頸椎后路鈦合金脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)對術(shù)后MRI成像的影響

1、頸椎后路鈦合金脊柱內(nèi)固定系統(tǒng)對術(shù)后MRI成像的影響    【摘要】  探討頸椎后路鈦合金內(nèi)固定系統(tǒng)對術(shù)后MRI成像的影響。方法對6例行頸椎后路鈦合金脊柱內(nèi)固定的患者術(shù)后進行MRI檢查，所用MRI為1.0 T及1.5 T的超導(dǎo)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(quán)像（T1WI）和TSE T2加權(quán)像（T2WI）以及軸位的TSET1加權(quán)像掃描，然后對術(shù)后鈦合金內(nèi)固定的偽影特點及其對椎管內(nèi)結(jié)構(gòu)的影響進行分析。結(jié)果MRI偽影的大小為內(nèi)固定大小的23倍，基本能夠辨認出原來內(nèi)固定物的形狀，鈦合金內(nèi)固定植入物本身在T1和T2加權(quán)上都表

2、現(xiàn)為低信號，其邊緣在T1和T2加權(quán)上都有明確分界線的高信號區(qū)。在矢狀面T1和T2加權(quán)和軸位T1加權(quán)上均可清晰顯示脊髓和椎管內(nèi)的結(jié)構(gòu)。后路系統(tǒng)的連接棒偽影較小，只對緊鄰的椎板和小關(guān)節(jié)處圖像辨認有影響，對術(shù)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(jié)構(gòu)的觀察，特別是伸入椎管內(nèi)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(guān)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(cè)方、椎動脈、椎間孔、脊神經(jīng)和后外側(cè)突出的椎間盤等結(jié)構(gòu)的觀察。結(jié)論頸椎后路脊柱鈦合金內(nèi)固定術(shù)后患者進行MRI檢查時，應(yīng)該盡量選擇快速自選回波序列進行掃描，當(dāng)使用常

3、規(guī)自旋回波序列掃描時，應(yīng)盡量減少TE。醫(yī)生在分析術(shù)后MRI圖像時應(yīng)該充分認識到鈦合金內(nèi)固定的偽影對圖像的影響，以去偽存真，結(jié)合患者的臨床表現(xiàn)作出正確的判斷。 【關(guān)鍵詞】  頸椎 鈦 內(nèi)固定 核磁共振成像 偽影       Abstract：ObjectiveTo discuss the influence of posterior cervical titanium internal fixation system on magnetic resonance image（MRI）.MethodSix cases that h

4、ad operated in Changhai hospital with posterior cervical titanium internal fixation system performed MRI scan.The MRI system were 1.0?T or 1.5?T scanner.Patients all performed sagital T1,T2 and axial T1?weighted image scan under turbo spin echo(TSE)sequence,then the artifacts and its influence on th

5、e MRI image were analyzed.ResultMean artifact size ranged from 2 to 3 times of actual screw size.The artifact was similar to the primary shape of internal fixation system with low intensity signal on center and high intensity signal on the margin.The details in the spinal canal can be distinguished.

6、The rod had small artifact,but the laminar hook had large artifact which obscured the posterior structure of spinal canal,and the artifact of pedicle screw had influence on lateral spinal canal,nerve root and vertebral artery.ConclusionPatients with posterior cervical titanium internal fixation syst

7、em should choose Turbo spin echo(TSE)sequence for MRI scan,if the spin echo is performed,the TE should be minimized.    Key words:cervical spine;  titanium;  magnetic resonance image(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

8、作用。在脊柱外科中，常常需要使用金屬內(nèi)固定物，如鋼板、螺釘、棒和鋼絲等，這些內(nèi)固定物常?？拷顾?，在檢查時會產(chǎn)生偽影，妨礙對術(shù)后的評價和隨訪。理想的內(nèi)固定植入物應(yīng)該是既能夠滿足生物力學(xué)的需要，又能夠清楚地顯示脊柱的結(jié)構(gòu)，將偽影減少到最低。由于鐵磁類的金屬植入物產(chǎn)生明顯的偽影并可使圖像結(jié)構(gòu)變形，從而使術(shù)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(guān)各種鈦金屬植入物對術(shù)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(nèi)固定系統(tǒng)患者術(shù)后的MRI進行了分析，以探討頸椎后路

9、鈦合金內(nèi)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(fù)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(shù)，頸椎腫瘤患者行腫瘤切除和后路的固定術(shù)?；颊咚玫膬?nèi)固定系統(tǒng)均為Sofamore Danek的CD Cervical、CD M8、枕頸CCD等頸椎后路內(nèi)固定系統(tǒng)，材料為鈦合金（Ti?6Al?4Va）。棒和螺釘?shù)闹睆綖?.5 mm左右，螺釘長度為1525

10、mm?；颊咝g(shù)前術(shù)后均進行頸椎的MRI檢查，2例用1.0 T的超導(dǎo)MRI系統(tǒng)，4例用1.5 T的超導(dǎo)MRI系統(tǒng)，所有患者均進行矢狀位的TSE T1加權(quán)像（T1WI）和TSE T2加權(quán)像（T2WI），以及軸位的TSE T1加權(quán)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(shù)后的MRI圖像均進行圖像質(zhì)量的評價，主要評估內(nèi)容為：內(nèi)固定圖像偽影的大小，內(nèi)固定變形程度，內(nèi)固定周圍軟組織是否變形及變形程度，是否影響重要結(jié)構(gòu)和病變的辨認，以及檢查的安全性等。    2  結(jié)  果  

11、0; 所有患者術(shù)后均順利完成MRI檢查，沒有出現(xiàn)任何不適反應(yīng)。所有的MRI掃描序列圖像中都可以看到鈦合金內(nèi)固定物的偽影。偽影的大小為內(nèi)固定大小的23倍，基本能夠辨認出原來內(nèi)固定物的形狀。從MRI的圖像上可以看到，鈦合金內(nèi)固定植入物本身在T1和T2加權(quán)上都表現(xiàn)為低信號，其邊緣在T1和T2加權(quán)上都有明確分界線的高信號區(qū)。在矢狀面T1和T2加權(quán)和軸位T1加權(quán)上均可清晰顯示脊髓和椎管內(nèi)的結(jié)構(gòu)（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(guān)節(jié)處圖像辨認有影響，而此部位往往不是術(shù)后MRI的觀察重點，因而對術(shù)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(jié)構(gòu)的觀察，特別是伸入椎管內(nèi)的部

12、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(guān)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(cè)方、椎動脈、椎間孔、脊神經(jīng)和后外側(cè)突出的椎間盤等結(jié)構(gòu)的觀察（圖4）。    圖1T1加權(quán)相矢狀位掃描可以清晰辨別脊髓和椎管的結(jié)構(gòu)，C3后方脊髓內(nèi)的低信號區(qū)為內(nèi)固定偽影所致  圖2非椎弓根螺釘平面T1加權(quán)軸位掃描可見棒的偽影較小，對椎管內(nèi)結(jié)構(gòu)辨認無影響  圖3椎板鉤平面T1加權(quán)軸位掃描可見明顯的偽影，對椎管后方結(jié)構(gòu)的觀察有影響  圖4椎弓根螺釘部位T1加權(quán)軸位掃描可見明顯的偽影，對

13、椎管側(cè)方、神經(jīng)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(nèi)固定系統(tǒng)廣泛應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)生偏轉(zhuǎn)應(yīng)力，另外誘導(dǎo)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

14、檢查時均無不適反應(yīng)。作者在隨訪病例中也沒有觀察到MRI檢查導(dǎo)致脊柱內(nèi)固定移位的現(xiàn)象。目前亦未見有MRI檢查導(dǎo)致鈦合金內(nèi)固定物移位的報道。因而可以認為使用鈦合金脊柱內(nèi)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(chǎn)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（magnetic susceptibility artifact）。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(chǎn)生偽影的原因是：（1）造成局部磁場不均勻和自

15、旋質(zhì)子失相位;（2）自旋質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)生偽影的基礎(chǔ)。所以鐵磁性材料和非鐵磁性材料均能產(chǎn)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(jié)構(gòu)變形，而且會擴大到遠處，嚴重影響圖像質(zhì)量。如何減小偽影對圖像的干擾一直是令人關(guān)心的問題?？梢圆扇∫韵聨追N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(jīng)過冷處理會

16、產(chǎn)生鐵磁性。另外有時合金中摻入極少量鐵磁性物質(zhì)，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(yīng)當(dāng)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

17、短，所以自旋質(zhì)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(quán)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(fù)時間反轉(zhuǎn)回復(fù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)，這些鐵磁性的微粒也會產(chǎn)生磁化作用，導(dǎo)致偽影1。

18、    3.3  鈦合金植入物磁共振檢查參數(shù)及頸椎后路內(nèi)固定方法的選擇    磁共振成像原理比較復(fù)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(zhuǎn)恢復(fù)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(nèi)固定患者在使用自旋回波序列

19、進行掃描時，當(dāng)TE=16和TR=500600的T1加權(quán)及TE=60和TR=1 3001 600的T2加權(quán)時圖像質(zhì)量最好。Petersilge等5對脊柱鈦合金內(nèi)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(jié)果進行了比較，證實快速自旋回波序列進行掃描圖像質(zhì)量最好，而如果使用常規(guī)的自旋回波序列掃描時TE應(yīng)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(nèi)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(nèi)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(nèi)固定成像參數(shù)設(shè)置還

20、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(nèi)固定系統(tǒng)和方法種類很多。早期的有棘突、小關(guān)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(cè)塊螺釘和椎板鉤等，從生物力學(xué)的角度來說椎弓根螺釘固定最為可靠，其次為側(cè)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(cè)方結(jié)構(gòu)的影響小，而椎弓根螺釘和側(cè)塊螺釘則對椎管側(cè)方結(jié)構(gòu)影響較大，而椎管側(cè)方的椎間盤、神經(jīng)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(yīng)該充分考慮到偽影的因素。    因此，頸椎后路脊柱鈦合金內(nèi)

21、固定術(shù)后患者進行MRI檢查時，應(yīng)該盡量選擇快速自選回波序列進行掃描，當(dāng)使用常規(guī)自旋回波序列掃描時，應(yīng)盡量減少TE。醫(yī)生在分析術(shù)后MRI圖像時應(yīng)該充分認識到鈦合金內(nèi)固定的偽影對圖像的影響，以去偽存真，結(jié)合患者的臨床表現(xiàn)作出正確的判斷?！緟⒖嘉墨I】  1 賀石生，侯鐵勝，汪劍.鈦合金鋼板對頸椎前路術(shù)后患者磁共振成像的影響J.上海醫(yī)學(xué)，2003,26（11）：853?854.2 林江.金屬植入物和磁共振檢查J.上海生物醫(yī)學(xué)工程雜志,1999,20（2）：57?59.3 Malik AS,Boyko O,Aktar N.A comparative study of MR imaging profile of titanium pedicle screwsJ.Acta Radiol,2001,42（3）:291?293.4 Wang JC,Sandhu HS,Yu WD.MR paramet