陳春 郭勇 任愛軍 阮狄克

. 綜述 Review .

腰椎間盤營養(yǎng)擴散途徑的 DCE-MRI 研究進展

陳春 郭勇 任愛軍 阮狄克

椎間盤退變是頸、腰椎病發(fā)生發(fā)展的根本原因，不同程度的影響患者的生活質(zhì)量[1]。流行病學(xué)研究表明營養(yǎng)供應(yīng)減少、細胞凋亡失衡、基質(zhì)酶活性改變、生物力學(xué)機制及自身免疫反應(yīng)等均可能是導(dǎo)致椎間盤退變的重要因素[2]，營養(yǎng)物質(zhì)缺乏被認為是諸多因素中導(dǎo)致椎間盤退變的首要影響因素并被體外研究所證實[3]。當(dāng)某些病因引起營養(yǎng)椎體的血液供應(yīng)減少時，影響了髓核營養(yǎng)的輸送，最終導(dǎo)致椎間盤退變的發(fā)生。既往檢測擴散途徑的方法較多，但主要集中在離體研究上[4]，如何無創(chuàng)檢測活體對于早期預(yù)防和干預(yù)治療具有重要意義。磁共振成像 ( magnetic resonance imaging，MRI ) 應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已有 20 多年歷史，動態(tài)增強磁共振掃描 ( dynamic contrast enhanced-MRI，DCE-MRI ) 通過 MRI 對比劑進入椎間盤的快慢及多少反映椎間盤的營養(yǎng)擴散過程，具有可重復(fù)、無創(chuàng)的優(yōu)點，是一種新的分析椎間盤營養(yǎng)機制的方法，現(xiàn)將其機制進行綜述。

一、DCE-MRI 的基本原理及方法

DCE-MRI 是一種無創(chuàng)性評價病變部位血流灌注情況的技術(shù)，當(dāng)小分子順磁性對比劑經(jīng)高壓注射器靜脈團注后，對比劑通過血管迅速進入到組織內(nèi)，使組織強化達到高峰，隨著對比劑逐漸流出，進入相對平衡期，再隨著對比劑的吸收排泄使組織內(nèi)對比劑減少，組織信號強度逐漸降低。它是評價組織器官血流的新的成像方法，根據(jù)示蹤劑來源不同，分為內(nèi)源性和外源性兩種[5-6]。臨床中對于椎間盤病變的檢測多采用外源性示蹤法，應(yīng)用外源性示蹤劑 ( 如釓貝葡胺等 )，通過連續(xù)測量組織內(nèi)示蹤劑的濃度來獲取相關(guān)的血流動力學(xué)參數(shù)，其成像方式根據(jù)血液灌注率的不同分為動態(tài)成像法 ( 團注期間快速成像 ) 和穩(wěn)態(tài)成像法 ( 在恒定注射且于造影劑在血液中達到平衡濃度后成像 )[7-8]。椎間盤影像學(xué)信號的采集是通過靜脈注射顯影劑，顯影劑進入毛細血管到達組織后，會改變組織的局部磁場，使組織質(zhì)子經(jīng)歷的磁場均勻性降低，加速質(zhì)子失相位過程，從而使組織 T1時間縮短，使用對 T1時間敏感的序列測量，在顯影劑第一次通過期間重復(fù)、快速的掃描層面圖像，就會觀察到組織的信號強度增強，得到時間 - 信號強度曲線，并通過對曲線的處理獲得參數(shù)[5]，通過掃描出的動態(tài)圖像觀察造影劑的流向及流速間接判斷組織功能。正常的椎間盤營養(yǎng)途徑方向認為是從椎體依次向終板、髓核和纖維環(huán)[9]，腰椎椎體、髓核、纖維環(huán)解剖部位在 T1WI 像和 T2WI 像上較為明顯，通過造影劑增強后可以清晰的顯示。軟骨終板為附著于椎體上下緣的透明軟骨，分軟骨終板及骨性終板。在 MRI 影像中，終板的準確定位仍然不清[10]，Rajasekaran 等[11]認為由于骨性終板的信號強度改變與椎體是一致的，因此可認為軟骨終板區(qū)域增強信號改變即為終板改變。Rajasekaran 等[10]研究發(fā)現(xiàn)在T1WI 上軟骨下骨和髓核之間有一個低信號區(qū)域，此區(qū)域與其它部位最大峰值信號的出現(xiàn)不一致，他把這種隨時間增加，信號強度峰值延遲出現(xiàn)的特點定義為終板延遲，并認為正常情況下椎間盤具有終板信號增強延遲的特點可認為其形態(tài)學(xué)完整。研究發(fā)現(xiàn)終板結(jié)構(gòu)的完整性對于椎間盤整個信號強度的改變具有重要的意義[9]，通過 DCE-MRI研究認為是否具有正常的營養(yǎng)途徑擴散方向，終板信號增強延遲的典型特點和髓核信號最大峰值的出現(xiàn)延遲可確定終板形態(tài)結(jié)構(gòu)上是否保持完整。

二、椎間盤營養(yǎng)途徑擴散機制的影響因素

1. 終板結(jié)構(gòu)：目前認為椎間盤的營養(yǎng)有終板及纖維環(huán)雖有兩種途徑，但主要途徑仍存在爭議[12-13]，Rajasekaran等[10]通過 DCE-MRI 研究發(fā)現(xiàn)前后纖維環(huán)在 10 min 時信號開始增強，可能是與外層纖維環(huán)的血管有關(guān)，此時髓核內(nèi)并無強化信號，而終板區(qū)域信號峰值達到后，髓核的峰值信號才會緩慢出現(xiàn)，認為擴散主要來自于終板途徑，在影像學(xué)上給出新的機制闡述。終板是脊柱單元中較為脆弱的橋接部分，并易受力學(xué)載荷等因素影響，脊柱載荷過大可導(dǎo)致椎體軟骨終板破裂，導(dǎo)致椎間盤因營養(yǎng)供給不足出現(xiàn)退化、鈣化，代謝產(chǎn)物積聚，造成基質(zhì)破壞，細胞代謝障礙、死亡。有限元研究終板破裂可能是椎間盤退變的第一步[14]，隨后顯微觀察、標本及無創(chuàng)的 MRI 影像技術(shù)證實了此觀點[15]。Nguyen-minh 等[16]在 0.5T MRI 對 15 例腰背部疼痛患者測量椎間盤增強前后信號強度，于 10 min 內(nèi)注射 0.1 mmol / kg 的釓特醇，注射后 5 min 增補 0.2 mmol / kg 的注射量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相對于增強前，正常與退變間盤信號強度的增強幅度分別約 36% 和 21%，兩者比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義，提示終板破裂在信號改變方面起重要作用。此外，軟骨終板的自身成分與營養(yǎng)通透也有關(guān)系，含水越多，則滲透率越高，滲透速度也越快，而膠原增多和軟骨鈣化則會降低濾過能力。

2. 溶劑性質(zhì)：MRI 研究顯示營養(yǎng)物質(zhì)透過軟骨終板的能力取決于溶質(zhì)的形狀、劑量、大小和電荷[11]。椎間盤的生化成分之一蛋白多糖是一類含有多聚負離子的化合物，對水、陽離子具有較大的親和力，對陰離子則有排斥作用[17-18]，因此，離子型對比劑 ( 馬根維顯 ) 在椎間盤的擴散要慢于中性對比劑 ( 釓特醇、釓雙胺等 )。Ibrahim等[19]對 4 只兔子體內(nèi)靜脈注射馬根維顯和釓特醇，劑量均為 0.3 mmol / kg，注射后 2 h 對比二者的強化程度，發(fā)現(xiàn)注射釓特醇后椎間盤的強化明顯高于馬根維顯組。椎間盤中的固有成分也是影響擴散功能的重要影響因素之一，Nguyen-minh 等[20]發(fā)現(xiàn)帶有固有電荷的分子阻礙帶電荷的造影劑分子的運動，帶電荷的氨基葡聚糖在非成熟間盤中的含量明顯高于成熟者，推測可能與髓核中帶有較高的固定負電荷的蛋白多糖的代謝有關(guān)，但其作用機制尚待進一步研究。此外，對比劑分子質(zhì)量的大小也決定其擴散的快慢，耦合效應(yīng)形成的大分子溶劑阻止造影劑分子向髓核中擴散[11]，Perlewitz 等[21]在對兔注射釓特醇 ( 分子量為 546 ) 和釓-聚賴氨酸 ( 分子量為 40 000 )，2 h 后觀察兩者的擴散效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)髓核中釓-聚賴氨酸的含量明顯低于釓特醇，然而兩者在肌肉組織中沒有明顯的區(qū)別，其機制原因仍需進一步研究。椎間盤的增強信號與造影劑劑量有很大的關(guān)聯(lián)，Ibrahim 等[22]對不同造影劑量的注射后間盤的增強效果進行一系列的研究，通過向 11 只兔中注射不同劑量的造影劑 ( 0.1～2.8 mm / kg )，發(fā)現(xiàn)低于0.3 mm / kg 的劑量無法檢測到椎間盤信號改變，高于此劑量可獲得良好的信號。Akansel 等[23]先向人體靜脈首次注射 0.1 mmol / kg，二次增補 0.2 mmol / kg，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二次增補后臨近終板區(qū)域信號強度較注射前增加了 25%，推薦0.3 mmol / kg 作為注射劑量，但更優(yōu)化劑量仍需進一步實驗證實。

三、擴散的評估方式及分析方法

注射造影劑后，通過 MRI 自帶軟件描繪出時間-信號強度 ( Time-SI ) 曲線是評估椎體、終板、纖維環(huán)及髓核營養(yǎng)途徑的重要方式[10]。椎間盤的營養(yǎng)途徑依賴于軟骨終板，感興趣區(qū)域 ( region of interest，ROI ) 的選擇不當(dāng)容易造成部分容積效應(yīng)[13]，因此適合 ROI 的選擇對 SI 值的測量非常重要。Nguyen-minh 等[16]認為一個區(qū)域放置多個小正方形測量其 SI 值可以很大程度上減小誤差。鄧紹強等[24]研究也發(fā)現(xiàn)較大的 ROI 覆蓋了部分軟骨終板和纖維環(huán)，產(chǎn)生了部分容積效應(yīng)，而較小的 ROI 主要集中在髓核中央?yún)^(qū)域，更能真實地反映髓核區(qū)域的擴散情況。但 Rajasekaran 等[20]采用的評估方式與之前學(xué)者研究有所不同，他們將包含椎體 80% 的區(qū)域面積的 ROI 放置于椎體，選擇適合于軟骨終板區(qū)域大小的長方形來測量其 SI值，對于髓核和纖維環(huán)，選用合適大小的橢圓形 ROI 分別測量前后纖維環(huán)和髓核的 SI 值，大約包含 50% 面積大小的長方形分別放置于髓核的上中下，他們認為較大的選擇區(qū)域能夠顯著降低不同觀察者之間的視覺誤差，從而保證測量結(jié)果的準確性，也對比了不同形狀 ROI 并測量其 SI值，也證實了以上的類似結(jié)果。

在 T1WI-DCE-MRI 圖像上可以進行 ROI 信號強度的半定量分析，通過動態(tài)增強曲線、計算出的早期強化率、增強后最大強化率及達峰時間等參數(shù)，來反應(yīng)血流動力學(xué)信息[25]。不同椎間盤區(qū)域內(nèi)增強后的 SI 值可以進行增強百分率的定量分析。Rajasekaran 等[10]對 SI 劃分成不同的階段，SIBASE 表示為注射造影劑之前的基礎(chǔ)信號值，SITP 表示為不同階段內(nèi)的 ROI 的信號強度值，增強后的 SI ( ROI )＝SITP-SIBASE / SIBASE×100，SIMAX 定義為在整個某一時間點的峰值，TRISE 表示為介于 SIBASE和 SIMAX 之間，意為在一個時間段內(nèi) SI 開始增大的初始值，時間信號曲線 ( time intensity curve，TIC ) 表示為時間-信號強度曲線，為 SI 在不同時間點內(nèi)繪制而成，表示某一個 ROI 在整個時間段內(nèi)的變化趨勢圖形。通過不同時間點的峰值觀察，可以間接分析組織內(nèi)的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能。

四、腰椎間盤增強后的 DCE-MRI 研究

1. 正常椎間盤內(nèi)的擴散量化研究：正常椎間盤的擴散的具體量化機制研究仍比較少。有學(xué)者進行一系列退行性病變椎間盤與營養(yǎng)通道的關(guān)系研究[4,26]。韓志華等[27]對正常犬行持續(xù) 4 h 的動態(tài)增強后發(fā)現(xiàn)，注射對比增強劑后 5 min，1 h，1.5 h 腰椎椎體、終板區(qū)域、周圍髓核、中央髓核分別達到第一個峰值，3.5 h 達到第二個峰值，而第二個峰值明顯低于第一個峰值，差異有統(tǒng)計學(xué)意義( P＜0.05 )，認為犬正常腰椎間盤動態(tài)增強核磁表現(xiàn)具有“終板延遲”現(xiàn)象及“雙峰”特征?；铙w人正常椎間盤營養(yǎng)途徑研究始于 21 世紀初期，Rajasekaran 等[10]于2004 年首次對正常人活體腰椎椎體、終板、纖維環(huán)及髓核的 24 h 擴散機制進行詳細的研究，測量了椎間盤不同區(qū)域的增強百分比和增強峰值的百分率及達峰時間。TIC特點表現(xiàn)為椎體及骨性終板在 5 min 達到信號峰值，增強幅度分別為 ( 30.8%±15.4 ) %和 ( 32.6±17.5 ) %，增強后 2 h 邊緣出現(xiàn) 2 條平行于終板的線樣信號強化條帶，峰值為 ( 32.2±21.0 ) %，此信號帶的產(chǎn)生為終板擴散延遲特點所造成，隨后整個 TIC 中持續(xù)維持較高的 SI，髓核在前 10 min 內(nèi)無信號改變，增強后 2 h 可見 2 條與內(nèi)髓核分界清晰并平行終板的信號帶，增強后 6 h 出現(xiàn)內(nèi)外髓核信號增強達到峰值，分別為 ( 46.0±24.3 ) % 和 ( 35.7± 20.6 ) %，隨后開始下降，但 24 h 內(nèi)未回到基線，而且發(fā)現(xiàn)髓核信號峰值與椎體及終板的信號峰值成正相關(guān)，認為信號從椎體、終板、纖維環(huán)及外髓核依次增強為正常椎間盤擴散方向途徑。認為在 T1WI 上鑒別軟骨終板和髓核的高信號區(qū)域是通過終板區(qū)域，研究發(fā)現(xiàn)在椎體與髓核之間有一明顯的條帶狀低信號區(qū)，實際上此低信號區(qū)域為終板的功能性區(qū)域，在 TIC 上具有“信號丟失”的特點，可把這種彌散時間的延長定義為終板延遲，并認為在完整的終板形態(tài)至關(guān)重要[17]。以上可見，動物及人體椎間盤均具有“終板延遲”特征，可為研究人體終板功能提供動物實驗?zāi)Ｐ?，而兩者達到峰值時間的不同可能是物種差異所致。

2. 退變椎間盤內(nèi)的擴散量化研究：研究表明椎間盤的退變分級程度和終板的 Modic 改變影響椎間盤內(nèi)的增強信號改變[28]。Niinimaki 等[28]通過向人體注射造影劑將椎間盤的各級退變程度進行量化分析，研究結(jié)果顯示注射 90 min 后其 II～V 級的信號強度變化率分別為 ( 6.6± 5.5 ) %，( 8.8±11 ) %，( 32.0±29.0 ) %，( 72.0±19.0 ) %，認為發(fā)生 Modic 改變的退變椎間盤中，毛細血管芽生長進入軟骨終板及外部髓核區(qū)域，改變了椎間盤的局部血流變化，導(dǎo)致其信號強度的顯著改變。退變椎間盤經(jīng)常發(fā)生在終板中央[29]，終板破裂后，終板延遲效應(yīng)消失，表現(xiàn)為鄰近終板的周圍髓核在 10 min 時快速達到峰值，軟骨下骨也能達到高信號，并且在 2 h 時鄰近終板周圍髓核仍有局部高信號，而內(nèi)髓核的信號才剛剛增加[9]。Rajasekaran等[10]研究發(fā)現(xiàn)不同程度退變間盤中央髓核區(qū)域信號強度峰值差別較大并給出量化結(jié)果，非嚴重間盤退變程度在 10 min，12 h，24 h 的信號強度增強率分別為 ( 2.76± 13.95 ) %，( 27.56±19.44 ) %，( 21.72±22.28 ) %，嚴重間盤退變程度分別為 ( 17.49±28.98 ) %，( 21.06±20.67 ) %，( 12.37±17.31 ) %，兩者在 10 min 時對比差異有統(tǒng)計學(xué)意義，此為區(qū)分椎間盤的嚴重程度給出一個新的量化分析。終板血流灌注的改變及通透性改變導(dǎo)致延遲增加信號峰值[30]并被組織學(xué)證實[31]。為了解終板結(jié)構(gòu)在椎間盤退變中的作用機制，Rajasekaran 等[9]對終板結(jié)構(gòu)損傷程度進行了量化分析，提出終板損傷總分 ( total endplate damage score，TEPS )，認為 TEPS 與椎間盤的退變程度成正比，并為椎間盤的生物學(xué)治療提供參考依據(jù)，累計 6 分是終板破裂與否的臨界分數(shù)，超出意味椎間盤退變的機率增加兩倍，建議低于臨界分數(shù)可能適合于生物學(xué)和椎間盤再生治療。

五、椎間盤的擴散分型研究

生物學(xué)及再生醫(yī)學(xué)成為治療退變椎間盤疾患的新方法[32-33]，如何鑒別衰老及退變椎間盤仍有爭議[34]，以往主要集中在椎間盤形態(tài)學(xué)及組織學(xué)檢查研究上，但未獲得良好的結(jié)果[29]。研究發(fā)現(xiàn)，在衰老及退行性病變的椎間盤中，終板常見異常改變，如 Modic 改變，Schmorl 結(jié)節(jié)等，終板結(jié)構(gòu)破裂等情況下改變了椎間盤的擴散特點[9]。DCE-MR 顯示異常的擴散途徑為椎體、終板及外髓核的信號同時在 10 min 時達到峰值，而正常的擴散方向及終板延遲途徑已完全消失，鄰近終板結(jié)構(gòu)破裂的外部髓核初始發(fā)生異常信號增強，然后逐漸漸緩，可能為終板破裂后，造影劑逆流出髓核，導(dǎo)致髓核信號強度減少[13]。2008 年Rajasekaran 等[31]對 365 名人體腰椎間盤注射釓雙胺觀察衰老及退行性椎間盤的擴散途徑及口服藥物前后的擴散變化，系統(tǒng)性的研究椎間盤擴散營養(yǎng)通道特點，根據(jù)終板的信號改變程度、是否發(fā)生 Modic 改變、髓核與椎體的接觸程度、終板的損傷范圍和終板是否骨化分為 I～VI 損傷改變，并據(jù)此分為 5 種營養(yǎng)途徑擴散類型，A：終板結(jié)構(gòu)完整，MR 上有正常的雙低信號帶，無信號增強缺失和反常增強或降低。B：在圖像上觀察局部髓核和椎體近乎完全接觸，但其它區(qū)域無明顯的擴散特點改變，說明終板較薄弱，遠期增加終板結(jié)構(gòu)損傷概率。C：終板局部病灶處髓核外部信號呈高改變表現(xiàn)，但擴散信號帶改變僅限于終板局部病灶，髓核內(nèi)部無高信號改變，認為雖然終板已有破損，但遠期退變幾率仍較小。D：終板損傷處的髓核外部高信號改變并延及髓核內(nèi)部。E：終板延遲及正常途徑的營養(yǎng)擴散途徑方向均改變，髓核內(nèi)部有異常的高信號改變，該作者認為具有類型 D、E 類型特點可定義為退變性椎間盤。為研究椎間盤各區(qū)域的信號改變與時間的相關(guān)性，根據(jù)椎間盤營養(yǎng)途徑的 TIC 特點對其營養(yǎng)改變類型分為 4 類[14]：( 1 ) TIC 曲線髓核最初有信號增強緩慢，6 h 時達到信號峰值，此為正常椎間盤信號改變特點；( 2 ) TIC曲線顯示為增強信號減弱，峰值信號延遲，此為年老型椎間盤信號改變特點；( 3 ) TIC 曲線顯示有信號增強雙峰值，兩個峰值分別代表了造影劑在血管內(nèi)不同的流速時相和正常終板結(jié)構(gòu)的擴散相，此模式常見于局部損傷的椎間盤退變；( 4 ) TIC 曲線出現(xiàn)較早的高信號 ( 約 1.6 h ) 并持續(xù) 12 h，此為退變性椎間盤。因此根據(jù)注射造影劑后觀察椎間盤的結(jié)構(gòu)改變、終板的損傷類似、擴散模式、TIC 曲線和 Pfirrmann 分級 5 個方面來鑒別健康、年老和退變的間盤[32]( 表 1 )，為鑒別椎間盤的損傷類型提供比較準確的方法。

表1 不同類型椎間盤的 MRI 鑒別特點Tab.1 MRI characteristic of different tipes of interveitebral disc

六、腰椎血管改變及藥物治療后的椎間盤擴散 DCEMRI 研究

研究證實腰動脈狹窄與椎間盤的退變有一定的關(guān)聯(lián)，血管造影術(shù)可以發(fā)現(xiàn)腰動脈狹窄后椎體內(nèi)毛細血管網(wǎng)血流減少，營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)缺乏[35]。然而，Niinim?ki 等[28]研究發(fā)現(xiàn)腰動脈狹窄并不是絕對影響因素，分析原因其一是動脈狹窄不會直接影響椎間盤內(nèi)血供減少，但可能會促進其它諸如終板等結(jié)構(gòu)改變，二是椎間盤動脈血供較多，單根血供減少不會影響其它血液調(diào)節(jié)。然而對于腰椎間盤供應(yīng)節(jié)段血管的全部狹窄會導(dǎo)致何種結(jié)果，并未進行研究。人體出生后即有小血管穿行于椎體軟骨終板，中央多于四周，在青春期這些血管逐漸消失，椎間盤僅外側(cè)纖維環(huán)淺部可見毛細血管，成為基本無血管供應(yīng)的組織，Boost等[29]發(fā)現(xiàn) 10～16 歲時血管消失速度增快。終板與椎體間血管芽的多少決定了椎體骨-軟骨終板-椎間盤界面的通透性，椎體髓腔血竇與軟骨終板間有直接接觸，營養(yǎng)物質(zhì)通過血竇-軟骨界面進行擴散，組織學(xué)檢測顯示髓核區(qū)終板內(nèi)血管芽呈膨大交錯，具有很大的接觸面積，因而滲透性比較高，內(nèi)層纖維環(huán)區(qū)的血管芽僅呈單一的襻狀結(jié)構(gòu)，其接觸面小，則滲透性較低，外層纖維環(huán)區(qū)終板內(nèi)無血管芽，軟骨下骨板增厚，椎體血竇與軟骨無直接溝通，無滲透能力[36]。Learman 等[1]DCE-MR 研究發(fā)現(xiàn)＜11 歲組和＞20 歲組兩組之間的椎體及髓核信號峰值存在統(tǒng)計學(xué)差異性，11～20 歲組則與以上兩組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義，此也說明青少年終板血管減少對髓核營養(yǎng)影響較大。動物實驗證實尼莫地平可能會增加終板血管數(shù)量[37]，終板區(qū)域的毛細血管網(wǎng)含有較多的感受器，接受刺激后能夠調(diào)節(jié)血流，研究也證實口服藥物后終板信號強度較前增加了11% 并使信號峰值提前，但藥物的作用機制、治療時期等機制仍需進一步研究[37]。

七、展望

及時有效地檢測椎間盤營養(yǎng)通道對完善治療計劃、延長間盤生存期和改善生存質(zhì)量具有非常重要的意義。DCE-MRI 成像的參數(shù)分析將更加準確，能夠通過對椎間盤內(nèi)部血流動力學(xué)及營養(yǎng)物質(zhì)擴散信息的檢測，為椎間盤是否退變的診斷與鑒別、合理治療方案的選擇和客觀評價等多個臨床重要環(huán)節(jié)，提供重要的參考指標。目前，制約DCE-MRI 發(fā)展的主要因素是椎間盤解剖結(jié)構(gòu)的清晰顯示( 尤其終板 ) 以及參數(shù)計算的精確化、程序化、簡單化。盡管腰椎 DCE-MRI 的研究才剛剛起步，尚需要不斷深入研究，但它將具有相當(dāng)好的應(yīng)用前景，并且，作為活體檢測椎間盤營養(yǎng)途徑，將在多種生物治療及內(nèi)固定優(yōu)化設(shè)計中發(fā)揮更大的作用。

[1]Learman K, Ellis AR, Goode AP, et al. Physical therapists’clinical knowledge of multidisciplinary low back pain treatment guidelines. Phys Ther, 2014, [Epub ahead of print].

[2]Vadala G, Russo F, Di Martino A, et al. Intervertebral disc regeneration: from the degenerative cascade to molecular therapy and tissue engineering. J Tissue Eng Regen Med, 2013, [Epub ahead of print].

[3]Bendtsen M, Bunger CE, Zou X, et al. Autologous stem cell therapy maintains vertebral blood fow and contrast diffusion through the endplate in experimental intervertebral disc degeneration. Spine, 2011, 36(6):E373-379.

[4]Rinkler C, Heuer F, Pedro MT, et al. Infuence of low glucose supply on the regulation of gene expression by nucleus pulposus cells and their responsiveness to mechanical loading. J Neurosurg Spine, 2010, 13(4):535-542.

[5]Kanazawa Y, Miyati T, Sato O. Hemodynamic analysis of bladder tumors using T1-dynamic contrast-enhanced fast spinecho MRI. Eur J Radiol, 2012, 81(8):1682-1687.

[6]Tanabe JL, Yongbi M, Branch C, et al. MR perfusion imaging in human brain using the UNFAIR technique. Un-inverted flow-sensitive alternating inversion recovery. J Magn Reson Imaging, 1999, 9(6):761-767.

[7]Mross K, Drevs J, Muller M, et al. Phase I clinical and pharmacokinetic study of PTK/ZK, a multiple VEGF receptor inhibitor, in patients with liver metastases from solid tumours. Eur J Cancer, 2005, 41(9):1291-1299.

[8]Collins JM. Imaging and other biomarkers in early clinical studies: one step at a time or re-engineering drug development?J Clin Oncol, 2005, 23(24):5417-5419.

[9]Rajasekaran S, Venkatadass K, Naresh Babu J, et al. Pharmacological enhancement of disc diffusion and differentiation of healthy, ageing and degenerated discs: Results from in-vivo serial post-contrast MRI studies in 365 human lumbar discs. Eur Spine J, 2008, 17(5):626-643.

[10]Rajasekaran S, Babu JN, Arun R, et al. ISSLS prize winner: A study of diffusion in human lumbar discs: a serial magnetic resonance imaging study documenting the influence of the endplate on diffusion in normal and degenerate discs. Spine, 2004, 29(23):2654-2667.

[11]Rajasekaran S, Naresh-Babu J, Murugan S. Review of postcontrast MRI studies on diffusion of human lumbar discs. J Magn Reson Imaging, 2007, 25(2):410-418.

[12]Martin MD, Boxell CM, Malone DG. Pathophysiology of lumbar disc degeneration: a review of the literature. Neurosurg Focus, 2002, 13(2):E1.

[13]Virri J, Gronblad M, Savikko J, et al. Prevalence, morphology, and topography of blood vessels in herniated disc tissue. A comparative immunocytochemical study. Spine, 1996, 21(16):1856-1863.

[14]Natarajan RN, Ke JH, Andersson GB. A model to study the disc degeneration process. Spine, 1994, 19(3):259-265.

[15]Adams MA. Biomechanics of back pain. Acupunct Med, 2004, 22(4):178-188.

[16]Nguyen-minh C, Haughton VM, An HS, et al. Contrast media of high and low molecular weights in the detection of recurrent herniated disks. AJNR Am J Neuroradiol, 1998, 19(5):889-893. [17]Urban JP, Winlove CP. Pathophysiology of the intervertebral disc and the challenges for MRI. J Magn Reson Imaging, 2007, 25(2):419-432.

[18]Soukane DM, Shirazi-Adl A, Urban JP. Computation of coupled diffusion of oxygen, glucose and lactic acid in an intervertebral disc. J Biomech, 2007, 40(12):2645-2654.

[19]Ibrahim MA, Haughton VM, Hyde JS. Enhancement of intervertebral disks with gadolinium complexes: comparison of an ionic and a nonionic medium in an animal model. AJNR Am J Neuroradiol, 1994, 15(10):1907-1910.

[20]Nguyen-minh C, Riley L, Ho KC, et al. Effect of degeneration of the intervertebral disk on the process of diffusion. AJNR Am J Neuroradiol, 1997, 18(3):435-442.

[21]Perlewitz TJ, Haughton VM, Riley LH, et al. Effect of molecular weight on the diffusion of contrast media into cartilage. Spine, 1997, 22(23):2707-2710.

[22]Ibrahim MA, Jesmanowicz A, Hyde JS, et al. Contrast enhancement of normal intervertebral disks: time and dose dependence. AJNR Am J Neuroradiol, 1994, 15(3):419-423.

[23]Akansel G, Haughton VM, et al. Diffusion into human intervertebral disks studied with MR and gadoteridol. AJNR Am J Neuroradiol, 1997, 18(3):443-445.

[24]鄧紹強, 楊漢豐, 杜勇, 等. 感興趣區(qū)大小對正常腰椎間盤ADC值測量的影響. 實用醫(yī)學(xué)雜志, 2012, 28(13): 2223-2225.

[25]Goh V, Schaeffter T, Leach M. Reproducibility of dynamic contrast-enhanced MR imaging: why we should care. Radiology, 2013, 266(3):698-700.

[26]Urban JP, Smith S, Fairbank JC. Nutrition of the intervertebral disc. Spine, 2004, 29(23):2700-2709.

[27]韓志華, 陳春, 吳劍宏, 等. 犬正常腰椎間盤的動態(tài)增強MRI特征研究. 中國脊柱脊髓雜志, 2014, 24(3):244-250.

[28]Niinimaki J, Korkiakoski A, Parviainen O, et al. Association of lumbar artery narrowing, degenerative changes in disc and endplate and apparent diffusion in disc on postcontrast enhancement of lumbar intervertebral disc. MAGMA, 2009, 22(2):101-109.

[29]Boos N, Weissbach S, Rohrbach H, et al. Classifcation of agerelated changes in lumbar intervertebral discs: 2002 Volvo Award in basic science. Spine, 2002, 27(23):2631-2644.

[30]Savvopoulou V, Maris TG, Koureas A, et al. Degenerative endplate changes of the lumbosacral spine: dynamic contrastenhanced MRI profiles related to age, sex, and spinal level. J Magn Reson Imaging, 2011, 33(2):382-389.

[31]Rahme R, Moussa R. The modic vertebral endplate and marrow changes: pathologic signifcance and relation to low back pain and segmental instability of the lumbar spine. AJNR Am J Neuroradiol, 2008, 29(5):838-842.

[32]Martin JT, Milby AH, Chiaro JA, et al. Translation of an engineered nanofibrous disc-like angle-ply structure for intervertebral disc replacement in a small animal model. Acta Biomater, 2014, 24(2):S1742-17061.

[33]Karajan N, Otto D, Oladyshkin S, et al. Application of the polynomial chaos expansion to approximate the homogenised response of the intervertebral disc. Biomech Model Mechanobiol, 2014, [Epub ahead of print].

[34]Takegami K, An HS, Kumano F, et al. Osteogenic protein-1 is most effective in stimulating nucleus pulposus and annulus fbrosus cells to repair their matrix after chondroitinase ABC-induced in vitro chemonucleolysis. Spine J, 2005, 5(3): 231-238.

[35]Tokuda O, Okada M, Fujita T, et al. Correlation between diffusion in lumbar intervertebral disks and lumbar artery status: evaluation with fresh blood imaging technique. J Magn Reson Imaging, 2007, 25(1):185-191.

[36]任先軍, 彭城. 椎體終板形態(tài)與椎間盤營養(yǎng)的關(guān)系. 中國矯形外科雜志, 2002, 9(7):82-83.

[37]Melrose J, Smith SM, Little CB, et al. Recent advances in annular pathobiology provide insights into rim-lesion mediated intervertebral disc degeneration and potential new approaches to annular repair strategies. Eur Spine J, 2008, 17(9): 1131-1148.

( 本文編輯：馬超 )

Research progress of nutrition diffusion pathway in lumbar discs by dynamic contrast enhanced-magnetic resonance imaging

CHEN Chun, GUO Yong, REN Ai-jun, RUAN Di-ke. Department of Orthopedics, Navy General Hospital of CPLA, Beijing, 100048, PRC

Intervertebral discs are the largest avascular structures in the body and depend entirely on the diffusion from blood vessels at the periphery for the supply of essential nutrients for cellular activity and the removal of metabolic wastes. Diffusion is the only source of nutrition to the intervertebral discs, and alteration of diffusion is considered to be the fnal common pathway for disc degeneration. Yet diffusion remains poorly understood due to the paucity of reliable methods to study noninvasive diffusion in human beings in vivo. In recent years, Dynamic Contrast Enhanced-Magnetic Resonance Imaging ( DCE-MRI ) has emerged as a powerful and reliable tool to analyze the diffusion in lumbar discs. Endplate structures have also been proved to have the function of controlling the process of diffusion, and can be identified by DCE-MRI. This review focuses on the current knowledge, methodology, various factors infuencing the diffusion properties of the discs and the quantitative analysis of the normal, aging or degenerative intervertebral discs of this promising technique.

Diffusion; Intervertebral disc degeneration; Spinal diseases; Magnetic resonance imaging

10.3969/j.issn.2095-252X.2014.08.012

R445.2, R681.5

國家自然科學(xué)基金 ( 81272044 )

100048 北京，海軍總醫(yī)院骨科 ( 陳春，阮狄克 )；海軍總醫(yī)院放射科 ( 郭勇，任愛軍 )

阮狄克，Email: ruandikengh@163.com

2013-09-05 )