南通大學(xué)附屬醫(yī)院影像科(江蘇 南通 226001)

葛涌錢 周學(xué)軍 包雪平

曹 亮 吳獻華

3.0T MR IDEAL和T2 mapping成像在腰椎間盤退變中的應(yīng)用

南通大學(xué)附屬醫(yī)院影像科(江蘇 南通 226001)

葛涌錢 周學(xué)軍 包雪平

曹 亮 吳獻華

目的探討磁共振IDEAL和T2 mapping成像技術(shù)在腰椎間盤退變中的應(yīng)用價值。方法前瞻性選擇有腰椎間盤退變癥狀的患者30例，分別進行腰椎矢狀位T2 IDEAL成像、矢狀位T1Flair加權(quán)成像、橫軸位椎間盤T2FSE成像及矢狀位T2 mapping成像。在矢狀位IDEAL水相位圖像上，參考Pfirrmann分級方法，把L2-L3、L3-L4、L4-L5、L5-S1椎間盤進行分級，然后在正中矢狀位T2 mapping圖像上選擇感興趣區(qū)(ROI)，測量椎間盤中髓核(NP)的T2值，進行統(tǒng)計學(xué)分析，比較分析椎間盤退變分級與T2值之間的相關(guān)性。結(jié)果一共測量120個椎間盤T2值，隨著分級的增加，L2-S1椎間盤NP的T2值減小，Ⅳ級與Ⅴ級間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(p＞0.05)，其余各級間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(p＜0.05)。結(jié)論IDEAL和T2 mapping成像結(jié)合起來分析，定性定量的觀察椎間盤退變情況，在椎間盤退變中具有較高的應(yīng)用價值。

磁共振成像；椎間盤退變; IDEAL序列；橫向弛豫時間

腰椎間盤退變是臨床常見的疾病，逐漸進展后會出現(xiàn)腰背疼痛，腿部麻木等系列臨床癥狀，常常通過X線平片、CT和MR來輔助診斷和評價治療效果[1]。MR在成像方面具有較強的優(yōu)勢，往往通過觀察纖維環(huán)(AF)和髓核(NP)信號的強度變化，進行不同退變程度的分級。目前各家醫(yī)院普遍采用的標準是Pfirrmann分級，定性地診斷退變分級。近年來隨著磁共振新技術(shù)的快速發(fā)展，T2 mapping成像通過測量軟骨組織中含有的水、糖類、蛋白質(zhì)、膠原等分子成分，具有定量評價退變程度的價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料回顧性隨機選擇2013年8月～2014年6月在科室檢查的患者30例，其中男性16例，女性14例，年齡22～65歲，平均年齡(46±12)歲。詢問病史腰腿酸脹15例，下肢神經(jīng)痛者15例。納入標準：患者無椎體骨折、結(jié)核感染、腫瘤轉(zhuǎn)移灶及近期腰肌勞損史；無系統(tǒng)性紅斑狼瘡、強直性脊椎炎、骨性關(guān)節(jié)炎等風濕免疫病等；近3年來有多次腰背部疼痛或下肢神經(jīng)痛病史，牽引、針灸或推拿后能夠緩解。

1.2 檢查方法所有患者均使用GE Signa HDxt 3.0T磁共振機器，采用CTL脊柱相控陣線圈。常規(guī)腰椎矢狀面T2 IDEAL掃描參數(shù)：TR2100ms，TE81.5ms，層厚4.0mm，層間距1.0mm，層數(shù)11層，F(xiàn)OV320mm×320mm，矩陣320×224，NEX6，椎體前緣放置兩個平行預(yù)飽和帶，減輕腹主動脈搏動及胃腸蠕動偽影，加FOV300mm×300mm勻場。在IDEAL水相位圖像觀察椎間盤信號強度，按Pfirrmann分級。矢狀面T1Flair掃描參數(shù)：TR2528ms，TE7.9ms，層厚、層間距、孔徑、矩陣同上，NEX2。橫軸位T2FSE掃描參數(shù)：TR2900ms，TE85ms，層厚3mm，層間距1mm，L2～S1每個椎間盤掃描3層，孔徑200mm×200mm，NEX4。矢狀位T2 mapping掃描參數(shù)：采用8回波技術(shù)，TR1000ms，TE1-TE8時間分別為9.7ms、19.4ms、29.1ms、38.8ms、48.4ms、58.1ms、67.8ms和77.5ms，層厚4mm，層間距1mm，層數(shù)5層，NEX1。將原始數(shù)據(jù)傳入GE AW4.5后處理工作站，運用Functool/T2mapping軟件進行T2值測量。

1.3 腰椎間盤Pfirrmann分級評價Pfirrmann椎間盤退變分級標準。在矢狀位T2IDEAL水相位圖像上，根據(jù)外周AF和中間NP的分界以及椎間隙的高度變化將椎間盤分級別：Ⅰ級，NP呈高信號，信號均勻，與AF分界清楚，椎間隙高度正常。Ⅱ級，NP呈高信號，信號不均勻，有或無水平方向低信號條帶，與AF分界清楚，椎間隙高度正常。Ⅲ級，NP呈灰色，信號欠均勻，與AF分界欠清楚，椎間隙有或無輕度狹窄。Ⅳ級NP呈低信號，信號不均勻，與AF界分界模糊不清，椎間隙高度出現(xiàn)輕度或中度狹窄。Ⅴ級NP呈無信號的黑色，椎間隙高度重度狹窄。由磁共振科室2名副主任醫(yī)師按照Pfirrmann標準將30名患者L2～S1的120個椎間盤進行讀片分級，如果出現(xiàn)意見分歧時，可以一起讀片決定退變的分級。

1.4 感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的設(shè)定和測量在正中矢狀位T2mapping水相位圖像上將每個椎間盤自上至下分成3等份，取中間一份，避免終板容積效應(yīng)，在NP位置放置一面積為65～85mm2的感興趣區(qū)，測量L2-L3、L3-L4、L4-L5、L5-S1每一椎間盤內(nèi)ROI的T2值，測量由同一個技師完成，每個椎間盤NP測量3次，然后計算取平均值。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析得到的數(shù)據(jù)采用EXCEL2003表格記錄所有數(shù)據(jù)，采用SPSS13.0軟件來進行統(tǒng)計學(xué)分析，測量的NPT2值用均數(shù)±標準差(X-±s)表示，單位為ms，分析Pfirrmann不同級別間椎間盤NPT2值的差別，采用單因素方差分析及對5個級別件進行兩兩比較，差異p＜0.05作為有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1矢狀位T2IDEAL一次掃描可以得到4個不同相位的圖像，包括同相位，反相位，水相位和脂肪相位，其中水相位觀察椎間盤NP比較清晰，見圖1。

2.2 Pfirrmann分級和NPT2值按照Pfirrmann分級要求，把120個椎間盤歸類為5個級別，Ⅰ級13個(10.83%)，Ⅱ級33個(27.5%)，Ⅲ級39個(32.5%)，Ⅳ級20個(16.66%)，Ⅴ級15個(12.5%)，見圖2。

2.3 椎間盤NP T2值與Pfirrmann分級120個椎間盤NPT2值分別測量，5個級別分別算出均數(shù)和標準差，見表1。隨著椎間盤分級級別的提高，NPT2值逐漸減小，見圖3。

把120個數(shù)據(jù)輸入EXCEL表格，用SPSS統(tǒng)計軟件對5組級別做單因素方差分析，不同級別間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=476.02，p＜0.05)。兩兩比較顯示Ⅳ級與Ⅴ級無統(tǒng)計學(xué)意義(p=0.23，p＞0.05)，其余各級別間差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(p＜0.05)。

表1 不同Pfirrmann分級與測量T2值（x±s，ms）

圖1 IDEAL序列四種不同的組織對比度圖像。圖注：從前往后依次為水相位、脂肪相位、水脂同相位、水脂反相位，在水相位圖上，NP的信號最強，有利于Pfirrmann分級。圖2 椎間盤Pfirrmann分級餅形圖。圖注：Pfirrmann分級餅形圖上，Ⅰ-Ⅴ級所占比例用不同的顏色表達出來。圖3 T2值隨Pfirrmann分級變化圖。圖注：Pfirrmann分級變化圖上，Ⅰ級NP信號最高，Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級逐漸降低，Ⅳ級和Ⅴ級T2數(shù)值比較接近。圖4 IDEAL水相位圖，T2mapping圖和偽彩圖。圖注：ROI選擇椎間盤髓核部位，偽彩圖上NP含水量高，呈基本均勻的綠色如ROI 1和4；NP含水量低，呈橘黃色或者紅色，如ROI 2和3。

通過對患者L2～S1椎間盤NP感興趣區(qū)的設(shè)定、測量后可以得到T2值、偽彩圖和T2值衰減曲線，圖4為IDEAL水相位圖，T2mapping圖和偽彩圖。

3 討 論

腰椎間盤退變是外科常見的退行性病變，隨著年齡的增長，椎間盤逐漸發(fā)生形態(tài)、生理和病理上的改變。腰椎正側(cè)位片可以發(fā)現(xiàn)椎間隙的狹窄，骨質(zhì)的增生，來判斷椎間盤的退變。CT能夠通過測量CT值，觀察椎間盤NP、AF的形態(tài)學(xué)變化做出診斷。王俊山等[2]將低劑量CT掃描技術(shù)應(yīng)用于椎間盤退變，得出低劑量的合理區(qū)間。國內(nèi)有學(xué)者[3-4]采用自主研制的壓力應(yīng)力器，對腰椎進行壓力負荷試驗，更加客觀地顯示腰椎應(yīng)力狀態(tài)下的退變程度。MR憑借多平面、多參數(shù)、高的組織對比度和無電離輻射等獨特優(yōu)勢，在矢狀位T2FSE和椎間盤軸位T2FSE圖像上，通過觀察中間NP、周圍的AF和終板的信號來定性來評價椎間盤退變。

IDEAL技術(shù)是改進的三點法DIXON成像技術(shù)[5]，采集信號點的偏移為π/6，π/2，7π/6，采用的是非對稱的采集方式，克服了傳統(tǒng)三點式DIXON方法的缺陷，保證水脂肪分離的完全性和組織結(jié)構(gòu)的清晰分界。一次掃描可以得到信噪比良好的四種組織對比度圖像，包括水相位、脂肪相位、水脂正相位和水脂反相位。黃敏華[6]就把IDEAL序列用于腰椎脂肪抑制的掃描，和經(jīng)典快速自旋回波進行比較，得出IDEAL序列脂肪抑制效果佳，清晰的分離出水脂信號。水含量的多少就通過組織信號的強度反映出來，國內(nèi)有學(xué)者[7]通過對正常人椎間盤ADC值測定來進一步研究NP含水量與腰椎退變的關(guān)系。Pfirrmann[8]等根據(jù)矢狀位T2FSE圖像，對椎間盤的退變等級做了詳細分級，得到了大家的一致肯定。但是大家感到困難的是，磁共振不能和CT一樣去定量測量，沒有統(tǒng)一的數(shù)值標準，不能及時地發(fā)現(xiàn)椎間盤的早期變化。椎間盤初期退變時，傳統(tǒng)矢狀位T2FSE等序列顯示NP和AF界限清晰，椎間隙正常，但NP含水量、蛋白聚糖濃度開始下降，分子水平發(fā)生了變化。

T2mapping掃描序列的推出，通過對多平面多回波自旋回波，使用8個真正的180度回波脈沖，進行計算并編碼形成色階或灰階圖像。通過測量組織的T2衰減數(shù)值，量化地測量和評估軟組織的固有參數(shù)，被廣泛的用于臨床檢查。早期有學(xué)者[9-10]將T2Mapping技術(shù)用于膝關(guān)節(jié)軟骨早期損傷的研究和應(yīng)用。國外有學(xué)者[11]通過測量椎間盤MR弛豫時間，發(fā)現(xiàn)了NP的T2值和年齡呈負相關(guān)。牛剛等[12]通過患病組和正常組對照研究，提示退變隨著年齡增長存在生理性變化，T2值和Pfirrmann分級也存在高度相關(guān)性。國外有學(xué)者[13-15]曾經(jīng)報道，在一天中，人體椎間盤含水量也會發(fā)生變化，是由于白天活動時直立狀態(tài)和夜間休息時存在差異，也可以通過測量T2值來反映相關(guān)變化。我們參考曹和濤等[3-4]在CT對病人負荷加壓前后對比研究的方法，同樣對我們研究中的30例患者進行10分鐘左右患者體重一半壓力的負荷，模擬負荷下受壓情況，負荷前后對比掃描T2 mapping序列。加壓后發(fā)現(xiàn)NPT2值下降，但幅度不是很大?？赡苡捎诩訅汉笞甸g盤形態(tài)的改變導(dǎo)致數(shù)據(jù)測量數(shù)值的降低，也可能與受壓后水分從NP往周圍AF擴散有關(guān)。我們將采集更多的數(shù)據(jù)，進一步進行數(shù)據(jù)分析。

綜上所述，IDEAL序列結(jié)合T2 mapping技術(shù)對于椎間盤退變的分級和診斷，具有很高的應(yīng)用價值，特別在椎間盤早期退變中測量T2值，定量的評估其病變程度，從而給臨床提供足夠的信息和技術(shù)支持。在椎間盤外科治療、生物分子水平、細胞移植等新技術(shù)[16-17]的全新領(lǐng)域，同樣具有量化評價的廣闊前景。

1. 侯明,朱智奇,唐向陽,等.CT影像對腰椎間盤突出癥手術(shù)前后的評估[J].中國CT和MRI雜志.2012.10（1）:14-16.

2. 王俊山,袁東升,趙文莉,等.腰椎間盤退行性病變低劑量CT掃描的臨床應(yīng)用[J].中國CT和MRI雜志.2012.8(4):38-41.

3. 曹和濤,施裕新,楊琳,等.腰椎間孔內(nèi)神經(jīng)根卡壓多層螺旋CT負荷檢查研究[J].臨床放射學(xué)雜志.2007.26（1）:49-52.

4. 賀新華,曹和濤.腰椎曲度及下腰椎椎間盤高度MSCT負荷前后的比較[J].放射學(xué)實踐雜志.2010.25（8）:919-922.

5. Reeder SB,Pineda AR,Wen Z,et al.Iterative decomposition of water and fat with scho asymmetry and least-aquares estimation(IDEAL):application with fast spin-ehco imaging[J]. Magn Reson Med.2005.54 (3) :636-644.

6. 黃敏華,郭勇,鄭奎宏,等.IDEAL序列在脊柱脂肪抑制中的應(yīng)用[J].

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志.2012.20（1）：2-4.

7. 陳耀康,楊漢豐,杜勇,等.正常成人腰椎間盤ADC值的初步測定[J].中國CT和MRI雜志.2013.11（4）：111-113;120.

8. Pfirrmann CW，Metzdorf A，Zanetti M，et al。Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration.Spine 2001.26. (17):1873-1878.

9. 鄭紅偉,李小明,漆劍頻,等.MR T2 Mapping成像對外傷性膝關(guān)節(jié)軟骨早期損傷的應(yīng)用價值[J].臨床放射學(xué)雜志.2008.27（9）:1247-1250.

10.郝崴,謀怡平.透明質(zhì)酸對骨性關(guān)節(jié)炎療效評價的T2 mapping方法實驗研究[J].臨床放射學(xué)雜志.2012.31（11）:1641-1644.

11.Marinelli NL,Haughton VM,Anderson PA.T2 relaxation times correlated with stage of lumber intervertebral disc degeneration and patient age [J].AJNRA Am J Neuroradiol.2010.31(7):1278-1282.

12.牛剛,楊健,王蓉,等.腰椎間盤退變的磁共振T2 map定量研究[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù).2010.26（12）:2325-2329.

13.Chiu EJ,Newitt DC,Segal MR,et al.Magnetic resonance imaging measurement of relaxation and water diffusion in the human lumbar intervertebral disc under compression in vitro. Spine.2001.26(19):E437-444.

14.Karakida O,Ueda M,et al.Diumal T2 value changes in the lumbar intervertebral discs.Clin Radiol.2003.58(5):389-392.

15.Niinimaki J，Korkikoski A，Ojala O，et al. Association between visual degeneration of intervertebral discs and the apparent diffusion coefficient. Magn Reson Imaging.2009.27(5):641-647.

16.Masuda K,An HS. Prevention of disc degeneration with growth factors[J].Eur Spine J.2006.15(3):422-432.

17.Evans C.Potential biologic therapies for the intervertebral disc [J].J Bone Joint Surg Am.2006.88(2):95-9.

(本文編輯: 劉龍平)

The Application of 3.0T MR IDEAL and T2 Mapping Imaging in Lumbar Intervertebral Disc Degeneration

GE Yong-qian, ZHOU Xue-jun, BAO Xue-ping,et al．, Department of Radiology, Affiliated Hospital Of Nantong University, Jiangsu Province, Nantong 226001, China

ObjectiveTo evaluate the clinical value of magnetic resonance IDEAL and T2 mapping imaging in lumbar intervertebral disc degeneration．MethodsThe prospective pilot study chose 30 patients with symptoms of lumbar intervertebral disc degeneration．Sagittal T2 IDEAL imaging, sagittal T1 Flair imaging, axis intervertebral disc T2FSE and sagittal T2mapping imaging were performed． According to Pfirrmann grading method,discs from L2 to S1 were classified on the sagittal water-phase images． As regions of interest(ROI) were evaluated on water-phase images, T2 relaxation times of nucleus pulposus(NP) were measured． The correlativity between Pfirrmann grade and T2 values was analyzed using statistical analysis．ResultsTotally 120 discs were measured．The T2 value of NP decreased whlie the Pfirrmann grade increased． The significant diffrernces of T2 value of NP were found in all grades (p＜0．05)except for the grade Ⅳ and Ⅴ(p＞0．05)．ConclusionThe IDEAL and T2 mapping imaging could be combined to analysis intervertebral disc degeneration by the way of qualitative and quantitative Methods．

Magnetic Resonace Imaging; Intervertebral Disc Degeneration; IDEAL Sequence; T2 Relaxation Time

R445.2

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2015.02.26

吳獻華

2015-01-05