擴散張量成像對健康成人腰椎間盤與年齡及解剖部位的相關(guān)性研究

祝靜雅，王曉明

中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院放射科，沈陽 110004

椎間盤是在椎體與椎體之間，承受重力負荷并協(xié)助脊柱完成復雜運動的一種組織結(jié)構(gòu)，主要由堅固的外層纖維環(huán)及膠狀的內(nèi)核髓核構(gòu)成。纖維環(huán)為多層同心圓結(jié)構(gòu)主要富含I型膠原，維持抗張能力，髓核由水、蛋白多糖及II型膠原組成，維持間盤的抗壓能力[1]。當椎間盤發(fā)生退行性改變時，髓核內(nèi)的膠原斷裂、蛋白多糖等細胞減少、水分流失，進一步導致纖維環(huán)破裂，引起間盤突出、椎管狹窄、椎體滑脫等一系列疾病。一些研究表明年齡及腰椎間盤解剖位置與間盤的退變相關(guān)。目前MRI是最常用來評價椎間盤的工具，觀察椎間盤在T2加權(quán)序列的信號變化判斷其退變的程度[2]，但缺乏客觀指標，更多是依賴于主觀判斷。本研究目的是通過DTI技術(shù)測量間盤組織中水分子的擴散能力，通過定量分析，判定間盤的病理變化。通過對健康成人志愿者行腰椎DTI檢測，選取30名在常規(guī)磁共振上未能顯示出退變的作為實驗對象，測定椎間盤ADC值及FA值，探討年齡及部位與腰椎間盤的相關(guān)性，目的在于用DTI探討當常規(guī)磁共振未發(fā)生變化時，間盤的規(guī)律性變化。

1 材料與方法

1.1 志愿者納入標準

募集30名健康成人志愿者，男12名，女18名，年齡21～45之間，分為21～25歲組、26～30歲組、31～35歲組、36～40歲組、41～45歲組共五組，且符合：(1)對本實驗知情同意，自愿參加；(2)無外傷及手術(shù)史；(3)無腰間盤突出病史；(4)無其他全身性疾病及運動史；(5)經(jīng)3名放射科醫(yī)生判斷為常規(guī)磁共振表現(xiàn)正常，間盤無退行性改變。

1.2 掃描方法及序列：

采用GE 3.0T [Signa，HDxt，General Electric(GE)Healthcare，Milwaukee，WI，USA]磁共振儀掃描，使用脊柱線圈。掃描體位：仰臥位；常規(guī)脊柱矢狀面SE序列T2WI(TR 3500 ms，TE 120 ms)和T1WI(TR 400 ms，TE 11 ms)平行椎間盤平面的 T2WI(TR 3500 ms，TE 120 ms)；DTI采用SE-EPI進行矢狀面掃描，序列參數(shù)：TR 6000 ms，TE 1000 ms，層厚4.0 mm，間隔0.4 mm，F(xiàn)OV 36 cm×36 cm，矩陣128×128，b值400 s/mm2，擴散方向6，掃描時間2 min 12 s。

1.3 ADC值及FA值測定

圖像后處理應用ADW 4.4(Advantage Workstation；Sun Microsystems，Santa Clara，Calif)軟件(Functool 9.4.05a software，GE Healthcare)，生成ADC、FA偽彩圖，含水量多的椎間盤及腦脊液顯示為紅色，含水量少的椎體為藍、綠混雜色。于正中矢狀面b=0的DTI圖像L1～S1椎間盤中央?yún)^(qū)畫取橢圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，確保每個ROI的長軸與椎間盤的平面平行且位于椎間盤的中央。可在工作站軟件中直接測量出每個椎間盤的ADC值、FA值，每個椎間盤重復測量三次，取平均值(圖1～3)。

圖1～3 男，25歲。掃描后的b=0時DTI圖及重建后的FA、ADC圖Fig.1—3 Male,25 years old.The b=0 DTI image and rebuilding of FA,ADC image after scanning.

1.4 統(tǒng)計學分析：

圖4 A～E 分別為不同解剖位置ADC值的散點圖，L1～S1不同節(jié)段椎間盤的ADC值隨年齡增加均有下降趨勢，并且具有相關(guān)性 圖5 健康人群總體FA值的均值圖，L1～4輕度下降，L4～S1明顯升高，總體為上升趨勢(F=8.726，P＜0.05)。A：r=－0.470，P＜0.01；B：r=－0.513，P＜0.01；C：r=－0.593，P＜0.01，D：r =－0.697，P＜0.01；E：r=－0.601，P＜0.01Fig.4 A—E:The ADC scatter diagram of different segments,ADC value reduce gradually by age increasing in L1—S1.And it has a relationship.A:r=－0.470,P＜0.01.B:r=－0.513,P＜0.01.C:r=－0.593,P＜0.01.D:r=－0.697,P＜0.01.E:r=－0.601,P＜0.01.Fig.5 The all volunteers of FA mean map,L1—4 reduce lightly,L4—S1 increase obviously,in totally,it increases(F=8.726,P＜0.05).

將所測得的原始數(shù)據(jù)輸入SPSS17.0軟件包。繪制不同節(jié)段椎間盤ADC值、FA值隨年齡增加的變化趨勢圖；以單因素方差分析(one-wayANOVA)的方法比較各年齡組不同節(jié)段椎間盤ADC值、FA值的差異；采用Pearson相關(guān)分析法分析椎間盤ADC值、FA值與年齡的相關(guān)性，計算相關(guān)系數(shù)r值，P＜0.05為有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

本研究選取30名志愿者共150個腰椎間盤行DTI掃描，均得到了較為理想的圖像。測得ADC、FA值，分析結(jié)果顯示:隨著年齡的增加，不同節(jié)段ADC值均呈下降趨勢，(P＜0.01；表1，圖4)；FA值變化無統(tǒng)計學意義。在不同的腰間盤節(jié)段L1～4呈輕度下降，L4～S1明顯增高，總體為上升趨勢(P＜0.05；表2，圖5)；不同節(jié)段的ADC值無顯著差異。

表1 不同年齡段組別志愿者在不同腰椎間盤節(jié)段ADC平均值(10-3 mm2/s，±s)Tab.1 The volunteers in different age groups and different segments of ADC mean value(10-3 mm2/s,±s)

表1 不同年齡段組別志愿者在不同腰椎間盤節(jié)段ADC平均值(10-3 mm2/s，±s)Tab.1 The volunteers in different age groups and different segments of ADC mean value(10-3 mm2/s,±s)

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表2 不同年齡志愿者在相同腰椎間盤節(jié)段FA平均值(±s)Tab.2 The volunteers in different age groups but same segments of FA mean value(±s)

表2 不同年齡志愿者在相同腰椎間盤節(jié)段FA平均值(±s)Tab.2 The volunteers in different age groups but same segments of FA mean value(±s)

Age group L1-2 L2-3 L3-4 L4-5 L5—S1Ⅰ 0.23±0.05 0.82±0.01 0.94±0.08 0.88±0.04 0.55±0.13Ⅱ 0.48±0.01 0.76±0.02 0.86±0.06 0.76±0.07 0.48±0.01Ⅲ 0.42±0.03 0.73±0.04 0.77±0.13 0.76±0.03 0.46±0.02Ⅳ 0.35±0.01 0.68±0.03 0.59±0.02 0.64±0.05 0.37±0.01Ⅴ 0.18±0.04 0.32±0.06 0.43±0.14 0.53±0.04 0.14±0.08 F value 7.68 8.53 6.49 3.51 8.99 P value ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

3 討論

DTI作為能無創(chuàng)的在人體內(nèi)評價水分子擴散運動的磁共振技術(shù)，近年來被廣泛的應用在椎間盤、腦組織以及前列腺的疾病[3-6]。本研究采用ADC值、FA值進行評價。ADC值即表觀擴散系數(shù)，可以反應水分子的擴散情況，當ADC值下降，即表明水分子的擴散能力降低，且其較常規(guī)的T2信號更為敏感[7]。FA值則為擴散的各向異性。在那些具有固定排列順序的結(jié)構(gòu)中，水分子通常更加傾向于沿某一特定方向進行擴散，即稱為擴散的各向異性[8]，反映了水分子的方向性。當椎間盤彈性下降，被纖維結(jié)締組織取代，水分子擴散受阻，導致FA值增高[9]，而在受壓的神經(jīng)根處其值減低[10-12]。

本研究發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增長，處在不同節(jié)段腰椎間盤的ADC值是存在一定下降趨勢。這可能是由于隨著年齡的增長，椎間盤逐漸老化，髓核內(nèi)蛋白多糖減少，滲透壓下降，導致水分丟失。繼而髓核逐漸由粘稠的液狀物質(zhì)轉(zhuǎn)變成堅硬的固態(tài)物質(zhì)，使水分子的擴散能力減低。這個結(jié)果與椎間盤的病理生理變化是相符合的，也與一些研究[13-15]的結(jié)論一致。但有研究[16]表明ADC值的升高可能提示椎間盤早期退變，這與本實驗結(jié)果相矛盾。ROI選擇的范圍的不同也許是其中一個原因。ROI范圍的選擇會對結(jié)果造成一定的 差異，更靠近纖維環(huán)，或更圍繞著髓核。正常髓核ADC值較纖維環(huán)更高[17]。有學者認為，正常椎間盤與退變椎間盤的ADC值有很大程度的重疊，而且由于ADC值是一個標量系數(shù)，依賴選擇方向的測量及b值和信噪比的影響較大，因此ADC值的應用價值有所爭議。

在本實驗中，F(xiàn)A值隨著年齡的變化，其之間的相關(guān)性并沒有統(tǒng)計學意義。這可能是由于雖然隨著年齡的增長，水分子的擴散能力有所下降，但是髓核所形成的纖維組織是雜亂的，并沒有形成一定排列規(guī)律，所以水分子在各個方向擴散能力下降是不同的，沒有顯著的沿某一方向運動。也可能是本實驗所選志愿者年齡較小所致。

隨著腰椎間盤解剖節(jié)段的下移，F(xiàn)A值在L1～4呈輕度下降，L4～S1明顯增高，總體為上升趨勢。其中L5～S1處間盤與別處明顯不同，這可能是由于此處的間盤結(jié)構(gòu)本身與其余不同，而導致此處易發(fā)生突出等退行性改變。這種結(jié)構(gòu)的不同可能是由于承重的關(guān)系，髓核內(nèi)水分本身較別處少、彈性較弱，或者纖維環(huán)較別處薄弱。可以片面的解釋腰椎間盤的退變性改變下位比上位更好發(fā)的原因。而在L1～4處存在輕度下降趨勢，L1～2處值略高，也可能與L5～S1有相同的原因，或許在胸腰椎或腰骶椎相連接的間盤承重及活動度都較其他部位更為嚴重，所以更加容易退變。ADC值在不同位置并沒有顯著差異，這說明FA值較其更為敏感，但與一些研究結(jié)果有所差異[18]。此外，本實驗中得出的個別數(shù)值與其他個體不同，可能是由于測量誤差，偶有腰腿疼痛癥狀但是常規(guī)磁共振表現(xiàn)正常也是其中一個原因。

本研究尚存在著一定的局限性。由于ADC值受信噪比影響，b值得選取對結(jié)果有著一定的影響。b值小時，ADC主要反映組織內(nèi)血液灌注的情況，并不能很好的反映水分子擴散的程度；b值大時，ADC值主要反映組織內(nèi)水分子擴散受限的程度[19]。本研究經(jīng)多次調(diào)試選取獲得最佳圖像效果的b=400進行掃描，而一些研究選取b=600或b=800進行掃描。并且本研究采用在矢狀面上選取感興趣區(qū)，這也與一些研究中選取的橫斷面有所不同。這可能也是本研究ADC值結(jié)果與一些研究不同的原因。此外，本研究也欠缺對腰椎間盤生化及組織學的評定。最后，本研究僅針對了健康的成年志愿者，未包括有癥狀的患者及年齡偏大的人群，對于性別、生活習慣及異常等因素造成的差異也未考慮。

綜上所述，本研究雖然存在一定局限性，但仍可清晰表明：在健康成人中ADC值隨著年齡的增長而下降，F(xiàn)A值隨著解剖部位的下降總體有增高趨勢。本研究體現(xiàn)了DTI較常規(guī)磁共振對于水分子擴散運動的先進性，探討了健康成人腰椎間盤與年齡及解剖部位的相關(guān)性，對腰椎間盤退變的機制有了進一步的了解。也為以后進一步的研究打下了基礎(chǔ)。如：量化間盤退變程度的分級，有腰腿疼痛癥狀但常規(guī)磁共振陰性人群的原因等。

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