3.0T MR擴散張量成像在腰椎間盤退變機制研究及診斷中的價值

劉超 陳興燦 劉琦 閆春麗

●檢測診斷

3.0T MR擴散張量成像在腰椎間盤退變機制研究及診斷中的價值

劉超 陳興燦 劉琦 閆春麗

目的探討3.0TMR擴散張量成像（DTI）在腰椎間盤退變機制研究及診斷中的價值。方法選擇29例腰痛或腰腿痛患者行腰椎DTI掃描，共獲得82個腰椎間盤。在常規(guī)MRI上將82個腰椎間盤分為未膨出、膨出、突出、脫出等4個類型，按照纖維示蹤（FT）圖纖維環(huán)形態(tài)學改變分為完整型、斷裂型、不規(guī)則型，比較FT圖與常規(guī)MRI診斷腰椎間盤退變的價值；同時分析國際公認用于椎間盤退變程度的Pfirrmann（Pm）分級與各向異性（FA）值、表觀擴散系數(shù)（ADC）值的相關性。結果FT圖與常規(guī)MRI表現(xiàn)不完全符合；不同F(xiàn)T圖分型患者的ADC值比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。Pm分級與ADC值呈負相關(rs=-0.643，P＜0.05），與FA值呈正相關（rs=0.712，P＜0.05）。結論3.0TMR DTI在闡述腰椎間盤退變機制、定量評價退變程度方面具有一定價值；在臨床工作中，腰椎間盤退變的影像學診斷首選常規(guī)MRI。

擴散張量成像腰椎間盤退變纖維示蹤椎間盤退變是多種因素共同作用的結果。在退變過程中，椎間盤的生物力學、生物化學和超微結構均發(fā)生了相應變化。對于椎間盤退變機制的研究，目前主要集中在氧化應激、炎癥因子、細胞凋亡、營養(yǎng)通路、生物力學等方面[1-2]。擴散張量成像（DTI）是一種新的椎間盤成像技術，能無創(chuàng)地顯示椎間盤纖維環(huán)的形態(tài)和完整性，發(fā)現(xiàn)纖維環(huán)是否斷裂及斷裂位置，對椎間盤纖維環(huán)退變的發(fā)生機制及影像診斷具有重要意義[3-4]。以往關于腰椎間盤的DTI研究多局限于1.5T MR，主要觀察纖維環(huán)形態(tài)并對腰椎間盤退變作定量分析。本文采用3.0T MR DTI定量指標來探討腰椎間盤退變機制，并評價活體椎間盤退變程度，探討纖維示蹤（FT）圖對于腰椎間盤退變的診斷價值。

1 對象和方法

1.1 對象選取2016年3至5月在中國人民解放軍第117醫(yī)院醫(yī)學影像科行MRI檢查的29例患者，其中男15例，女14例；年齡18～62（33.8±10.9）歲；均有腰痛或腰腿痛，均無脊柱手術史、炎癥、腫瘤及其他嚴重全身性病變。

1.2 方法

1.2.1 MRI檢查采用GE DISCOVERY MR 750 3.0T，常規(guī)掃描用HRCTL8通道脊柱線圈行矢狀位T1WI和T2WI以及軸位T2WI掃描。DTI采用平面回波序列（EPI）進行軸位掃描，掃描參數(shù)：TR/TE-4000/minimum，層厚4mm，間隔0mm，F(xiàn)OV 24cm，b=600，擴散方向：12，NEX=6，掃描時間316s。

1.2.2 原始數(shù)據(jù)后處理將DTI原始數(shù)據(jù)輸入ADW 4.6工作站，應用FUNCTOOL軟件進行處理，得到部分各向異性（FA）偽彩圖和表觀擴散系數(shù)（ADC）偽彩圖，沿髓核邊緣設置髓核橢圓形興趣區(qū)（ROI），分別測量各椎間盤髓核FA值和ADC值，即DTI定量指標。利用Fiber tracking軟件得到FT圖。

1.2.3 圖像分析由2位MRI診斷經驗豐富的高年資醫(yī)師進行圖像分析，若有分歧者則經雙方商議后達成一致意見。（1）腰椎間盤退變分級：參照國際公認用于椎間盤退變程度的Pfirrmann（Pm）分級標準[5]，即根據(jù)T2WI矢狀面圖像上椎間盤髓核信號強度、髓核與纖維環(huán)分界及椎間隙高度將椎間盤退變程度分為Ⅰ～Ⅴ級。Ⅰ級：髓核呈均勻的高信號（白），與纖維環(huán)分界清楚，椎間盤高度正常；Ⅱ級：髓核不均勻的高信號，有或無低信號水平帶，與纖維環(huán)分界清楚，椎間盤高度正常；Ⅲ級：髓核不均勻中等信號（灰），與纖維環(huán)分界模糊，椎間盤高度正?；蜉p度減低；Ⅳ級：髓核不均勻中等或低信號（灰或黑），與纖維環(huán)分界消失，椎間盤高度正?；蛑卸葴p低；Ⅴ級：髓核低信號（黑），與纖維環(huán)分界消失，椎間盤塌陷。（2）腰椎間盤退變分組：根據(jù)常規(guī)MRI影像學表現(xiàn)分為4組：未膨出（椎間盤形態(tài)規(guī)則，未見膨出、突出及脫出征象）、膨出（纖維環(huán)低信號影像四周均勻膨隆）、突出（椎間盤可向前、外側和后方突出）、脫出（髓核突出于低信號纖維環(huán)之外，突出部分與髓核本體無聯(lián)系）。（3）腰椎間盤纖維環(huán)FT圖分型：依據(jù)文獻[6]并結合本組病例分為3型：完整型（纖維環(huán)結構完整、纖維環(huán)與髓核分界清楚，形態(tài)對稱或不對稱，見圖1a-c）、斷裂型（纖維環(huán)局部斷裂，見圖1d-f）、不規(guī)則型（纖維環(huán)結構紊亂，甚至扭曲成團，髓核與纖維環(huán)分界不清，見圖1g-i）。

圖1 纖維環(huán)FT圖分型及MRI表現(xiàn)[a-c：男，23歲，L5/S1膨出（箭頭所示），完整型；d-f：男，24歲，L4/5椎間盤后緣高信號（箭頭所示），斷裂型；g-i：男，40歲，L5/S1突出（箭頭所示），不規(guī)則型]

1.3 統(tǒng)計學處理應用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件。計量資料不同F(xiàn)T圖分型患者的ADC值比較采用單因素方差分析；Pm分級與FA值、ADC值的相關性采用Spearman秩相關分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 不同F(xiàn)T圖分型患者的腰椎間盤退變情況及ADC值比較取得所有患者腰椎間盤的DTI圖像，共獲得腰椎間盤82個，經工作站后處理取得FA圖和ADC圖，并能利用Fiber tracking軟件獲得被檢椎間盤的FT圖。FT圖顯示46個完整型腰椎間盤，常規(guī)MRI顯示腰椎間盤未膨出、膨出、突出和脫出分別為36、7、3和0個；FT圖顯示14個斷裂型腰椎間盤，常規(guī)MRI顯示腰椎間盤未膨出、膨出、突出和脫出分別為0、2、10和2個；FT圖顯示22個不規(guī)則型腰椎間盤，常規(guī)MRI顯示腰椎間盤未膨出、膨出、突出和脫出分別為0、7、14和1個。不同F(xiàn)T圖分型患者的ADC值比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 不同F(xiàn)T圖分型患者的腰椎間盤退變情況及ADC值

2.2 Pm分級與FA值、ADC值的相關性經Spearman秩相關分析，椎間盤退變Pm分級與ADC值呈負相關（rs=-0.643，P＜0.05），與FA值呈正相關（rs=0.712，P＜0.05）。

3 討論

DTI通過在多個方向上施加彌散敏感梯度測量水分子擴散的程度和方向并生成FA圖，是目前描述水分子彌散方向特征的新技術。FT是基于DTI上的一種新的可視化成像技術，可以利用水分子擴散的各向異性來追蹤纖維的走行，將走行方向各異的纖維束以三維形式重組，以觀察纖維束的連續(xù)性和完整性。FA是DTI最主要的評價參數(shù)之一。在人體組織內，水分子的擴散受到各種因素的影響，且各個方向不相等。由于局部環(huán)境的影響導致擴散運動在各個方向不同步時，這種擴散運動表現(xiàn)為各向異性。FA值是水分子擴散各向異性成分占整個擴散張量的比例，主要描述水分子彌散方向的不均勻性，水分子彌散受阻，則FA值增高。既往研究表明正常纖維環(huán)與髓核FA值存在差異，說明纖維環(huán)與髓核在水分子擴散的不均勻性方面有明顯差異[7]。

椎間盤主要由髓核、纖維環(huán)及軟骨終板組成。腰椎間盤退變的病理過程包括細胞外基質合成與降解失衡，纖維環(huán)膠原變性、髓核含水量下降和粘彈性降低等，其中髓核的退變較纖維環(huán)和軟骨終板早且更明顯，椎間盤退變主要表現(xiàn)為髓核生化成份的改變，即水分含量的變化、蛋白多糖濃度的下降和膠原成分的改變等[8]。在本研究中，ADC值、FA值在不同退變等級的腰椎間盤髓核內存在差異，Pm分級與ADC值呈負相關，與FA值呈正相關。髓核ADC值降低預示著髓核儲水能力下降，含水量逐漸減少，膠原纖維成分逐漸增加，水分子擴散受限。本文不同F(xiàn)T圖分型患者的ADC值為完整型＞破裂型＞不規(guī)則型。髓核ADC值越低，則腰椎間盤退變越嚴重，F(xiàn)T圖越不規(guī)則，髓核纖維化加劇且髓核與纖維環(huán)趨向融合，同時纖維環(huán)規(guī)律的同心圓結構破壞，最終喪失環(huán)狀結構。FA值升高預示著髓核中基質退變，膠原纖維不規(guī)則網狀結構破壞，來自纖維環(huán)及終板的纖維軟骨逐漸取代蛋白多糖，其內水分子擴散的各項同性受限，相對各項異性擴散增加。目前，臨床上廣泛采用Pm分級標準來判斷椎間盤退變的程度，該標準是依據(jù)MRT2WI圖像作出的判斷，因此存在主觀性的缺陷。由于DTI定量指標ADC值、FA值的標準不統(tǒng)一，故不易判斷腰椎間盤的退變程度；但FT圖通過顯示纖維環(huán)的不同形態(tài)，能直觀地反映腰椎間盤退變的病理狀態(tài)。因此，DTI能進一步解釋腰椎間盤退變的發(fā)生機制，評估腰椎間盤退變的程度。本研究中FT圖顯示46個完整型腰椎間盤，但常規(guī)MRI顯示腰椎間盤突出3個，筆者認為這為包容性腰椎間盤突出；按照陳興燦等[9]提出的腰椎間盤突出癥分型及介入治療適應證標準，此類腰椎間盤后方纖維環(huán)并未完全斷裂，適合介入治療；其余常規(guī)MRI顯示為未膨出和膨出，故此型FT圖與常規(guī)MRI基本符合。FT圖顯示14個斷裂型腰椎間盤，常規(guī)MRI顯示為突出和脫出12個、腰椎間盤膨出2個，與此型的FT圖不符合；筆者認為原因可能與腦積液搏動影響MRI信號收集有關，下一步將繼續(xù)研究。FT圖顯示22個不規(guī)則型腰椎間盤，但常規(guī)MRI顯示腰椎間盤突出14個、脫出1個，其余均為膨出，此型FT圖與常規(guī)MRI不完全符合；筆者認為原因與此類腰椎間盤退變嚴重、髓核嚴重纖維化有關，且與ADC值表現(xiàn)一致。楊海濤等[3]在1.5T MR上獲得了較好的圖像，但是掃描時間較長（452s）。本研究采用3.0T MR，既滿足了圖像質量的要求，而掃描時間僅為316s，明顯縮短了掃描時間，對于受檢者尤其是病情緊急需及時治療的患者是個更好的選擇。馬曉暉等[10]、劉永波等[11]認為磁場強度越高，梯度磁場的幅度及切換率也越高，對水分子擴散運動的檢測越靈敏。龍厚清等[7]認為DTI采用的EPI序列對磁場均勻性要求較高，加之腰椎間盤本身的解剖特點，對于腰椎間盤DTI的效果會有影響。由于3.0T MR更能滿足EPI序列對磁場均勻性的要求，且對水分子擴散運動更靈敏，對于DTI掃描能達到更好的效果，獲得更好的圖像質量。總之，3.0T MR相比1.5T MR，在DTI掃描時間、靈敏度、圖像質量等方面都有較大優(yōu)勢。

綜上所述，DTI可作為一種無創(chuàng)性的檢查方法應用于椎間盤退變的研究。ADC值、FA值能更準確地反映組織細胞的細微結構變化，在闡述腰椎間盤退變機制、定量評價退變程度方面具有一定的價值；但在臨床工作中，腰椎間盤退變的影像學診斷首選常規(guī)MRI。

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10.12056/j.issn.1006-2785.2017.39.23.2016-1856

南京軍區(qū)醫(yī)學科技創(chuàng)新課題項目（10MA128）；浙江省醫(yī)學會臨床科研基金項目（2011ZYC-A43）

325000溫州醫(yī)科大學（劉超、陳興燦、閆春麗）；中國人民解放軍第117醫(yī)院放射科（劉琦）

陳興燦，E-mail：genius1174@163.com

2016-11-10）

（本文編輯：陳丹）