基于MRI定量評(píng)估終板變性與椎間盤退變的相關(guān)性分析

黃曉姍 樊樹峰 高智峰 向軍益 黃時(shí)強(qiáng)

軟骨終板（CEP）是椎間盤與椎體間的透明軟骨，是椎體最薄弱的地方。軟骨終板作為椎間盤的重要組成部分，在維持椎間盤的結(jié)構(gòu)完整性、營養(yǎng)供應(yīng)和傳導(dǎo)應(yīng)力分散中起重要作用［1］，終板變性是腰椎間盤退變的始動(dòng)因素［2］，參與或加速椎間盤的退變。近年來水脂分離技術(shù)（Dixon）被廣泛用于各臨床檢查，水脂分離技術(shù)可同時(shí)獲取水像圖和脂像圖，其中脂像圖反映脂肪信號(hào)，被廣泛用于椎體、肝臟、肌肉等方面脂肪的定量測定，而水像圖反映是水信號(hào)，可用于水含量的測定。最新研究顯示IDEAL-SPGR、IVIM、T2mapping 等MRI技術(shù)可用于分析和測量軟骨終板水含量的變化，反映終板變性程度。然而，這些技術(shù)掃描時(shí)間長、后處理復(fù)雜，難以在臨床檢查廣泛推廣。本研究旨在采用一種簡易、方便的MRI 技術(shù)即Dixon 測量軟骨終板的水含量，同時(shí)在T2WI 矢狀圖上測量終板凹角（ECA），用于評(píng)估終板的變性程度，并分析其與椎間盤退變的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2020年3月至2021年1月本院79例體檢或由于腰痛就診患者的臨床及腰椎影像資料，男36 例，女43 例；年齡12～68 歲，平均年齡（46.7±12.3）歲。（1）納入標(biāo)準(zhǔn)：①體檢或臨床癥狀腰痛；②腰椎無外傷及手術(shù)病史；③無MR 檢查的相關(guān)禁忌證。（2）排除標(biāo)準(zhǔn)：①BMI ≥28 kg/m2；②腰椎有器質(zhì)性病變（腫瘤、畸形、炎癥、許莫氏結(jié)節(jié)等）；③患者配合能力差，無法堅(jiān)持或長時(shí)間堅(jiān)持。所有腰椎間盤退變患者均按Pfirrmann（PM）分級(jí)［3］進(jìn)行評(píng)估和分類。

1.2 方法（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：MRI 掃描采用SIEMENS MAGNETON Avanto 1.5T 磁共振掃描系統(tǒng)；圖像后續(xù)觀察處理系統(tǒng)采用SIEMENS syngo MRI 后處理工作站。（2）檢查方法：MRI 檢查：患者采用仰臥位，頭先進(jìn)。線圈選取脊柱線圈，矢狀位參數(shù)包括①T1WI：TR 400 ms，TE 11 ms；T2WI：TR 3000 ms；TE 100 ms；層厚4 mm；層距0.4 mm；FOV 30 cm×30cm；② Dixon：TR 3000 ms；TE 90 ms；層厚 4 mm；層距0.4 mm；FOV 30 cm×30 cm。

1.3 圖像后處理及數(shù)據(jù)測量 圖像由2 名不同級(jí)別的MRI 診斷醫(yī)師采用雙盲法獨(dú)立判讀。排除T1WI、T2WI顯示腰椎Modic 改變或Schmorl 結(jié)節(jié)的椎體。Pfirrmann分級(jí)由兩位診斷醫(yī)師根據(jù)T2WI 正中矢狀位圖像確定；當(dāng)意見不一致時(shí)，由更高級(jí)別診斷醫(yī)師評(píng)估為準(zhǔn)。在T2WI 圖上：（1）測量L1～S1 各椎體終板ECA（見圖1），ECA 測量：在腰椎中央矢狀面T2WI 上，椎體骨端板呈弧形，從弧形頂部/底部沿端點(diǎn)畫一條線，這兩條線之間的角度被認(rèn)為是ECA；（2）視覺評(píng)估各椎間盤Pfirrmann 分級(jí)。在Dixon 所得水像圖經(jīng)水像圖/水像圖+脂像圖的后處理，得到水含量百分比圖像，在此圖像上測量L1-S1 各CEP 水含量值（見圖2），將感興趣區(qū)（ROI）設(shè)在CEP 的中心，顯示椎間盤退變最突出、最具代表性的特征；測量3 次，取平均值。

圖1 終板凹角（ECA測量）

圖2 軟骨終板水像圖后處理偽彩圖軟骨終板水含量測量

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料用（）表示，多組間比較采用單因素方差分析，多重比較采用最小顯著性差異檢驗(yàn)，采用Spearman 秩相關(guān)分析CEP 水含量及ECA 與椎間盤PM 分級(jí)的相關(guān)性，其中r>0.7、0.5

2 結(jié)果

2.1 不同PM 分級(jí)椎間盤個(gè)數(shù) 在T2WI 矢狀圖像上，根據(jù)椎間盤的信號(hào)采用PM 分級(jí)，共395 個(gè)椎間盤，PM Ⅰ32 個(gè)，PM Ⅱ127 個(gè)，PM Ⅲ134 個(gè)，PM Ⅳ90個(gè)，PM Ⅴ12 個(gè)。

2.2 軟骨終板（CEP）水含量值及終板凹角（ECA）終板共790 個(gè)，由于椎體Modic 改變及許莫氏結(jié)節(jié)、PM V 級(jí)椎間盤均會(huì)影響CEP 水含量及ECA 的測量，剔除30 個(gè)終板，因此CEP 水含量測定納入760 個(gè)終板；由于L5/S1 下終板基本呈平直角度，因此在測量ECA 時(shí)剔除所有L5/S1 下終板79 個(gè)，最終711 個(gè)ECA 納入分析。不同椎間盤PM 分級(jí)，CEP 的水含量和ECA 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）（見表1、2）。

表1 不同PM分級(jí)椎間盤上下CEP含水量（%）

表2 不同PM分級(jí)椎間盤上下椎體終板ECA（°）

2.3 CEP 水含量值及ECA 與椎間盤PM 分級(jí)的相關(guān)性 CEP 含水量與椎間盤退變呈負(fù)相關(guān)，ECA 與椎間盤退變呈中等正相關(guān)，CEP 的含水量與椎間盤PM 分級(jí)相關(guān)性更高（見表5）。

表4 CEP含水量和ECA與椎間盤退變的相關(guān)性

3 討論

終板MRI Dixon 序列可以同時(shí)獲取脂像圖及水像圖，其中水像圖的信號(hào)強(qiáng)化主要由水含量決定，CEP 水含量值可由水像圖經(jīng)過后處理所測得。CEP 水含量影響椎間盤營養(yǎng)物質(zhì)的滲透，Dixon 水像圖經(jīng)過后處理所得偽彩圖，不僅能夠較清楚顯示CEP 的位置，同時(shí)能夠定量測量CEP 的水含量，椎間盤之間的營養(yǎng)擴(kuò)散在較大程度上依賴于CEP 的中央部分。從生物力學(xué)角度看，椎間盤負(fù)荷和應(yīng)力傳導(dǎo)的重新分配也主要依賴CEP，大部分應(yīng)力作用于最薄弱的區(qū)域，即中央?yún)^(qū)域［4］。因此測量CEP 含水量感興趣區(qū)域置于CEP 中心；終板凹形不僅有利于應(yīng)力的分布，也有利于營養(yǎng)物質(zhì)的供給，終板凹形形態(tài)的改變可由ECA 來量化。

本資料結(jié)果顯示，椎間盤PMI、II、III、IV 不同級(jí)別，CEP 水含量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，隨著椎間盤退變加重，CEP 水含量明顯減低，椎間盤PMIII 和IV 級(jí)的CEP 含水量值明顯低于椎間盤PM Ⅰ和II 級(jí)的CEP含水量值，與萬葉達(dá)［5］、陳曉峰等［6］研究結(jié)果一致。CEP 是椎間盤的重要組成部分，由于椎間盤無血管結(jié)構(gòu)，其營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)幾乎全部依靠終板的物質(zhì)交換。有證據(jù)表明［7］，CEP 的組織學(xué)變化總是在髓核的組織學(xué)變化之前，在椎間盤退變前，CEP 中常存在明顯結(jié)構(gòu)和功能的改變。隨著年齡的增長，人體骨質(zhì)退化，CEP含水量及蛋白多糖、膠原蛋白減少，降低CEP 的物質(zhì)交換率，限制營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。另有學(xué)者［8］證實(shí)，嚴(yán)重退化的人椎間盤中軟骨鈣離子含量較高抑制膠原蛋白和聚集蛋白聚糖的合成能力，進(jìn)而抑制組織的水合作用，從而阻礙溶質(zhì)的擴(kuò)散，降低CEP 的轉(zhuǎn)運(yùn)營養(yǎng)物質(zhì)的功能。同時(shí)隨著年齡的增長，CEP組織中硫酸角蛋白與硫酸軟骨素的增加和膠原蛋白含量的減少，進(jìn)一步降低CEP組織中水分含量［9］，最終導(dǎo)致CEP 的滲透率降低，轉(zhuǎn)運(yùn)功能下降，椎間盤發(fā)生退變，本資料結(jié)果也證實(shí)隨著CEP 含水量的降低，椎間盤退變加重，椎間盤退變PM IV 級(jí)含水量最低，最低值含水量僅22%，且各軟骨終板的含水量值與椎間盤退變的相關(guān)系數(shù)均>0.7，表明軟骨終板的含水量嚴(yán)重影響椎間盤退變。在椎間盤結(jié)構(gòu)正常時(shí)，由于終板凹形結(jié)構(gòu)，終板承受的壓力重要集中于終板中央?yún)^(qū)，而隨著年齡的增長及椎間盤退變程度的加重，作用于終板上的力由中央?yún)^(qū)向外周移動(dòng)，在長期應(yīng)力負(fù)荷下，隆起的終板外周逐漸降低高度，最終導(dǎo)致椎體終板趨向平坦型，當(dāng)終板應(yīng)力突破極限時(shí)，終板形成贅生物，其形態(tài)表現(xiàn)為不規(guī)則型［10］，應(yīng)力的改變最終導(dǎo)致椎間盤退變［11］。肖龍等［12］認(rèn)為ECA 增大，總應(yīng)力面積增大，單位面積內(nèi)應(yīng)力減小，是椎體適應(yīng)生物力學(xué)變化的自我保護(hù)機(jī)制，能夠降低椎體及椎間盤的損傷；其結(jié)果也證明隨著椎間盤退變程度的加重，ECA 角度增大。本資料結(jié)果也證實(shí)椎體ECA 與腰椎間盤退變呈正相關(guān)，椎間盤PM IV 級(jí)ECA 與PMIII、PMII 和I 級(jí)ECA 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，隨著椎間盤退變程度加重，ECA 呈增大趨勢，ECA 與椎間盤退變呈中等相關(guān)性。對(duì)比正常椎間盤（PMI 級(jí)），早期退變椎間盤（PMII、III 級(jí)）的CEP 含水量值明顯減低，ECA 角度呈增大趨勢，表明CEP 含水量值及ECA 角度能夠在早期反映椎間盤退變的情況，有研究表明椎間盤早期退變狀態(tài)下，利用鈣離子通道阻滯劑等藥物可以強(qiáng)化CEP功能，增加椎間盤營養(yǎng)，改善或延緩椎間盤的退變［13］。

軟骨終板的含水量及終板凹角能夠較好反映終板變性程度，與椎間盤退變密切相關(guān)。MRI 測量軟骨終板含水量及終板凹角可用于診斷腰椎間盤早期退變，對(duì)預(yù)防椎間盤退變具有重要臨床意義。