1.5T磁共振T2 mapping成像在腰椎間盤退行性變中的診斷價值

溫 群 WEN Qun

孟凡華2 MENG Fanhua

錢 亭2 QIAN Ting

魏春曉2 WEI Chunxiao

劉 軍2 LIU Jun

肖 菁2XIAO Jing

1.5T磁共振T2 mapping成像在腰椎間盤退行性變中的診斷價值

溫 群1WEN Qun

孟凡華2MENG Fanhua

錢 亭2QIAN Ting

魏春曉2WEI Chunxiao

劉 軍2LIU Jun

肖 菁2XIAO Jing

目的 評價MRI T2 mapping成像技術對腰椎間盤退行性變的診斷價值。資料與方法 前瞻性納入2013年10月－2015年12月因腰背部疼痛于復旦大學附屬上海市第五人民醫(yī)院就診并行腰椎1.5T MRI檢查的患者100例。常規(guī)矢狀位T1WI及T2WI、橫斷位T2WI，并行正中矢狀位T2 mapping成像。根據(jù)Pfirrmann標準將475個腰椎間盤分級，測量髓核（NP）及纖維環(huán)（AF）前、后緣的T2值。分別比較各級NP和AF前、后緣T2值，并分析T2值、年齡以及分級間的相關性。同時選取30例患者間隔半年行第2次MRI檢查，比較前后2次椎間盤T2值的差異。結果 腰椎間盤各分級NP的T2值除IV級與V級間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）外，其余各級間差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；腰椎間盤NP T2值與各分級呈高度負相關（r=－0.77）；30例腰痛患者間隔半年測得椎間盤AF前、后緣及NP T2值間差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。結論 T2 mapping 成像技術能夠定量評估腰椎間盤退行性變程度，尤其是NP的T2值能夠較好地反映I～IV級椎間盤退行性變程度的差異，因而可以為診斷腰椎間盤退行性變提供影像學依據(jù)。

椎間盤移位；腰椎；磁共振成像

腰椎間盤退行性變可引起椎間盤突出、椎管狹窄和脊髓神經(jīng)根病變，嚴重影響患者的勞動能力及生活質量。早期診斷腰椎間盤退變，并進行預防性干預治療，如間質干細胞移植、髓核細胞移植及自體軟骨細胞移植成為研究熱點[1]。MRI傳統(tǒng)的TlWI和T2WI一般只能發(fā)現(xiàn)椎間盤退行性變的中晚期改變，對于發(fā)現(xiàn)早期退變存在局限性。臨床一般采用Pfirrmann分級對腰椎間盤退行性變進行評價，但其為非定量方法，存在一定的誤差[2]。T2 mapping成像技術可對椎間盤進行定量研究，測量出感興趣區(qū)（ROI）的T2弛豫時間，從而更加準確地評價椎間盤的物質組成[3]。目前國內外部分學者將T2 mapping成像技術用于腰椎間盤退行性變的研究，但所得結果不一且仍存在以下問題：①腰椎間 盤 髓 核（nucleus pulposus，NP）T2值 在 不 同Pfirrmann分級間是否有差異；②腰椎間盤纖維環(huán)（annulus fibrosus，AF）前、后緣T2值在不同Pfirrmann分級間是否有差異；③不同時期腰椎間盤T2 mapping成像所得T2值間是否有差異。本研究擬通過應用MRI T2 mapping成像技術，評價其對腰椎間盤退行性變的診斷價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 前瞻性納入2013年10月－2015年12月因腰背部疼痛于復旦大學附屬上海市第五人民醫(yī)院就診的患者100例，其中男48例，女52例；年齡17～80歲，平均（41.28±15.69）歲。納入標準：出現(xiàn)腰痛癥狀或反復發(fā)作者。排除標準：下肢神經(jīng)功能障礙者，有脊柱畸形、外傷、腫瘤及手術史，有MRI檢查禁忌證。對于20～50歲的患者，按照隨機數(shù)字表法從中選取30例間隔6個月行第2次腰椎間盤MRI檢查。該組患者與總樣本基線平衡，且半年期間腰痛癥狀自我感覺加重，但行牽引、針灸或推拿后癥狀能夠緩解，未進行手術治療。本研究已經(jīng)通過倫理委員會批準，每名受試者均了解研究的目的、內容，且自愿參加。

1.2 儀器與方法 受試者取仰臥位。采用GE Signa 1.5T HD MR儀行腰椎間盤常規(guī)矢狀位T1WI及T2WI、橫斷位T2WI檢查及T2 mapping矢狀位掃描。正中矢狀位T2 mapping采用多回波SE序列，成像參數(shù)：TR 1000 ms，TE 8.4～67.2 ms，視野220×220，矩陣256×256，采集帶寬31.25，層厚4 mm，掃描層數(shù)10，掃描時間5 min 10 s。掃描后通過隨機軟件采用最小二乘法獲得T2 mapping，并測量L1～S1椎間盤T2值。

1.3 腰椎間盤Pfirrmann分級評分 Pfirrmann分級標準主要參照文獻[2]并基于矢狀位T2WI NP信號的改變、NP與AF的界限以及椎間隙高度的改變而將椎間盤分為5級。本研究由2名影像診斷主治醫(yī)師獨立閱片，參照Pfirrmann標準對所有受試者Ll～S1椎間盤進行分級。2名影像診斷醫(yī)師分別2次獨立閱片，每次間隔3周。如出現(xiàn)分級不一致，最終需要2人同時閱片，討論后取得一致意見。

1.4 圖像后處理、ROI設定及T2值測量 將掃描所得原始數(shù)據(jù)上傳至GE ADW 4.4后處理工作站。應用Functool軟件對原始圖像進行后處理，生成T2 mapping。參照其他學者的研究方法，在正中矢狀位T2 mapping上由前向后將椎間盤5等分并選擇5個ROI，分別為前部、前中部、中部、中后部、后部。分別測量每個ROI的T2值。其中前部為AF前緣，后部為AF后緣，前中部、中部、后中部為NP[4-6]。每個ROI測量2次，取平均值作為該區(qū)T2值。ROI的測量由2名主管技師獨立完成，取兩者的平均值。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 18.0軟件。各椎間盤NP和AF前、后緣 T2值等測量結果以（x±s）表示。采用Kappa檢驗評價2位閱片者對椎間盤Pfirrmann分級的一致性，Kappa值＞0.75表示一致性良好，Kappa值＜0.40表示一致性不佳。采用單因素方差分析分別比較不同分級間NP及AF前、后緣T2值的差異，組間比較采用LSD法。腰椎間盤T2值與分級、分級與年齡間的相關性采用Spearman秩相關分析，腰椎間盤T2與年齡間的相關性采用Pearson相關分析。采用配對Wilcoxon秩和檢驗比較30例患者不同時期腰椎間盤NP及AF前、后緣T2值的差異。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 腰椎間盤退行性變 根據(jù)Pfirrmann分級結果2位閱片者獨立評價腰椎間盤退行性變的Pfirrmann分級，結果顯示一致性顯著（Kappa=0.77）。本研究對100例腰痛患者共500個腰椎間盤行T2 mapping成像檢查，其中有5例患者共25個腰椎間盤未獲得滿意的圖像，其余475個腰椎間盤獲得清晰圖像。根據(jù)Pfirrmann分級標準將475個椎間盤分為5級：I級73個、II級152個、III級120個、IV級95個、V級35個，見圖1～4。腰椎間盤NP的T2值范圍36.00～290.30 ms，AF前緣的T2值范圍25.58～166.43 ms，AF后緣的T2值范圍30.60～208.80 ms，各分級腰椎間盤NP及AF前、后緣T2值見表1。

2.2 不同分級間腰椎間盤NP及AF前、后緣T2值比較腰椎間盤各分級NP的T2值除IV級與V級間差異無統(tǒng)計學意義（P＜0.05）外，其余各級間差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）；腰椎間盤各分級AF前緣T2值除III級與IV、V級間及IV級與V級間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）外，其余各級間差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）；腰椎間盤各分級AF后緣T2值除I級與II級、IV級與V級間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）外，其余各級間差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）。見表1。

圖1 男，20歲，腰痛1個月余，腰椎間盤MRI平掃未見異常，L2～3椎間盤矢狀位T2圖像。Pfirrmann分級I級（A）；相應層面T2mapping圖像（B）

圖2 男，24歲，腰痛1年，腰椎間盤MRI平掃未見異常，L3～4椎間盤矢狀位T2圖像。Pfirrmann分級II級（A）；相應層面T2 mapping圖像（B）

圖3 女，30歲，腰痛伴右腿疼痛1年余，活動后加重1個月，L4～5椎間盤變性、膨隆，矢狀位T2圖像。Pfirrmann分級III級（A）；相應層面T2 mapping圖像（B）

圖4 女，54歲，腰痛伴右腿疼痛、麻木3年，L5～S1椎間盤變性、膨隆。Pfirrmann分級IV級（A）；L5～S1椎間盤矢狀位及相應層面T2 mapping圖像（B）

表1 不同Pfirrmann分級椎間盤的T2值比較（x±s，ms）

2.3 腰椎間盤T2值的相關性分析 95例腰痛患者年齡與腰椎間盤分級呈中度正相關（r=0.54）（圖5A）。95例腰痛患者年齡與AF前、后緣T2值呈弱負相關（r=－0.30、－0.32）；年齡與NP T2值呈弱負相關（r=－0.47）。椎間盤AF前緣T2值與各分級呈弱負相關（r＝－0.42），AF后緣T2值與各分級呈中度負相關（r＝－0.53）（圖5B）；椎間盤NP T2值與各分級呈高度負相關（r=－0.77）（圖5C）。

2.4 同一患者不同時期椎間盤T2值變化 30例腰痛患者間隔半年測得椎間盤AF前、后緣及NP T2值。根據(jù)Pfirrmann分級標準將椎間盤分為5級：第1次檢查I級30個、II級70個、III級29個、IV級15個、V級6個，腰椎間盤NP的T2值范圍49.30～262.00 ms， AF前緣的T2值范圍28.00～109.00 ms，AF后緣的T2值范圍34.50～196.90 ms。第2次檢查I級31個、II級69個、III級27個、IV級17個、V級6個，腰椎間盤NP的T2值范圍46.40～209.00 ms，AF前緣的T2值范圍29.71～110.18 ms，AF后緣的T2值范圍33.80～176.40 ms。比較2次檢查椎間盤AF前、后緣及NP T2值，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表2。

3 討論

Pfirrmann分級是目前臨床公認的評價腰椎間盤退行性變的標準[2]。但Pfirrmann分級受觀察者主觀因素影響較大，故其最大的局限性在于不同觀察者之間出現(xiàn)誤差，同一觀察者在不同時間段對同一幅圖像的觀察也會發(fā)生偏差；另一個局限性是其僅能對椎間盤進行定性評價，極易受到周圍環(huán)境和成像參數(shù)的影響[7]。T2 mapping 成像技術既往已有學者將其用于關節(jié)軟骨方面的研究[8-11]。腰椎間盤的生化成分與關節(jié)軟骨類似，主要由水、膠原蛋白和蛋白多糖組成，故T2 mapping成像技術也可用于評價腰椎間盤退行性變。T2 mapping成像技術所獲得的T2值對水分子的含量以及膠原纖維結構的排列分布具有較高的敏感性，同時也與水分子在膠原基質中的各向異性運動有關[12]；且T2值屬于定量變量，不受觀察者主觀因素的影響[13-14]。

圖5 腰椎間盤T2值的相關性分析。腰痛患者年齡與腰椎間盤分級呈中度正相關（A）；腰痛患者AF后緣T2值與各分級呈中度負相關（B）；椎間盤NP T2值與各分級呈高度負相關（C）

表2 30例腰痛患者2次腰椎間盤MRI檢查T2值比較（x±s，ms）

腰椎間盤退行性變主要表現(xiàn)為AF出現(xiàn)不同程度的裂隙或破裂。NP內糖胺聚糖成分減少和進行性脫水，從而影響椎間盤的T2值。本研究對不同Pfirrmann分級椎間盤各個部位的T2值進行比較，結果顯示腰椎間盤NP的T2值隨分級的增高而減小，且NP T2值與各分級呈高度負相關，此結果與既往部分研究結果一致[15-18]，推測與椎間盤NP的組成成分及退變的發(fā)生機制有關。NP發(fā)生退變時水分丟失，結構紊亂，且隨分級的增高變化更為明顯；而T2 mapping技術對水分的變化敏感，故測量NP的T2值能夠反映腰椎間盤退行性變的程度。本研究中腰椎間盤各分級 NP的T2值I～IV級間差異均有統(tǒng)計學意義，與既往研究結果相同[6,14]。本研究中95例腰痛患者腰椎間盤NP T2值在IV級與V級中差異無統(tǒng)計學意義，分析導致這種結果的原因可能是IV級與V級均屬于嚴重退行性變的腰椎間盤，椎間盤NP內的膠原纖維破壞和含水量減少情況較為接近，其弛豫時間差異較小。本研究結果表明NP的T2值具有區(qū)分I～IV級椎間盤的能力，提示T2 mapping成像技術能夠發(fā)現(xiàn)腰椎間盤的早期退行性變。

對于AF前、后緣的T2值比較，結果發(fā)現(xiàn)兩者均隨分級的增高而呈下降趨勢。進一步比較發(fā)現(xiàn)椎間盤AF前緣T2值與各分級呈弱負相關，AF后緣T2值與各分級呈中度負相關。不同研究對于椎間盤AF前、后緣T2值的結果報道不一，且差異較大[15-16,18-19]。分析導致AF前、后緣 T2值變化較大的原因可能為：①AF主要是由I型膠原蛋白組成，含水量少，其退變時主要以膠原纖維的增生及膠原纖維結構破壞為主，但T2 mapping技術主要水分的變化敏感，故AF T2值的變化不如NP明顯；②各研究測量AF ROI的范圍選擇不同，也可能造成結果的差異。因此認為測量 AF的T2值不足以評價腰椎間盤退行性變。本研究還選取了30例患者間隔半年行第2次MRI檢查。結果發(fā)現(xiàn)2次檢查椎間盤AF前、后緣及NP T2值差異均無統(tǒng)計學意義，其原因為：①2次檢查間隔時間較短，盡管患者自覺腰痛癥狀反復出現(xiàn)且有加重，但椎間盤退行性變所導致的生化改變尚未引起T2值的明顯變化；②半年內30例患者未長期從事加劇腰椎間盤退變的勞動，且經(jīng)過治療均獲得過一段時間的緩解期。

本研究的局限性為：①本研究以Pfirrmann分級作為參照標準，缺乏組織學結果，且Pfirrmann分級本身的精度尚有欠缺，因此腰椎間盤實際的退變程度與T2值的關系尚需進一步對照研究。②本研究未采用其他研究方法與T2 mapping 成像技術比較，如擴散加權成像、T2* mapping。③選取的30例患者僅比較了T2值的變化，未與分級聯(lián)系進行比較。

總之，T2 mapping成像技術能夠評估腰椎間盤退變的程度，特別是NP的T2 值能夠為早期腰椎間盤退變提供定量分析的方法。

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（本文編輯 聞 浩）

T2 mapping Imaging of Lumbar Intervertebral Disc Degeneration by Using 1.5T Magnetic Resonance

Purpose To investigate the value of MRI T2 mapping imaging in diagnosis of lumbar intervertebral disc degenerative (IVDD). Materials and Methods A prospective study was performed on 100 patients who underwent 1.5T MRI examination because of lumbar and back pain from October 2013 to December 2015 at the Fifth People's Hospital of Shanghai, Fudan University. The MRI examinations included conventional sagittal T1WI and T2WI, axial T2WI and median sagittal T2 mapping imaging. According to Pfirrmann standard, 475 lumbar intervertebral discs were graded. T2 values of nucleus pulposus (NP) and annulus fibrosus (AF) of anteriority and posterior with different grades were measured and compared. The correlations between T2 value, age and grade were further analyzed. 30 patients were selected and underwent a second MR examination after half a year, and the difference of T2 values between the two MR examinations were compared. Results Except for grade IV and grade V, the differences of T2 values of NP between the other grades of lumbar intervertebral discs were statistically significant (P＜0.05). T2 values of NP were negatively correlated with the grades (r=－0.77). There were no significant differences in T2 values of NP and AF of anteriority and posterior in 30 patients with back pain between the two MR measurements of half year interval (P＞0.05). Conclusion T2 mapping imaging can quantitatively assess the degree of IVDD, especially T2 values of NP can reflect the differences of IVDD with grade I-IV, so it can provide the imaging evidence for the diagnosis of IVDD．

Intervertebral disk displacement; Lumbar vertebrae; Magnetic resonance imaging

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.07.014

1. 上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院放射科

上海 200021

2. 復旦大學附屬上海市第五人民醫(yī)院放射科上海 200240

劉 軍

Department of Radiology, the Fifth People's Hospital of Shanghai, Fudan University,

Shanghai 200240, China

Address Correspondence to: LIU Jun E-mail: lj7275@163.com

上海市閔行區(qū)科委課題（2013MHZ068）。

2016-11-17

2017-02-08

R445.2；R682.3

中國醫(yī)學影像學雜志

2017年 第25卷 第7期：531-535

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (7): 531-535