基于MRI的腰椎間盤(pán)退變程度評(píng)價(jià)系統(tǒng)的研究進(jìn)展

蘇明海，陳建民

（解放軍第81醫(yī)院骨科，江蘇 南京 210002）

針對(duì)腰椎間盤(pán)退變建立一套良好的退變分級(jí)系統(tǒng)，對(duì)回答由椎間盤(pán)退變引起的各種各樣的臨床問(wèn)題以及指導(dǎo)治療是十分必要的。如何更好地利用MRI來(lái)有效評(píng)價(jià)腰椎間盤(pán)退變的程度是新近研究的熱點(diǎn)。

1 定性研究評(píng)價(jià)系統(tǒng)

早期的分級(jí)系統(tǒng)多以T1WI和T2WI的MRI圖像為基礎(chǔ)進(jìn)行分類(lèi)，為定性研究。

1.1 髓核及纖維環(huán)退變MRI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2001 年，Pfirrmann 等[1]提出了一種椎間盤(pán)退變分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。I級(jí)：髓核呈均勻的高信號(hào)，同腦脊液信號(hào)，纖維環(huán)與髓核分界清晰，椎間盤(pán)高度正常；II級(jí)：髓核呈不均勻的高信號(hào)，同腦脊液信號(hào)，髓核內(nèi)有或沒(méi)有水平狀信號(hào)帶，纖維環(huán)與髓核分界清晰，椎間盤(pán)高度正常；Ⅲ級(jí)：髓核呈不均勻的中等信號(hào)，纖維環(huán)與髓核分界不清晰，椎間盤(pán)高度正常或輕度下降；IV級(jí)：髓核呈不均勻的中等或低信號(hào)，髓核與纖維環(huán)不能區(qū)分，椎間盤(pán)高度正?；蛑卸认陆?；V級(jí)：髓核呈不均勻的低信號(hào)，髓核與纖維環(huán)不能區(qū)分，椎間隙重度狹窄。I、Ⅱ級(jí)為正常椎間盤(pán)，Ⅲ～V級(jí)為退變椎間盤(pán)。這套分級(jí)系統(tǒng)在臨床應(yīng)用過(guò)程中顯現(xiàn)出一些不足：（1）該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是建立在一組平均年齡40歲左右有癥狀患者上的，對(duì)一些早期癥狀不典型的椎間盤(pán)退變發(fā)現(xiàn)能力有限；（2）在各項(xiàng)指標(biāo)強(qiáng)弱的判斷上，利用這套系統(tǒng)對(duì)老年人腰椎間盤(pán)退變進(jìn)行分級(jí)時(shí)，不同的觀察者看法不同，特別是在PfirrmannⅢ級(jí)和Ⅳ級(jí)判定時(shí)。

Griffith等[2]于2007年提出了改良的Pfirrmann椎間盤(pán)退變分級(jí)系統(tǒng)，1級(jí)為正常椎間盤(pán)，8級(jí)退變最嚴(yán)重。改良的Pfirrmann分級(jí)系統(tǒng)易于理解、應(yīng)用、可靠性好，有助于對(duì)椎間盤(pán)退變進(jìn)行分級(jí)。

1.2 終板退變的MRI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

Modic等[3]于1988年提出終板退變?cè)u(píng)估分級(jí)方法，I型為T(mén)lWI上終板及終板下骨表現(xiàn)為低信號(hào)，T2WI上為高信號(hào)；Ⅱ型為T(mén)1WI高信號(hào)，T2WI為等信號(hào)或輕高信號(hào)；Ⅲ型在T1WI、T2WI上均表現(xiàn)為低信號(hào)，與平片上致密骨硬化對(duì)應(yīng)，多見(jiàn)于老年椎體。1990年，Miller等[4]將Modic退變分為4級(jí)，0級(jí)正常，無(wú)退變；1級(jí)相當(dāng)于Modic I型；2級(jí)相當(dāng)于Modic II型；3級(jí)相當(dāng)于ModicⅢ型。此分類(lèi)法將正常的MRI表現(xiàn)包括在內(nèi)，有利于研究時(shí)統(tǒng)計(jì)分析。Modic分級(jí)具有良好的可靠性和可重復(fù)性，簡(jiǎn)單，有利于不同臨床經(jīng)驗(yàn)的觀察者掌握。Wang等[5]根據(jù)形態(tài)學(xué)特征將終板損傷分為4型，在腰椎中終板損傷是常見(jiàn)的和年齡相關(guān)緊密，認(rèn)為終板損傷的分類(lèi)有助于理解先前關(guān)于Schmorl’s結(jié)節(jié)報(bào)道的不一致性，并將進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)于Modic改變和腰椎退變的理解。Wang等[6]認(rèn)為不同于纖維環(huán)破裂，終板損傷作為下腰痛的可能因素在某種程度上被忽視了。終板損傷也許是更好地理解腰椎間盤(pán)退變和下腰痛的重要關(guān)鍵所在。也有學(xué)者認(rèn)為終板骨折導(dǎo)致鄰近椎間盤(pán)內(nèi)應(yīng)力不正常的分布，增加了椎間盤(pán)內(nèi)紊亂和退變的機(jī)會(huì)，但此效應(yīng)在下腰椎的發(fā)生機(jī)率明顯下降[7]。隨著椎間盤(pán)退變機(jī)制研究的深入，關(guān)于終板退變的MRI評(píng)估期待會(huì)有突破。

1.3 MRI結(jié)合失真-補(bǔ)償X線測(cè)量法評(píng)價(jià)

劉增勝等[8]用Frobin的失真-補(bǔ)償X線測(cè)量法測(cè)量實(shí)驗(yàn)組98例（291個(gè)）、對(duì)照組200名（597個(gè)）腰椎間盤(pán)的高度值。按照MR髓核信號(hào)變化和椎間盤(pán)有無(wú)突出，將實(shí)驗(yàn)組291個(gè)腰椎間盤(pán)分成A～F組，比較各組腰椎間盤(pán)高度值與對(duì)照組之間的差異。結(jié)果表明：腰椎間盤(pán)退變先于其高度降低，腰椎間盤(pán)高度的降低出現(xiàn)于退變后期，退變?cè)缙诓话橛懈叨冉档汀?/p>

1.4 MRI結(jié)合椎間盤(pán)造影及X線片的綜合分類(lèi)系統(tǒng)

單獨(dú)以MRI為基礎(chǔ)的分類(lèi)系統(tǒng)忽視了后方關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變的描述。Thalgott等[9]將MRI檢查、椎間盤(pán)造影及腰椎正側(cè)位X線平片三種檢查手段結(jié)合起來(lái)建立了一套新的腰椎節(jié)段退變分級(jí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將腰椎節(jié)段退變分為兩部分。前柱退變分為A-F型。后柱退變分為三級(jí)：l級(jí)，無(wú)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變；2級(jí)，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變，無(wú)狹窄；3級(jí)，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變有狹窄。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)狹窄又分為a中心性狹窄、b側(cè)方狹窄、c椎間孔狹窄。這套分類(lèi)系統(tǒng)主要是針對(duì)腰椎間盤(pán)置換手術(shù)而設(shè)定的，試圖將不同分級(jí)的腰椎間盤(pán)退變和相應(yīng)的外科治療手段對(duì)應(yīng)起來(lái)。該系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)：（1）分級(jí)上較繁瑣，指標(biāo)較多；（2）分級(jí)上沒(méi)有使用CT檢查，而CT檢查對(duì)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變和椎管狹窄的診斷準(zhǔn)確性應(yīng)該更高。

2 定量研究評(píng)價(jià)系統(tǒng)

常規(guī)MRI可觀察椎間盤(pán)形態(tài)和信號(hào)及其與神經(jīng)根的關(guān)系，在臨床治療中發(fā)揮著重要作用，但其局限顯而易見(jiàn)，尤其是對(duì)椎間盤(pán)變性的髓核變化及其早期改變的發(fā)現(xiàn)。無(wú)創(chuàng)定量診斷椎間盤(pán)退變已越來(lái)越受關(guān)注。

2.1 磁共振T2map定量和T2*map定量評(píng)價(jià)

以矢狀位MRI圖像的分級(jí)系統(tǒng)能同時(shí)發(fā)現(xiàn)椎間盤(pán)的不同層面以及相鄰結(jié)構(gòu)的變化，但對(duì)椎間盤(pán)橫斷面的信息反應(yīng)較少，不利于對(duì)早期椎間盤(pán)退變的發(fā)現(xiàn)。Watanabe等[10]在前人MRI分級(jí)的基礎(chǔ)上建立了一套軸向T2圖像分級(jí)系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)在于能對(duì)椎間盤(pán)橫斷面上的結(jié)構(gòu)完整性及分子組成進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)觀察[11]，通過(guò)不同的回波序列，將采集的T2信號(hào)經(jīng)過(guò)MATLAB軟件處理，獲得一張彩色椎間盤(pán)T2圖像。為區(qū)分髓核和纖維環(huán)，在色差度上設(shè)置了一個(gè)20 ms到80 ms的范圍，短T2用紅色代表，長(zhǎng)T2用藍(lán)色代表。退變程度的不同，髓核和纖維環(huán)的顏色也不同，能較直觀地反應(yīng)髓核和纖維環(huán)的信號(hào)差別。牛剛等[12]研究認(rèn)為基于T2map成像定量測(cè)定腰椎間盤(pán)髓核T2值的變化是一種無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)椎間盤(pán)早期退變的方法。但該系統(tǒng)也存在一些不足：（1）研究對(duì)象是一組平均年齡32歲無(wú)癥狀的青年人，退變程度和臨床癥狀之間的聯(lián)系難以評(píng)價(jià)。（2）由于沒(méi)有對(duì)應(yīng)的椎間盤(pán)退變組織學(xué)研究，椎間盤(pán)退變和確切的組織學(xué)變化之間的關(guān)系難以定性。（3）髓核組織的含水量存在著晝夜變化，對(duì)T2圖像的采集會(huì)影響對(duì)分級(jí)結(jié)果的判定。（4）圖像采集的分辨率較高，采集時(shí)間較長(zhǎng)，限制了它的臨床應(yīng)用。

T2*map成像原理和對(duì)組織的量化描述與T2map基本相同，但對(duì)比度更加清晰。采用梯度回波技術(shù)，明顯縮短掃描時(shí)間，信噪比也較高，在臨床應(yīng)用上優(yōu)于T2map成像[13]。沈思等[14]研究認(rèn)為，應(yīng)用T2*map可能對(duì)椎間盤(pán)早期退變以及繼發(fā)的損傷進(jìn)行前瞻性定量評(píng)價(jià)，在研究椎間盤(pán)退變發(fā)病機(jī)理、無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)退變程度、治療效果以及預(yù)后判斷等方面具有潛在臨床應(yīng)用價(jià)值。

2.2 T2值和T2相對(duì)值測(cè)量

方元等[15]研究利用T2值對(duì)無(wú)重度椎間隙狹窄的腰椎間盤(pán)退變進(jìn)行相關(guān)性研究，并嘗試著進(jìn)行量化評(píng)估。結(jié)果表明：T2值與椎間盤(pán)退變的級(jí)別具有顯著相關(guān)性，在4級(jí)以前幾乎呈線性關(guān)系。通過(guò)測(cè)量軸位椎間盤(pán)中心區(qū)域T2值能夠很好的評(píng)價(jià)椎間盤(pán)退變程度，并可以更準(zhǔn)確的量化椎間盤(pán)退變分級(jí)，彌補(bǔ)了Pfirrmann分級(jí)受主觀影響的不足，但由于T2值還受室內(nèi)溫度、場(chǎng)強(qiáng)等因素影響，尚不能成為替代傳統(tǒng)的椎間盤(pán)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。Niinimaki[16]認(rèn)為I、Ⅱ級(jí)椎間盤(pán)為正常椎間盤(pán)，利用T2map量化分析沒(méi)有考慮到T2值受到場(chǎng)強(qiáng)、體內(nèi)溫度、選取不同TE時(shí)間及T2值的算法等多種因素影響，在不同的機(jī)器上測(cè)量會(huì)得到不同的T2值，不同機(jī)器、不同掃描方法得出的T2值又缺乏可比性，因此尚不能成為替代傳統(tǒng)的椎間盤(pán)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

為了消除外在因素對(duì)T2值的影響，方元等[17]利用相對(duì)穩(wěn)定的背部脂肪的T2值作為參數(shù)，將椎間盤(pán)的T2值與之相除得到T2相對(duì)值（T2ratio），結(jié)果顯示T2ratio與椎間盤(pán)退變Pfirrmann分級(jí)具有很好的一致性，隨著椎間盤(pán)退變級(jí)別的升高，T2ratio也明顯隨之增大。T2ratio更準(zhǔn)確的對(duì)椎間盤(pán)進(jìn)行退變分級(jí)，為椎間盤(pán)退變的早期分級(jí)提供了一個(gè)相對(duì)量化標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)椎間盤(pán)退變分級(jí)的準(zhǔn)確量化提供一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的評(píng)價(jià)方法，具有很強(qiáng)的臨床實(shí)用價(jià)值。

2.3 DWI和DTI對(duì)腰椎間盤(pán)早期退變的診斷

水分子的彌散運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為布朗運(yùn)動(dòng)，即隨機(jī)平移運(yùn)動(dòng)，分為兩種：各向同性彌散與各向異性彌散。磁共振彌散加權(quán)成像（DWI）和磁共振彌散擴(kuò)張成像（DTI）對(duì)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)敏感，能早期了解纖維環(huán)和髓核含水量的變化，從而明確其變性程度。眾多學(xué)者關(guān)注DWI在椎間盤(pán)生理、功能及病理方面的研究。Eguchi等[15]運(yùn)用DWI評(píng)價(jià)腰椎椎間盤(pán)突出，發(fā)現(xiàn)ADC值可定量分析壓迫神經(jīng)根的病理變化，有助于解釋神經(jīng)根的放射性疼痛。但也有學(xué)者持不同意見(jiàn)：認(rèn)為從目前的技術(shù)水平來(lái)看，正常椎間盤(pán)與退變椎間盤(pán)ADC值有很大程度的重疊，ADC值的測(cè)量對(duì)于腰椎椎間盤(pán)退變的診斷沒(méi)有明確的臨床價(jià)值[16]。

通過(guò)在多個(gè)方向上施加彌散敏感梯度，測(cè)量水分子擴(kuò)散的程度和方向并生成FA圖，DTI是目前能夠描述水分子彌散方向特征的新技術(shù)。張婭等[19]研究結(jié)果顯示DTI可定量評(píng)價(jià)椎間盤(pán)退變。DTI可以定量分析退變椎間盤(pán)早期髓核彌散能力的下降，并與Pfirrmann分級(jí)具有較高的相關(guān)性。ADC值下降早于T2WI形態(tài)學(xué)和信號(hào)改變。

DWI和DTI可以對(duì)腰椎間盤(pán)早期退變的診斷提供依據(jù)，有助于理解椎間盤(pán)退變的發(fā)生機(jī)制。沈思等[20]研究表明：ADC值和FA值能體現(xiàn)椎間盤(pán)水分子彌散能力，量化反映椎間盤(pán)退變?cè)缙谒韬说纳癄顟B(tài)。

2.4 T1ρ成像技術(shù)在椎間盤(pán)退變中的應(yīng)用

T1WI和T2WI序列是通過(guò)不同組織T1及T2弛豫時(shí)間的不同提供軟組織對(duì)比。其成像前提是假設(shè)水分子處于自由狀態(tài)，但事實(shí)上組織中的水分子多與大分子捆綁在一起，兩者之間經(jīng)常發(fā)生能量或質(zhì)子交換等相互作用。T1ρ成像是一種探索緩慢運(yùn)動(dòng)中分子相互作用引起弛豫的成像方法，T1ρ成像能反映自由水與結(jié)合水之間的這種相互作用。T1ρWI可以提供椎間盤(pán)蛋白多糖含量的特定信息，有望成為臨床發(fā)現(xiàn)早期椎間盤(pán)退變的有用的量化工具。T1ρ值和Pfirrmann分級(jí)呈正相關(guān)，但T1ρ值在健康人群椎間盤(pán)中的分布區(qū)間廣泛意味著Pfirrmann分級(jí)對(duì)于判斷椎間盤(pán)退變程度的敏感性較低[21]。

2.5 磁共振波譜成像

磁共振波譜成像是一種無(wú)創(chuàng)研究活體器官組織代謝、生化變化及化合物定量分析的方法，是影像學(xué)近年來(lái)發(fā)展的新的檢查手段。Zuo等[22]研究了人及牛尸體的椎間盤(pán)退變，首次證實(shí)了磁共振波譜成像可以作為一種無(wú)創(chuàng)性方法定量描述椎間盤(pán)退變的代謝變化。

3 展望

目前，尚沒(méi)有一種MRI分型系統(tǒng)能夠完全反映椎間盤(pán)在各種影像學(xué)上所有表現(xiàn)，能夠真正滿足臨床需要。關(guān)于評(píng)估椎間盤(pán)退變的理想分型系統(tǒng)還需要進(jìn)一步研究。一個(gè)理想的評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)該具有以下一些特征：（1）簡(jiǎn)單，易于應(yīng)用；（2）敏感性高，能夠發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微結(jié)構(gòu)早期的變化；（3）區(qū)分能力強(qiáng)，不容易在分級(jí)之間產(chǎn)生太多分歧；（4）可靠性高，觀察誤差較小；（5）緊密結(jié)合臨床，并且對(duì)臨床治療的選擇具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

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