成人腰椎不同部位表觀彌散系數(shù)值的差異及與年齡的相關(guān)性

趙云超 程靜 李杰 傅晗

昆明市中醫(yī)醫(yī)院，云南 昆明 650500

磁共振擴(kuò)散加權(quán)影像(Magnetic Resonance Diffusion-Weighted Imaging，DWI)為觀察水分子隨機(jī)位移運(yùn)動(dòng)情況的影像。從這些影像里，每個(gè)像素(voxel)的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)都可以被計(jì)算出。在不同組織里，水分子的ADC是不一樣的。比如說(shuō)，相對(duì)于自由的水，在生物組織中水分子的擴(kuò)散是受到阻礙的，所以ADC會(huì)較低。另外還有幾個(gè)因素也會(huì)影響水分子擴(kuò)散，例如細(xì)胞類型、細(xì)胞數(shù)量、細(xì)胞密度和膜透性、大分子的大小、組織粘滯度、溫度等[1]。

DWI是唯一可以非侵襲性方法觀察活體內(nèi)水分子擴(kuò)散的磁振造影技術(shù)，目前已成為早期診斷腦梗塞的利器，除了可以偵測(cè)水分子在腦神經(jīng)內(nèi)的微細(xì)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)外，近年對(duì)于腰椎內(nèi)水分子的擴(kuò)散情形也多有研究[1,3]；Antoniou等人的研究中指出水分子在腰椎內(nèi)的擴(kuò)散速率與髓核內(nèi)GAGs的含量變化有著密切性的關(guān)系[4]。Kealey與Beattie等人分別利用DWI測(cè)量了正常和退化性腰椎組織中水分的ADC值，結(jié)果顯示退化的腰椎內(nèi)其ADC值明顯低于正常的腰椎[5]。Niinimaki的研究指出ADC值可以提供水分子于腰椎內(nèi)的擴(kuò)散情形[6]?？v觀上述研究結(jié)果，本文使用DWI及ADC來(lái)量化腰椎內(nèi)部水分子的運(yùn)動(dòng)情形，比較腰椎不同部位的差異性，研究不同年齡段與腰椎體部位ADC值的相關(guān)性，從而為提高腰椎病的DWI成像定量檢測(cè)診斷的準(zhǔn)確性提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年1月至2016年1月期間來(lái)我院進(jìn)行正常體檢的人員，其中納入標(biāo)準(zhǔn)為：(1)患者身體健康，無(wú)心、腦、肝、腎等重要疾病以及其他內(nèi)分泌代謝類疾病，體重指數(shù)各項(xiàng)指標(biāo)均處在正常范圍內(nèi)。(2)沒(méi)有明顯腰背疼痛，無(wú)外傷或手術(shù)導(dǎo)致腰椎受傷且無(wú)腰椎突出等癥狀。(3)CT和MRI顯示腰椎形態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均為正常。經(jīng)篩選最終選擇60例，其中男性為28例，女性為32例，平均年齡為(53.26±18.13)歲，總體范圍在23至78歲之間。按照最新的年齡劃分標(biāo)準(zhǔn)，分為三個(gè)年齡段組，45歲以下為青年組，共有23例，其中男性11例，女性12例，45歲到60歲為中年組，共有19例，其中男性9例，女性10例，60歲以上為老年組，共有18例，其中男性為8例，女性為10例。以上試驗(yàn)均提交醫(yī)院倫理委員會(huì)進(jìn)行審查并核準(zhǔn)通過(guò)。

1.2 儀器與方法

1.2.1 掃描儀器與檢查方法：本研究采用美國(guó) GE 1.5 T Optima MR360 磁共振成像儀(圖1)，線圈為體線圈，影像工作站為ADW4.6 WorkSpace Extended Rel。

圖1 GE 1.5 T Optima MR360 磁共振成像儀Fig.1 GE 1.5T Optima MR360 MRI

1.2.2 試驗(yàn)流程

(1)記錄受檢者年齡、身高及體重。

(2)進(jìn)行腰椎正中矢狀切面T2弛豫時(shí)間圖像掃描，用以量化并分析腰椎內(nèi)水分子的含量。

(3)進(jìn)行腰椎正中矢狀切面擴(kuò)散加權(quán)影像掃描，用以分析腰椎內(nèi)水分子的擴(kuò)散程度。

(4)將所有影像及頻譜數(shù)據(jù)傳送至ADW4.6后處理工作站，進(jìn)行影像訊號(hào)的測(cè)量與分析。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)分析

本研究采用SPSS20.0軟件完成統(tǒng)計(jì)處理，進(jìn)行資料的統(tǒng)計(jì)與分析及相關(guān)圖表繪制，各數(shù)據(jù)資料以平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示，腰椎各部位測(cè)量數(shù)據(jù)的比較采用t檢驗(yàn)，采用spearman相關(guān)性分析來(lái)分析年齡與腰椎各部分ADC值之間的關(guān)系[7]。

2 結(jié)果

2.1 正常椎體及椎弓根ADC值測(cè)量

由于過(guò)大的b值將導(dǎo)致DWI影像的噪音比降低與影像的扭曲，進(jìn)而影響ADC值測(cè)量的準(zhǔn)確性，因此必須選擇適當(dāng)?shù)腷值。此次研究在參考近年的文獻(xiàn)資料后，分別以200、400、600(s/mm2)等進(jìn)行掃描；結(jié)果顯示最適當(dāng)?shù)腷值為400(s/mm2)。圖2(a)和(b)分別為腰部腰椎在b值等于0及400(s/ mm2)的情形下所獲得的擴(kuò)散加權(quán)影像，圖2(c)則為轉(zhuǎn)換成ADC值后之腰部腰椎的ADC Map，同時(shí)表1為本文選擇的正常體檢人員的腰椎椎體與椎弓根的ADC平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差值，以及t檢驗(yàn)及顯著性描述，從表1中可以看到，腰椎不同部位的ADC值存在顯著性差異(P<0.05)，椎弓根的ADC值大于椎體。

圖2 腰椎擴(kuò)散加權(quán)影像與ADC MapFig.2 Lumbar diffusion weighted images and ADC Map其中: (a)與(b)分別為b=0與b=400(s/mm2)情形下所分別獲得的擴(kuò)散加權(quán)影像。(c)為經(jīng)(a)與(b)轉(zhuǎn)換所得的ADC Map。

部位ADC值(×10-4mm2/s)t值P椎體3.186±0.927-5.8290.002椎弓根4.932±1.896

注：P<0.05表示有顯著性差異

Note:P<0.05, significantly different

2.2 年齡組間ADC值差異性分析

按照之前劃分好的各年齡組，研究不同年齡段的腰椎各部位的ADC值，從表2中可以看到，腰椎各部位的ADC值隨年齡段的變化呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05),青年組的ADC值大于中年組和老年組，老年組的ADC值最小，另外椎弓根的ADC值在各年齡段都大于椎體的ADC值。

表2 正常人群各年齡組腰椎不同部位ADC值范圍及比較Table 2 Comparison of ADC values of different parts of lumbar vertebrae in different age groups of normal population

注：P<0.05表示有顯著性差異

Note:P<0.05, significantly different

3 討論

前人的研究顯示，腰椎內(nèi)水分子的含量及擴(kuò)散程度有著顯著的關(guān)聯(lián)性，而如今的磁振技術(shù)已可由T2弛豫時(shí)間圖像與擴(kuò)散加權(quán)影像等非侵入性的方式，來(lái)量化并分析腰椎內(nèi)水分子的含量與擴(kuò)散程度的變化[8]，腰椎纖維外環(huán)所含的是以分泌膠原蛋白第一型的纖維母細(xì)胞為主，而髓核則是以分泌蛋白聚醣與膠原蛋白第二型的軟骨細(xì)胞為主。這些細(xì)胞在合成與分泌蛋白聚醣或膠原蛋白時(shí)必須進(jìn)行有氧代謝，因此需要有穩(wěn)定的養(yǎng)分及氧氣的供給。而代謝的產(chǎn)物如乳酸等也需適時(shí)的送出腰椎外，如此才能維持供需的平衡，讓腰椎內(nèi)細(xì)胞的活性達(dá)到優(yōu)化，倘若細(xì)胞的活性降低，勢(shì)必影響細(xì)胞基質(zhì)的分泌而降低腰椎的功能。以人體組織而言，養(yǎng)分的供給與代謝物的移出大都是經(jīng)由血液循環(huán)系統(tǒng)來(lái)完成。但成人的腰椎本身為無(wú)血管組織，因此養(yǎng)分的供給與代謝物的移出，必須經(jīng)由纖維外環(huán)周圍與椎體內(nèi)的血管組織，以擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)傳送小分子物質(zhì)及質(zhì)流傳送大分子物質(zhì)的方式來(lái)完成物質(zhì)的交換。質(zhì)流屬被動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊环N，通過(guò)不同壓力間所產(chǎn)生的梯度效應(yīng)，使一群分子由高壓往低壓流動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)本身不消耗能量也屬于被動(dòng)運(yùn)輸，為一種由高濃度往低濃度移動(dòng)的現(xiàn)象，是一種凌亂的分子熱運(yùn)動(dòng)過(guò)程，又被稱為布朗運(yùn)動(dòng)，而在人體中這個(gè)移動(dòng)會(huì)受到韌帶、細(xì)胞膜和巨大分子的影響而有所牽絆。在理想狀態(tài)下，也就是說(shuō)水分子如果是靜止不動(dòng)的話，在給予這兩組梯度磁場(chǎng)之前和之后的信號(hào)強(qiáng)度應(yīng)該是相同的，但是實(shí)際上水分子是會(huì)移動(dòng)的，也就是有擴(kuò)散的現(xiàn)象，所以擴(kuò)散越快的區(qū)域，訊號(hào)的衰減越多，由于訊號(hào)的衰減受水分子的擴(kuò)散程度影響，所以反映出這種差異性的影像我們稱之為擴(kuò)散加權(quán)造影[9,10]。

近年對(duì)于腰椎內(nèi)水分子的擴(kuò)散情形亦多有研究[11,12]。Chiu等人的實(shí)驗(yàn)證明髓核與纖維外環(huán)的T1值、T2值及ADC值皆有明顯的不同，尤其是當(dāng)有承受外來(lái)應(yīng)力的時(shí)候，兩者的變化更為明顯。Antoniou等人的研究中指出水分子在腰椎內(nèi)的擴(kuò)散速率與髓核內(nèi)GAGs的含量變化有著密切性的關(guān)系。Ludescher等人分別測(cè)量了髓核與纖維外環(huán)在清晨與傍晚時(shí)的T2 值與ADC值，結(jié)果顯示腰椎髓核之T2值與ADC值，白天較晚上為高；而腰椎纖維外環(huán)的T2晚上比白天高，ADC值則無(wú)任何改變。Niinimaki的研究指出ADC值可以提供水分子于腰椎內(nèi)的擴(kuò)散情形。通過(guò)本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，腰椎各部位的ADC值顯著不同，椎弓根ADC值較椎體有明顯升高，同時(shí)腰椎各部位的ADC值隨年齡段呈現(xiàn)出顯著性差異，青年組的ADC值高于中年組和老年組，這與青年組的平均體質(zhì)以及血液供應(yīng)量高有明顯關(guān)系，因此在以后研究椎體病變時(shí)，一定要對(duì)照同樣年齡段的正常健康人群來(lái)判定，這樣才能提高診斷的效率和準(zhǔn)確度。