MRI彌散加權(quán)成像在腰椎間盤退變分級中的應(yīng)用價值

韓璽銘,朱兵兵,劉鳳霞,馬景旭,王 紅

（新疆醫(yī)科大學(xué)1基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖教研室,烏魯木齊 830011；2第二附屬醫(yī)院影像中心,烏魯木齊 830000）

全球約2/3的成年人曾出現(xiàn)不同程度的腰腿痛，并且已經(jīng)成為全球最大的公共衛(wèi)生問題之一[1-2]。主要表現(xiàn)為下腰痛、下肢放射性痛，嚴(yán)重時會直接影響患者的生活質(zhì)量，給家庭和社會造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)[3]。研究發(fā)現(xiàn)，椎間盤退變(lumbar degenerative disease，LDD)是腰腿痛的發(fā)病基礎(chǔ)[4]。椎間盤作為無血管組織，其營養(yǎng)供應(yīng)依賴終板和周圍毛細(xì)血管的滲透[5]。糖尿病、高脂血癥會嚴(yán)重破壞椎間盤周圍的毛細(xì)血管網(wǎng),造成椎間盤營養(yǎng)缺乏，增加LDD的患病率。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是臨床上檢查腰椎間盤疾病的首選方法，根據(jù)椎間盤信號的變化以及椎體形態(tài)的改變做出相應(yīng)診斷。彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)技術(shù)作為一種MRI功能成像方法，其定量指標(biāo)表觀彌散系數(shù)(appar?ent diffusion coefficient，ADC)可以宏觀的描述水分子的移動[6]。目前，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)DWI技術(shù)被廣泛使用，在骨肌系統(tǒng)的應(yīng)用尚有報道。本研究通過評估DWI技術(shù)在腰椎間盤退變中的應(yīng)用價值，分析DWI與糖尿病患者和高脂血癥患者的關(guān)系，以期為腰椎間盤退變等級的評估提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究對象收集2018年9月－2020年6月因腰腿痛來第二附屬醫(yī)院就診的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①有半年以上腰腿痛病史；②年齡不小于20周歲；③腰部無外傷史。排除標(biāo)準(zhǔn)：①不能配合檢查的患者；②有脊柱炎癥、結(jié)核、腫瘤等；③血糖、血脂均升高的患者。所有患者均簽署知情同意書。符合上述標(biāo)準(zhǔn)的受試者共294例，男性143例，年齡21~80歲，平均年齡（50.87±11.89）歲，女性153例，年齡25~80歲，平均年齡（50.01±12.13）歲。

1.2 MRI掃描MRI采用Philips 1.5T核磁共振掃描儀，行常規(guī)腰椎MRI及DWI矢位掃描。掃描參數(shù)：矢位T1加權(quán)，TR350 ms，TE10 ms；矢位T2加權(quán)，TR2400 ms，TE100 ms；軸位T2加權(quán)，TR2600 ms，TE125 ms，層厚2.0 mm，間隔0.5 mm。DWI序列掃描參數(shù)：TR2650 ms，TE55 ms，視野35×35 cm，矩陣130×90，b值取0、600 s/mm2，層厚3 mm，間隔1.5 mm。

1.3 腰椎間盤退變Pfirrmann（Pm）分級[7]由兩名主治及以上醫(yī)師根據(jù)Pm分級標(biāo)準(zhǔn)在T2加權(quán)矢位上對髓核信號強(qiáng)度和椎間隙高度將椎間盤退變程度分為I~V級。

1.4 圖像處理將DWI圖像傳入Philips工作站，自動形成表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）圖，在ADC圖中手動勾畫椎間盤髓核區(qū)域作為感興趣區(qū)（regions of interest,ROI），大小約45~65 mm2（圖1d、2d），每個椎間盤測量3次取平均值，以上工作由從事MRI診斷工作5年以上醫(yī)師完成。

1.5 糖尿病、高脂血癥患者數(shù)據(jù)的收集收集294例研究對象的空腹血糖、膽固醇和甘油三酯，并記錄數(shù)據(jù)。按照臨床診斷高糖、高脂患者的標(biāo)準(zhǔn)[8]分為正常組、高血糖組和高血脂組3個亞組，分別為177例、40例、77例。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析所有數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件處理，定量數(shù)據(jù)以計量資料均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。采用ANOVA分析不同腰椎間盤退變等級的ADC值差異；分析相同節(jié)段不同亞組間ADC值的差異，進(jìn)一步比較采用SNK法。采用Spearman法分析Pm分級和ADC值的關(guān)系。應(yīng)用多元線性回歸分析年齡、血糖、膽固醇、甘油三酯對ADC值的影響，以P<0.05差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同腰椎間盤Pm分級的ADC值比較共1 470個椎間盤，Pm I~V級椎間盤數(shù)量，見表1。不同級別的椎間盤ADC值差異顯著（P<0.001），其中Pm II級和III級較多。圖像分析發(fā)現(xiàn)部分椎間盤發(fā)生膨出、突出和椎間隙狹窄等退變見圖1、2。

表1 各級椎間盤ADC值的比較（×10-3 mm2/s）

圖1 腰椎退行改變伴腰椎間盤突出圖

圖2 腰椎生理曲度僵直伴部分椎體終板退變圖

2.2 Pm分級與ADC值的相關(guān)性腰椎間盤Pm分級與ADC值呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)(r＝－0.823，P<0.001)，見圖3。

圖3 椎間盤Pm分級與ADC值相關(guān)性分析的散點(diǎn)圖

2.3 不同亞組間ADC值的比較相同腰椎間盤節(jié)段不同亞組之間ADC值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)，見表2；SNK法比較相同節(jié)段正常組ADC值均大于高糖組和高脂組，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見圖4。

圖4 各節(jié)段腰椎間盤正常組ADC值均大于高糖組和高脂組

表2 不同亞組之間各節(jié)段腰椎間盤ADC值的比較（×10-3mm2/s）

2.4 ADC值的影響因素多元線性回歸顯示膽固醇與ADC值無相關(guān)性（P＞0.05）。ADC值的大小受年齡、血糖、甘油三酯的影響，呈負(fù)相關(guān)（P<0.005）。見表3。

表3 多元線性分析年齡、血糖、膽固醇、甘油三酯對ADC值的影響

3 討論

近幾年越來越多的MRI功能成像技術(shù)如：DWI、DTI、MRS、磁化傳遞等技術(shù)應(yīng)用到椎間盤退變的診斷中[9]，由以往形態(tài)學(xué)階段發(fā)展到定量分析的階段[10]。DWI技術(shù)作為一種簡便的檢查方法，其定量指標(biāo)ADC值可以宏觀的描述水分子的移動。目前，DWI技術(shù)應(yīng)用到全身多個系統(tǒng)的影像診斷中，如中樞神經(jīng)系統(tǒng)、認(rèn)知功能障礙的評估、心肌纖維的走形、骨關(guān)節(jié)等[11-12]。本研究選擇21~80歲腰痛患者作為研究對象，并根據(jù)高血糖、高血脂的臨床診斷指標(biāo)分為三個亞組進(jìn)行比較，定量評估不同腰椎間盤退變等級ADC值的變化，為進(jìn)一步探討髓核中水分子的彌散情況提供基礎(chǔ)。

Pm分級系統(tǒng)于2001年提出[13]，目前廣受大家認(rèn)可。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)椎間盤的ADC值隨Pm等級增加而降低，二者呈顯著負(fù)相關(guān)，與以往的研究結(jié)果一致[14]。原因?yàn)樽甸g盤髓核具有較強(qiáng)的儲水功能，其主要原因是組織結(jié)構(gòu)疏松的蛋白多糖和II型膠原纖維的存在。當(dāng)椎間盤發(fā)生退變時，由于髓核中膠原纖維成分增加，蛋白多糖合成量下降，儲水量減少，水分子運(yùn)動明顯受限，從而導(dǎo)致ADC值變小。所以本研究運(yùn)用DWI對水分子具有強(qiáng)敏感性這一優(yōu)勢在評估椎間盤退變中發(fā)揮重要作用。

本研究通過多元線性回歸發(fā)現(xiàn)年齡與ADC值呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)前，年齡作為椎間盤退變的主要影響因素已被反復(fù)證實(shí)，但其影響機(jī)制目前尚不明確[15]。Norbert Boos[16]研究發(fā)現(xiàn)椎間盤退變最早開始于青少年時期，隨著細(xì)胞基質(zhì)黏液樣變性和終板結(jié)構(gòu)紊亂，在31~50歲椎間盤退變持續(xù)增加，最終導(dǎo)致髓核水分減少，瘢痕修復(fù)組織增生，T2WI圖像上呈低信號，稱為“黑間盤”。褚相樂等[17]報道，ADC值的變化可以用來量化椎間盤的退變程度，但r值明顯低于本研究結(jié)果，其研究對象為30~50歲青壯年人群，身體各項(xiàng)機(jī)能處在相對平衡時期，所以相關(guān)系數(shù)低于本研究結(jié)果。在體外研究發(fā)現(xiàn)，由于年齡的增長，毛細(xì)血管減少，細(xì)胞氧化能力降低，無氧酵解產(chǎn)生酸性物質(zhì)增加，椎間盤在酸性環(huán)境中將增加其分解代謝[18]。其次，年齡的增長伴隨椎間盤內(nèi)細(xì)胞的衰老，降低各種細(xì)胞代謝因子和降解酶的表達(dá)，使椎間盤周圍的微環(huán)境不斷惡化，進(jìn)一步加快椎間盤的退變[19]。所以通過本研究可以進(jìn)一步證實(shí)年齡是椎間盤發(fā)生退變的關(guān)鍵因素。

椎間盤退變引起的下腰痛的眾多因素中營養(yǎng)供應(yīng)降低也是主要原因之一[20]。有學(xué)者認(rèn)為首先在高糖、高脂狀態(tài)下改變椎間盤細(xì)胞的外環(huán)境，PH降低，其次微血管病變將影響椎間盤的營養(yǎng)供應(yīng)，不能及時排出代謝產(chǎn)物，進(jìn)一步加劇椎間盤的退變。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)高糖組、高脂組的ADC值均小于正常組，說明高糖、高脂患者較正常人更易發(fā)腰椎間盤退變，這與Kad等[21]研究結(jié)果相同。由于高糖環(huán)境將產(chǎn)生氧化應(yīng)激作用、自噬作用或醛糖還原酶的異常代謝[22]，加速椎間盤內(nèi)細(xì)胞的凋亡，繼而導(dǎo)致椎間盤的退變。膽固醇、甘油三酯對血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞有很強(qiáng)的毒性，可加速血管損傷及斑塊形成，阻斷血管營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸，引起椎間盤營養(yǎng)缺乏。此外，高脂應(yīng)急狀態(tài)下將激活炎性因子，并且炎性因子在椎間盤的退變中發(fā)揮重要作用[23]。同時，研究人員發(fā)現(xiàn)血脂水平與促炎因子的表達(dá)呈正相關(guān)[24]，炎癥反應(yīng)隨血脂的增高而增強(qiáng)，所以當(dāng)高脂血癥患者發(fā)生腰腿痛時將加快椎間盤變性。本研究存在一定的不足，在繪制ROI時可能存在主觀的偏見，特別是髓核與纖維環(huán)分界不清時。其次研究對象應(yīng)補(bǔ)充無腰腿疼痛但有椎間盤的患者。本研究結(jié)果表明Pm等級與ADC值成負(fù)相關(guān)，但未能基于DWI技術(shù)的量化指標(biāo)制定椎間盤分級標(biāo)準(zhǔn)，這也是本研究今后的方向。

綜上，DWI技術(shù)目前是檢測活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的唯一無創(chuàng)方法，近幾年廣泛應(yīng)用于臨床診斷工作中，而且其定量指標(biāo)ADC值可以準(zhǔn)確的反應(yīng)組織內(nèi)結(jié)構(gòu)的變化。通過本研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，DWI作為一種敏感、客觀的檢查方法應(yīng)用于椎間盤退變的分級和評估椎間盤的致病因素具有重要價值。