1.深圳市人民醫(yī)院(暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院)放射科(廣東 深圳 518003)

2.香港中文大學(xué)威爾士親王醫(yī)院影像診斷和介入放射科(香港 999077)

龔靜山1 凌人男1 周陽(yáng)泱1朱 進(jìn)1 賈桂靜1 袁家琳1王毅翔2

采用3.0 T MRI T2 和T2＊ mapping評(píng)價(jià)下腰痛患者腰椎間盤退變＊

1.深圳市人民醫(yī)院(暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院)放射科(廣東 深圳 518003)

2.香港中文大學(xué)威爾士親王醫(yī)院影像診斷和介入放射科(香港 999077)

龔靜山1凌人男1周陽(yáng)泱1朱 進(jìn)1賈桂靜1袁家琳1王毅翔2

目的探討下腰痛患者腰椎間盤的T2和T2*值與退變Pfirrmann分級(jí)的相關(guān)性，明確T2和T2*值是否可以作為影像學(xué)生物標(biāo)記定量評(píng)價(jià)IVD退變。方法2015 年3月-2015年6月間，對(duì)66例下腰痛患者采用3.0T MRI行腰椎常規(guī)結(jié)構(gòu)成像和定量成像(T2和T2*mapping)。Pfirrmann分級(jí)由兩位放射診斷醫(yī)生依據(jù)矢狀位T2WI通過(guò)協(xié)商進(jìn)行。在正中矢狀位的T2 map 和T2* map上由一位放射診斷醫(yī)生手工繪制感興趣區(qū)盡可能包括髓核和內(nèi)層纖維環(huán)測(cè)量IVD的T2和T2*值。采用Pearson相關(guān)比較IVD的T2和T2*值與Pfirrmann分級(jí)相關(guān)性，并對(duì)相鄰的Pfirrmann 分級(jí)的T2和T2*值比較。結(jié)果IVD的T2和T2*值與Pfirrmann 分級(jí)呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.612和-0.354，P值均小于0.001。Pfirrmann Ⅰ級(jí)到Ⅲ級(jí)T2和T2*值顯著降低，Ⅲ級(jí)到Ⅴ級(jí)下降變緩。除Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)IVD的T2和T2*值差別沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其他相鄰的Pfirrmann 分級(jí)IVD的T2和T2*值差別均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論IVD的T2和T2*值具有作為影像學(xué)生物標(biāo)記定量評(píng)價(jià)IVD的退變潛在可能性，有助于IVD退變的早期診斷和客觀評(píng)價(jià)退變程度。晚期IVD退變T2和T2*值下降變緩，以形態(tài)學(xué)改變?yōu)橹鳌?/p>

椎間盤；退變；磁共振定量成像；T2 mapping;T2* mapping

通迅作者：龔靜山

腰椎間盤(intervertebral disc,IVD)退變是引起下腰痛最常見(jiàn)的原因，約70%～80%成人一生中曾經(jīng)歷過(guò)下腰痛[1]。MRI是評(píng)價(jià)腰椎IVD退變最為常用的檢查方法，大多數(shù)臨床醫(yī)生和放射診斷醫(yī)生將重點(diǎn)放在評(píng)價(jià)退變椎間盤的后部改變。椎間盤的膨出、突出或脫出以及下腰痛和神經(jīng)根痛均是IVD退變的并發(fā)癥，而不是IVD退變的過(guò)程。即使沒(méi)有神經(jīng)病理改變，IVD的結(jié)構(gòu)、生化和生物理學(xué)改變也可以引起下腰痛[2-3]，因此，正確評(píng)價(jià)IVD退變對(duì)早期診斷和指導(dǎo)臨床治療有重要意義?；谑笭钗籘2加權(quán)圖像腰椎間盤信號(hào)和高度改變，Pfirrmann等設(shè)計(jì)出一個(gè)5級(jí)評(píng)價(jià)體系半定量評(píng)價(jià)IVD退變[4]。雖然Pfirrmann分級(jí)被臨床廣泛接受和應(yīng)用，但對(duì)嚴(yán)重IVD退變的區(qū)分存在缺陷[5]。此外，早期IVD退變主要是生化結(jié)構(gòu)的改變，而不是形態(tài)學(xué)改變[6]，因此，Pfirrmann分級(jí)對(duì)早期IVD退變的診斷與評(píng)價(jià)也存在不足。定量MRI(Quantitative MR imaging，qMRI)具有分析組織和器官化學(xué)成分的能力。近年來(lái)，qMRI在椎間盤的研究表明，T2值可以提供椎間盤水分子和膠原網(wǎng)架相互作用的信息，T1ρ值能反映椎間盤的糖胺聚糖(glycosaminogly，GAG)的含量，T2*值能反映椎間盤的功能改變，并且與Pfirrmann分級(jí)取得較好的一致性[7-10]。本研究采用3.0T MR成像系統(tǒng)對(duì)66例患者下腰痛患者行T2和T2* mapping，探討T2和T2*對(duì)腰椎IVD退變的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般資料2015年3月～2015年6月間，因下腰痛在我院申請(qǐng)腰椎MRI且無(wú)腰椎手術(shù)史的75名患者被隨機(jī)分配到3.0T MR檢查。2例患者M(jìn)RI檢出腰椎腫瘤并累及IVD，4例患者檢查過(guò)程中未能很好配合T2和T2* mapping序列圖像偽影較多，1例患者有多個(gè)椎體融合改變，1例患者不能賴受額外T2和T2* mapping序列掃描，1例患者檢出腰椎結(jié)核，共9例患者排除本研究，最終66例患者入選本研究。66例患者中，男26例，女40例，年齡范圍22～79歲(平均48.7歲)。全部患者檢查前均簽署書(shū)面知情同意書(shū)，醫(yī)院倫理委員會(huì)同意本研究。

1.2 儀器與方法全部患者M(jìn)R檢查采用32通道脊柱線圈在Siemens Magnetom Skyro 3.0 T MR成像系統(tǒng)(Siemens Healthcare，Germany)進(jìn)行。常規(guī)結(jié)構(gòu)成像包括：矢狀位T1加權(quán)成像(turbo SE；TR/TE, 500/10ms；turbo factor，5；矩陣；FOV，280*280mm；層厚4mm，層間隔，0.4mm)和T2加權(quán)成像(turbo SE；TR/TE，3500/80ms，turbo factor，5；矩陣，448*160‘FOV，280*280mm；層厚4mm；層間隔0.4mm)以及橫斷位T2加權(quán)成像(turbo SE；TR/ TE，4500/90ms；turbo factor，5；矩陣，F(xiàn)OV，200*00mm；層厚4mm；層間隔，0.4mm)。qMRI通過(guò)多回波SE和GRE序列進(jìn)行T2加權(quán)成像和T2*加權(quán)成像，掃描參數(shù)見(jiàn)表1。T2和T2* mapping 由在線商業(yè)軟件MapIt(Siemens Healthcare, Germany)自動(dòng)生成，見(jiàn)表1。

表1 T2和T2* mapping掃描參數(shù)

1.3 圖像分析由一位有多年MR讀片經(jīng)驗(yàn)的放射診斷醫(yī)生在正中矢狀位T2 map和T2* map上并參照正中矢狀位T2WI手動(dòng)繪制盡可能包含髓核和內(nèi)層纖維環(huán)的感興趣區(qū)(region of interest,ROI)測(cè)量IVD的T2和T2*值(圖1-3)。由兩位有多年MR讀片經(jīng)驗(yàn)的放射診斷醫(yī)生在不知道IVD的T2和T2*值的情況下，基于矢狀位T2加權(quán)圖像對(duì)腰椎IVD進(jìn)行Pfirrmann分級(jí)。Pfirrmann 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：Ⅰ級(jí)，IVD為均勻高信號(hào)；Ⅱ級(jí)，IVD信號(hào)不均勻伴或不伴水平低信號(hào)帶；Ⅲ級(jí)，IVD呈不均勻灰信號(hào)，高度正常或輕度降低，纖維環(huán)和髓核分界不清；Ⅳ級(jí)，IVD為不均勻灰信號(hào)，高度正?；蛑卸冉档?，髓核和纖維環(huán)界限消失；Ⅴ級(jí)，IVD為黑信號(hào)并且塌陷[4]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用Pearson相關(guān)比較IVD的T2和T2*值與Pfirrmann分級(jí)的相關(guān)性，并根據(jù)相關(guān)系數(shù)判斷相關(guān)程度：r＞0.7為強(qiáng)相關(guān)，0.5＜r≤07為中等相關(guān)，r≤0.5為弱相關(guān)。如果T2 和T2*值與Pfirrmann分級(jí)相關(guān)，采用t檢驗(yàn)比較相鄰Pfirrmann分級(jí)的IVD的T2和T2*值差異。全部統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 17.0進(jìn)行，P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 Pfirrmann 分級(jí)的T2和T2*值（±s）

表2 Pfirrmann 分級(jí)的T2和T2*值（±s）

Ⅰ級(jí) Ⅱ級(jí) Ⅲ級(jí) Ⅳ級(jí) Ⅴ級(jí)T 2 值( m s ) 1 6 2 . 9 ± 8 4 . 8 1 0 3 . 1 ± 2 7 . 6 6 2 . 8 ± 1 7 . 1 5 3 . 6 ± 1 5 . 1 5 4 . 8 ± 2 1 . 6 T 2* 值( m s ) 4 7 . 5 ± 2 4 . 5 3 6 . 6 ± 2 1 . 2 2 9 . 5 ± 1 1 . 3 2 5 . 4 ± 7 . 1 2 1 . 4 ± 1 2 . 3

2 結(jié) 果

66例患者中，共測(cè)量和分析330個(gè)腰椎IVD。Pfirrmann分級(jí)為：Ⅰ級(jí)46個(gè)(13.9%)，Ⅱ級(jí)153 個(gè)(46.4%)，Ⅲ級(jí)68個(gè)(20.6%)，Ⅳ級(jí)47個(gè)(14.2%)，Ⅴ級(jí)16個(gè)(4.8%)。各Pfirrmann分級(jí)的T2和T2*值見(jiàn)表2和圖4-5。圖4-5顯示PfirrmannⅠ級(jí)到Ⅲ級(jí)T2值和T2*值顯著降低，Ⅲ級(jí)到Ⅴ級(jí)下降變緩。Pearson相關(guān)分析顯示T2與Pfirrmann分級(jí)呈中等負(fù)相關(guān)(r=-0.612，P＜0.001)，T2*值均與Pfirrmann 分級(jí)呈弱負(fù)相關(guān)相關(guān)(r=-0.354，P＜0.001)。相鄰的Pfirrmann 分級(jí)的T2和T2*值比較見(jiàn)圖6-7，除Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)IVD的T2 和T2*值差別沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其他均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討 論

IVD是椎體間關(guān)節(jié)的重要組成部分，能在脊椎長(zhǎng)軸發(fā)揮椎體間6度自由活動(dòng)和承載人體負(fù)荷和分配壓力，因此，在人類直立活動(dòng)中起著重要作用[11]。由于成人IVD缺乏血供和富含細(xì)胞外間質(zhì)，細(xì)胞成分較少，缺乏營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)的少量細(xì)胞要維持大量的細(xì)胞外間質(zhì)，使得IVD在生命的早期就容易發(fā)生退變[12]。退變影響IVD的功能，并發(fā)后部改變?cè)斐缮窠?jīng)病理改變，產(chǎn)生下腰痛等癥狀影響患者的生活質(zhì)量和使患者喪失勞動(dòng)力，并有可能致殘。由于IVD退變有較高的發(fā)病率和致殘率，有嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)影響。對(duì)IVD退變晚期患者，臨床僅能通過(guò)椎體融合術(shù)來(lái)減輕患者下腰痛，而早期可以通過(guò)細(xì)胞治療和生長(zhǎng)素治療得到改善[13-15]。因此，IVD退變的研究，特別是無(wú)創(chuàng)手段早期診斷和正確分級(jí)有重要的臨床和社會(huì)意義。

隨著年齡增長(zhǎng)和退變，髓核的蛋白聚糖和Ⅱ型膠原含量減少，導(dǎo)致其對(duì)水分子束縛能力下降，髓核水含量減少可達(dá)70%[6,16]。另外，蛋白聚糖生化結(jié)構(gòu)的改變，使它與膠原的結(jié)合減低，從而降低IVD的抗拉伸能力。最終退變的IVD含有較多的纖維和結(jié)構(gòu)混亂，在退變晚期表現(xiàn)為無(wú)形態(tài)的纖維軟骨，髓核和纖維環(huán)沒(méi)有明確的分界，IVD塌陷高度降低，并且可以并發(fā)纖維環(huán)破裂髓核突出產(chǎn)生相應(yīng)的神經(jīng)病理改變[4]。MRI有優(yōu)良的組織分辨力和多方位成像以及無(wú)創(chuàng)無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，為診斷IVD退變的首選影像學(xué)檢查手段，被廣泛應(yīng)用于臨床IVD退變?cè)\斷和分級(jí)。Pfirrmann分級(jí)通過(guò)對(duì)IVD的T2信號(hào)和形態(tài)改變的半定量評(píng)價(jià)被臨床廣泛認(rèn)可。雖然Pfirrmann分級(jí)能夠較好地評(píng)價(jià)IVD退變的形態(tài)學(xué)改變，但由于早期IVD退變主要是生化結(jié)構(gòu)的改變，而不是形態(tài)學(xué)改變[2]，因此，對(duì)IVD退變的早期診斷存在局限性[17-19]，較多研究嘗試尋找能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)IVD退變的影像學(xué)生物標(biāo)記[7-10]。IVD退變是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，而非一步一步的跳躍過(guò)程，此外，半定量分級(jí)受放射診斷醫(yī)生主觀因素的影響也很大，因此，Pfirrmann分級(jí)存在天生不足。本研究采用3.0 T MR對(duì)下腰痛患者行IVD的T2 和T2* mapping，測(cè)量IVD的T2和T2*值。結(jié)果表明IVD的T2和T2*值與Pfirrmann 分級(jí)呈負(fù)相關(guān)，隨著IVD退變程度的加劇，T2和T2*值均下降，說(shuō)明T2和T2*值具有成為定量評(píng)價(jià)IVD退變的影像學(xué)生物標(biāo)記的潛能。以往研究表明，IVD 的T2信號(hào)強(qiáng)度與水和蛋白聚糖的含量有關(guān)，T2*值與膠原的完整性有關(guān)，因此[10,16,20]，因此，T2和T2*值具有反映IVD退變?cè)缙诘纳淖兊臐撃?，有望?yīng)用于IVD退變?cè)缙谠\斷。本研究也觀察到Pfirrmann分級(jí)中，Ⅰ級(jí)到Ⅲ級(jí)T2值和T2*值降低較明顯，提示T2值和T2*值可能能更好的區(qū)分IVD退變的早期改變。此外，本研究在比較相鄰的Pfirrmann分級(jí)的T2和T2*值時(shí)觀察到Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)IVD的T2和T2*值差別沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，Ⅲ級(jí)到Ⅴ級(jí)的T2和T2*值下降變緩，說(shuō)明IVD退變的后期生化成分和結(jié)構(gòu)的改變趨于平穩(wěn)，而主要為繼發(fā)的形態(tài)學(xué)改變，因此，對(duì)IVD退變的評(píng)價(jià)，特別是晚期，要結(jié)合IVD的MR定量參數(shù)和形態(tài)學(xué)改變。

圖1-3 參照正中矢狀位T2WI在正中矢狀位T2 map和T2* map上手動(dòng)繪制ROI測(cè)量IVD的T2和T2*值。圖4 下腰痛患者IVD的T2值與Pfirrmann分級(jí)的相關(guān)性。圖5 下腰痛患者IVD的T2*值與Pfirrmann分級(jí)的相關(guān)性。圖6 相鄰Pfirrmann分級(jí)的IVD的T2值比較。圖7 相鄰Pfirrmann分級(jí)的IVD的T2*值比較。

本研究存在缺陷有：1.由于進(jìn)入本研究均為有下腰痛的患者，大部分椎間盤存在后部改變，難以對(duì)纖維環(huán)和髓核的T2和T2*值進(jìn)行分別測(cè)量，因此，所測(cè)量的主要為髓核和內(nèi)層纖維環(huán)的T2和T2*值，不能很好的反映纖維環(huán)的改變；2.沒(méi)有獲得IVD退變病理資料并與T2和T2*值進(jìn)行比較，因此，也未能對(duì)T2和T2*值的生物學(xué)意義進(jìn)行解釋，有待遇進(jìn)一步的研究。

綜上所述，IVD的T2和T2*值與Pfirrmann分級(jí)具有相關(guān)性，并能更好區(qū)分早期IVD退變，可以作為影像學(xué)生物標(biāo)記定量評(píng)價(jià)IVD退變，有助于IVD退變?cè)缙谠\斷和客觀評(píng)價(jià)，為臨床IVD退變的診斷與治療提供指導(dǎo)。晚期IVD退變T2和T2*值降低變緩，而以形態(tài)學(xué)改變?yōu)橹?，因此，?duì)晚期IVD退變?cè)u(píng)價(jià)還需要結(jié)合形態(tài)學(xué)改變。

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(本文編輯: 汪兵)

T2 and T2* Mapping to Evaluate Lumber Intervertebral Disc Degeneration in Patients with Low Back Pain Using 3.0 Tesla MRI*

GONG Jing-shan, LIN Ren-nan, ZHOU Yang-yang, et al．, Department of Radiology, Shenzhen People's Hospital, Second Clinical Medical College of Jinan University, Shenzhen 518020, Guangdong Province, China

ObjectiveTo correlate T2 and T2? value of intervertebral disc (IVD) with Pfirrmann grades of IVD degeneration in patients with low back pain, in order to identify whether T2 and T2? value can be imaging biomarkers for quantitative assessment of IVD degeneration．MethodsSixty-six patients with low back pain underwent conventional structure imaging and quantitative imaging (T2 and T2? mapping) of lumber IVD using 3 Tesla MR system． Pfirrmann grades were performed by two diagnostic radiologists in concensus on the basis of the sagittal T2-weighted images． T2 and T2? values of IVD were measured by one diagnostic radiologist through manual drawing region-of-interest (ROI) on midsagittal T2 and T2? maps to cover the nucleus pulposus and inner annulus fibrosus． The correlation between Pfirrmann grades and the two quantitative parameters of IVD was assessed by Pearson correlation test． The difference in T2 and T2? values of contiguous Pfirrmann grades were compared using t test．ResultsT2 and T2? values of IVD were of negative correlation to Pfirrmann grades with correlation coefficients of -0．612 and -0．354 (P＜0．001), respectively． Except grades Ⅳ andⅤ, T2 and T2? values of contiguous Pfirrmann grades showed statistical significant differences．ConclusionT2 and T2? values of IVD could be potential imaging biomarkers for quantitative assessment of IVD degeneration, which might be helpful of early diagnosis and objective evaluation of degeneration． For the end stage degeneration, the decrease of T2 and T2? values is slow down, and morphological changes become obvious．

Intervertebral Disc; Degeneration; Quantitative Magnetic Resonance Imaging; T2 Mapping; T2? Mapping

R274.34

A

深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目(JCYJ20140416122811967)

10.3969/j.issn.1672-5131.2016.10.036

2016-08-24