ADC值評(píng)估腰椎間盤退變程度的研究

李麗，周治國(guó)，王敏，胡雪梅，李鋒

隨著人們的生活方式及工作方式的改變，“腰痛”給人們的生活工作帶來了極大的困擾。而腰椎間盤退變是引起腰痛的重要原因之一。如何正確評(píng)估腰椎間盤退變程度將關(guān)系到臨床的早期診斷、治療、預(yù)后估計(jì)及治療后療效評(píng)價(jià)。本研究利用擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）技術(shù)中的表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）及修正的 Pfirrmann分級(jí)對(duì)腰椎間盤退變進(jìn)行相關(guān)性研究，旨在評(píng)估MR－DWI技術(shù)在腰椎間盤退變中的診斷價(jià)值。

材料與方法

1.臨床資料

在本院經(jīng)臨床診斷為腰椎退行性病變的患者46例，男26例，女21例，年齡25～66歲，平均45歲。臨床表現(xiàn)以腰疼為主，35例伴有下肢麻木和放射痛，癥狀持續(xù)時(shí)間多在2周～10年。征集健康志愿者39例，男22例，女17例，年齡12～37歲，平均28歲；均無急慢性腰背部疼痛史及手術(shù)外傷史?；颊呒爸驹刚呔懦渌硇约膊?。

2.成像技術(shù)

使用GE 1.5TSigna CV／i超導(dǎo) MR機(jī)，4通道相控陣脊柱線圈。常規(guī)行脊柱矢狀面SE序列T1WI（TR 4 0 0ms，TE 1 0ms）和T2WI（TR 3 0 0 0ms，TE 102ms），以及平行于椎間盤平面的橫軸面T2WI（TR 3000ms，TE 120ms）掃描。再采用SE序列平面回波成像技術(shù)行多次激發(fā)DWI掃描，掃描參數(shù)：矢狀面掃描，全部使用自動(dòng)勻場(chǎng)和抑脂技術(shù)，掃描層數(shù)5層，矩陣128×128，視野36cm×36cm，采集次數(shù)6次，TR 3000ms，TE 65ms，層厚5mm，層距1mm，成像時(shí)間約72s。同時(shí)在層面選擇、相位編碼和頻率編碼三個(gè)方向上施加擴(kuò)散敏感梯度，b值設(shè)為600s／mm2。在椎體前方設(shè)置預(yù)飽和帶，飽和帶寬30cm。

3.圖像分析

由2位有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在T2WI矢狀面圖像上（圖1a）觀察并確定各個(gè)椎間盤的修正Pfirrmann分級(jí)（表1）[1]。

表1 Pfirrmann分級(jí)系統(tǒng)

圖1 健康志愿者。a）矢狀面T2WI示各腰椎間盤髓核為高信號(hào)，高于骶骨前脂肪信號(hào)且低于腦脊液信號(hào)，Pfirrmann分級(jí)為2級(jí)；b）矢狀面DWI偽彩圖上測(cè)量各椎間盤信號(hào)；c）DWI黑白圖示各椎間盤的ROI，面積50～58mm2，ADC值為0.00200～0.00230mm2／s。

Pfirrmann分級(jí)為1～2級(jí)被認(rèn)定為正常，3～4級(jí)為輕度退變，5級(jí)及5級(jí)以上為重度退變。ADC值的測(cè)量在DWI圖像上進(jìn)行，選擇信號(hào)分布均勻的椎間盤中央、掃描中心層面，避開腦脊液和偽影的影響，興趣區(qū)（region of interest，ROI）大小50～70mm2（圖1b），在ADC圖中直接測(cè)量計(jì)算每個(gè)椎間盤（L1～2至L5～S1）的平均ADC值（圖1c）。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

將數(shù)據(jù)利用SPSS 12.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。將分級(jí)為1～8級(jí)的椎間盤ADC值分別進(jìn)行t檢驗(yàn)及單因素方差分析。并且將正常、輕度退變、重度退變椎間盤的ADC值分別進(jìn)行t檢驗(yàn)及單因素方差分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

85例受試者均成功行DWI檢查和ADC值測(cè)量，總計(jì)測(cè)量425個(gè)椎間盤。其中1級(jí)椎間盤9個(gè)（L1水平6個(gè)，L2水平2個(gè)，L4水平1個(gè)），2級(jí)椎間盤205個(gè)（L1：65，L2：58，L3：44，L4：20，L5：18），3級(jí)椎間盤82個(gè)（L1：8，L2：14，L3：24，L4：21，L5：15），4級(jí)椎間盤65個(gè)（L1：4，L2：8，L3：8，L4：21，L5：24），5級(jí)椎間盤26個(gè)（L1：1，L2：2，L3：6，L4：5，L5：12），6級(jí)椎間盤19個(gè)（L1：1，L3：2，L4：7，L5：9），7級(jí)椎間盤14個(gè)（L3：1，L4：9，L5：4），8級(jí)椎間盤5個(gè)（L2：1，L3：2，L4：1，L5：3）。

各級(jí)椎間盤平均ADC值見表2、圖2。各級(jí)椎間盤兩兩比較的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表3。

表2 各級(jí)椎間盤平均ADC值測(cè)量結(jié)果

表3 各級(jí)椎間盤ADC值均數(shù)兩兩比較t檢驗(yàn)結(jié)果

方差分析顯示，各級(jí)椎間盤平均ADC值的差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝54.607，P＜0.001）。t檢驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，1級(jí)、2級(jí)椎間盤與其他各級(jí)椎間盤平均ADC值比較，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）；3級(jí)椎間盤分別與4、5、6、7級(jí)椎間盤平均ADC值比較，差異亦有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；4～8級(jí)椎間盤之間平均ADC值兩兩比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

正常椎間盤214個(gè)，平均 ADC值為（2.03±0.16）×10－3mm2／s；輕度退變椎間盤147個(gè)，平均ADC值為（1.68±0.31）×10－3mm2／s；重度退變椎間盤64個(gè)，平均 ADC值為（1.54±0.33）×10－3mm2／s。正常椎間盤、輕度及及重度退變椎間盤平均ADC值之間差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝81.356，P＜0.001）。其中，正常椎間盤與輕度和重度退變椎間盤的ADC值比較，差異均有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t值分別為14.322和16.332，P＜0.001）；輕度與重度退變椎間盤的ADC值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝2.980，P＝0.003）。

討 論

髓核是無血管組織，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝主要依靠軟骨終板的滲透作用。而髓核退變?cè)缙诘闹饕憩F(xiàn)為細(xì)胞外水的丟失和蛋白多糖含量下降。擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）技術(shù)是基于水分子的微觀運(yùn)動(dòng)，能反映組織中水分子無序擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)快慢的信息。DWI常用表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）來描述分子的綜合微觀運(yùn)動(dòng)。髓核內(nèi)細(xì)胞外水的丟失將導(dǎo)致椎間盤內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱，從而使其ADC值降低。故此，ADC值可用于評(píng)價(jià)髓核的早期退變[2]。

圖2 不同椎間盤分級(jí)平均ADC值分布圖。1～4級(jí)椎間盤，隨著級(jí)數(shù)上升，ADC值逐漸下降；4～7級(jí)椎間盤的平均ADC值呈現(xiàn)平臺(tái)期；8級(jí)的ADC值較7級(jí)上升明顯。

本研究對(duì)46例腰椎退行性病變患者和39例志愿者的425個(gè)椎間盤進(jìn)行了MRI掃描，均得到了較為理想的影像。為了清晰地分辨出椎間盤早期退變，本研究采用了修正的Pfirrmann分級(jí)系統(tǒng)[3]。本研究中發(fā)現(xiàn)，1～4級(jí)椎間盤隨著級(jí)數(shù)的增加ADC平均值逐漸遞減，兩者呈負(fù)相關(guān)。這一結(jié)果表明ADC值可以較好的反映早期髓核的退變程度。由此佐證了“椎間盤的早期退變主要表現(xiàn)為髓核的細(xì)胞外水的丟失”這一觀點(diǎn)[4]。故此，筆者認(rèn)為ADC值適用于早期椎間盤退變的追蹤隨訪和觀察。然而，本研究中4～8級(jí)椎間盤的ADC平均值之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，筆者認(rèn)為出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能有如下兩種可能性：①因?yàn)樗韬藘?nèi)其它物質(zhì)（如粘多糖）含量的改變也會(huì)引起T2信號(hào)的改變[5]，而ADC值僅反映測(cè)量組織中水的擴(kuò)散系數(shù)，故與T2信號(hào)的改變不一定一致；②是否說明髓核在中重度退變時(shí)細(xì)胞外水分含量改變不大，這需要進(jìn)一步研究進(jìn)行探討。本研究中還發(fā)現(xiàn)，8級(jí)椎間盤的ADC平均值較4～7級(jí)要高，這與Chiu等[6]報(bào)道的結(jié)果相似，其認(rèn)為這可能與椎間盤破裂導(dǎo)致的水分子微觀自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變有關(guān)。

由于1級(jí)及8級(jí)椎間盤的數(shù)目相對(duì)較少，也為了更好地了解ADC值、腰椎間盤退變與腰椎間盤位置的關(guān)系，將1～2級(jí)椎間盤認(rèn)定為正常，3～4級(jí)為輕度退變，5級(jí)及5級(jí)以上為重度退變。本研究中發(fā)現(xiàn)正常椎間盤、輕度及重度退變椎間盤平均ADC值之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)比正常腰椎間盤，退變椎間盤的ADC值有明顯減低。

綜上所述，MRI DWI的ADC值可以較好的反映早期髓核退變程度，對(duì)提高腰椎間盤早期變性的診斷具有一定的價(jià)值，適用于早期椎間盤退變的追蹤隨訪和觀察。然而，對(duì)于中重度椎間盤退變，DWI應(yīng)聯(lián)合MRI的T2信號(hào)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。然而，目前尚無較好的MRI技術(shù)對(duì)椎間盤退變進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，椎間盤退變機(jī)制及MRI技術(shù)還需進(jìn)一步的研究和探討。

[1]James FG，Yi XJ，Wang MD，et al.Modified Pfirrmann grading system for lumbar intervertebral disc degeneration[J].SPINE，2007，32（24）：708－712.

[2]李麗，李鋒，熊偉.功能 MRI在腰椎退行性疾病診斷中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)脊柱脊髓雜志，2010，20（5）：428－431.

[3]于斌，王以朋，邱貴興.腰椎間盤退變的 MRI分級(jí)評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展[J].中國(guó)骨與關(guān)節(jié)外科，2010，3（5）：410－412.

[4]夏曉萍，戚樂，葉文琦，等.椎間盤的磁共振研究進(jìn)展[J].健康研究，2011，31（3）：225－227.

[5]Haneder S，Apprich SR，Schmitt B，et al.Assessment of glycosaminoglycan content in intervertebral discs using chemical exchange saturation transfer at 3.0T：preliminary results in patients with low－back pain[J].Eur Radiol，2013，23（3）：861－868.

[6]Chiu EJ，Newitt DC，Segal MR，et al.Magnetic resonance imaging measurement of relaxation and water diffusion in the human lumbar interverteral disc under compression in vitro[J].Spine，2001，26（19）：437－444.