后纖維環(huán)T2弛豫時(shí)間與腰椎間盤突出的相關(guān)性

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(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射科，重慶 400037)

隨著生活方式的改變和生活節(jié)奏的加快，腰痛的發(fā)病率越來(lái)越高，且呈年輕化趨勢(shì)，已經(jīng)成為影響現(xiàn)代人生活質(zhì)量非常重要的一個(gè)因素[1-3]。引起腰痛的原因較多，到目前為止其確切機(jī)制還沒有被完全揭露，但是研究表明，椎間盤退行性變和椎間盤突出等是引起腰痛的主要因素[4-5]。因此對(duì)椎間盤退行性變和椎間盤突出的早期診斷和干預(yù)對(duì)保持腰椎正常形態(tài)、降低腰痛的發(fā)生非常重要。在常規(guī)的臨床工作中，醫(yī)生多是根據(jù)Pfirrmann得分對(duì)椎間盤的退變和突出進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是，該評(píng)價(jià)方法具有較強(qiáng)的主觀性，而且Pfirrmann得分是基于MRI T2WI圖像上的形態(tài)學(xué)改變得出，對(duì)椎間盤的早期退變?nèi)狈γ舾行?，存在較大的局限性[6-8]。

眾所周知，椎間盤退行性變或椎間盤突出在引起形態(tài)學(xué)改變之前，其水含量和膠原分布會(huì)出現(xiàn)明顯的改變[9-10]。因此，采用MRI T2mapping序列對(duì)椎間盤進(jìn)行掃描，定量測(cè)量椎間盤的T2弛豫時(shí)間，能對(duì)其水含量、水流動(dòng)性和膠原分布進(jìn)行定量評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)椎間盤退變的早期診斷。已經(jīng)有研究表明椎間盤髓核的T2值和Pfirrmann評(píng)分存在明顯的負(fù)相關(guān)，且和椎間盤退變之間存在明顯的相關(guān)性[11-13]。隨著研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)影響髓核T2弛豫時(shí)間的因素較多，單純基于髓核T2弛豫時(shí)間對(duì)椎間盤退行性變進(jìn)行評(píng)估存在一定的局限性。同時(shí)，研究表明椎間盤后纖維環(huán)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對(duì)于椎間盤突出的發(fā)生至關(guān)重要[14]。正常椎間盤的后纖維環(huán)由大量的膠原蛋白和少量的水分組成，硬度從內(nèi)向外逐漸增加，T2弛豫時(shí)間較短，其T2值的增高提示其膠原蛋白結(jié)構(gòu)的紊亂或者水含量的上升，對(duì)診斷和預(yù)測(cè)椎間盤突出具有較大的意義。因此，相對(duì)于髓核，后纖維環(huán)T2弛豫時(shí)間的改變似乎更能提示椎間盤退行性變[14]。基于以上理論，本研究擬對(duì)入組患者進(jìn)行MRI T2WI和T2mapping序列掃描，測(cè)量椎間盤的髓核及后纖維環(huán)的T2弛豫時(shí)間，并根據(jù)Pfirrmann標(biāo)準(zhǔn)對(duì)椎間盤進(jìn)行評(píng)分，評(píng)估椎間盤后纖維環(huán)T2值和椎間盤Pfirrmann評(píng)分之間的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2016年11月至2017年11月在本院就診的單次或者反復(fù)腰痛患者54例作為研究對(duì)象，共256個(gè)腰椎間盤納入本次研究。其中男21例，女33例；年齡18～65歲，平均(38.3±10.5)歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：神經(jīng)根痛、下肢神經(jīng)性缺陷、有脊椎手術(shù)史、腰椎骶化、骶椎腰化和存在MRI禁忌證的患者。

1.2 MRI檢查

檢查設(shè)備為3.0T磁共振成像系統(tǒng)(型號(hào)：GE Signa HDx)，選用脊椎線圈。成像序列包括矢狀位和軸位FSE T1WI和T2WI及矢狀位T2mapping，成像參數(shù)如下：TR=1500 ms、TE=8.3、17.0、26.5、34.2、42.8、49.9、57.6、66.8 ms；FOV=320 mm×320 mm；矩陣256×256；層間距1 mm。

1.3 MRI圖像分析

將掃描所得圖像傳至GE ADW4.5后處理工作站，選取各個(gè)序列中心層面進(jìn)行分析。矢狀位和軸位T1WI和T2WI圖像用于椎間盤的形態(tài)學(xué)評(píng)估。所有圖像均由2位經(jīng)驗(yàn)豐富、具有高級(jí)職稱的放射科醫(yī)師獨(dú)立審閱并依據(jù)椎間盤的病理指南對(duì)其進(jìn)行分級(jí)。參考Fardon和Milette的椎間盤病理分級(jí)指南，將椎間盤突出組織占據(jù)少于椎間盤圓周1/2的定義為突出，超過(guò)椎間盤圓周1/2的稱為椎間盤膨出[15]。根據(jù)椎間盤的形態(tài)對(duì)其進(jìn)行分組：G1組為正常椎間盤；G2組包括Fardon和Milette分級(jí)系統(tǒng)中被認(rèn)為存在側(cè)面突出和膨出的椎間盤；G3組包含F(xiàn)ardon和Milette評(píng)分系統(tǒng)中存在正中、中間側(cè)面和旁正中局限性后部突出的椎間盤。同時(shí)，基于Pfirrmann分級(jí)評(píng)估各椎間盤的退變程度：Ⅰ級(jí)，呈與腦脊液等信號(hào)的高亮均勻信號(hào)影，髓核和纖維環(huán)分界清晰，椎間隙未窄；Ⅱ級(jí)，呈與腦脊液等信號(hào)的高亮不均勻信號(hào)影，其中混雜或不混雜水平帶狀灰色信號(hào)影，髓核和纖維環(huán)分界清晰，椎間隙未窄；Ⅲ級(jí)，呈中等不均勻信號(hào)且混雜有不連續(xù)灰色信號(hào)影，髓核和纖維環(huán)分界不清晰，椎間隙未窄或輕微變窄；Ⅳ級(jí)，呈不均勻中等或低信號(hào)，夾雜灰色或黑色信號(hào)影，髓核和纖維環(huán)分界消失，椎間隙未窄或中度變窄；Ⅴ級(jí)，呈黑色不均勻低信號(hào)，髓核和纖維環(huán)界限消失。當(dāng)存在意見分歧時(shí)經(jīng)討論達(dá)成共識(shí)。

選取感興趣區(qū)，在T2mapping序列上測(cè)量纖維環(huán)的T2弛豫時(shí)間。為了更好地顯示纖維環(huán)和髓核，所有的測(cè)量都是在矢狀位最中間層面上進(jìn)行。將椎間盤從前到后平均分為5等分，將后1/5標(biāo)記為后20%椎間盤(posterior annulus fibrosus 20%,PAF-20)，后1/5的1/2標(biāo)記為后10%椎間盤(posterior annulus fibrosus 10%,PAF-10)，見圖1。分別測(cè)量上述兩個(gè)區(qū)域及髓核的T2弛豫時(shí)間。

圖1 ROI劃分示意圖

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

統(tǒng)計(jì)分析用SPSS 19.0軟件進(jìn)行。不同區(qū)域的平均T2值用單因素方差分析進(jìn)行比較。PAF-20和髓核以及PAF-10和髓核T2弛豫時(shí)間之間的相關(guān)性用Pearson相關(guān)分析進(jìn)行。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 椎間盤形態(tài)學(xué)表現(xiàn)

256個(gè)椎間盤中共有104個(gè)(40.6%)正常椎間盤，113個(gè)(44.1%)膨出椎間盤和39個(gè)(15.3%)突出椎間盤。其中突出椎間盤中24個(gè)(61.5%)椎間盤突出出現(xiàn)在正中層面，10個(gè)(25.6%)出現(xiàn)在中間外側(cè)層面，2個(gè)(5.1%)出現(xiàn)在旁正中層面，3個(gè)(7.7%)出現(xiàn)在側(cè)面區(qū)域(圖2)。因此，G1組、G2組和G3組的入組椎間盤數(shù)分別為104個(gè)(40.6%)、116個(gè)(45.3%)和36個(gè)(14.1%)。

基于Pfirrmann評(píng)分系統(tǒng)，5個(gè)(2.0%)椎間盤為Ⅰ級(jí)，148個(gè)(57.8%)椎間盤為Ⅱ級(jí)，78個(gè)(30.5%)椎間盤為Ⅲ級(jí)，24個(gè)(9.4%)椎間盤為Ⅳ級(jí)，1個(gè)(0.4%)椎間盤為Ⅴ級(jí)。G1組椎間盤的Pfirrmann的得分為(2.16±0.55)分，G2組(2.59±0.71)分，G3組(3.21±0.74)分。

圖2 各組椎間盤的T2WI和T2mapping MRI表現(xiàn)

2.2 椎間盤T2 mapping測(cè)量結(jié)果

在椎間盤PAF-10和PAF-20的T2弛豫時(shí)間上， G1組為(32.6±5.6)ms/(67.8±12.3)ms，G2組為(34.2±5.4)ms/(55.6±10.2)ms，G3組為(40.2±7.2)ms/(46.9±9.8)ms。PAF-20的T2值從G1組到G3組逐漸降低，而PAF-10的T2弛豫時(shí)間呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，從G1組到G3組逐漸升高(圖3)。單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，G3組椎間盤PAF-10的T2值明顯高于G2組(P=0.038)和G1組(P=0.059)，G1組和G2組椎間盤PAF-10的T2值非常接近(P=0.95)。G1組椎間盤PAF-20的T2弛豫時(shí)間均顯著高于G2組和G3組(P<0.05)。G2組椎間盤PAF-20的T2值與G3組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.159)。相關(guān)性分析顯示PAF-10和髓核的T2值之間無(wú)相關(guān)性(r=0.05，P=0.36)，而PAF-20和髓核存在較強(qiáng)相關(guān)性(r=0.448，P<0.05),見圖4。

圖3 各組椎間盤的PAF-20和PAF-10平均T2弛豫時(shí)間

圖4 髓核、PAF-20和PAF-10的T2弛豫時(shí)間

3 討論

椎間盤是由上下面的軟骨板、周圍的纖維環(huán)和中間的髓核三部分組成。軟骨板緊貼在椎骨的上下面，為椎間盤上下面的密封蓋。纖維環(huán)由多層纖維軟骨環(huán)按同心圓排列而成，主要成分為Ⅰ型膠原蛋白。髓核中含有黏多糖蛋白復(fù)合體、硫酸軟骨素和大量水分，為富有彈性的膠狀物質(zhì)。隨著年齡的增加、生活節(jié)奏的加快和生活方式的改變，腰椎間盤的代謝和營(yíng)養(yǎng)狀況逐漸發(fā)生變化，致使軟骨板、纖維環(huán)和髓核的組分逐漸改變，最終導(dǎo)致纖維環(huán)破裂、髓核突出，引起包括背痛在內(nèi)的一系列臨床癥狀[16-17]。

目前，臨床上通常依據(jù)Pfirrmann得分對(duì)腰椎間盤進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要依據(jù)是MRI T2WI圖像上髓核MR信號(hào)強(qiáng)度的改變。但是該評(píng)價(jià)方法具有較強(qiáng)的主觀性，且對(duì)椎間盤的早期退變?nèi)狈γ舾行?，存在較大的局限性。MRI T2mapping序列能對(duì)椎間盤的T2弛豫時(shí)間進(jìn)行精確測(cè)量，對(duì)其水含量、水流動(dòng)性和膠原分布進(jìn)行定量評(píng)估，從而實(shí)現(xiàn)椎間盤退變的早期診斷。已經(jīng)有研究通過(guò)對(duì)椎間盤髓核進(jìn)行T2mapping成像，基于髓核T2弛豫時(shí)間對(duì)椎間盤退變進(jìn)行早期診斷，取得了較大成功[18-19]。但是，這種評(píng)價(jià)方法忽略了后纖維環(huán)在椎間盤突出發(fā)生中的重要作用。正常情況下，后纖維環(huán)由大量的膠原蛋白和少量的水分組成，硬度從內(nèi)向外逐漸增加，是阻止椎間盤突出的主要力量。當(dāng)后纖維環(huán)膠原蛋白的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)紊亂，并且其水含量逐漸上升后，其硬度逐漸降低，最終出現(xiàn)破裂，發(fā)生椎間盤突出。因此，通過(guò)MRI T2mapping成像能對(duì)后纖維環(huán)的T2弛豫時(shí)間進(jìn)行定量評(píng)估，從而評(píng)價(jià)其膠原蛋白結(jié)構(gòu)的紊亂或者水含量的上升，將有可能提高對(duì)椎間盤突出預(yù)測(cè)和診斷的準(zhǔn)確性[20-22]。

因此，基于以上理論，本研究就后纖維環(huán)T2mapping成像能否預(yù)測(cè)椎間盤突出進(jìn)行了探討，結(jié)果顯示突出椎間盤、膨出椎間盤和正常椎間盤之間后纖維環(huán)的T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。進(jìn)一步分析不同分組椎間盤PAF-10和PAF-20的T2弛豫時(shí)間，發(fā)現(xiàn)PAF-20的平均T2弛豫時(shí)間顯著高于PAF-10。不同分組椎間盤PAF-20的T2弛豫時(shí)間差異也有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，G2組和G3組明顯低于正常椎間盤組，但G2組和G3組之間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這和之前的相關(guān)研究結(jié)果相似，即膨出或突出椎間盤PAF-20的平均T2弛豫時(shí)間顯著低于正常椎間盤[23]。相關(guān)性分析結(jié)果顯示PAF-20和髓核T2弛豫時(shí)間之間存在較強(qiáng)相關(guān)性，這充分證明PAF-20的T2弛豫時(shí)間不能作為椎間盤突出的獨(dú)立預(yù)測(cè)及診斷因素。不同于PAF-20，PAF-10 T2弛豫時(shí)間和髓核之間沒有相關(guān)性，且G3組PAF-10的平均T2弛豫時(shí)間明顯高于G2組。因此，我們可以推論，突出椎間盤的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)描述后纖維環(huán)的狀態(tài)、預(yù)測(cè)椎間盤突出。

綜上所述，當(dāng)后纖維環(huán)的后部出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞時(shí)更容易發(fā)生椎間盤突出，對(duì)后纖維環(huán)PAF-10進(jìn)行MRI T2mapping成像能定量評(píng)價(jià)腰椎間盤后纖維環(huán)的結(jié)構(gòu)破壞，從而對(duì)椎間盤突出進(jìn)行預(yù)測(cè)。