MAGiC技術(shù)在頸椎間盤退行性改變中的應(yīng)用價(jià)值

孫其安，李鄭，何玲，張勇

頸痛是臨床常見疾病且發(fā)病年齡有年輕化趨勢(shì)，病因復(fù)雜，其中頸椎間盤退變是其重要原因之一。相關(guān)研究表明，頸痛程度與頸椎間盤退變節(jié)段數(shù)及部位有關(guān)[1]。MRI檢查可以診斷頸椎間盤退變，但易受主觀因素影響，缺乏量化標(biāo)準(zhǔn)，不能準(zhǔn)確反映椎間盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)成份變化[2]。常規(guī)MRI定量技術(shù)掃描時(shí)間過長(zhǎng)，高背景噪聲及多種定量圖譜合并使用時(shí)的額外空間配準(zhǔn)，降低了其臨床應(yīng)用的可行性。合成磁共振成像(magnetic resonance image compilation,MAGiC)是一種多對(duì)比度一站式馳豫定量技術(shù)，可通過一次多動(dòng)態(tài)多回波(multiple-dynamic multiple-echo,MDME)序列獲取多種對(duì)比度圖像及多種定量數(shù)據(jù)，且掃描時(shí)間縮短，具有臨床應(yīng)用可行性。本研究通過MAGiC技術(shù)獲取的定量數(shù)據(jù)來分析椎間盤Pfirrmann分級(jí)間的差異,旨在探討MAGiC定量技術(shù)在頸椎間盤退行性改變中的應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.病例資料

回顧性搜集2021年3月至2021年12月在揚(yáng)州大學(xué)附屬醫(yī)院行頸椎MRI檢查的患者42例。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡≥18歲；②頸部不適且單次或反復(fù)發(fā)作；③受檢者可配合檢查且無MRI檢查絕對(duì)禁忌癥。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：①頸椎骨折、頸椎腫瘤、手術(shù)史、感染性疾病、脊柱畸形等影響椎間盤觀察的患者；②圖像質(zhì)量差,包括運(yùn)動(dòng)偽影、硬件偽影等。本研究最終納入40例患者，其中男22例，女18例，年齡18～73歲，平均(41±16)歲，共計(jì)200個(gè)頸椎間盤。排除2例因運(yùn)動(dòng)偽影致圖像質(zhì)量較差患者。

2.檢查方法

MRI檢查采用GE Architect 3.0T超導(dǎo)MR成像儀，頭頸聯(lián)合線圈，受檢者取頭先進(jìn)仰臥位，囑受檢者靜坐30 min后行頸椎MRI掃描。掃描序列包括：常規(guī)序列矢狀面T1及T2、矢狀面T2脂肪抑制、軸面T2；特殊序列包括矢狀面T2MAP(TR 900 ms，TE 9.1～72.6 ms，層厚3 mm，掃描時(shí)間5 min 48 s)及矢狀面MAGiC(TR 4071 ms，TE 18.4/91.9 ms，ETL 16，層厚3 mm，掃描時(shí)間4 min 55 s)，這兩種序列均采用一致的視野(280 mm×280 mm)、矩陣(320×256)及掃描定位(圖1)。

圖1 同一受檢者T2WI及各定量參數(shù)圖。a)常規(guī)T2WI圖像(1為前纖維環(huán)ROI,3為髓核ROI,5為后纖維環(huán)ROI)；b)MAGiC序列T1值定量圖；c)MAGiC序列T2值定量圖；d)MAGiC序列PD值定量圖；e)T2MAP定量圖。 圖2 T2 MAP與MAGiC序列T2值在AAF區(qū)診斷頸椎椎間盤退變的ROC曲線。 圖3 T2 MAP與MAGiC序列T2值在NP區(qū)診斷頸椎椎間盤退變的ROC曲線。 圖4 T2 MAP與MAGiC序列T2值在PAF區(qū)診斷頸椎椎間盤退變的ROC曲線。

3.感興趣區(qū)的設(shè)定及測(cè)量

使用圖像處理軟件(MAGiC)生成T1-mapping、T2-mapping及PD-mapping三組定量圖譜，每組定量序列自動(dòng)生成偽彩圖。對(duì)照Sag T2WI序列選取正中矢狀面層面設(shè)定感興趣區(qū)(region of interest,ROI)，將每節(jié)椎間盤(C2-C7)繪制成五等份，分別在第一、第三、第五區(qū)域設(shè)置等大橢圓形ROI并標(biāo)記為前纖維環(huán)(anterior annulus fibrosus，AAF)、髓核(nucleus pulposus，NP)、后纖維環(huán)(posterior annulus fibrosus，PAF)，測(cè)量前纖維環(huán)、髓核、后纖維環(huán)的T1、T2、PD值。T2MAP序列在工作站(AW4.7)上獲取T2值，繪制ROI與MAGIC序列的方法相同。Pfirrmann分級(jí)及定量值的測(cè)量由兩位工作年限滿10年以上的醫(yī)師獨(dú)立完成,取兩者測(cè)量的平均值作為最終測(cè)量值，分級(jí)參照腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 頸椎間盤Pfirrmann分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

本研究共納入40例患者，根據(jù)Pfirrmann分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)共200個(gè)椎間盤，其中Ⅰ級(jí)椎間盤25個(gè)，Ⅱ級(jí)椎間盤55個(gè)，Ⅲ級(jí)椎間盤63個(gè)，Ⅳ級(jí)椎間盤40個(gè)，Ⅴ級(jí)椎間盤17個(gè)。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果顯示，T2MAP序列與MAGiC序列T2值具有高度相關(guān)性(r均>0.8)，T2MAP和MAGiC序列T2值均與年齡呈負(fù)相關(guān)性且在髓核區(qū)最為顯著(表2)。Z檢驗(yàn)結(jié)果顯示，前纖維環(huán)T2MAP序列T2值診斷頸椎椎間盤退變的AUC高于MAGiC序列(分別為0.862、0.794，圖2)，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=1.823，P>0.05)；髓核T2MAP序列診斷頸椎椎間盤退變的AUC稍高于MAGiC序列(分別為0.996、0.990，圖3)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=1.109，P>0.05)；后纖維環(huán)T2MAP序列診斷頸椎椎間盤退變的AUC稍高于MAGiC序列(分別為0.834、0.784，圖4)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=1.057，P>0.05)。

表2 頸椎間盤不同ROI區(qū)T2值相關(guān)性分析結(jié)果

MAGiC序列定量值(T1、T2、PD)與Pfirrmann分級(jí)相關(guān)性分析：在AAF、NP、PAF區(qū)MAGIC定量值與Pfirrmann分級(jí)均呈負(fù)相關(guān)，(T1定量:r值分別為-0.368、-0.784、-0.278；T2定量:r值分別為-0.558、-0.950、-0.637；PD定量:r值分別為-0.426、-0.747、-0.402；P值均<0.01)，其中髓核T2值與Pfirrmann分級(jí)呈高度負(fù)相關(guān)，其次髓核T1及PD值、后纖維環(huán)T2值與Pfirrmann分級(jí)呈高度負(fù)相關(guān)，其余ROI區(qū)均呈中低負(fù)相關(guān)。

頸椎間盤各Pfirrmann分級(jí)間MAGIC序列定量值比較：不同Pfirrmann分級(jí)在前后纖維環(huán)、髓核的定量值差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05，表3)。前纖維環(huán)T1、T2、PD值在Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)間差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且PD值在Pfirrmann Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.027)。髓核T1、T2、PD值僅在Pfirrmann Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，其余定量值在相鄰Pfirrmann分級(jí)之間差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.001)。后纖維環(huán)T1、T2、PD值在Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)間差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)，且T2值在Pfirrmann Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.019)，其余定量值在相鄰Pfirrmann分級(jí)間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表4)。

表3 頸椎間盤各Pfirrmann分級(jí)間MAGiC序列定量值比較

表4 相鄰Pfirrmann分級(jí)間MAGiC定量值比較結(jié)果

各ROI區(qū)MAGiC定量值鑒別診斷Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的ROC曲線下面積比較：AAF、NP、PAF區(qū)T1值鑒別診斷Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的AUC分別為0.697、0.828、0.711，髓核與前、后纖維環(huán)的AUC差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=2.248、1.968，P=0.0246、0.0491)；AAF、NP、PAF區(qū)T2值鑒別診斷Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的AUC分別為0.810、0.991、0.862，髓核與前、后纖維環(huán)的AUC差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=3.783、4.710，P=0.0002、P<0.0001)；AAF、NP、PAF區(qū)PD值鑒別診斷Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的AUC分別為0.734、0.779、0.738，髓核與前、后纖維環(huán)的AUC差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=0.732、0.818，P值均>0.05)。

髓核區(qū)MAGiC定量值診斷PfirrmannⅠ到Ⅳ級(jí)的ROC曲線下面積比較：Z檢驗(yàn)結(jié)果顯示，T2值鑒別診斷Pfirrmann Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)、Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)、Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的AUC(分別為0.953、0.973、0.991)均高于T1值(分別為0.883、0.859、0.828)及PD值(分別為0.763、0.714、0.779，圖5～8)，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)；T1值鑒別診斷Pfirrmann Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)、Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)、Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的AUC均高于PD值；Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)間的PD值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=0.987，P>0.05)，其余Pfirrmann分級(jí)T1值與PD值間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)。

圖5 髓核區(qū)MAGiC序列定量值鑒別診斷PfirrmannⅠ級(jí)與Ⅱ級(jí)的ROC曲線。 圖6 髓核區(qū)MAGiC序列定量值鑒別診斷Pfirrmann Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)的ROC曲線。 圖7 髓核區(qū)MAGiC序列定量值鑒別診斷Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的ROC曲線。 圖8 髓核區(qū)MAGiC序列定量值鑒別診斷Pfirrmann Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)的ROC曲線。

討 論

MAGiC是一種一站式馳豫定量技術(shù),能夠一次掃描獲得多組不同對(duì)比度圖象和多種弛豫定量數(shù)據(jù)[2]，對(duì)評(píng)估頸椎退行性變有較高價(jià)值。目前T2-mapping定量評(píng)估脊柱椎間盤退變已經(jīng)有了顯著的研究成果[3-9]，此類合成MRI技術(shù)在脊柱椎間盤方面也有了一定進(jìn)展[10-11]，但MAGiC多種弛豫定量技術(shù)在頸椎椎間盤退變中的應(yīng)用研究涉及較少。

1.MAGiC序列在頸椎間盤退變應(yīng)用方面的可行性分析

本研究結(jié)果表明，MAGiC序列生成的T2定量值與T2MAP定量值具有高度一致性，提示其定量數(shù)據(jù)具有可靠性。髓核及前、后纖維環(huán)的MAGiC與T2MAP定量值對(duì)診斷頸椎椎間盤退變無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，提示MAGiC與T2MAP診斷分級(jí)的效能具有一致性，髓核區(qū)的診斷效能更高。本研究結(jié)果表明MAGIC定量值在頸椎間盤退變的應(yīng)用方面具有可行性，與Jiang等[11]的結(jié)論一致。研究中發(fā)現(xiàn)影像對(duì)椎間盤形態(tài)的顯示有限，且隨著椎間盤退變的加重，對(duì)前、后纖維環(huán)繪制ROI帶來了一定困難，尤其是Pfirrmann Ⅴ級(jí)的椎體間隙變窄，更加難以區(qū)分前、后纖維環(huán)。Menezes-Reis等[12]研究發(fā)現(xiàn)高度退變的椎間盤髓核及纖維環(huán)分界不清對(duì)其繪制ROI及測(cè)量定量值影響很大，張洧藍(lán)等[13]對(duì)腰椎間盤ROI繪制存在相同的問題。頸椎間盤前纖維環(huán)較厚，后纖維環(huán)較稀薄，而髓核的位置相對(duì)固定，容易測(cè)量，研究結(jié)果顯示兩組序列髓核區(qū)定量值的一致性最高,提示髓核區(qū)具有更高的診斷價(jià)值。

2.MAGiC髓核區(qū)T2值與年齡的相關(guān)性分析

本研究結(jié)果顯示髓核區(qū)T2值與年齡呈明顯負(fù)相關(guān)，纖維環(huán)區(qū)T2值與年齡呈弱負(fù)相關(guān)性，提示隨著年齡的增長(zhǎng)T2弛豫時(shí)間顯著縮短。椎間盤退變過程中,髓核含水量降低、蛋白多糖黏液樣基質(zhì)減少、膠原蛋白增多均是導(dǎo)致退變椎間盤T2WI信號(hào)強(qiáng)度降低的因素[14]。后纖維環(huán)相關(guān)性大于前纖維環(huán),提示后纖維環(huán)隨著年齡增加T2值變化差異更大。

3.不同Pfirrmann分級(jí)間的MAGiC定量值差異

本研究結(jié)果顯示髓核T2值與Pfirrmann分級(jí)呈高度負(fù)相關(guān)，髓核T1及PD值、后纖維環(huán)T2值與Pfirrmann分級(jí)呈稍高負(fù)相關(guān)，提示髓核T2值在評(píng)估Pfirrmann分級(jí)方面具有重要意義，與曾菲菲等[8]的結(jié)論一致。髓核區(qū)T1、T2、PD值Pfirrmann分級(jí)兩兩間比較,除Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其余兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明T1、T2值隨著Pfirrmann分級(jí)的增高而降低；提示Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)間變化與組織定量值無關(guān)，可考慮僅是形態(tài)學(xué)的變化。早期椎間盤退變(Ⅰ級(jí)與Ⅱ級(jí)間)僅在髓核區(qū)定量值的差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在前、后纖維環(huán)上，T1與PD定量值在早期椎間盤退變上差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明髓核區(qū)定量值診斷早期退變的效果最佳。早期退變時(shí)在纖維環(huán)區(qū)病變不明顯，在Ⅱ級(jí)以后更容易產(chǎn)生纖維環(huán)病變。中晚期椎間盤退變(Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)間)在前、后纖維環(huán)及髓核區(qū)定量值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與Pfirrmann分級(jí)Ⅲ級(jí)到Ⅳ級(jí)影像學(xué)上髓核及纖維環(huán)信號(hào)發(fā)生改變相一致。本研究發(fā)現(xiàn)Pfirrmann Ⅳ級(jí)與Ⅴ級(jí)僅在前纖維環(huán)PD值上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示晚期退變前纖維環(huán)氫質(zhì)子含量減低，因Ⅴ級(jí)椎間盤定量值測(cè)量困難且樣本量較少，其結(jié)果是否具有臨床意義有待進(jìn)一步研究。

為進(jìn)一步分析髓核與前、后纖維環(huán)MAGiC定量診斷差異，將MAGiC定量值鑒別診斷Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的效能進(jìn)行ROC曲線分析。結(jié)果顯示髓核區(qū)T1及T2值鑒別診斷Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)的效能均高于前、后纖維環(huán)，而髓核PD值的診斷效能與前、后纖維環(huán)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示MAGiC定量值在頸椎椎間盤中晚期退變髓核區(qū)具有更高的診斷價(jià)值。

4.髓核區(qū)MAGiC定量值評(píng)估Pfirrmann分級(jí)的價(jià)值

為了評(píng)估MAGiC各定量值對(duì)Pfirrmann分級(jí)的診斷效能，將Pfirrmann Ⅰ到Ⅳ級(jí)均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的髓核區(qū)進(jìn)行ROC曲線下面積比較。結(jié)果顯示髓核區(qū)T2值對(duì)PfirrmannⅠ級(jí)到Ⅴ級(jí)的診斷效能高于T1值和PD值，T1值對(duì)Pfirrmann Ⅰ級(jí)到Ⅳ級(jí)的診斷效能高于PD值，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示髓核區(qū)T2值對(duì)Pfirrmann分級(jí)的診斷效能最佳，T1值也具有較高的診斷價(jià)值，PD值在診斷Pfirrmann分級(jí)方面優(yōu)勢(shì)最小。Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)間的T1、PD值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示Pfirrmann Ⅲ級(jí)與Ⅳ級(jí)間兩者具有相近的診斷效能。

本研究存在以下局限性：①在Pfirrmann分級(jí)上僅憑視覺評(píng)價(jià)，可能存在主觀因素導(dǎo)致的結(jié)果偏差，在繪制與選擇ROI時(shí)一定程度上也存在主觀偏差；②本研究樣本量相對(duì)有限，未來將加大樣本量進(jìn)一步研究；③缺少組織學(xué)與病理學(xué)結(jié)果，未來將結(jié)合組織學(xué)與病理學(xué)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證與研究。

綜上所述，MAGiC技術(shù)可定量評(píng)估頸椎退行性變，且髓核區(qū)T2值的診斷效能最高，其一站式多弛豫定量成像技術(shù)可為頸椎間盤退行性變提供更多診斷信息。