithlowintensitysignaloncenterandhighintensitysignalonthemargin.Thedetailsinthespinalcanalcanbedistinguished.Therodhadsmallartifact,butthelaminarhookhadlargeartifactwhichobscuredtheposteriorstructureofspinalcanal,andtheartifactofpediclescrewhadinfluenceonlateralspinalcanal,nerverootandvertebralartery.［Conclusion］PatientswithposteriorcervicaltitaniuminternalfixationsystemshouldchooseTurbospinecho(TSE)sequenceforMRIscan,ifthespinechoisperformed,theTEshouldbeminimized.

Keywords:cervicalspine;titanium;magneticresonanceimage(MRI);artifacts

MRI是脊柱外科診斷和治療中不可缺少的檢查手段，它不僅有助于疾病診斷，而且對于治療的評價和隨訪起到重要的作用。在脊柱外科中，常常需要使用金屬內固定物，如鋼板、螺釘、棒和鋼絲等，這些內固定物常常靠近脊髓，在檢查時會產生偽影，妨礙對術后的評價和隨訪。理想的內固定植入物應該是既能夠滿足生物力學的需要，又能夠清楚地顯示脊柱的結構，將偽影減少到最低。由于鐵磁類的金屬植入物產生明顯的偽影并可使圖像結構變形，從而使術后的MRI檢查幾乎沒有任何意義。鈦是一種非鐵磁性的金屬，它有良好的耐腐蝕性、生物相容性好、柔韌性強和重量輕等特點，目前廣泛用作金屬植入物的材料。然而有關各種鈦金屬植入物對術后脊柱MRI影響的詳細觀察目前仍不完全清楚。本文對6例用頸椎后路鈦合金脊柱內固定系統(tǒng)患者術后的MRI進行了分析，以探討頸椎后路鈦合金內固定對脊柱脊髓成像的影響。

1材料和方法

患者,男4例，女性2例;平均年齡48歲。2例為先天性畸形，1例患者為頸椎骨折，1例患者為頸枕不穩(wěn)，2例患者為頸椎腫瘤。頸椎骨折患者進行了后路的復位減壓及固定，畸形、頸枕不穩(wěn)患者則進行了后路減壓、固定和植骨融合術，頸椎腫瘤患者行腫瘤切除和后路的固定術。患者所用的內固定系統(tǒng)均為SofamoreDanek的CDCervical、CDM8、枕頸CCD等頸椎后路內固定系統(tǒng)，材料為鈦合金（Ti6Al4Va）。棒和螺釘?shù)闹睆綖?.5mm左右，螺釘長度為15~25mm。患者術前術后均進行頸椎的MRI檢查，2例用1.0T的超導MRI系統(tǒng)，4例用1.5T的超導MRI系統(tǒng)，所有患者均進行矢狀位的TSET1加權像（T1WI）和TSET2加權像（T2WI），以及軸位的TSET1加權像（T1WI）掃描，部分患者因為診斷的需要尚進行了GdDTPA的增強掃描及脂肪抑制的掃描。所有術后的MRI圖像均進行圖像質量的評價，主要評估內容為：內固定圖像偽影的大小，內固定變形程度，內固定周圍軟組織是否變形及變形程度，是否影響重要結構和病變的辨認，以及檢查的安全性等。

2結果

所有患者術后均順利完成MRI檢查，沒有出現(xiàn)任何不適反應。所有的MRI掃描序列圖像中都可以看到鈦合金內固定物的偽影。偽影的大小為內固定大小的2~3倍，基本能夠辨認出原來內固定物的形狀。從MRI的圖像上可以看到，鈦合金內固定植入物本身在T1和T2加權上都表現(xiàn)為低信號，其邊緣在T1和T2加權上都有明確分界線的高信號區(qū)。在矢狀面T1和T2加權和軸位T1加權上均可清晰顯示脊髓和椎管內的結構（圖1、2）。后路系統(tǒng)的連接棒偽影較小，只對緊鄰的椎板和小關節(jié)處圖像辨認有影響，而此部位往往不是術后MRI的觀察重點，因而對術后圖像觀察的影響較小。椎板鉤的偽影較大，會影響對椎板附近結構的觀察，特別是伸入椎管內的部分會影響對脊髓后部的觀察（圖3）。椎弓根螺釘釘尾部偽影較大，對緊鄰的椎板和小關節(jié)處圖像辨認有影響；正確植入的頸椎弓根螺釘偽影也較大，主要會影響對鄰近部位椎管側方、椎動脈、椎間孔、脊神經和后外側突出的椎間盤等結構的觀察（圖4）。

圖1T1加權相矢狀位掃描可以清晰辨別脊髓和椎管的結構，C3后方脊髓內的低信號區(qū)為內固定偽影所致圖2非椎弓根螺釘平面T1加權軸位掃描可見棒的偽影較小，對椎管內結構辨認無影響圖3椎板鉤平面T1加權軸位掃描可見明顯的偽影，對椎管后方結構的觀察有影響圖4椎弓根螺釘部位T1加權軸位掃描可見明顯的偽影，對椎管側方、神經根、椎動脈和椎間孔的觀察有影響

3討論

3.1鈦合金植入物行MRI檢查的安全性

近年來，各種新型的脊柱內固定系統(tǒng)廣泛應用于脊柱疾患的治療，但通常的鐵磁性金屬植入物在進行MRI檢查時植入物和高強度的磁場之間會產生多種作用，包括金屬植入物的移位或脫出，植入物和周圍組織的發(fā)熱、圖像偽影等。而鈦是非鐵磁性的，它在靜止的磁場中不會產生偏轉應力，另外誘導電流對植入物和周圍組織的加熱作用也是可以忽略的。在本組患者中作者也觀察到所有的患者進行MRI檢查時均無不適反應。作者在隨訪病例中也沒有觀察到MRI檢查導致脊柱內固定移位的現(xiàn)象。目前亦未見有MRI檢查導致鈦合金內固定物移位的報道。因而可以認為使用鈦合金脊柱內固定系統(tǒng)的患者可以安全地進行MRI檢查。

3.2金屬植入物產生偽影的原理及影響因素

金屬材料會引起偽影，又稱磁化率偽影（magneticsusceptibilityartifact）。它表現(xiàn)為:（1）局部信號丟失；（2）低信號周圍有高信號環(huán);（3）在頻率編碼和選層編碼方向出現(xiàn)物體形態(tài)失真。金屬材料產生偽影的原因是：（1）造成局部磁場不均勻和自旋質子失相位;（2）自旋質子的頻率和相位異常造成空間定位錯誤;（3）金屬材料在射頻脈沖激勵下產生渦電流，也會造成局部磁場不均勻，這種作用相對較弱，但卻是非鐵磁性材料產生偽影的基礎。所以鐵磁性材料和非鐵磁性材料均能產生偽影，前者的偽影更明顯〔1〕。

偽影不僅使圖像上局部解剖結構變形，而且會擴大到遠處，嚴重影響圖像質量。如何減小偽影對圖像的干擾一直是令人關心的問題。可以采取以下幾種措施：（1）合理選擇金屬材料。如鉭、鈦等偽影較弱，口腔材料中的銀汞合金、純金、鈀等貴重材料以及陶瓷無偽影。鎳、鈷和鐵有嚴重偽影。值得一提的是：一些不銹鋼合金中的原材料無磁性，但經過冷處理會產生鐵磁性。另外有時合金中摻入極少量鐵磁性物質，便會引起明顯偽影。（2）頻率編碼梯度和選層梯度比相位編碼梯度更易受金屬材料的磁化率作用影響，頻率編碼的方向可控制偽影出現(xiàn)的方向，因而選擇頻率編碼方向時，須盡可能使偽影避開感興趣區(qū)。另外成像平面的選擇應當盡量避開或減少包括金屬材料。（3）短回波時間、低磁場強度、寬讀出頻帶和小體素可減輕偽影。（4）在自旋回波、快速自旋回波、梯度回波等常用磁共振檢查序列中，梯度回波序列因無180°脈沖而最易受偽影影響。自旋回波序列只有一個180°脈沖，偽影仍較明顯，而快速自旋回波序列有數(shù)個180°脈沖，且180°脈沖和回波間隔很短，所以自旋質子不易失相位，偽影最輕。有作者認為快速自旋回波序列T2加權圖像能減輕骨科金屬材料的偽影，與自旋回波序列相比，快速自旋回波序列能提供較多的圖像信息，而且回波鏈越長，回波間隔越小，則偽影越輕。另外短回復時間反轉回復序列偽影也輕〔2〕。

鈦是非鐵磁類金屬，研究證實鈦比不銹鋼及其他金屬引起更少的偽影，然而鈦合金內植入物的偽影雖然很小，但卻不能完全忽視，純鈦的國際標準是可以允許0.2%~0.5%的鐵含量，這樣少的鐵含量同樣可以影響MRI上看到的偽影。脊柱內固定在安裝時需要使用金屬的植入器械，可能將金屬碎屑帶到體內，這些鐵磁性的微粒也會產生磁化作用，導致偽影〔1〕。

3.3鈦合金植入物磁共振檢查參數(shù)及頸椎后路內固定方法的選擇

磁共振成像原理比較復雜，其掃描序列和參數(shù)變化多端。在脊柱脊髓部位最為常用的序列有自旋回波脈沖序列，反轉恢復脈沖序列及梯度回波脈沖序列等。有時還需要通過使用造影劑來增加組織之間的對比度、抑制脂肪信號等手段來獲得滿意圖像。近年來發(fā)展的快速自旋回波序列是常規(guī)自旋回波序列的一大突破，它大大縮短了掃描的時間并可以獲得良好的圖像。

Wang等〔4〕對自旋回波序列的各種掃描參數(shù)進行對比后發(fā)現(xiàn)，脊柱鈦合金內固定患者在使用自旋回波序列進行掃描時，當TE=16和TR=500~600的T1加權及TE=60和TR=1300~1600的T2加權時圖像質量最好。Petersilge等〔5〕對脊柱鈦合金內固定患者使用自旋回波序列、梯度回波脈沖序列和快速自旋回波序列的MRI成像結果進行了比較，證實快速自旋回波序列進行掃描圖像質量最好，而如果使用常規(guī)的自旋回波序列掃描時TE應該最小化。Malik等〔3〕對3種鈦合金含量和成分稍有不同的脊柱鈦合金內固定（Acromed/Isola,AO/Synthes,Sofamor/Danek）的MRI成像進行了比較，他們發(fā)現(xiàn)3種內固定磁共振成像偽影的大小和形態(tài)無明顯區(qū)別。另外，減少脊柱鈦合金內固定成像參數(shù)設置還包括：減少磁場強度、縮短TE時間、增加讀出梯度、減少體素等〔6、7〕。

頸椎后路內固定系統(tǒng)和方法種類很多。早期的有棘突、小關節(jié)、椎板鋼絲等固定方法，目前常用的固定方法有頸椎弓根螺釘、側塊螺釘和椎板鉤等，從生物力學的角度來說椎弓根螺釘固定最為可靠，其次為側塊螺釘，而椎板鉤的穩(wěn)定性較差〔8〕。從MRI檢查的偽影方面來說椎板鉤系統(tǒng)對椎管前方和側方結構的影響小，而椎弓根螺釘和側塊螺釘則對椎管側方結構影響較大，而椎管側方的椎間盤、神經根、椎動脈等往往是醫(yī)生十分重視的部位，因此在分析圖像時應該充分考慮到偽影的因素。

因此，頸椎后路脊柱鈦合金內固定術后患者進行MRI檢查時，應該盡量選擇快速自選回波序列進行掃描，當使用常規(guī)自旋回波序列掃描時，應盡量減少TE。醫(yī)生在分析術后MRI圖像時應該充分認識到鈦合金內固定的偽影對圖像的影響，以去偽存真，結合患者的臨床表現(xiàn)作出正確的判斷。

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