椎體DXA骨密度及終板IVIM相關(guān)參數(shù)與椎間盤(pán)退變的相關(guān)性

邵 穎,邢 滔, 萬(wàn) 強(qiáng),張愛(ài)娟,陳基明,袁 權(quán)

(皖南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 弋磯山醫(yī)院 影像中心，安徽 蕪湖 241001)

統(tǒng)計(jì)顯示，大量中老年人存在腰痛現(xiàn)象[1-2]。目前對(duì)于中老年腰痛的原因仍沒(méi)有明確的結(jié)論，現(xiàn)普遍認(rèn)為與椎間盤(pán)(inter vertebral disc，IVD) 的退變有一定的關(guān)系。椎間盤(pán)退變的致病因素較多，包括年齡和遺傳、脊柱受力、免疫等因素[3-4]，已證實(shí)椎間盤(pán)退變首要因素是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送不良。椎體營(yíng)養(yǎng)通道的受損，會(huì)導(dǎo)致血供減少，髓核缺乏營(yíng)養(yǎng)，最終導(dǎo)致椎間盤(pán)退變。因此，研究骨性終板(subchondral bone，SB)中的毛細(xì)管灌注和軟骨終板(cartilage endplate，CEP)區(qū)域的擴(kuò)散，對(duì)弄清椎間盤(pán)的退變?cè)蚓哂兄匾饬x。近年來(lái)體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng) (intravoxel incoherent motion，IVIM)-DWI應(yīng)用于在循環(huán)、骨肌、呼吸等方面[5-6]。體素不相干運(yùn)動(dòng)的參數(shù)有慢速擴(kuò)散系數(shù)(slow-ADC，D)、快速擴(kuò)散系數(shù)(fast-ADC，D*)和灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction,f)。本文旨在研究在椎體骨密度及終板IVIM相關(guān)參數(shù)與椎間盤(pán)退變的關(guān)聯(lián)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2018年1月～2019年12月弋磯山醫(yī)院患者的臨床及影像資料，其中男性17例，女性23例，年齡22～75歲，平均年齡(50.5±0.9)歲。

1.1.1 納入標(biāo)準(zhǔn) ①無(wú)腫瘤疾??；②腰椎無(wú)外傷及手術(shù)病史；③無(wú)MR檢查的相關(guān)禁忌證。

1.1.2 排除標(biāo)準(zhǔn) ①腰椎有器質(zhì)性病變；②患者配合能力差，無(wú)法堅(jiān)持或長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持；③圖像質(zhì)量不佳，影響后續(xù)觀察測(cè)量。

1.2 分組 基于WHO的DXA測(cè)量診斷標(biāo)準(zhǔn)骨密度分組：骨量正常組(T>-1)、骨量減少組(-1≤T≤-2.5)和疏松組(T<-2.5)；基于常規(guī)T2加權(quán)圖像對(duì)椎間盤(pán)進(jìn)行Pfirrmann分級(jí)(表1)，分為相應(yīng)的5組。

表1 傳統(tǒng)椎間盤(pán)退變的Pfirrmann分級(jí)

1.3 設(shè)備與方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 DXA采用的是美國(guó)HOLOGIC公司的C1型雙能X線(xiàn)骨密度儀，MRI掃描采用SIEMENS MAGNETON Avanto 1.5 T磁共振掃描系統(tǒng)；圖像后續(xù)觀察處理系統(tǒng)采用SIEMENS syngo MR后處理工作站以及MITK-Diffusion。

1.3.2 檢查方法 DXA檢查：患者仰臥于掃描床上，以?huà)呙璐驳闹休S線(xiàn)為參考線(xiàn)；測(cè)量部位為腰椎的L1～4。掃描管電壓為140/100 KV，管電流為2.5 mA。MRI檢查：患者采用仰臥位，頭先進(jìn)。線(xiàn)圈選取脊柱線(xiàn)圈，矢狀位參數(shù)包括①T2WI：TR 3000 ms；TE 100 ms；層厚4 mm；層距0.4 mm；FOV 30 cm×30 cm； ②T1WI：TR 600 ms,TE 11 ms層厚4 mm；層距0.4 mm；FOV 30 cm×30 cm； ③DWI：采用單次激發(fā)平面自旋回波序列，磁場(chǎng)擴(kuò)散強(qiáng)度分別取0和1000 s/mm2；TR 3000 ms,TE 85 ms層厚4 mm,層距0.4 mm；FOV 22.1 mm ×26 mm； ④IVIM-DWI：多次激發(fā)平面自旋回波序列，磁場(chǎng)擴(kuò)散強(qiáng)度梯度0、50、100、150、200、250、300、300、400、500、800、1000 s/ mm2,TR 2600 ms,TE 83 ms；層厚6 mm,層距1.1 mm；FOV 22.1 mm×26 mm。

1.4 圖像后處理及數(shù)據(jù)測(cè)量 在ADC圖上，勾畫(huà)L1～4節(jié)段每個(gè)椎體、終板及椎間盤(pán)的ROI(圖1)獲得ADC值。

紅色：L3和L4椎體；深藍(lán)色：L3下位終板和L4上位終板；淺藍(lán)色：L3/4椎間盤(pán)。

運(yùn)用MITK-Diffusion，測(cè)量范圍是L1～4節(jié)段，勾畫(huà)椎體、終板及椎間盤(pán)的ROI(如圖2所示)，總共測(cè)量3次，在測(cè)量的過(guò)程中形成對(duì)應(yīng)的參數(shù)。

紫色：L3和L4椎體；紅色：L3下位終板和L4終板；黃色：L3/4椎間盤(pán)。

2 結(jié)果

納入研究的患者共40例，160個(gè)椎間盤(pán)。骨量正?；颊?例，骨量減少患者15例，骨質(zhì)疏松患者17例。

2.1 不同椎體骨密度椎間盤(pán)ADC、終板ADC及IVIM相關(guān)參數(shù)比較 骨量減少組和骨質(zhì)疏松組上位和下位終板D*值均低于骨量正常組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而骨量減少組和骨質(zhì)疏松組上位和下位終板D*值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；3組間椎間盤(pán)ADC、IVIM的其他參數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表2。

表2 不同椎體骨密度椎間盤(pán)ADC、終板ADC及IVIM相關(guān)參數(shù)比較

2.2 不同Pfirrmann分級(jí)椎間盤(pán)ADC、終板ADC及IVIM相關(guān)參數(shù)比較 椎間盤(pán)退變Ⅴ級(jí)的椎間盤(pán)ADC值低于Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅳ級(jí)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而其他級(jí)別的椎間盤(pán)ADC值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；椎間盤(pán)退變Ⅲ級(jí)的上位終板D*值高于Ⅰ級(jí)和Ⅳ級(jí)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而其他級(jí)別的上位終板D*值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；椎間盤(pán)退變Ⅴ級(jí)的上位終板f均高于Ⅰ～Ⅳ級(jí)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，而其他級(jí)別的上位終板f值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；椎間盤(pán)退變Ⅴ級(jí)的下位終板f高于Ⅲ級(jí)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而其他級(jí)別的下位終板f值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見(jiàn)表3。

表3 不同Pfirrmann分級(jí)椎間盤(pán)ADC、終板ADC及IVIM相關(guān)參數(shù)比較

3 討論

本次研究表明隨著椎體骨密度降低，上位和下位終板的D*也隨之改變，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。已有研究表明在椎間盤(pán)的退變過(guò)程中，相鄰的骨髓因?yàn)橥俗兂潭炔煌憩F(xiàn)為不同的信號(hào)。正常的腰椎由于脂肪和造血骨髓對(duì)信號(hào)的影響，在短和長(zhǎng)的TR/TE脈沖序列上都表現(xiàn)中等信號(hào)[7-8]。正常的成人在短TR/TE脈沖序列上，椎間盤(pán)表現(xiàn)出相對(duì)均勻的低信號(hào)。在長(zhǎng)TR/TE序列上，正常髓核具有較高的信號(hào)和中心[9-10]。成人椎間盤(pán)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要由終板-髓核途徑與纖維環(huán)外周途徑供給。椎體骨密度越低，終板微血管數(shù)量越少，椎間盤(pán)營(yíng)養(yǎng)也就越少，椎間盤(pán)退變可能性越大。通椎體骨密度變化同時(shí)伴隨著終板的水分子擴(kuò)散的受限[11]。

本次研究發(fā)現(xiàn)椎間盤(pán)退變Ⅴ級(jí)的椎間盤(pán)ADC值低于Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅳ級(jí)，椎間盤(pán)退變Ⅴ級(jí)的上位終板f均高于Ⅰ～Ⅳ級(jí),椎間盤(pán)退變Ⅴ級(jí)的下位終板f均高于Ⅲ級(jí),這可能是由于退變終板的微血管數(shù)量減少，使椎間盤(pán)的血供減少，造成椎間盤(pán)代謝產(chǎn)物蓄積，加速髓核退變。f 值為灌注分?jǐn)?shù)，代表微循環(huán)灌注因素產(chǎn)生的擴(kuò)散效應(yīng)占總的擴(kuò)散效應(yīng)的比例。而f值有研究表明灌注分?jǐn)?shù)對(duì)于樣本整體的水分子擴(kuò)散效能所占的比例很有限，原因是b值的不同，并不能很好地反映灌注情況。

本研究發(fā)現(xiàn)上位終板與下位終板的ADC和IVIM參數(shù)與椎間盤(pán)的退變相關(guān)不一致。Wang等[12]研究也發(fā)現(xiàn)上位終板與下位終板椎間盤(pán)的退變不是同步進(jìn)行的。有研究人員研究了終板形狀與腰椎間盤(pán)突出癥的關(guān)系，證明同一椎間盤(pán)的上下終板前后直徑的差異是腰椎間盤(pán)退變的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，這可能是上位與下位終板參數(shù)不一致的原因。

本次研究的各分組內(nèi)的其他參數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，原因可能是患者間微循環(huán)灌注的差異并不是很顯著，也有可能是因?yàn)楸狙芯繕颖玖枯^少，導(dǎo)致差異并不顯著。

本次研究結(jié)果表明骨密度不同終板的灌注水平不同，不同退變等級(jí)的椎間盤(pán)灌注水平不同。 該研究的不足之處是：①對(duì)多b值的選擇尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；②搜集的病例中可能存在選擇的偏倚；③對(duì)于椎體骨髓、終板及椎間盤(pán)的ROI進(jìn)行勾畫(huà)可能存在一定的誤差。