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编号:10267526
脊椎压缩性骨折的影像学诊断
http://www.100md.com 《中华放射医学与防护杂志》 1999年第1期
     作者:施庭芳

    单位:台湾大学医学院附属医院骨骼肌肉影像诊断科

    关键词:

    脊椎压缩性骨折 脊椎压缩性骨折(compression fracture of the vertebra)是相当常见的疾病,可引起背部疼痛以及神经症状。过去我们经常以X线平片来诊断压缩性骨折,临床上应用相当广泛,然而平片有其诊断的缺点,所以常需要其他检查,如脊髓造影、CT及MRI。MRI对脊柱压缩性骨折的诊断,有相当大的突破,除了显示其骨折程度及脊柱排列、弯曲程度外,更可由椎体内骨髓的信号变化得知骨折的急慢性及愈合程度。以矢状面T1WI及T2*WI(gradient echo image,梯度回波)为例,可观察到不同程度的压缩性骨折(图1);如压缩性骨折非常严重而且扁平,在T1WI呈高信号,T2WI呈低信号,表示为慢性压缩性骨折,椎体内已被脂肪组织所取代,所以呈现上述信号;在图1的另一节椎体的压缩性骨折(L10)程度较轻微,则在T1WI呈低信号,在T2WI呈高信号,表示骨折后仍有骨髓水肿的现象,所以此节椎体的压缩性骨折的时间发生较短,可能为亚急性骨折,其骨髓水肿可引起病人背部疼痛。不同程度及不同时期的压缩性骨折,MRI信号表现不同,所代表的临床症状及愈合时间不同。
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    一、骨质疏松性压缩性骨折

    骨质疏松性压缩性骨折为临床上常见的疾病,尤其以老年人居多,X线平片是非常良好的评估方法。从侧位平片可看到每一节脊椎均呈双凹透镜状压缩性骨折,而且骨质密度减低,X线穿透性增加,表示有相当明显的骨质疏松;经过长期累积,可造成数节椎体压缩性骨折,当然,这类压缩性骨折是良性,而且是慢性的,但是病人疼痛的症状可以非常厉害;CT横断面扫描可以观察到椎体内有相当多的腔隙(图2),而且骨小梁(bone trabeculation)本身已相当稀少,这些腔隙为骨质吸收后由脂肪组织取代所形成,不可误为肿瘤浸润。由于MRI信号对骨髓内的变化非常敏感有时容易混淆,以矢状面T1WI观察压缩性骨折,有的可以扁平到像纸一样薄,而其内多为高信号,表明长时期慢性骨折后被脂肪组织取代;然而有些压缩性骨折在T1呈低信号,很容易被误为骨转移瘤或是骨肿瘤,其实仅是骨髓内水肿,情形和图1类似;然而这类骨质疏松性压缩性骨折由于经常而且重复、多次的发生,所以常常可以看到在各节椎体内有混合高信号,乃是骨质疏松性骨折常见的一种现象,千万不可混淆为恶性压缩性骨折。
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    二、压缩性骨折后的修复过程

    压缩性骨折后的修复过程(healing process),我们特别以MRI信号加以区别,并将其分为5个步骤:第1步,在骨折发生之后,先出现缺血性变化(ischemic stage);第2步,随个人时间不同会产生骨髓水肿(bone marrow edema), 这是组织修复的前期步骤,在MRI的T2WI呈高信号。第3步,几乎与第2步同时,由于组织修复,所以会出现血流增加或充血现象(increased blood flow or hyperemia), 血流增加可以出现明显的增强显影。第4步,当组织修复将近完成时,血流会恢复正常(normal blood flow stage)。第5步,当压缩性骨折进入慢性期之后,骨髓内开始有脂肪组织再生(fatty regeneration stage)。例如急性压缩性骨折,在发生1周后接受MRI检查,在矢状面T2WI,骨折的椎体本身出现高信号,为骨髓水肿(bone marrow edema),在注射造影剂后的矢状面T1脂肪抑制像,骨折的椎体大部分仍无增强显影,表示有血流进入(图3),只有在后下方或边缘少许处有增强显影(图3箭头示),表示有小部分血流进入。经过2个月保守治疗之后,MRI复查,在矢状面T2WI可见整个压缩性骨折的椎体仍呈现高信号,然而,在造影剂注射后的影像,发现原来缺血的椎体已有明显的增强显影(图4箭头示),表示大部分的椎体已有大量血流灌注,进行修复的工作;再经过4个月,亦即受伤之后6个月,此时MRI的矢状面T1WI,可发现压缩性骨折的椎体已渐渐有高信号出现(图5),表示进入慢性期后由脂肪组织所取代;在注射造影剂后的T1加脂肪抑制影像,发现只有轻微的增强显影,其他大部分椎体的增强显影程度均和其他未受伤的椎体相似,表示其血流量又呈正常状态,修复过程完成。上述的修复过程为病人经过良好的保守治疗,使得压缩性骨折的椎体得以进行正常的修复;然而,并不是所有的病人都可以有正常的修复,假如病人固定不良或是休息不够,即所穿戴的背架力量不够,则常常会引起修复不良,产生愈合减慢或是愈合不良的情形,其中最大的并发症是骨坏死(osteonecrosis)。骨坏死是压缩性骨折后较严重的并发症,常常因为病人骨质疏松、使用类固醇或是休息不足、背架固定不够等原因所引起。过去用X线平片对骨坏死的诊断率相当低,仅在压迫性骨折的末期在X线片看见真空现象(vaccum phenomenum),故一直误以为椎体的骨坏死是罕见的疾病,然而利用MRI平扫及增强扫描,对该病的诊断率有所提高。此外,对同一病例的系列性检查,更能使我们了解骨坏死发生的过程及早期的影像变化。如果我们观察骨质疏松患者在发生轻微外伤早期的影像变化,其X线平片仅见椎体高度降低,其他并无特殊之处。在矢状面增强MRI T1WI加脂肪抑制图像可发现仅在椎体边缘有增强,中央部分完全没有增强(图6),提示压缩性骨折椎体大部分在缺血性时期。从理论上讲,外伤后的压缩性骨折如果固定足够或休息完全,则血流应由椎体的边缘慢慢向中央恢复灌流;如果固定不够及修复过程有问题,数周后MRI复查,则在增强的矢状面T1加脂肪抑制图像可发现椎体的前2/3仍无增强显影,仅在椎体后1/3有增强表现,说明大部分椎体仍处于缺血状态(图7),此现象提示修补过程延迟。在同时的矢状面T2*WI,椎体前2/3的缺血部位呈现高信号(图8箭头示),表示此部位已形成一充满液体的腔隙(cystic,fluid-contained space)。这种现象即表示压缩性骨折愈合不全而发生骨坏死(osteonecrosis)。此类病人在X线侧位平片上,椎体的压缩性骨折程度加重,更扁平,表示脊椎本身已有腔隙,所以继续被压扁而垮下来。
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    三、椎体骨坏死

    椎体骨坏死有2种表现:(1)椎体内部产生空洞,内含液体(exudate,渗出液),而在空洞的后方则有结缔组织增生及血流增加现象,在矢状面T2WI,压缩性骨折的椎体前方呈高信号,在注射造影剂后完全不增强,提示该处无血流进入而被液体取代;而椎体后方明显增强,提示结缔组织增生,血流增加(图7,8)。此类囊性(cystic)变化约占骨坏死的2/3以上,但在X平片上并无特殊表现。骨坏死的另一表现为椎体内不正常气体聚集,通常称为真空现象(vacuum effect)。一般认为此类气体聚积是组织释放出的氮气所形成,所以椎体内的真空现象为骨坏死的另一表现。在矢状面T2WI,如压缩骨折的椎体内出现非常低的信号(图9),即代表不正常真空现象。在横断面CT上,椎体前方表现为低密度(图10),CT值低于-700 HU,提示为气体密度,证明为骨坏死。椎体骨坏死较常见的骨质疏松压缩性骨折的椎体更薄,呈纸状。此类病人经过脊椎后方手术固定(posterior instrumentation and fixation), 在压缩性骨折并发骨坏死的椎体,其上下终板(upper and lower end plates)呈鸭嘴状分开(因椎体中央已坏死而呈腔隙状),观察其术后的侧位X线平片,可发现该椎体的上下终板已完全分开(图11箭头示),表明椎体中心已完全呈空洞,是骨坏死的另一表现。所以,对压缩性骨折的诊断,X线平片、CT及MRI各有其重要性,其中以MRI所能了解的病理、生理变化最为详尽。29.gif (211076 bytes)
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    图1 胸腰椎T1(左图)及T2*W(梯度回波,右图)矢状面像。示T12压缩性骨折,其后上方向后突出,压迫脊髓。T1呈高信号,T2*呈低信号。T10椎体高度略减,T1WI呈低信号,T2*WI呈高信号 图2 CT横断面扫描。骨窗示L5椎体内有多数腔隙样改变,骨小梁减少,为典型骨质疏松表现 图3~5 胸腰椎矢状面T1WI加脂肪抑制及增强扫描。图3示L1轻微压缩性骨折,注射造影剂后,仅见椎体后下方增强(箭头),椎体前半部无增强,为急性骨折,椎体前部仍处于缺血状态。图4为2个月后复查,示椎体前半部明显增强(箭头),提示压缩性骨折在修复过程中血流增加。图5为6个月后复查,椎体内信号已逐渐增高 图6~8 T12椎体压缩性骨折。图6、7为腰椎矢状面T1WI加脂肪抑制增强扫描。图6示外伤后第3天,T12椎体压缩性骨折,椎体边缘增强,中央无增强。图7为3个月后复查,示L3椎体后1/3增强显影。图8为与图7同时的矢状面T2WI,箭头示块状高信号,提示有不正常液体聚积,此高信号对应于图7的缺血部位 图9~11 T11压缩性骨折。图9为胸椎矢状面T2WI,椎体内有不正常的极低信号(箭头),为不正常的气体聚积。图10为横断面CT扫描,示T11椎体内大部分为低密度(CT值-700 HU)。图11为侧位X线平片,示脊柱后侧金属固定,T11椎体上下方终板完全分开,呈鸭嘴状(箭头),提示此椎体内有坏死,形成空洞
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    四、良性(非病理性)及病理性压缩性骨折的鉴别诊断

    临床上对于脊椎压缩性骨折的病因,即非病理性(一般称良性)及病理性(一般称恶性)的鉴别诊断非常重要。良性压缩性骨折通常可由前面所提到的骨质疏松或是外伤所引起。压缩程度可由轻至重,也可单节或多节。因感染所引起的压缩性骨折则不列入此范围讨论。恶性压缩性骨折,一般均指由肿瘤所造成,不论是原发性骨肿瘤还是转移骨肿瘤,均可造成压缩性骨折。其侵犯的范围同样可为单节或多节不等,体检大多有背部疼痛、神经压迫症状等。两者间差异不大,故区别良性及恶性压缩性骨折在临床上确实有困难。如压缩性骨折已至末期,造成很大的肿块或病变,当然较易区别,然而我们鉴别诊断的目的,在于对较早期的压缩性骨折作进一步鉴别诊断,以期帮助病人早日接受正确的治疗。过去均以X线平片(正侧位)作鉴别诊断,例如:椎体骨质破坏或椎弓根(pedicle)模糊不清均表示有肿瘤侵犯,然而这些均为较晚期的表现。CT也可作鉴别诊断,主要以骨质破坏及软组织的改变为判断标准;如骨质破坏为块状,或是椎旁软组织呈块状或膨大状,则考虑为病理性的恶性压缩性骨折。MRI对于这方面的鉴别诊断有相当的优势,主要在于MRI的信号可表现出椎体内因肿瘤引起的信号变化,故可根据这些信号的变化作较早期的鉴别诊断。我们简单整理几项基本的诊断标准如下。
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    1.椎弓根的信号改变(signal change of the pedicle):过去以正位X线平片判断椎弓根的破坏可作为恶性压缩性骨折的指征。然而MRI发现,不论良性或恶性压缩性骨折,均可由于旋转的扭力或是上下的压力造成椎体血流循环改变而致椎弓根的髓内水肿(bone marrow edema)。所以椎弓根的信号改变并非恶性骨肿瘤所特有。我们的经验是约20%~30%的良性压缩性骨折会出现椎弓根水肿而信号增高的现象;而恶性压缩性骨折,约有60%~80%出现椎弓根水肿及信号变化。而在椎弓根出现不正常信号的恶性压缩性骨折中,约有50%~70%出现椎弓根膨大的现象(pedicle expansion)。虽然椎弓根信号改变可发生于良性或恶性的压缩性骨折,然而在恶性压缩性骨折出现的机会远高于良性。同时椎弓根膨大的现象仅见于恶性压缩性骨折,未出现于良性压缩性骨折,故为其特异性,可作为鉴别诊断的依据。

    2.MRI增强的强化形式(enhancement pattern):MRI增强的强化形式,可分为均匀强化(homogenous)及不均匀强化(heterogenous)两种形式。均匀强化表示椎体内的显影程度相类似,可见于良性压缩性骨折而正值急性或亚急性期;其修补过程尚未完成。图12所示为亚急性期压缩性骨折,椎体内的显影非常均匀而明显。至于不均匀强化则绝大多数(>90%)均出现于恶性压缩性骨折,极少数为良性的压缩性骨折。图13箭头所指的椎体及椎体后部均出现强化,但为不均匀的强化。为恶性肿瘤浸润造成的压缩性骨折。故强化形式的均匀与不均匀亦可作为良性、恶性骨折的鉴别诊断依据。
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    3.椎旁软组织块影(paravertebral soft tissue mass):椎旁的软组织块影在横断面的MR增强影像上分为3种形式:(1)薄片环状(thin-rimmed)软组织变化(图14)。(2)厚片环状(thick-rimmed)软组织变化(厚度>l cm)。(3)肿瘤样(tumor-like)的软组织变化(图15)。第1种大多 30.gif (81913 bytes)

    图12 腰椎矢状面T1WI加脂肪抑制及增强,示L1椎体压缩性骨折注射造影剂后呈均匀强化 图13 腰椎矢状面T1WI增强扫描。箭头所指的椎体呈明显不均匀强化,并向椎体后方延伸,为肿瘤浸润 图14 胸椎横断面T1WI增强扫描,示椎体压缩性骨折,可见数条不规则的骨折线,在该椎体周围有薄片状的圆弧状软组织变化(白箭头),为压缩性骨折引起的周围软组织水肿所致 图15 胸椎横断面T1WI增强扫描,示椎体右侧不规则软组织肿块,为恶性肿瘤浸润

    出现于良性压缩性骨折,由于压缩性骨折发生时,因周围的软组织受伤水肿而引起,如图14所示在椎体周围有一薄片环状组织,此为压缩性骨折发生时的软组织变化,并非肿瘤的块状影。90%的压缩性骨折可见到此变化,不可误认为恶性骨肿瘤。至于厚片环状软组织变化可见于良性或恶性压缩性骨折,不具特异性。而肿瘤样的椎体软组织病变则不会发生在良性压缩性骨折,仅见于恶性压缩性骨折。如图15所示,在椎体右方可见块状软组织影,为肿瘤浸润以及膨大造成,此椎旁的块状软组织影可作为区别良性及恶性压缩性骨折的指标,颇具特异性。总之,根据上述几种表现,可提高MRI增强扫描对良性及恶性骨折鉴别诊断的正确性。(收稿:1998-07-09), http://www.100md.com