多b值DWI在椎間盤(pán)退行性病變中的應(yīng)用價(jià)值

方紀(jì)成， 李麗， 胡軍武， 萬(wàn)常華， 朱文珍

椎間盤(pán)退行性病變是一種高發(fā)病率的脊柱疾病，是腰背痛的最主要原因[1]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，椎間盤(pán)退行性病變引起病變區(qū)域水含量、蛋白多糖成分含量、髓核細(xì)胞下降[1]，進(jìn)而導(dǎo)致椎間盤(pán)高度及完整性的變化。目前，椎間盤(pán)退行性病變的病理生理過(guò)程雖已提出，但已知的微細(xì)結(jié)構(gòu)改變主要包括神經(jīng)根受壓等尚未明確[2]；因此，研究其微細(xì)結(jié)構(gòu)的改變，有助于后期的藥物及手術(shù)治療。

雖然目前MRI等檢查方法在椎間盤(pán)退行性病變的診斷與分級(jí)中有重要作用[3，4]，但是，目前協(xié)助臨床醫(yī)生確定腰背痛(Low Back Pain, LBP)的發(fā)病根源的工具仍然沒(méi)有[5]。新的MRI技術(shù)不僅能從形態(tài)學(xué)角度，同時(shí)能在生物化學(xué)變化角度定性定量分析該疾病，比現(xiàn)有方法更加完善。相關(guān)研究對(duì)椎間盤(pán)退行性病變進(jìn)行DWI序列研究，發(fā)現(xiàn)ADC值能有效反映該疾病水分子的微觀擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)[6]。另有研究發(fā)現(xiàn)基于體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(Intravoxel Incoherent Motion, IVIM)的雙指數(shù)模型多b值DWI能有效反映組織微細(xì)結(jié)構(gòu)的改變[7,8]。

動(dòng)物模型能有效追蹤影像學(xué)數(shù)據(jù)隨藥物使用過(guò)程的改變[9]，而針刺模型是模擬椎間盤(pán)退行性病變及其分級(jí)最簡(jiǎn)單有效的方法[10-12]。大鼠因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉且易于培養(yǎng)，因此大鼠椎間盤(pán)常用來(lái)模擬椎間盤(pán)退行性病變[13]。但是，鼠腰椎間盤(pán)針刺模型很難在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到組織學(xué)以及影像學(xué)上的差異。本研究采用針刺鼠尾椎間盤(pán)模擬椎間盤(pán)退行性病變模型，進(jìn)而采集其多b值DWI數(shù)據(jù)，分析其不同針刺時(shí)間的影像學(xué)表現(xiàn)及參數(shù)差異，旨在探討其病理過(guò)程中椎間盤(pán)微細(xì)結(jié)構(gòu)的改變。

表1 不同穿刺時(shí)間點(diǎn)的ADCstandard、ADCslow、DDC值

材料與方法

1.研究對(duì)象

選取18只雌性健康大鼠，體重250～300 g，年齡3個(gè)月。將18只大鼠根據(jù)穿刺時(shí)間，分為正常對(duì)照組及針刺3 h、48 h、3 d、7 d組、10 d等6組。

選取正常組為對(duì)照組，其他五組為實(shí)驗(yàn)組。沿椎間盤(pán)穿刺3 mm，分別在穿刺3 h、48 h、3 d、7 d、10 d后進(jìn)行掃描。以標(biāo)準(zhǔn)表觀擴(kuò)散系數(shù)(standard apparent diffusion coefficient,ADCstandard)、快速表觀擴(kuò)散系數(shù)(fast apparent diffusion coefficient,ADCfast)、慢速表觀擴(kuò)散系數(shù)(slow apparent diffusion coefficient,ADCslow)、分布擴(kuò)散系數(shù)(distributed diffusion coefficeint,DDC)等為指標(biāo)進(jìn)行研究。本研究對(duì)正常-針刺3 h、正常-針刺48 h、正常-針刺3 d、正常-針刺7 d、正常-針刺10 d，以及針刺3 h-針刺48 h、針刺3 h-針刺3 d、針刺3 h-針刺7 d、針刺3 h-針刺10 d、針刺48 h-針刺3 d、針刺48 h-針刺7 d、針刺48 h-針刺10 d、針刺3 d-針刺7 d、針刺3 d-針刺10 d、針刺7 d-針刺10 d的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。

2.檢查方法

MRI檢查采用GE Discovery MR 750 MRI掃描儀，3 cm直徑小動(dòng)物線(xiàn)圈，分別行矢狀面T2WI、橫軸面多b值DWI序列掃描(圖1)。矢狀面T2WI序列掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 36 ms，矩陣256×256，視野8.0 cm×1.0 cm，層厚1 mm，層間距0 mm；橫軸面多b值DWI序列掃描參數(shù)：b值分別取20、50、80、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、2400、2800、3200、3600、4000、4500 s/mm2，TR 2000 ms，激勵(lì)次數(shù)2，視野4.0 cm×1.0 cm，層厚1 mm，層間距0 mm，擴(kuò)散方向ALL。

3.數(shù)據(jù)處理

對(duì)采集的大鼠尾椎間盤(pán)多b值DWI數(shù)據(jù)采用GE750A工作站進(jìn)行后處理，采用Functool進(jìn)行MADC數(shù)據(jù)測(cè)量，在鼠尾椎間盤(pán)設(shè)置興趣區(qū)(region of interest，ROI)，并手動(dòng)勾畫(huà)，計(jì)算得到相對(duì)應(yīng)的ADCstandard、ADCfast、ADCslow、DDC等評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

不同穿刺時(shí)間點(diǎn)的ADCstandard、ADCslow、DDC值均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)(表1，圖2～4)。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示，與正常對(duì)照組對(duì)比，針刺48 h、3 d、7 d、10 d的ADCstandard、ADCslow、DDC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)；與針刺3 h對(duì)比，針刺48 h、3 d、7 d的ADCstandard、ADCslow、DDC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)；針刺3 d與針刺10 d的ADCslow值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.026)。余不同時(shí)間點(diǎn)各定量指標(biāo)間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。

討 論

椎間盤(pán)退行性病變是脊柱最常見(jiàn)的病變，常伴頭暈、麻木等，是引起腰背痛的重要原因，常規(guī)MRI通常表現(xiàn)為椎間盤(pán)突出、關(guān)節(jié)增生、脊髓受壓等。鼠尾穿刺模型是常用的模擬椎間盤(pán)退行性病變的模型，能有效獲取該病的影像學(xué)和病理學(xué)信息。生物學(xué)研究認(rèn)為，隨著穿刺時(shí)間的延長(zhǎng)，其糖胺聚糖含量降低；但對(duì)其精細(xì)結(jié)構(gòu)的觀察尚未實(shí)現(xiàn)。因此，研究其微細(xì)結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)于后期藥物治療及預(yù)后有重要意義。

表2 不同時(shí)間點(diǎn)各定量指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果

注：N代表正常對(duì)照組，*代表P值<0.05。

圖1 a) 針刺48h C6/C7和C7/C8尾椎椎間盤(pán)矢狀面T2WI圖像； b) 對(duì)應(yīng)C6/C7尾椎椎間盤(pán)橫軸面 DWI圖像。

圖2 不同針刺時(shí)間點(diǎn)的ADCstandard值誤差條圖，代表ADCstandard值的離散程度。 圖3 不同針刺時(shí)間點(diǎn)的ADCslow值誤差條圖，代表ADCslow值的離散程度。 圖4 不同針刺時(shí)間點(diǎn)的DDC值誤差條圖，代表DDC值的離散程度。

TANG等[14]對(duì)12例腰椎間盤(pán)退行性病變患者進(jìn)行研究，MRI表現(xiàn)為明顯腰間盤(pán)突出癥，且交感神經(jīng)阻滯術(shù)治療時(shí)椎間盤(pán)突出明顯粘連，T2WI呈高信號(hào)，所有患者均通過(guò)該手術(shù)緩解疼痛，術(shù)后疼痛緩解程度與手術(shù)時(shí)間具有一定相關(guān)性。Bechara等[4]通過(guò)MRI指數(shù)評(píng)估，每個(gè)患者中退變程度最嚴(yán)重與最輕微的椎間盤(pán)與影像學(xué)參數(shù)具有最高的負(fù)相關(guān)與正相關(guān)系數(shù)程度。所有主觀參數(shù)均具有較低的相關(guān)系數(shù)和回歸擬合度。與常規(guī)序列相比，磁共振三點(diǎn)法非對(duì)稱(chēng)回波水脂分離成像結(jié)合擾相梯度回波序列(Iterative Dixon water fat separation with Echo asymmetry and Least squares estimation and with spoiled gradient recalled echo，IDEAL-SPGR)在診斷軟骨損傷的分級(jí)方面具有更高的準(zhǔn)確性，但I(xiàn)DEAL-SPGR在診斷軟骨損傷的靈敏度和特異性方面沒(méi)有明顯差異[15]。

ADC值在探究椎間盤(pán)退行性病變的水分子擴(kuò)散受阻[16]、神經(jīng)根受壓等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[17-21]。Li等[2]采用擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)追蹤腰椎間盤(pán)突出神經(jīng)纖維素，發(fā)現(xiàn)退行病變處的FA值及ADC值存在明顯變化。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)DWI能有效區(qū)分退行性病變與感染性異常等病變[22]；相關(guān)研究采用DWI序列分析不同年齡段患者的腰椎間盤(pán)退行性病變，發(fā)現(xiàn)腰椎骨髓ADC值隨著年齡的增長(zhǎng)呈線(xiàn)性下降趨勢(shì)，反映了骨髓轉(zhuǎn)化過(guò)程中細(xì)胞組成的逐漸變化趨勢(shì)[23]；ADC值的變化被認(rèn)為是壓迫神經(jīng)根的水腫及Wallerian變性引起的。

本研究結(jié)果顯示椎間盤(pán)退行性病變的ADCstandard值在不同穿刺階段差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而ADCstandard值是經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)ADC值，代表水分子的擴(kuò)散狀況，包含少量的血流灌注信息，因此不僅反映了水分子的擴(kuò)散受限，同時(shí)可能也反映了血流灌注的異常。ADCfast值可無(wú)創(chuàng)反映不同椎間盤(pán)不同穿刺階段的血流灌注信息，本研究結(jié)果顯示不同穿刺階段的ADCfast值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在微細(xì)結(jié)構(gòu)上反映了血流信息未發(fā)生顯著改變，微循環(huán)未發(fā)生明顯變化。ADCslow剔除了血管內(nèi)水的血流灌注的影響，精確反映了水分子真實(shí)的擴(kuò)散情況，使其測(cè)量較常規(guī)DWI序列更加準(zhǔn)確，本研究中發(fā)現(xiàn)其值在不同組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，是水分子擴(kuò)散受阻的結(jié)果，可能與神經(jīng)根等組織的水腫有關(guān)。DDC是拉伸指數(shù)模型的重要參數(shù)，是標(biāo)準(zhǔn)ADC的拉伸指數(shù)模型表現(xiàn)形式，代表表觀擴(kuò)散率在體素中的分布情況，其值在不同組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，是組織水分子微循環(huán)變化的結(jié)果。

本研究以基于IVIM的雙指數(shù)模型多b值DWI為基礎(chǔ)，分析了各定量參數(shù)的意義，為研究椎間盤(pán)微細(xì)結(jié)構(gòu)提供了影像學(xué)基礎(chǔ)。但本研究同時(shí)存在以下不足：①由于實(shí)驗(yàn)中不可控因素，導(dǎo)致樣本量較少，可能會(huì)使研究結(jié)果存在一定誤差；②本研究以鼠尾椎間盤(pán)為研究對(duì)象，模擬椎間盤(pán)退行性病變，研究其不同針刺時(shí)間點(diǎn)的影像學(xué)表現(xiàn)差異，由于目前缺乏鼠尾椎間盤(pán)病理學(xué)的相關(guān)研究資料，亦需要病理學(xué)研究與臨床分期相對(duì)應(yīng)。

綜上所述，多b值DWI的各定量參數(shù)在描述血管內(nèi)水的血流灌注及血管外水的擴(kuò)散效應(yīng)中有廣闊的應(yīng)用前景，也將在椎間盤(pán)退行性病變的診斷中發(fā)揮重要作用。

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