磁共振Mapping技術(shù)診斷兔進(jìn)展期椎間盤退變

胡瑩瑩，應(yīng)金威，趙琪雯，王慶軍

1.海軍總醫(yī)院，a.放射科；b.骨科；c.病理科，北京市100048

椎間盤退變程度與脊柱相關(guān)的臨床癥狀密切相關(guān)[1]。基于多個(gè)反轉(zhuǎn)角、多個(gè)回波時(shí)間的磁共振mapping成像技術(shù)能夠評(píng)估活體椎間盤退變情況[2-3]。本研究探討磁共振mapping成像技術(shù)用于椎間盤退變的分期，以期動(dòng)態(tài)量化評(píng)估椎間盤退變。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

健康成年新西蘭兔10只，由海軍總醫(yī)院醫(yī)學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào)SCXK(京)2017-0002。雄雌不限，年齡(3±0.25)個(gè)月，平均體質(zhì)量(3.2±0.21)kg。所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均嚴(yán)格遵照《關(guān)于善待實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的指導(dǎo)性意見》處理。

1.2 分組及檢查

動(dòng)物造模前行X線平片檢查，排除有脊椎側(cè)彎、骨關(guān)節(jié)炎、脊柱炎癥等疾病以及Pfirrmann分級(jí)Ⅰ級(jí)以上的自發(fā)椎間盤退變情況。

1.3 造模方法[4]

動(dòng)物術(shù)前禁食水12 h，建立耳緣靜脈通道。3%戊巴比妥鈉溶液1 ml/kg腹腔注射麻醉，頭孢唑啉鈉0.5 g靜滴維持。術(shù)區(qū)備皮，左側(cè)臥位，固定四肢，消毒、鋪巾。取腹部后外側(cè)縱行切口10 cm，腹外斜肌與背部肌肉間鈍性分離，腹膜外入路進(jìn)入，到達(dá)椎體側(cè)前方，必要時(shí)咬除橫突以增加手術(shù)野。以髂嵴最高點(diǎn)為標(biāo)志(平L6椎體)，暴露L1～S1椎間隙。平行終板方向，21 G穿刺針(美國COOK醫(yī)療器械公司)套5 ml注射器刺入椎間盤約5 mm，將注射器抽至5 ml處維持5 s，抽吸髓核組織，可感覺到明顯的阻力并完全回彈，髓核充填到針頭內(nèi)，將針頭內(nèi)容物推出，可見膠凍狀髓核組織。沖洗后逐層縫合切口。術(shù)后禁食1 d，頭孢唑啉鈉0.5 g肌注預(yù)防感染，碘伏消毒切口。

1.4 數(shù)據(jù)采集及后處理

每只新西蘭兔分別于造模前、造模后1個(gè)月和3個(gè)月行腰椎磁共振檢查。使用西門子3.0 T磁共振掃描儀，20通道頭頸聯(lián)合線圈，足先進(jìn)仰臥位，定位掃描后行常規(guī)矢狀位T2WⅠ和T1WⅠ。T2WⅠ掃描參數(shù)：TR 3500 ms，TE 103 ms，F(xiàn)OV 26×26 cm，層厚 3 mm，層間距0 mm。T1WⅠ掃描參數(shù)：TR 550 ms，TE 9 ms，F(xiàn)OV 26×26 cm，層厚3 mm，層間距0 mm。然后行矢狀位多TE回波序列T2mapping掃描及多個(gè)反轉(zhuǎn)角的T1mapping掃描，兩個(gè)mapping圖像定位平面同T2WⅠ和T1WⅠ保持一致。T2mapping掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 10.5 ms、21.0 ms、 31.5 ms、 42.0 ms、52.5 ms、63.0 ms，F(xiàn)OV 125×250 mm，層厚 3 mm，層間距0 mm，矩陣256×256。T1mapping掃描參數(shù)：翻轉(zhuǎn)角 5°、26°，TR 15 ms，TE 1.92 ms，F(xiàn)OV 120×240 mm，層厚3 mm，層間距0 mm，矩陣256×256。

T2WⅠ、T1WⅠ及mapping圖像均導(dǎo)入后處理工作站Syngo。由3名工作5年以上有經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)生對(duì)新西蘭兔L1～S1共6個(gè)椎間盤進(jìn)行定性和定量評(píng)估，這三名影像科醫(yī)生均不知道椎間盤病理情況。Pfirrmann分級(jí)[5]：由2名影像科醫(yī)生根據(jù)T2WⅠ椎間盤信號(hào)和形態(tài)，進(jìn)行獨(dú)立分級(jí)，若意見不統(tǒng)一，則由第3名醫(yī)生參與，意見統(tǒng)一后定級(jí)。mapping圖像測量：在正中矢狀面T2WⅠ上，由2名影像科醫(yī)生協(xié)商勾畫感興趣區(qū)(region of interest,ROⅠ)，包含髓核和纖維環(huán)，約0.3 cm2。然后將ROⅠ拷貝到同層面T2mapping和T1mapping圖像中(圖1)，分別獲取T2值和T1值。重復(fù)測量3次，取均值。

1.5 病理分析

造模后3個(gè)月完成MRⅠ檢查后，空氣栓塞法處死動(dòng)物，迅速游離并取出6個(gè)節(jié)段椎間盤，生理鹽水反復(fù)沖洗，4%多聚甲醛固定24 h，15%EDTA脫鈣2周，梯度酒精脫水，二甲苯透明，石蠟包埋，切片厚5μm，分別行HE和番紅O染色。鏡下觀察椎間盤形態(tài)、髓核細(xì)胞和膠原變化。由2名病理科醫(yī)師協(xié)商決定是否為進(jìn)展期退變，以及進(jìn)展期退變分級(jí)[6]。非進(jìn)展期退變：纖維化與髓核分界輕度不清，髓核少量染色減少，髓核中有裂隙，細(xì)胞簇＞50%。進(jìn)展期退變：纖維化與髓核分界明顯不清，髓核大量染色減少或無染色，髓核中裂隙延伸到髓核邊緣并累及纖維環(huán)，細(xì)胞簇＜50%。見圖2。

圖1 腰椎間盤影像

圖2 兔腰椎間盤退變病理

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用Medcalc軟件處理數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)資料用頻數(shù)表示。計(jì)量資料用(ˉ±s)表示，造模前、后不同時(shí)間點(diǎn)間采用單因素方差檢驗(yàn)，兩兩比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)。以病理結(jié)果為依據(jù)，用接受者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線分析各診斷指標(biāo)對(duì)于判斷進(jìn)展期椎間盤退變的診斷效能。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)過程中因麻醉過量死亡3只，最終7只42個(gè)椎間盤納入統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 Pfirrmann分級(jí)

造模前，椎間盤大部分處于PfirrmannⅠ級(jí)，隨時(shí)間推移，椎間盤退變程度逐漸加重，分級(jí)升高。見表1。

表1 椎間盤造模前后Pfirrmann分級(jí)(n)

2.2 T1值

造模前后，T1值總體上未見顯著性差異(P＞0.05)。兩兩比較顯示，L6～S1間盤T1值造模前與造模后3個(gè)月間存在顯著性差異(P＜0.05)。造模后3個(gè)月時(shí)，L2-3、L4-5、L5-6間盤T1值較造模后1個(gè)月有降低趨勢。見表2。

2.3 T2值

造模后，椎間盤T2值下降(P＜0.05)；造模后1個(gè)月與3個(gè)月比較，僅L6～S1間盤T2值升高(P＜0.05)，其余椎間盤T2均呈降低趨勢，但無顯著性差異(P＞0.05)。見表3。

2.4 病理分期

造模后3個(gè)月，34個(gè)椎間盤為進(jìn)展期退變，8個(gè)為非進(jìn)展期。

2.5 ROC曲線分析

診斷進(jìn)展期椎間盤退變的能力從高到低依次為：T2mapping+T1mapping=T2mapping＞T1mapping＞Pfirrmann分級(jí)。單獨(dú)應(yīng)用T2mapping鑒別診斷進(jìn)展期椎間盤退變時(shí)，曲線下面積、敏感性和特異性最高。見圖3、表4。

表2 造模前后椎間盤T 1值比較(ms)

表3 造模前后椎間盤T 2值比較(ms)

表4 各項(xiàng)指標(biāo)診斷進(jìn)展期椎間盤退變ROC曲線診斷效能比較

圖3 各項(xiàng)指標(biāo)診斷進(jìn)展期椎間盤退變的ROC曲線

3 討論

本研究顯示，相對(duì)于臨床常用的Pfirrmann分級(jí)，磁共振mapping技術(shù)，特別是T2mapping測量可更準(zhǔn)確地判斷進(jìn)展期椎間盤退變；相對(duì)而言，T1mapping的鑒別診斷能力略差。

椎間盤由軟骨板、纖維環(huán)和髓核組成。軟骨板分上下兩塊，上下軟骨板中間包括由多層纖維軟骨環(huán)按同心圓排列而成的纖維環(huán)和位于中央的富含彈性膠狀物質(zhì)的髓核。髓核中含有黏多糖蛋白復(fù)合體、硫酸軟骨素和大量水分，纖維環(huán)主要由Ⅰ型膠原蛋白組成。椎間盤的結(jié)構(gòu)、代謝和營養(yǎng)狀況變化，導(dǎo)致髓核和纖維環(huán)組織改變，最為顯著的是水分和黏多糖蛋白復(fù)合體丟失，導(dǎo)致椎間盤能承受的負(fù)荷逐漸下降，發(fā)生退行性病變。

在活體狀態(tài)下，椎間盤退變是一個(gè)逐步發(fā)展的過程。退變發(fā)展到一定程度，出現(xiàn)纖維化與髓核分界明顯不清、髓核大量染色減少或無染色、髓核中裂隙延伸到髓核邊緣并累及纖維環(huán)等，臨床保守治療通常效果不佳，宜進(jìn)行手術(shù)干預(yù)[1,7]。基于T2WⅠ椎間盤形態(tài)和信號(hào)變化，Pfirrmann分級(jí)可以初步判斷椎間盤退變程度，但主觀性強(qiáng)、準(zhǔn)確性差[5]。本研究顯示，Pfirrmann分級(jí)診斷進(jìn)展期椎間盤退變敏感性較高，但是特異性較低，從而高估椎間盤退變程度，有過度外科治療的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

T2mapping通過測量不同TE中圖像信號(hào)強(qiáng)度，利用線性回歸方法得到T2mapping圖像，在T2mapping圖像勾畫感興趣區(qū)即可獲取組織的T2值。T2值不受主觀因素影響，能較為客觀地反映組織內(nèi)在代謝與生化信息特征[8]。理論上由于水分和黏多糖蛋白復(fù)合體丟失，退變椎間盤T2值減低。國內(nèi)外也有較多研究證實(shí)，基于T2mapping測得的T2值與椎間盤退變以及關(guān)節(jié)軟骨退變呈負(fù)相關(guān)，T2mapping可以為判斷椎間盤退變提供更為客觀的定量依據(jù)[2,5,8-9]。本研究顯示，隨著椎間盤退變的進(jìn)展，椎間盤T2值呈現(xiàn)下降趨勢，與以往研究結(jié)果一致[10-12]。本研究還顯示，T2mapping不僅可以早期反映椎間盤退變情況(造模后1個(gè)月)，還能較為準(zhǔn)確地將非進(jìn)展期椎間盤退變與進(jìn)展期椎間盤退變區(qū)分開來。由于T2mapping無創(chuàng)、無電離輻射、無需對(duì)比劑等優(yōu)勢，適合于對(duì)活體椎間盤進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，從而可為退變椎間盤外科干預(yù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的選擇提供客觀依據(jù)。與傳統(tǒng)的Pfirrmann分級(jí)相比，T2mapping明顯提升診斷特異性，從而有效避免過度治療問題。

通過翻轉(zhuǎn)角的變化，T1mapping可以定量測量組織的T1值，從而反映組織的含水量、纖維化以及膠原含量[13-15]。目前T1mapping主要用于心肌成像，國內(nèi)外均未見用于椎間盤成像的報(bào)道。本研究顯示，基于T1mapping測得的T1值其判斷進(jìn)展期椎間盤退變的能力仍然優(yōu)于Pfirrmann分級(jí)，但敏感性明顯低于T2mapping。將T2mapping和T1mapping聯(lián)合應(yīng)用，診斷效能與單獨(dú)使用T2mapping相似。臨床工作中，只需加掃T2mapping即可，沒有必要行T1mapping掃描。

本研究樣本量較小，由于麻醉原因造成部分動(dòng)物突發(fā)死亡，隨訪檢查時(shí)間較短。有待進(jìn)一步研究改進(jìn)，并進(jìn)行長期隨訪。

綜上所述，磁共振T2mapping和T1mapping兩種成像技術(shù)均可判斷進(jìn)展期椎間盤退變，為臨床治療方案的選擇提供影像學(xué)依據(jù)。其中T2mapping較T1mapping更具優(yōu)勢，在常規(guī)椎間盤MRⅠ檢查中加掃T2mapping即可滿足需要。