張嘯波ZHANG Xiaobo

孫維榮2SUN Weirong

張 肖1ZHANG Xiao

杜 鵬1DU Peng

何曉鋒1HE Xiaofeng

張 欣1ZHANG Xin

肖越勇1XIAO Yueyong

T2 mapping對腰椎間盤退行性變的定量研究

張嘯波1ZHANG Xiaobo

孫維榮2SUN Weirong

張 肖1ZHANG Xiao

杜 鵬1DU Peng

何曉鋒1HE Xiaofeng

張 欣1ZHANG Xin

肖越勇1XIAO Yueyong

作者單位
1.解放軍總醫(yī)院放射科 北京 100853 2.解放軍316醫(yī)院 北京 100093

目的 基于T2WI的Pfirrmann得分僅能對椎間盤進(jìn)行定性評價(jià)，極易受到周圍環(huán)境和成像參數(shù)的影響，本研究擬通過3.0T MRI T2 mapping序列對腰椎間盤退行性變進(jìn)行定量評估，為腰椎間盤退行性變的準(zhǔn)確診斷提供一定的依據(jù)。資料與方法 對53例腰痛患者（265個(gè)腰椎間盤）行T1FSE、T2FSE及T2 mapping序列掃描，分析掃描圖像并按照Pfirrmann得分進(jìn)行分級，計(jì)算并比較各椎間盤T2弛豫時(shí)間的差異，分析椎間盤T2弛豫時(shí)間的相關(guān)性。結(jié)果 265個(gè)椎間盤中，Pfirrmann I級5個(gè)（1.9%），Pfirrmann II級153個(gè)（57.7%），Pfirrmann III級86個(gè)（32.3%），Pfirrmann IV級20個(gè)（7.5%），Pfirrmann V級1個(gè)（0.38%）。前纖維環(huán)各Pfirrmann分級的T2弛豫時(shí)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。后纖維環(huán)各Pfirrmann分級的T2弛豫時(shí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。前纖維環(huán)Pfirrmann II～I(xiàn)V級的T2弛豫時(shí)間短于后纖維環(huán)，Pfirrmann I級的T2弛豫時(shí)間顯著高于后纖維環(huán)（P＜0.05）。髓核Pfirrmann I～I(xiàn)V級的T2弛豫時(shí)間組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。髓核各分區(qū)（ROI2/ROI3、ROI3/ROI4、ROI2/ROI4）的T2弛豫時(shí)間呈顯著正相關(guān)（r=0.86、0.76、0.63，P＜0.05），前纖維環(huán)與后纖維環(huán)的T2弛豫時(shí)間無顯著相關(guān)（r=0.09，P＜0.05），髓核T2弛豫時(shí)間與椎間盤Pfirrmann分級呈顯著負(fù)相關(guān)（ r=－0.78，P＜0.05）。結(jié)論MR T2 mapping能對腰椎間盤進(jìn)行T2弛豫時(shí)間定量評估，且與其退變等級顯著相關(guān)。

腰椎；椎間盤移位；磁共振成像

目前，臨床上依據(jù)椎間盤的Pfirrmann得分對椎間盤的退變程度進(jìn)行評價(jià)，Pfirrmann得分的主要依據(jù)為髓核MR信號強(qiáng)度、椎間盤結(jié)構(gòu)、髓核和纖維環(huán)之間的邊界以及椎間隙的寬度[1]。然而，基于T2WI的Pfirrmann得分僅能對椎間盤進(jìn)行定性評價(jià)，極易受到周圍環(huán)境和成像參數(shù)的影響[2]。T2 mapping序列能對椎間盤進(jìn)行定量研究，測量出感興趣區(qū)（ROI）的T2弛豫時(shí)間，進(jìn)而更加準(zhǔn)確地評價(jià)椎間盤的物質(zhì)組成[3]。本研究通過測量腰背痛患者椎間盤的T2弛豫時(shí)間，定量評價(jià)腰椎間盤退行性變，并和傳統(tǒng)定性研究進(jìn)行對比，評價(jià)MR T2 mapping序列對腰椎間盤退行性變早期診斷的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2013年1—9月以腰痛癥狀就診于解放軍總醫(yī)院骨科的53例患者，其中男36例，女17例；年齡17～66歲，平均（37.5±10.3）歲。排除脊柱顯著畸形、外傷或手術(shù)史及顯像欠佳患者。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均知情同意。

1.2 儀器與方法 患者取仰臥位。采用GE Signa HDx 3.0T MRI掃描儀，選用脊柱掃描線圈，分別對患者進(jìn)行矢狀位T1FSE、矢狀位和軸位T2FSE以及矢狀位T2 mapping序列掃描，掃描序列及參數(shù)見表1。

表1 MRI掃描序列及其參數(shù)

1.3 圖像分析 將掃描圖像傳至GE ADW后處理工作站，選取各個(gè)序列圖像質(zhì)量較好的層面進(jìn)行分析。由2名分別有10年和15年MRI診斷經(jīng)驗(yàn)的影像科主治醫(yī)師和主任醫(yī)師獨(dú)立對所有患者的L1～2、L2～3、L3～4、L4～5和L5～S1椎間盤進(jìn)行分析，并基于各椎間盤在矢狀位T2WI圖像上的解剖和信號特點(diǎn)，對各椎間盤進(jìn)行Pfirrmann分級，其標(biāo)準(zhǔn)為[1]：①I級：信號均勻，呈高亮信號影，與腦脊液等信號，髓核和纖維環(huán)邊界清晰，椎間隙未變窄；②II級：信號不均勻，高亮信號影中混雜或不混雜水平帶狀灰色信號影，與腦脊液等信號，髓核和纖維環(huán)邊界清晰，椎間隙未變窄；③III級：信號不均勻，呈中等信號且混雜有不連續(xù)灰色信號影，髓核和纖維環(huán)邊界不清晰，椎間隙未變窄或輕微變窄；④IV級：信號不均勻，呈中等信號或低信號，夾雜灰色或黑色信號影，髓核和纖維環(huán)邊界消失，椎間隙未變窄或中度變窄；⑤V級：信號不均勻，呈黑色低信號，髓核和纖維環(huán)界限消失，椎間隙消失。當(dāng)醫(yī)師意見分歧時(shí)經(jīng)討論達(dá)成共識。

1.4 圖像后處理 使用后處理工作站Functool軟件包對T2 mapping圖像進(jìn)行處理。取中間矢狀位層面，將椎間盤從前至后平均分為5等份，依次為前纖維環(huán)（ROI1）、前髓核（ROI2）、中髓核（ROI3）、后髓核（ROI4）及后纖維環(huán)（ROI5）（圖1），測量腰椎間盤各等份ROI的T2值，并單獨(dú)測量髓核區(qū)域（包括前、中、后髓核）的T2值。

圖1 椎間盤ROI劃分。1、5分別為前、后纖維環(huán)；2、3、4分別為前髓核、中髓核、后髓核

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件；先進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)及方差齊性檢驗(yàn)，應(yīng)用Pearson相關(guān)系數(shù)對各腰椎間盤T2值的相關(guān)性進(jìn)行分析，Pfirrmann分組的比較采用單因素方差分析和Tukey post-hoc分析，采用Spearman等級相關(guān)對髓核T2值和Pfirrmann分級進(jìn)行相關(guān)性分析，前后纖維環(huán)T2值的比較采用配對t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 Pfirrmann分級結(jié)果 265個(gè)椎間盤中，Pfirrmann I級5個(gè)（1.9%），Pfirrmann II級153個(gè)（57.7%），Pfirrmann III級86個(gè)（32.3%），Pfirrmann IV級20個(gè)（7.5%），Pfirrmann V級1個(gè)（0.38%），見圖2～5。Pfirrmann I～I(xiàn)V級患者的平均年齡分別為（19.5±4.5）歲、（36.8±8.9）歲、（43.8±11.2）歲、（45.9±9.5）歲，1例Pfirrmann V級患者的年齡為66歲。

圖2 男，32歲，腰痛2個(gè)月余。L3～4椎間盤矢狀位T2圖像，Pfirrmann分級I級（A）；相應(yīng)層面T2mapping圖像，所測量前纖維環(huán)、髓核及后纖維環(huán)T2弛豫時(shí)間分別為59.4 ms、253.8 ms和32.3 ms（B）

圖3 女，43歲，腰痛1年。L1～2椎間盤矢狀位T2圖像，Pfirrmann分級II級（A）；右圖為相應(yīng)層面T2 mapping圖像，所測量前纖維環(huán)、髓核及后纖維環(huán)T2弛豫時(shí)間分別為48.6 ms、140.5 ms和58.4 ms（B）

圖4 男，48歲，腰痛伴右腿疼痛1年余，活動(dòng)后加重1個(gè)月。L3～4椎間盤矢狀位T2圖像，Pfirrmann分級III級（A）；相應(yīng)層面T2 mapping圖像，所測量前纖維環(huán)、髓核及后纖維環(huán)T2弛豫時(shí)間分別為51.6 ms、78.5 ms和43.6 ms（B）

圖5 男，58歲，腰痛伴右腿疼痛、麻木2年。Pfirrmann分級IV級（A）；L2～3椎間盤矢狀位相應(yīng)層面T2 mapping圖像，所測量前纖維環(huán)、髓核及后纖維環(huán)T2弛豫時(shí)間分別為36.4 ms、48.3 ms和34.9 ms（B）

2.2 不同Pfirrmann分級椎間盤T2弛豫時(shí)間比較 不同Pfirrmann分級椎間盤的平均T2弛豫時(shí)間見表2。前纖維環(huán)的T2弛豫時(shí)間隨著Pfirrmann 分級的變化改變不明顯，組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），其平均值為（44.8±14.8） ms。后纖維環(huán)T2弛豫時(shí)間隨著Pfirrmann 分級的增高呈先升高后下降的趨勢，Pfirrmann II級時(shí)后纖維環(huán)的T2弛豫時(shí)間為最大值，為（65.5±20.1）ms，后纖維環(huán)各Pfirrmann分級的T2弛豫時(shí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。前纖維環(huán)Pfirrmann II～I(xiàn)V級的T2弛豫時(shí)間短于后纖維環(huán)，而前纖維環(huán)Pfirrmann I級的T2弛豫時(shí)間顯著高于后纖維環(huán)（P＜0.05）。腰椎間盤前、中、后髓核Pfirrmann I～ IV級的T2弛豫時(shí)間呈逐級下降的趨勢，組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見圖6。

表2 不同Pfirrmann分級椎間盤的平均T2弛豫時(shí)間（ms）

2.3 椎間盤T2弛豫時(shí)間的相關(guān)性分析 髓核各分區(qū)（ROI2/ROI3、ROI3/ROI4、ROI2/ROI4）的T2弛豫時(shí)間呈顯著正相關(guān)（r=0.86、0.76、0.63，P＜0.05），前纖維環(huán)與后纖維環(huán)的T2弛豫時(shí)間無顯著相關(guān)（r=0.09，P＜0.05）。髓核T2弛豫時(shí)間與椎間盤Pfirrmann分級呈顯著負(fù)相關(guān)（r=－0.78，P＜0.05）。

圖6 Pfirrmann分級I～I(xiàn)V級椎間盤各部分的T2弛豫時(shí)間比較。腰椎間盤髓核的T2值從Pfirrmann I～I(xiàn)V級呈逐級下降的趨勢。各級椎間盤纖維環(huán)的T2值呈現(xiàn)不同的變化趨勢，前纖維環(huán)的T2值隨著Pfirrmann分級的變化改變不明顯；后纖維環(huán)T2值隨著Pfirrmann分級的增高呈先升高后下降的趨勢

3 討論

椎間盤由軟骨板、纖維環(huán)和髓核組成。軟骨板分為上下兩塊，緊貼在椎骨的上下面，為椎間盤的上下密封蓋。上下軟骨板中間包括外面由多層纖維軟骨環(huán)按同心圓排列而成的纖維環(huán)和位于中央的富含彈性膠狀物質(zhì)的髓核。髓核中含有黏多糖蛋白復(fù)合體、硫酸軟骨素和大量水分，而纖維環(huán)主要由I型膠原蛋白組成[4-5]。腰椎間盤的結(jié)構(gòu)、代謝和營養(yǎng)狀況逐漸發(fā)生變化，導(dǎo)致髓核和纖維環(huán)的組織構(gòu)成的改變，其中最為顯著的是水分和黏多糖蛋白復(fù)合體的丟失。這些病理改變最終導(dǎo)致腰椎間盤能承受的彎曲和扭轉(zhuǎn)負(fù)荷逐漸下降，發(fā)生退行性病變，在自身體重和外力的作用下，纖維環(huán)破裂，髓核突出，引起背痛等一系列臨床癥狀[6-7]。

MRI的T2 mapping序列能對腰椎間盤進(jìn)行T2弛豫時(shí)間定量測量，而腰椎間盤的T2弛豫時(shí)間與組成椎間盤的水分、膠原纖維及其他溶質(zhì)微環(huán)境有關(guān)，不同的T2時(shí)間能反應(yīng)腰椎間盤不同的水分、膠原含量及其排列方向，因此，T2 mapping序列能較早地對腰椎間盤退行性病變進(jìn)行診斷[8]。本研究結(jié)果表明T2 mapping序列圖像能較好地區(qū)分腰椎間盤的纖維環(huán)和髓核，正常髓核和纖維環(huán)的T2值差異明顯。隨著腰椎間盤Pfirrmann評級的增高，髓核的T2值逐漸降低，呈顯著的負(fù)相關(guān)。這主要是由于不同的組織有不同的成分組成，隨著評級的增高，其水分含量逐漸減少，且結(jié)構(gòu)紊亂。對腰椎間盤不同分區(qū)的T2值進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，髓核的各個(gè)分區(qū)T2值相近，但是前后纖維環(huán)的T2值相差較大，這可能是由于前后纖維環(huán)的纖維排列和走向不一致導(dǎo)致的。此外，后纖維環(huán)較前纖維環(huán)薄，這也是后部更容易出現(xiàn)椎間盤突出的一個(gè)主要原因。

對不同Pfirrmann分級椎間盤前、后纖維環(huán)T2弛豫時(shí)間進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同分級腰椎間盤前纖維環(huán)的T2值變化不明顯，而后纖維環(huán)T2值隨著Pfirrmann分級的增高呈先增大后降低的趨勢，I～I(xiàn)I級的T2值逐漸增高，III～I(xiàn)V級的T2值反而逐漸下降，這可能與前、后纖維環(huán)機(jī)械負(fù)荷的不同有關(guān)[9-10]。此外，導(dǎo)致后纖維環(huán)T2值先升后降的原因可能與Pfirrmann分級的年齡組成有關(guān)[11]。在本研究納入對象的年齡組成中，Pfirrmann I級的平均年齡為（19.5±4.5）歲，Pfirrmann II級的平均年齡為（36.8±8.9）歲，且既往研究表明正常青少年比正常成人后纖維環(huán)的纖維排列紊亂，其T2值較成人低。隨著腰椎間盤Pfirrmann分級的增高，后纖維環(huán)T2值反而下降，原因可能是隨著腰椎間盤Pfirrmann分級的進(jìn)一步增高，后纖維環(huán)變薄、結(jié)構(gòu)紊亂，從而導(dǎo)致T2值降低[12]。

總之，MRI的T2 mapping序列能對組織器官的具體橫向弛豫時(shí)間進(jìn)行表征，能評價(jià)其組成成分，進(jìn)而評估其功能變化，為臨床醫(yī)師提供了大量解剖、功能信息。既往研究采用MRI T2 mapping序列對肝臟的鐵超載[13]、大腦的鐵沉積[14]和關(guān)節(jié)軟骨的退行性變進(jìn)行定量研究[15]，取得了較大的成功。本研究采用T2弛豫時(shí)間定量評估的方法對腰椎間盤的退變進(jìn)行定量評價(jià)，提供了處于不同評級腰椎間盤在3.0 T MRI掃描儀上的具體T2弛豫時(shí)間數(shù)值。研究結(jié)果提示T2 mapping序列能很好地反映腰椎間盤組成的改變，同時(shí)具有高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，通過T2 mapping序列對腰椎間盤進(jìn)行定量T2值評價(jià)是一種有效的方法，對臨床的早期診斷和治療后的隨訪療效觀察有重要的作用。

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（本文編輯馮婕）

新書訊

影像解剖與臨床圖解叢書已出版

由蘇州大學(xué)第一附屬醫(yī)院胡春洪教授主編的的《影像解剖與臨床圖解叢書》一書已由人民軍醫(yī)出版社出版，該書共有3個(gè)分冊，分別是《脊柱四肢影像圖解—正常解剖、常見變異、常見病變》《顱腦與頭頸部影像圖解—正常解剖、常見變異、常見病變》《胸腹部影像圖解—正常解剖、常見變異、常見病變》。

本叢書以圖文并茂的形式對全書的X線、CT及MRI解剖進(jìn)行了詳細(xì)闡述。編寫極具特色，其一，圖中重要結(jié)構(gòu)用虛線勾畫出其輪廓；其二，較為詳細(xì)地列出了各部位正常解剖測量的方法、正常值以及臨床意義，方便、實(shí)用。幫助臨床醫(yī)生順利的從“看正常過渡到看病變”。可作為影像科醫(yī)師和相關(guān)專業(yè)人員的必備書。

Lumbar Intervertebral Discs Degeneration: A Quantitative Evaluation by Using T2 Mapping

Purpose Pfirrmann scoring based on T2WI can only evaluate intervertebral disc qualitatively and is easily affected by the surrounding environment and imaging parameters. The present study attempted to make a quantificational study on lumbar intervertebral disc degeneration by using MR T2 mapping sequence so as to improve its diagnosis. Materials and Methods Sagittal T1FSE, sagittal and axial T2FSE, sagittal T2 mapping sequence were performed on 265 lumbar intervertebral discs from 53 subjects. The MR imaging was analyzed and all the discs were classified according to Pfirrmann scoring. T2 relaxation time of the discs was calculated and statistical analysis was conducted on its correlation. Results Among the 265 discs, 5 (1.9%) were scored as Pfirrmann I, 153 (57.7%) were scored as Pfirrmann II, 86 (32.3%) were scored as Pfirrmann III, 20 (7.5%) were scored as Pfirrmann IV, 1 (0.38%) were scored as Pfirrmann V. The average anterior annulus T2 values showed no difference between every Pfirrmann grade (P＞0.05), while the difference of average posterior annulus T2 values was significant between groups (P＜0.05). The relaxation time of anterior annulus was significantly shorter than that of posterior annulus in the discs of Pfirrmann II-IV, whilst the reverse occurred in the discs of Pfirrmann I (P＜0.05). The differences of the relaxation time of nucleus pulposus T2 values were significant between groups of Pfirrmann grade I to IV (P＜0.05). The T2 relaxation time of each partition of nucleus pulposus (ROI2/ROI3, ROI3/ROI4, ROI2/ROI4) was significantly correlated (r=0.86, 0.76 and 0.63, P＜0.05), the T2 relaxation time of anterior annulus and posterior annulus had no correlation (r=0.09, P＜0.05), and the nucleus pulposus T2 values and Pfirrmann grade were negatively correlated (r=－0.78, P＜0.05). Conclusion MR T2 mapping can quantitatively evaluate the T2 relaxation time of lumbar intervertebral discs, and is significantly correlated with Pfirrmann grades.

Lumbar vertebrae; Intervertebral disk displacement; Magnetic resonance imaging

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.07.018

肖越勇

Department of Radiology, PLA General Hospital, Beijing 100853, China

Address Correspondence to: XIAO Yueyong

E-mail: xiaoyueyong@vip.sina.com

R445.2；R681.5

2015-06-04

2015-06-25

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2015年 第23卷 7期：544-548

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(7): 544-548