基于T2mapping成像的后纖維環(huán)與腰椎間盤(pán)突出相關(guān)性研究

溫群,魏春曉,王嬌燕,孟凡華,譚文莉

(1.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院,上海 200021;2.復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院,上海 200040)

椎間盤(pán)是脊柱中重要的聯(lián)合組織,由上下軟骨終板、膠狀的髓核(nucleus pulposus,NP)與同心圓片狀纖維環(huán)組成[1]。纖維環(huán)是一種復(fù)雜的、非均勻、各向異性的層狀結(jié)構(gòu),主要由纖維軟骨組成。后纖維環(huán)是椎間盤(pán)突出癥(intervertebral disc herniation,DH)發(fā)展的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

MRI能夠評(píng)估椎間盤(pán)的組織結(jié)構(gòu),并且對(duì)椎間盤(pán)的一些成分進(jìn)行測(cè)量[2-4]。T2 mapping對(duì)椎間盤(pán)中膠原蛋白和水含量的變化敏感[5]。有研究表明,T2值隨椎間盤(pán)退變程度的加重而降低[6-8],T2值與椎間盤(pán)退變程度呈負(fù)相關(guān),具有區(qū)分NP與纖維環(huán)的能力[9]。盡管T2 mapping提供了測(cè)量椎間盤(pán)退行性變的客觀方法,但很少有研究探討后纖維環(huán)與DH之間的關(guān)系。據(jù)報(bào)道,后纖維環(huán)厚度減少和結(jié)構(gòu)薄弱可能是椎間盤(pán)向后突出發(fā)生率較高的原因之一[10]。本研究的目的是,基于T2mapping成像,采用兩種不同的后纖維環(huán)分類方法,評(píng)估后纖維環(huán)與DH的發(fā)生是否存在相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究共納入80例患者(女42例,男38例),平均年齡17～80(41±16)歲,均為單次或反復(fù)發(fā)作的下腰痛。排除標(biāo)準(zhǔn):腰椎神經(jīng)根病、骨折、癌癥、炎癥性關(guān)節(jié)疾病、感染,或存在磁共振成像禁忌證,既往有脊柱手術(shù)史等。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn),獲得患者的知情同意。

1.2 MRI檢查

所有患者均在GE Signa 1.5 T掃描儀上接受檢查。受試者采取仰臥位進(jìn)行掃描。成像序列包括矢狀位T1-FSE、矢狀位及橫軸位T2-FSE、矢狀位T2 mapping。T2 mapping采用multi-echo自旋回波序列,重復(fù)時(shí)間: 1000 ms,回波時(shí)間: 8.4～67.2 ms,視野: 220×220,矩陣:256×256,帶寬:31.25,厚度:4 mm。

1.3 圖像分析

將掃描所得圖像傳至GE ADW 4.5后處理工作站,在矢狀位和橫軸位T1WI及T2WI圖像上,由2位經(jīng)驗(yàn)豐富的資深放射科醫(yī)師進(jìn)行形態(tài)學(xué)分類,將所有椎間盤(pán)分為正常椎間盤(pán)、椎間盤(pán)膨出、椎間盤(pán)突出三組。如果在一個(gè)椎間盤(pán)中同時(shí)存在膨出及突出,則歸為突出組。

選取感興趣區(qū)( region of interest,ROI ),在正中矢狀位T2圖上手工繪制,將椎間盤(pán)從前向后分為五個(gè)大小相等的矩形,每個(gè)ROI為椎間盤(pán)直徑的20%,后20%為纖維環(huán)的最后20%(posterior annulus fibrosus,PAF-20),中間60%為髓核(nucleus pulposus,NP),后10%為纖維環(huán)的最后10% (10% of posterior annulus fibrosus,PAF-10),見(jiàn)圖1。

圖1 在正中矢狀位劃分ROI。每個(gè)區(qū)域測(cè)量正中矢狀位椎間盤(pán)直徑的20%。中間60%為NP,后20%為PAF-20,后10%為PAF-10

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果

共掃描400個(gè)椎間盤(pán),其中118個(gè)(29%)正常椎間盤(pán),231個(gè)(57%)椎間盤(pán)膨出,51個(gè)(13%)椎間盤(pán)突出。各組椎間盤(pán)PAF-20、PAF-10和NP的T2值見(jiàn)表1所示:①PAF-20的T2值比較,正常椎間盤(pán)組>椎間盤(pán)膨出組>椎間盤(pán)突出組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。②PAF-10的T2值比較,正常椎間盤(pán)組>椎間盤(pán)膨出組和椎間盤(pán)突出組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);但椎間盤(pán)膨出組與椎間盤(pán)突出組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.715)。③NP的T2值比較,正常椎間盤(pán)組>椎間盤(pán)膨出組>椎間盤(pán)突出組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。

表1 各組椎間盤(pán)PAF-20、PAF-10和NP的T2值

相關(guān)性分析顯示,PAF-20與NP的T2值呈中度相關(guān)(r=0.591;P<0.01);PAF-10與NP的T2值呈弱相關(guān)(r=0.323;P<0.01),見(jiàn)圖2。

圖2 椎間盤(pán)不同部位T2值的Pearson相關(guān)關(guān)系:PAF-20與NP(A)、PAF-10與NP (B)

3 討論

腰椎間盤(pán)由NP、纖維環(huán)及上、下軟骨終板構(gòu)成[11]。腰椎間盤(pán)發(fā)生退變時(shí), 髓核中的膠原纖維不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞, 蛋白多糖濃度減少, 細(xì)胞外基質(zhì)成分合成減少[12]。

T2 mapping一般采用多回波快速自旋回波序列,是以T2弛豫時(shí)間值為基礎(chǔ)的數(shù)字化圖像,經(jīng)工作站后處理之后形成偽彩圖,通過(guò)測(cè)量ROI 得出組織中每個(gè)體素的T2值,量化反映組織中水分子狀態(tài)的變化。本研究根據(jù)MRI的檢查結(jié)果,將椎間盤(pán)分為正常椎間盤(pán)組、椎間盤(pán)膨出組及椎間盤(pán)突出組,并分別測(cè)量其T2值。結(jié)果可見(jiàn),PAF-20的T2值比較,正常椎間盤(pán)組>椎間盤(pán)膨出組>椎間盤(pán)突出組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。Alina等[13]也發(fā)現(xiàn),正常椎間盤(pán)的PAF-20 T2值明顯高于椎間盤(pán)膨出和突出組(均P<0.001),與本研究結(jié)果相同。還有一些相似的研究,也將椎間盤(pán)從前向后分為5個(gè)ROI,發(fā)現(xiàn)PAF-20的T2值減少,且與NP的T2值呈中度相關(guān),這可以解釋為PAF-20的T2值受NP的狀態(tài)影響較大[1]。椎間盤(pán)突出通常與椎間盤(pán)退變有關(guān),主要表現(xiàn)為前后纖維環(huán)的T2信號(hào)變化,出現(xiàn)這種情況的原因,可能是前后纖維環(huán)的排列方向發(fā)生變化。后纖維環(huán)的纖維含量比前纖維環(huán)薄,壓力負(fù)荷比前纖維環(huán)大,后縱韌帶比前縱韌帶弱,所以纖維環(huán)的退變更為明顯。一旦膠原蛋白的結(jié)構(gòu)被破壞,椎間盤(pán)的力學(xué)后會(huì)受到極大的干擾,而發(fā)生椎間盤(pán)突出的可能性就會(huì)增加。椎間盤(pán)退變程度進(jìn)一步加重,可能導(dǎo)致纖維環(huán)的厚度變薄和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而導(dǎo)致其T2值進(jìn)一步降低。

與正常椎間盤(pán)組相比,椎間盤(pán)突出組PAF-10的T2值明顯降低(P<0.01),結(jié)果表明,PAF-10的T2值可能是椎間盤(pán)突出的特征性表現(xiàn)。張啟川等[14]認(rèn)為,椎間盤(pán)的PAF-10存在特征性的T2弛豫時(shí)間改變,能作為一個(gè)獨(dú)立參數(shù)描述纖維環(huán)的形態(tài),預(yù)測(cè)椎間盤(pán)突出。

本研究有幾個(gè)局限性:首先,沒(méi)有進(jìn)行患者間的椎間盤(pán)比較。縱向研究有助于預(yù)測(cè)椎間盤(pán)突出或其他病理改變的風(fēng)險(xiǎn)。其次,缺乏患者的臨床資料。本研究沒(méi)有對(duì)患者使用問(wèn)卷調(diào)查進(jìn)行臨床評(píng)估。第三,沒(méi)有金標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述,對(duì)椎間盤(pán)進(jìn)行T2 mapping成像,定量測(cè)定其T2值,根據(jù)其T2值的變化能夠區(qū)分不同類型的椎間盤(pán)形態(tài)。如果PAF-10 的T2值升高,PAF-20 的T2值降低,可以提示椎間盤(pán)突出。