颈椎后路钛合金脊柱内固定系统对术后MRI成像的影响

【摘要】 探讨颈椎后路钛合金内固定系统对术后MRI成像的影响。［方法］对6例行颈椎后路钛合金脊柱内固定的患者术后进行MRI检查，所用MRI为1.0 T及1.5 T的超导MRI系统，患者均进行矢状位的快速自旋回波序列（TSE）T1加权像（T1WI）和TSE T2加权像（T2WI）以及轴位的TSET1加权像扫描，然后对术后钛合金内固定的伪影特点及其对椎管内结构的影响进行分析。［结果］MRI伪影的大小为内固定大小的2~3倍，基本能够辨认出原来内固定物的形状，钛合金内固定植入物本身在T1和T2加权上都表现为低信号，其边缘在T1和T2加权上都有明确分界线的高信号区。在矢状面T1和T2加权和轴位T1加权上均可清晰显示脊髓和椎管内的结构。后路系统的连接棒伪影较小，只对紧邻的椎板和小关节处图像辨认有影响，对术后图像观察的影响较小。椎板钩的伪影较大，会影响对椎板附近结构的观察，特别是伸入椎管内的部分会影响对脊髓后部的观察。椎弓根螺钉钉尾部伪影较大，对紧邻的椎板和小关节处图像辨认有影响；正确植入的颈椎弓根螺钉伪影也较大，主要会影响对邻近部位椎管侧方、椎动脉、椎间孔、脊神经和后外侧突出的椎间盘等结构的观察。［结论］颈椎后路脊柱钛合金内固定术后患者进行MRI检查时，应该尽量选择快速自选回波序列进行扫描，当使用常规自旋回波序列扫描时，应尽量减少TE。医生在分析术后MRI图像时应该充分认识到钛合金内固定的伪影对图像的影响，以去伪存真，结合患者的临床表现作出正确的判断。

【关键词】 颈椎 钛 内固定 核磁共振成像 伪影

Abstract：［Objective］To discuss the influence of posterior cervical titanium internal fixation system on magnetic resonance image（MRI）.［Method］Six cases that had 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 the MRI image were analyzed.［Result］Mean 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.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.［Conclusion］Patients with posterior cervical titanium internal fixation system 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是脊柱外科诊断和治疗中不可缺少的检查手段，它不仅有助于疾病诊断，而且对于治疗的评价和随访起到重要的作用。在脊柱外科中，常常需要使用金属内固定物，如钢板、螺钉、棒和钢丝等，这些内固定物常常靠近脊髓，在检查时会产生伪影，妨碍对术后的评价和随访。理想的内固定植入物应该是既能够满足生物力学的需要，又能够清楚地显示脊柱的结构，将伪影减少到最低。由于铁磁类的金属植入物产生明显的伪影并可使图像结构变形，从而使术后的MRI检查几乎没有任何意义。钛是一种非铁磁性的金属，它有良好的耐腐蚀性、生物相容性好、柔韧性强和重量轻等特点，目前广泛用作金属植入物的材料。然而有关各种钛金属植入物对术后脊柱MRI影响的详细观察目前仍不完全清楚。本文对6例用颈椎后路钛合金脊柱内固定系统患者术后的MRI进行了分析，以探讨颈椎后路钛合金内固定对脊柱脊髓成像的影响。

1 材料和方法

患者，男4例，女性2例;平均年龄48岁。2例为先天性畸形，1例患者为颈椎骨折，1例患者为颈枕不稳，2例患者为颈椎肿瘤。颈椎骨折患者进行了后路的复位减压及固定，畸形、颈枕不稳患者则进行了后路减压、固定和植骨融合术，颈椎肿瘤患者行肿瘤切除和后路的固定术。患者所用的内固定系统均为Sofamore Danek的CD Cervical、CD M8、枕颈CCD等颈椎后路内固定系统，材料为钛合金（Ti6Al4Va）。棒和螺钉的直径为3.5 mm左右，螺钉长度为15~25 mm。患者术前术后均进行颈椎的MRI检查，2例用1.0 T的超导MRI系统，4例用1.5 T的超导MRI系统，所有患者均进行矢状位的TSE T1加权像（T1WI）和TSE T2加权像（T2WI），以及轴位的TSE T1加权像（T1WI）扫描，部分患者因为诊断的需要尚进行了GdDTPA的增强扫描及脂肪抑制的扫描。所有术后的MRI图像均进行图像质量的评价，主要评估内容为：内固定图像伪影的大小，内固定变形程度，内固定周围软组织是否变形及变形程度，是否影响重要结构和病变的辨认，以及检查的安全性等。

2 结 果

所有患者术后均顺利完成MRI检查，没有出现任何不适反应。所有的MRI扫描序列图像中都可以看到钛合金内固定物的伪影。伪影的大小为内固定大小的2~3倍，基本能够辨认出原来内固定物的形状。从MRI的图像上可以看到，钛合金内固定植入物本身在T1和T2加权上都表现为低信号，其边缘在T1和T2加权上都有明确分界线的高信号区。在矢状面T1和T2加权和轴位T1加权上均可清晰显示脊髓和椎管内的结构（图1、2）。后路系统的连接棒伪影较小，只对紧邻的椎板和小关节处图像辨认有影响，而此部位往往不是术后MRI的观察重点，因而对术后图像观察的影响较小。椎板钩的伪影较大，会影响对椎板附近结构的观察，特别是伸入椎管内的部分会影响对脊髓后部的观察（图3）。椎弓根螺钉钉尾部伪影较大，对紧邻的椎板和小关节处图像辨认有影响；正确植入的颈椎弓根螺钉伪影也较大，主要会影响对邻近部位椎管侧方、椎动脉、椎间孔、脊神经和后外侧突出的椎间盘等结构的观察（图4）。

图1T1加权相矢状位扫描可以清晰辨别脊髓和椎管的结构，C3后方脊髓内的低信号区为内固定伪影所致 图2非椎弓根螺钉平面T1加权轴位扫描可见棒的伪影较小，对椎管内结构辨认无影响 图3椎板钩平面T1加权轴位扫描可见明显的伪影，对椎管后方结构的观察有影响 图4椎弓根螺钉部位T1加权轴位扫描可见明显的伪影，对椎管侧方、神经根、椎动脉和椎间孔的观察有影响

3 讨 论

3.1 钛合金植入物行MRI检查的安全性

近年来，各种新型的脊柱内固定系统广泛应用于脊柱疾患的治疗，但通常的铁磁性金属植入物在进行MRI检查时植入物和高强度的磁场之间会产生多种作用，包括金属植入物的移位或脱出，植入物和周围组织的发热、图像伪影等。而钛是非铁磁性的，它在静止的磁场中不会产生偏转应力，另外诱导电流对植入物和周围组织的加热作用也是可以忽略的。在本组患者中作者也观察到所有的患者进行MRI检查时均无不适反应。作者在随访病例中也没有观察到MRI检查导致脊柱内固定移位的现象。目前亦未见有MRI检查导致钛合金内固定物移位的报道。因而可以认为使用钛合金脊柱内固定系统的患者可以安全地进行MRI检查。

3.2 金属植入物产生伪影的原理及影响因素

金属材料会引起伪影，又称磁化率伪影（magnetic susceptibility artifact）。它表现为:（1）局部信号丢失；（2）低信号周围有高信号环;（3）在频率编码和选层编码方向出现物体形态失真。金属材料产生伪影的原因是：（1）造成局部磁场不均匀和自旋质子失相位;（2）自旋质子的频率和相位异常造成空间定位错误;（3）金属材料在射频脉冲激励下产生涡电流，也会造成局部磁场不均匀，这种作用相对较弱，但却是非铁磁性材料产生伪影的基础。所以铁磁性材料和非铁磁性材料均能产生伪影，前者的伪影更明显〔1〕。

伪影不仅使图像上局部解剖结构变形，而且会扩大到远处，严重影响图像质量。如何减小伪影对图像的干扰一直是令人关心的问题。可以采取以下几种措施：（1）合理选择金属材料。如钽、钛等伪影较弱，口腔材料中的银汞合金、纯金、钯等贵重材料以及陶瓷无伪影。镍、钴和铁有严重伪影。值得一提的是：一些不锈钢合金中的原材料无磁性，但经过冷处理会产生铁磁性。另外有时合金中掺入极少量铁磁性物质，便会引起明显伪影。（2）频率编码梯度和选层梯度比相位编码梯度更易受金属材料的磁化率作用影响，频率编码的方向可控制伪影出现的方向，因而选择频率编码方向时，须尽可能使伪影避开感兴趣区。另外成像平面的选择应当尽量避开或减少包括金属材料。（3）短回波时间、低磁场强度、宽读出频带和小体素可减轻伪影。（4）在自旋回波、快速自旋回波、梯度回波等常用磁共振检查序列中，梯度回波序列因无180°脉冲而最易受伪影影响。自旋回波序列只有一个180°脉冲，伪影仍较明显，而快速自旋回波序列有数个180°脉冲，且180°脉冲和回波间隔很短，所以自旋质子不易失相位，伪影最轻。有作者认为快速自旋回波序列T2加权图像能减轻骨科金属材料的伪影，与自旋回波序列相比，快速自旋回波序列能提供较多的图像信息，而且回波链越长，回波间隔越小，则伪影越轻。另外短回复时间反转回复序列伪影也轻〔2〕。

钛是非铁磁类金属，研究证实钛比不锈钢及其他金属引起更少的伪影，然而钛合金内植入物的伪影虽然很小，但却不能完全忽视，纯钛的国际标准是可以允许0.2%~0.5%的铁含量，这样少的铁含量同样可以影响MRI上看到的伪影。脊柱内固定在安装时需要使用金属的植入器械，可能将金属碎屑带到体内，这些铁磁性的微粒也会产生磁化作用，导致伪影〔1〕。

3.3 钛合金植入物磁共振检查参数及颈椎后路内固定方法的选择

磁共振成像原理比较复杂，其扫描序列和参数变化多端。在脊柱脊髓部位最为常用的序列有自旋回波脉冲序列，反转恢复脉冲序列及梯度回波脉冲序列等。有时还需要通过使用造影剂来增加组织之间的对比度、抑制脂肪信号等手段来获得满意图像。近年来发展的快速自旋回波序列是常规自旋回波序列的一大突破，它大大缩短了扫描的时间并可以获得良好的图像。

Wang等〔4〕对自旋回波序列的各种扫描参数进行对比后发现，脊柱钛合金内固定患者在使用自旋回波序列进行扫描时，当TE=16和TR=500~600的T1加权及TE=60和TR=1 300~1 600的T2加权时图像质量最好。Petersilge等〔5〕对脊柱钛合金内固定患者使用自旋回波序列、梯度回波脉冲序列和快速自旋回波序列的MRI成像结果进行了比较，证实快速自旋回波序列进行扫描图像质量最好，而如果使用常规的自旋回波序列扫描时TE应该最小化。Malik等〔3〕对3种钛合金含量和成分稍有不同的脊柱钛合金内固定（Acromed/Isola，AO/Synthes，Sofamor/Danek）的MRI成像进行了比较，他们发现3种内固定磁共振成像伪影的大小和形态无明显区别。另外，减少脊柱钛合金内固定成像参数设置还包括：减少磁场强度、缩短TE时间、增加读出梯度、减少体素等〔6、7〕。

颈椎后路内固定系统和方法种类很多。早期的有棘突、小关节、椎板钢丝等固定方法，目前常用的固定方法有颈椎弓根螺钉、侧块螺钉和椎板钩等，从生物力学的角度来说椎弓根螺钉固定最为可靠，其次为侧块螺钉，而椎板钩的稳定性较差〔8〕。从MRI检查的伪影方面来说椎板钩系统对椎管前方和侧方结构的影响小，而椎弓根螺钉和侧块螺钉则对椎管侧方结构影响较大，而椎管侧方的椎间盘、神经根、椎动脉等往往是医生十分重视的部位，因此在分析图像时应该充分考虑到伪影的因素。

因此，颈椎后路脊柱钛合金内固定术后患者进行MRI检查时，应该尽量选择快速自选回波序列进行扫描，当使用常规自旋回波序列扫描时，应尽量减少TE。医生在分析术后MRI图像时应该充分认识到钛合金内固定的伪影对图像的影响，以去伪存真，结合患者的临床表现作出正确的判断。