陳春 郭勇 任愛(ài)軍 阮狄克

. 綜述 Review .

腰椎間盤營(yíng)養(yǎng)擴(kuò)散途徑的 DCE-MRI 研究進(jìn)展

陳春 郭勇 任愛(ài)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(yíng)養(yǎng)供應(yīng)減少、細(xì)胞凋亡失衡、基質(zhì)酶活性改變、生物力學(xué)機(jī)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏被認(rèn)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(shí)[3]。當(dāng)某些病因引起營(yíng)養(yǎng)椎體的血液供應(yīng)減少時(shí)，影響了髓核營(yíng)養(yǎng)的輸送，最終導(dǎo)致椎間盤退變的發(fā)生。既往檢測(cè)擴(kuò)散途徑的方法較多，但主要集中在離體研究上[4]，如何無(wú)創(chuàng)檢測(cè)活體對(duì)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(dòng)態(tài)增強(qiáng)磁共振掃描 ( dynamic contrast enhanced-MRI，DCE-MRI ) 通過(guò) MRI 對(duì)比劑進(jìn)入椎間盤的快慢及多少反映椎間盤的營(yíng)養(yǎng)擴(kuò)散過(guò)程，具有可重復(fù)、無(wú)創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)，是一種新的分析椎間盤營(yíng)養(yǎng)機(jī)制的方法，現(xiàn)將其機(jī)制進(jìn)行綜述。

一、DCE-MRI 的基本原理及方法

DCE-MRI 是一種無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)病變部位血流灌注情況的技術(shù)，當(dāng)小分子順磁性對(duì)比劑經(jīng)高壓注射器靜脈團(tuán)注后，對(duì)比劑通過(guò)血管迅速進(jìn)入到組織內(nèi)，使組織強(qiáng)化達(dá)到高峰，隨著對(duì)比劑逐漸流出，進(jìn)入相對(duì)平衡期，再隨著對(duì)比劑的吸收排泄使組織內(nèi)對(duì)比劑減少，組織信號(hào)強(qiáng)度逐漸降低。它是評(píng)價(jià)組織器官血流的新的成像方法，根據(jù)示蹤劑來(lái)源不同，分為內(nèi)源性和外源性兩種[5-6]。臨床中對(duì)于椎間盤病變的檢測(cè)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(guò)連續(xù)測(cè)量組織內(nèi)示蹤劑的濃度來(lái)獲取相關(guān)的血流動(dòng)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(dòng)態(tài)成像法 ( 團(tuán)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(dá)到平衡濃度后成像 )[7-8]。椎間盤影像學(xué)信號(hào)的采集是通過(guò)靜脈注射顯影劑，顯影劑進(jìn)入毛細(xì)血管到達(dá)組織后，會(huì)改變組織的局部磁場(chǎng)，使組織質(zhì)子經(jīng)歷的磁場(chǎng)均勻性降低，加速質(zhì)子失相位過(guò)程，從而使組織 T1時(shí)間縮短，使用對(duì) T1時(shí)間敏感的序列測(cè)量，在顯影劑第一次通過(guò)期間重復(fù)、快速的掃描層面圖像，就會(huì)觀察到組織的信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)，得到時(shí)間 - 信號(hào)強(qiáng)度曲線，并通過(guò)對(duì)曲線的處理獲得參數(shù)[5]，通過(guò)掃描出的動(dòng)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(yíng)養(yǎng)途徑方向認(rèn)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(guò)造影劑增強(qiáng)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(zhǔn)確定位仍然不清[10]，Rajasekaran 等[11]認(rèn)為由于骨性終板的信號(hào)強(qiáng)度改變與椎體是一致的，因此可認(rèn)為軟骨終板區(qū)域增強(qiáng)信號(hào)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(gè)低信號(hào)區(qū)域，此區(qū)域與其它部位最大峰值信號(hào)的出現(xiàn)不一致，他把這種隨時(shí)間增加，信號(hào)強(qiáng)度峰值延遲出現(xiàn)的特點(diǎn)定義為終板延遲，并認(rèn)為正常情況下椎間盤具有終板信號(hào)增強(qiáng)延遲的特點(diǎn)可認(rèn)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(duì)于椎間盤整個(gè)信號(hào)強(qiáng)度的改變具有重要的意義[9]，通過(guò) DCE-MRI研究認(rèn)為是否具有正常的營(yíng)養(yǎng)途徑擴(kuò)散方向，終板信號(hào)增強(qiáng)延遲的典型特點(diǎn)和髓核信號(hào)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(yíng)養(yǎng)途徑擴(kuò)散機(jī)制的影響因素

1. 終板結(jié)構(gòu)：目前認(rèn)為椎間盤的營(yíng)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(zhēng)議[12-13]，Rajasekaran等[10]通過(guò) DCE-MRI 研究發(fā)現(xiàn)前后纖維環(huán)在 10 min 時(shí)信號(hào)開始增強(qiáng)，可能是與外層纖維環(huán)的血管有關(guān)，此時(shí)髓核內(nèi)并無(wú)強(qiáng)化信號(hào)，而終板區(qū)域信號(hào)峰值達(dá)到后，髓核的峰值信號(hào)才會(huì)緩慢出現(xiàn)，認(rèn)為擴(kuò)散主要來(lái)自于終板途徑，在影像學(xué)上給出新的機(jī)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(guò)大可導(dǎo)致椎體軟骨終板破裂，導(dǎo)致椎間盤因營(yíng)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(xì)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(biāo)本及無(wú)創(chuàng)的 MRI 影像技術(shù)證實(shí)了此觀點(diǎn)[15]。Nguyen-minh 等[16]在 0.5T MRI 對(duì) 15 例腰背部疼痛患者測(cè)量椎間盤增強(qiáng)前后信號(hào)強(qiáng)度，于 10 min 內(nèi)注射 0.1 mmol / kg 的釓特醇，注射后 5 min 增補(bǔ) 0.2 mmol / kg 的注射量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相對(duì)于增強(qiáng)前，正常與退變間盤信號(hào)強(qiáng)度的增強(qiáng)幅度分別約 36% 和 21%，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示終板破裂在信號(hào)改變方面起重要作用。此外，軟骨終板的自身成分與營(yíng)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(huì)降低濾過(guò)能力。

2. 溶劑性質(zhì)：MRI 研究顯示營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)透過(guò)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(fù)離子的化合物，對(duì)水、陽(yáng)離子具有較大的親和力，對(duì)陰離子則有排斥作用[17-18]，因此，離子型對(duì)比劑 ( 馬根維顯 ) 在椎間盤的擴(kuò)散要慢于中性對(duì)比劑 ( 釓特醇、釓雙胺等 )。Ibrahim等[19]對(duì) 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(duì)比二者的強(qiáng)化程度，發(fā)現(xiàn)注射釓特醇后椎間盤的強(qiáng)化明顯高于馬根維顯組。椎間盤中的固有成分也是影響擴(kuò)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(yùn)動(dòng)，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(cè)可能與髓核中帶有較高的固定負(fù)電荷的蛋白多糖的代謝有關(guān)，但其作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。此外，對(duì)比劑分子質(zhì)量的大小也決定其擴(kuò)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(kuò)散[11]，Perlewitz 等[21]在對(duì)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(kuò)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(méi)有明顯的區(qū)別，其機(jī)制原因仍需進(jìn)一步研究。椎間盤的增強(qiáng)信號(hào)與造影劑劑量有很大的關(guān)聯(lián)，Ibrahim 等[22]對(duì)不同造影劑量的注射后間盤的增強(qiáng)效果進(jìn)行一系列的研究，通過(guò)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(wú)法檢測(cè)到椎間盤信號(hào)改變，高于此劑量可獲得良好的信號(hào)。Akansel 等[23]先向人體靜脈首次注射 0.1 mmol / kg，二次增補(bǔ) 0.2 mmol / kg，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二次增補(bǔ)后臨近終板區(qū)域信號(hào)強(qiáng)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(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

三、擴(kuò)散的評(píng)估方式及分析方法

注射造影劑后，通過(guò) MRI 自帶軟件描繪出時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度 ( Time-SI ) 曲線是評(píng)估椎體、終板、纖維環(huán)及髓核營(yíng)養(yǎng)途徑的重要方式[10]。椎間盤的營(yíng)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(duì) SI 值的測(cè)量非常重要。Nguyen-minh 等[16]認(rèn)為一個(gè)區(qū)域放置多個(gè)小正方形測(cè)量其 SI 值可以很大程度上減小誤差。鄧紹強(qiáng)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(shí)地反映髓核區(qū)域的擴(kuò)散情況。但 Rajasekaran 等[20]采用的評(píng)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(zhǎng)方形來(lái)測(cè)量其 SI值，對(duì)于髓核和纖維環(huán)，選用合適大小的橢圓形 ROI 分別測(cè)量前后纖維環(huán)和髓核的 SI 值，大約包含 50% 面積大小的長(zhǎng)方形分別放置于髓核的上中下，他們認(rèn)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(jué)誤差，從而保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，也對(duì)比了不同形狀 ROI 并測(cè)量其 SI值，也證實(shí)了以上的類似結(jié)果。

在 T1WI-DCE-MRI 圖像上可以進(jìn)行 ROI 信號(hào)強(qiáng)度的半定量分析，通過(guò)動(dòng)態(tài)增強(qiáng)曲線、計(jì)算出的早期強(qiáng)化率、增強(qiáng)后最大強(qiáng)化率及達(dá)峰時(shí)間等參數(shù)，來(lái)反應(yīng)血流動(dòng)力學(xué)信息[25]。不同椎間盤區(qū)域內(nèi)增強(qiáng)后的 SI 值可以進(jìn)行增強(qiáng)百分率的定量分析。Rajasekaran 等[10]對(duì) 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(hào)值，SITP 表示為不同階段內(nèi)的 ROI 的信號(hào)強(qiáng)度值，增強(qiáng)后的 SI ( ROI )＝SITP-SIBASE / SIBASE×100，SIMAX 定義為在整個(gè)某一時(shí)間點(diǎn)的峰值，TRISE 表示為介于 SIBASE和 SIMAX 之間，意為在一個(gè)時(shí)間段內(nèi) SI 開始增大的初始值，時(shí)間信號(hào)曲線 ( time intensity curve，TIC ) 表示為時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線，為 SI 在不同時(shí)間點(diǎn)內(nèi)繪制而成，表示某一個(gè) ROI 在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)的變化趨勢(shì)圖形。通過(guò)不同時(shí)間點(diǎn)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(qiáng)后的 DCE-MRI 研究

1. 正常椎間盤內(nèi)的擴(kuò)散量化研究：正常椎間盤的擴(kuò)散的具體量化機(jī)制研究仍比較少。有學(xué)者進(jìn)行一系列退行性病變椎間盤與營(yíng)養(yǎng)通道的關(guān)系研究[4,26]。韓志華等[27]對(duì)正常犬行持續(xù) 4 h 的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)后發(fā)現(xiàn)，注射對(duì)比增強(qiáng)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(dá)到第一個(gè)峰值，3.5 h 達(dá)到第二個(gè)峰值，而第二個(gè)峰值明顯低于第一個(gè)峰值，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義( P＜0.05 )，認(rèn)為犬正常腰椎間盤動(dòng)態(tài)增強(qiáng)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(yíng)養(yǎng)途徑研究始于 21 世紀(jì)初期，Rajasekaran 等[10]于2004 年首次對(duì)正常人活體腰椎椎體、終板、纖維環(huán)及髓核的 24 h 擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)的研究，測(cè)量了椎間盤不同區(qū)域的增強(qiáng)百分比和增強(qiáng)峰值的百分率及達(dá)峰時(shí)間。TIC特點(diǎn)表現(xiàn)為椎體及骨性終板在 5 min 達(dá)到信號(hào)峰值，增強(qiáng)幅度分別為 ( 30.8%±15.4 ) %和 ( 32.6±17.5 ) %，增強(qiáng)后 2 h 邊緣出現(xiàn) 2 條平行于終板的線樣信號(hào)強(qiáng)化條帶，峰值為 ( 32.2±21.0 ) %，此信號(hào)帶的產(chǎn)生為終板擴(kuò)散延遲特點(diǎn)所造成，隨后整個(gè) TIC 中持續(xù)維持較高的 SI，髓核在前 10 min 內(nèi)無(wú)信號(hào)改變，增強(qiáng)后 2 h 可見(jiàn) 2 條與內(nèi)髓核分界清晰并平行終板的信號(hào)帶，增強(qiáng)后 6 h 出現(xiàn)內(nèi)外髓核信號(hào)增強(qiáng)達(dá)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(hào)峰值與椎體及終板的信號(hào)峰值成正相關(guān)，認(rèn)為信號(hào)從椎體、終板、纖維環(huán)及外髓核依次增強(qiáng)為正常椎間盤擴(kuò)散方向途徑。認(rèn)為在 T1WI 上鑒別軟骨終板和髓核的高信號(hào)區(qū)域是通過(guò)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(hào)區(qū)，實(shí)際上此低信號(hào)區(qū)域?yàn)榻K板的功能性區(qū)域，在 TIC 上具有“信號(hào)丟失”的特點(diǎn)，可把這種彌散時(shí)間的延長(zhǎng)定義為終板延遲，并認(rèn)為在完整的終板形態(tài)至關(guān)重要[17]。以上可見(jiàn)，動(dòng)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，而兩者達(dá)到峰值時(shí)間的不同可能是物種差異所致。

2. 退變椎間盤內(nèi)的擴(kuò)散量化研究：研究表明椎間盤的退變分級(jí)程度和終板的 Modic 改變影響椎間盤內(nèi)的增強(qiáng)信號(hào)改變[28]。Niinimaki 等[28]通過(guò)向人體注射造影劑將椎間盤的各級(jí)退變程度進(jìn)行量化分析，研究結(jié)果顯示注射 90 min 后其 II～V 級(jí)的信號(hào)強(qiáng)度變化率分別為 ( 6.6± 5.5 ) %，( 8.8±11 ) %，( 32.0±29.0 ) %，( 72.0±19.0 ) %，認(rèn)為發(fā)生 Modic 改變的退變椎間盤中，毛細(xì)血管芽生長(zhǎng)進(jìn)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(hào)強(qiáng)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(shí)快速達(dá)到峰值，軟骨下骨也能達(dá)到高信號(hào)，并且在 2 h 時(shí)鄰近終板周圍髓核仍有局部高信號(hào)，而內(nèi)髓核的信號(hào)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(hào)強(qiáng)度峰值差別較大并給出量化結(jié)果，非嚴(yán)重間盤退變程度在 10 min，12 h，24 h 的信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)率分別為 ( 2.76± 13.95 ) %，( 27.56±19.44 ) %，( 21.72±22.28 ) %，嚴(yán)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(shí)對(duì)比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，此為區(qū)分椎間盤的嚴(yán)重程度給出一個(gè)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(hào)峰值[30]并被組織學(xué)證實(shí)[31]。為了解終板結(jié)構(gòu)在椎間盤退變中的作用機(jī)制，Rajasekaran 等[9]對(duì)終板結(jié)構(gòu)損傷程度進(jìn)行了量化分析，提出終板損傷總分 ( total endplate damage score，TEPS )，認(rèn)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(jì) 6 分是終板破裂與否的臨界分?jǐn)?shù)，超出意味椎間盤退變的機(jī)率增加兩倍，建議低于臨界分?jǐn)?shù)可能適合于生物學(xué)和椎間盤再生治療。

五、椎間盤的擴(kuò)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(zhēng)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(jiàn)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(kuò)散特點(diǎn)[9]。DCE-MR 顯示異常的擴(kuò)散途徑為椎體、終板及外髓核的信號(hào)同時(shí)在 10 min 時(shí)達(dá)到峰值，而正常的擴(kuò)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(hào)增強(qiáng)，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(hào)強(qiáng)度減少[13]。2008 年Rajasekaran 等[31]對(duì) 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(kuò)散途徑及口服藥物前后的擴(kuò)散變化，系統(tǒng)性的研究椎間盤擴(kuò)散營(yíng)養(yǎng)通道特點(diǎn)，根據(jù)終板的信號(hào)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(yíng)養(yǎng)途徑擴(kuò)散類型，A：終板結(jié)構(gòu)完整，MR 上有正常的雙低信號(hào)帶，無(wú)信號(hào)增強(qiáng)缺失和反常增強(qiáng)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(wú)明顯的擴(kuò)散特點(diǎn)改變，說(shuō)明終板較薄弱，遠(yuǎn)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(hào)呈高改變表現(xiàn)，但擴(kuò)散信號(hào)帶改變僅限于終板局部病灶，髓核內(nèi)部無(wú)高信號(hào)改變，認(rèn)為雖然終板已有破損，但遠(yuǎn)期退變幾率仍較小。D：終板損傷處的髓核外部高信號(hào)改變并延及髓核內(nèi)部。E：終板延遲及正常途徑的營(yíng)養(yǎng)擴(kuò)散途徑方向均改變，髓核內(nèi)部有異常的高信號(hào)改變，該作者認(rèn)為具有類型 D、E 類型特點(diǎn)可定義為退變性椎間盤。為研究椎間盤各區(qū)域的信號(hào)改變與時(shí)間的相關(guān)性，根據(jù)椎間盤營(yíng)養(yǎng)途徑的 TIC 特點(diǎn)對(duì)其營(yíng)養(yǎng)改變類型分為 4 類[14]：( 1 ) TIC 曲線髓核最初有信號(hào)增強(qiáng)緩慢，6 h 時(shí)達(dá)到信號(hào)峰值，此為正常椎間盤信號(hào)改變特點(diǎn)；( 2 ) TIC曲線顯示為增強(qiáng)信號(hào)減弱，峰值信號(hào)延遲，此為年老型椎間盤信號(hào)改變特點(diǎn)；( 3 ) TIC 曲線顯示有信號(hào)增強(qiáng)雙峰值，兩個(gè)峰值分別代表了造影劑在血管內(nèi)不同的流速時(shí)相和正常終板結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散相，此模式常見(jiàn)于局部損傷的椎間盤退變；( 4 ) TIC 曲線出現(xiàn)較早的高信號(hào) ( 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(kuò)散模式、TIC 曲線和 Pfirrmann 分級(jí) 5 個(gè)方面來(lái)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(zhǔn)確的方法。

表1 不同類型椎間盤的 MRI 鑒別特點(diǎn)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(kuò)散 DCEMRI 研究

研究證實(shí)腰動(dòng)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(dòng)脈狹窄后椎體內(nèi)毛細(xì)血管網(wǎng)血流減少，營(yíng)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(dòng)脈狹窄并不是絕對(duì)影響因素，分析原因其一是動(dòng)脈狹窄不會(huì)直接影響椎間盤內(nèi)血供減少，但可能會(huì)促進(jìn)其它諸如終板等結(jié)構(gòu)改變，二是椎間盤動(dòng)脈血供較多，單根血供減少不會(huì)影響其它血液調(diào)節(jié)。然而對(duì)于腰椎間盤供應(yīng)節(jié)段血管的全部狹窄會(huì)導(dǎo)致何種結(jié)果，并未進(jìn)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(jiàn)毛細(xì)血管，成為基本無(wú)血管供應(yīng)的組織，Boost等[29]發(fā)現(xiàn) 10～16 歲時(shí)血管消失速度增快。終板與椎體間血管芽的多少?zèng)Q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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)血竇-軟骨界面進(jìn)行擴(kuò)散，組織學(xué)檢測(cè)顯示髓核區(qū)終板內(nèi)血管芽呈膨大交錯(cuò)，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?jī)H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(wú)血管芽，軟骨下骨板增厚，椎體血竇與軟骨無(wú)直接溝通，無(wú)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(hào)峰值存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異性，11～20 歲組則與以上兩組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，此也說(shuō)明青少年終板血管減少對(duì)髓核營(yíng)養(yǎng)影響較大。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)尼莫地平可能會(huì)增加終板血管數(shù)量[37]，終板區(qū)域的毛細(xì)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(shí)口服藥物后終板信號(hào)強(qiáng)度較前增加了11% 并使信號(hào)峰值提前，但藥物的作用機(jī)制、治療時(shí)期等機(jī)制仍需進(jìn)一步研究[37]。

七、展望

及時(shí)有效地檢測(cè)椎間盤營(yíng)養(yǎng)通道對(duì)完善治療計(jì)劃、延長(zhǎng)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(zhǔn)確，能夠通過(guò)對(duì)椎間盤內(nèi)部血流動(dòng)力學(xué)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散信息的檢測(cè)，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(píng)價(jià)等多個(gè)臨床重要環(huán)節(jié)，提供重要的參考指標(biāo)。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(jì)算的精確化、程序化、簡(jiǎn)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(cè)椎間盤營(yíng)養(yǎng)途徑，將在多種生物治療及內(nèi)固定優(yōu)化設(shè)計(jì)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(qiáng), 楊漢豐, 杜勇, 等. 感興趣區(qū)大小對(duì)正常腰椎間盤ADC值測(cè)量的影響. 實(shí)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(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI特征研究. 中國(guó)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(yíng)養(yǎng)的關(guān)系. 中國(guó)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(guó)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(ài)軍 )

阮狄克，Email: ruandikengh@163.com

2013-09-05 )