腰椎軟骨終板的MR三維超短回波時間T2*mapping定量評價

潘希敏，胡美玉，江波,

1.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院黃埔院區(qū)放射科，廣州 510700

2.中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射診斷科，廣州 510080

椎間盤為一個完整的結(jié)構(gòu)單元，由纖維環(huán)、髓核和軟骨終板三部分組成。目前對纖維環(huán)和髓核退變引起的椎間盤退變的研究較多，而對由軟骨終板退變引起的椎間盤退變研究較為新穎[1]。以前的研究說明[2]，應(yīng)用T1rho成像技術(shù)能反映椎間盤早期變性髓核大分子結(jié)構(gòu)的退變，而髓核變性與軟骨終板變性之間的內(nèi)在關(guān)系一直存在爭議。如何準(zhǔn)確地量化評估軟骨終板的退變程度，尤其是對軟骨終板早期退變進(jìn)行客觀評估有著重要臨床意義，但目前傳統(tǒng)的影像檢查技術(shù)只能提供形態(tài)學(xué)上的病理變化，尚不能精確定量診斷早期軟骨終板改變。

本研究通過探討磁共振三維超短回波時間(ultra-short time to echo，UTE)多回波脈沖序列顯示軟骨終板及應(yīng)用T2*mapping成像技術(shù)量化青年人群腰椎軟骨終板T2*值的可行性，這將為下一步同步探索髓核變性和軟骨終板變性內(nèi)在關(guān)系提供研究方法。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取T2WI 腰椎間盤信號未見異常的青年志愿者21名，其中男12名，女9名，年齡18～20歲，平均19歲，體重45～75 kg。所有志愿者均無腰痛和無腰椎部畸形、外傷、手術(shù)史、無大量體力勞動、運(yùn)動史；體質(zhì)、量均在正常范圍。所有志愿者均了解本研究目的、內(nèi)容，自愿參加，均簽署知情同意書。

1.2 MR 掃描方法及序列

采用Philips 1.5 T Achieva Nova Dual超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)，相控陣脊柱線圈，受檢者取仰臥位，行腰椎T2WI及三維超短TE多回波脈沖序列矢狀位掃描。三維超短TE多回波脈沖序列參數(shù)：快速梯度回波(turbo field echo，TFE)序列，放射狀采集模式，TR 15.7 ms，Echo 5， TE分別為0.34、3.10、5.80、8.50、11.30 ms，TFE因子13，體素1×1，層厚2 mm，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，反轉(zhuǎn)角25°，Calculated image：T2*mapping，掃描時間6 min 25 s。T2WI序列參數(shù)：快速自旋回波(turbo spin echo，TSE)序列，TR 2500 ms，TE 100 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層厚5 mm，掃描時間1 min 30 s。

1.3 圖像分析評價及后處理

所有影像學(xué)資料均由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科主治醫(yī)師相對獨(dú)立地進(jìn)行雙盲法分析，并集中分析討論。

腰椎T2WI顯示腰椎間盤無異常，UTE多回波序列圖像質(zhì)量按由劣至優(yōu)順序分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級：Ⅰ級，軟骨終板輪廓顯示不清，偽影重；Ⅱ級，軟骨終板輪廓顯示斷續(xù)，有少量偽影；Ⅲ級，軟骨終板輪廓由前至后顯示清晰，無偽影。UTE多回波序列圖像應(yīng)用Image J 1.45s 軟件對T2*mapping進(jìn)行T2*校正，在UTE序列的第一個回波時間0.34 ms圖像中，選取腰椎中間層面，將L1～S1椎體上、下軟骨終板自前向后畫出感興趣區(qū) ( region of interest，ROI)，并把ROI復(fù)制到生成的T2*mapping偽彩圖分別測量每個軟骨終板T2*值，連續(xù)測量5次，去除其最大值及最小值，取其平均值。

1.4 統(tǒng)計分析

將所測得的數(shù)據(jù)輸入SPSS 16.0 軟件包進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理，測量結(jié)果均以±s表示，比較腰椎上、下軟骨終板ROI的T2*值差異，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

21名志愿者腰椎的210個軟骨終板圖像質(zhì)量均為Ⅲ級(圖1～4)，其腰椎上、下軟骨終板T2*值平均值分別為(19.76±8.41) ms、(30.17±17.25) ms，兩者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=－5.56，P<0.01)。

3 討論

軟骨終板是椎間盤與椎體骨質(zhì)之間的透明軟骨，由軟骨細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)組成[3]。軟骨終板退變阻礙椎間盤營養(yǎng)供應(yīng)為椎間盤退變的主要原因[4]，故對椎間盤軟骨終板的早期定量診斷顯得十分重要。磁共振具有多參數(shù)成像特點(diǎn)[5]，高分辨的MR圖像可清晰地顯示椎間盤的髓核和纖維環(huán)，但是由于軟骨終板T2值非常短，當(dāng)用傳統(tǒng)磁共振成像序列時，短T2 組織的MRI信號在激發(fā)后迅速衰減，以致在MRI系統(tǒng)采集信號時，短T2 組織表現(xiàn)為無信號或極低信號，因此常規(guī)MRI圖像上顯示為黑色，限制了其應(yīng)用價值，故有必要應(yīng)用選擇性的技術(shù)予以改進(jìn)以提高其敏感性。磁共振三維超短回波時間(UTE)多回波脈沖序列使腰椎軟骨終板的形態(tài)顯示及定量分析成為可能。

磁共振三維超短回波時間(UTE)多回波脈沖序列，應(yīng)用半射頻脈沖結(jié)合層面選擇梯度實(shí)現(xiàn)層面激發(fā)，采用放射狀或螺旋狀軌跡填充k空間及變速選擇性激發(fā)(variable rate selective excitation，VERSE)技術(shù)，短硬脈沖激發(fā)及三維放射狀采集，可實(shí)現(xiàn)三維UTE成像。UTE脈沖序列設(shè)計因?yàn)榛夭〞r問短，使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集時間較常規(guī)成像序列早，解決了在短T2成分的信號衰減之前快速采集其信號的問題而拓寬了MR成像能顯示的組織的T2值的范圍[6]。

通過多回波序列經(jīng)過對像素與像素的計算，重組成可以進(jìn)行量化分析的彩色階或灰階T2*弛豫時間圖像(T2*mapping)，因?yàn)椴捎玫氖翘荻然夭ㄐ蛄?，消除了自旋回波序?80°重聚焦脈沖對失相位效應(yīng)的影響，故測得的T2*值反映了組織的真正T2弛豫[7]。

圖1～4 志愿者，女，19歲。圖1：腰椎矢狀T2WI，顯示腰椎間盤信號未見異常；圖2：UTE序列的第一個回波時間0.34 ms圖像觀察腰椎軟骨終板形態(tài)無異常；圖3：自前向后選取L1～S1椎上下軟骨終板ROI；圖4：T2*mapping偽彩圖Fig.1—4 A 19 year old female volunteer.Fig.1 : The sagittal T2-weighted image showed the normal intensity of lumbar disc.Fig.2 : The lumbar in ter vertebral CEP s were observed of normal morphology in the first echo time (0.34 ms) image of the UTE sequence.Fig.3 : Selected ROIs of both the upper and lower CEPs from L1/L2 to L5/S1.Fig.4 : The artificial color T2*mapping.

UTE多回波脈沖序列對組織含水及生化結(jié)構(gòu)非常敏感，軟骨膠原-蛋白多糖中結(jié)合水質(zhì)子促進(jìn)了T2值的衰減，使軟骨在T2加權(quán)(長TE)上信號減低，所以在軟骨形態(tài)發(fā)生改變之前，其基質(zhì)改變和水腫變化都能在T2*mapping上反映出來[8]。軟骨終板為富含短T2成分的組織，在UTE脈沖序列上這類組織表現(xiàn)為高信號，能直接觀察到軟骨終板的形態(tài)為邊緣厚、中央薄的向心性凹陷，且不同椎體節(jié)段其凹陷程度不同，根據(jù)該序列軟骨終板高信號的特點(diǎn)能準(zhǔn)確的對其進(jìn)行T2*mapping測量T2*值，T2*值反映了軟骨終板中的水含量，在軟骨大體形態(tài)變化前其內(nèi)部大分子的改變都會造成其水含量的相應(yīng)變化。

本研究中，利用T2*mapping技術(shù)對正常志愿者腰椎軟骨終板不同解剖位置ROI的T2*值進(jìn)行對比研究，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示在腰椎上、下軟骨終板平均T2*值差異有統(tǒng)計學(xué)意義，下軟骨終板平均T2*值較上軟骨終板高，與腰椎軟骨終板生物力學(xué)研究相一致[9-10]。

本研究證實(shí)，應(yīng)用磁共振三維超短回波時間(UTE)多回波脈沖序列成像可使傳統(tǒng)MR成像序列不能顯示信號或表現(xiàn)為低信號的主要含短T2成分的組織顯示出來并檢測到其信號，T2*mapping技術(shù)對T2*值的測定可以早期、敏感地反映軟骨水含量和生化成分的改變，成功實(shí)現(xiàn)對腰椎軟骨終板的定量分析，為今后廣泛開展軟骨終板定量研究提供了新途徑。

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