趙云超 程靜 李杰 傅晗

昆明市中醫(yī)醫(yī)院，云南 昆明 650500

磁共振擴散加權影像(Magnetic Resonance Diffusion-Weighted Imaging，DWI)為觀察水分子隨機位移運動情況的影像。從這些影像里，每個像素(voxel)的表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient, ADC)都可以被計算出。在不同組織里，水分子的ADC是不一樣的。比如說，相對于自由的水，在生物組織中水分子的擴散是受到阻礙的，所以ADC會較低。另外還有幾個因素也會影響水分子擴散，例如細胞類型、細胞數量、細胞密度和膜透性、大分子的大小、組織粘滯度、溫度等[1]。

DWI是唯一可以非侵襲性方法觀察活體內水分子擴散的磁振造影技術，目前已成為早期診斷腦梗塞的利器，除了可以偵測水分子在腦神經內的微細擴散運動外，近年對于腰椎內水分子的擴散情形也多有研究[1,3]；Antoniou等人的研究中指出水分子在腰椎內的擴散速率與髓核內GAGs的含量變化有著密切性的關系[4]。Kealey與Beattie等人分別利用DWI測量了正常和退化性腰椎組織中水分的ADC值，結果顯示退化的腰椎內其ADC值明顯低于正常的腰椎[5]。Niinimaki的研究指出ADC值可以提供水分子于腰椎內的擴散情形[6]?？v觀上述研究結果，本文使用DWI及ADC來量化腰椎內部水分子的運動情形，比較腰椎不同部位的差異性，研究不同年齡段與腰椎體部位ADC值的相關性，從而為提高腰椎病的DWI成像定量檢測診斷的準確性提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2014年1月至2016年1月期間來我院進行正常體檢的人員，其中納入標準為：(1)患者身體健康，無心、腦、肝、腎等重要疾病以及其他內分泌代謝類疾病，體重指數各項指標均處在正常范圍內。(2)沒有明顯腰背疼痛，無外傷或手術導致腰椎受傷且無腰椎突出等癥狀。(3)CT和MRI顯示腰椎形態(tài)各項指標均為正常。經篩選最終選擇60例，其中男性為28例，女性為32例，平均年齡為(53.26±18.13)歲，總體范圍在23至78歲之間。按照最新的年齡劃分標準，分為三個年齡段組，45歲以下為青年組，共有23例，其中男性11例，女性12例，45歲到60歲為中年組，共有19例，其中男性9例，女性10例，60歲以上為老年組，共有18例，其中男性為8例，女性為10例。以上試驗均提交醫(yī)院倫理委員會進行審查并核準通過。

1.2 儀器與方法

1.2.1 掃描儀器與檢查方法：本研究采用美國 GE 1.5 T Optima MR360 磁共振成像儀(圖1)，線圈為體線圈，影像工作站為ADW4.6 WorkSpace Extended Rel。

圖1 GE 1.5 T Optima MR360 磁共振成像儀Fig.1 GE 1.5T Optima MR360 MRI

1.2.2 試驗流程

(1)記錄受檢者年齡、身高及體重。

(2)進行腰椎正中矢狀切面T2弛豫時間圖像掃描，用以量化并分析腰椎內水分子的含量。

(3)進行腰椎正中矢狀切面擴散加權影像掃描，用以分析腰椎內水分子的擴散程度。

(4)將所有影像及頻譜數據傳送至ADW4.6后處理工作站，進行影像訊號的測量與分析。

1.2.3 統(tǒng)計分析

本研究采用SPSS20.0軟件完成統(tǒng)計處理，進行資料的統(tǒng)計與分析及相關圖表繪制，各數據資料以平均值及標準偏差來表示，腰椎各部位測量數據的比較采用t檢驗，采用spearman相關性分析來分析年齡與腰椎各部分ADC值之間的關系[7]。

2 結果

2.1 正常椎體及椎弓根ADC值測量

由于過大的b值將導致DWI影像的噪音比降低與影像的扭曲，進而影響ADC值測量的準確性，因此必須選擇適當的b值。此次研究在參考近年的文獻資料后，分別以200、400、600(s/mm2)等進行掃描；結果顯示最適當的b值為400(s/mm2)。圖2(a)和(b)分別為腰部腰椎在b值等于0及400(s/ mm2)的情形下所獲得的擴散加權影像，圖2(c)則為轉換成ADC值后之腰部腰椎的ADC Map，同時表1為本文選擇的正常體檢人員的腰椎椎體與椎弓根的ADC平均值和標準偏差值，以及t檢驗及顯著性描述，從表1中可以看到，腰椎不同部位的ADC值存在顯著性差異(P<0.05)，椎弓根的ADC值大于椎體。

圖2 腰椎擴散加權影像與ADC MapFig.2 Lumbar diffusion weighted images and ADC Map其中: (a)與(b)分別為b=0與b=400(s/mm2)情形下所分別獲得的擴散加權影像。(c)為經(a)與(b)轉換所得的ADC Map。

部位ADC值(×10-4mm2/s)t值P椎體3.186±0.927-5.8290.002椎弓根4.932±1.896

注：P<0.05表示有顯著性差異

Note:P<0.05, significantly different

2.2 年齡組間ADC值差異性分析

按照之前劃分好的各年齡組，研究不同年齡段的腰椎各部位的ADC值，從表2中可以看到，腰椎各部位的ADC值隨年齡段的變化呈現(xiàn)顯著性差異(P<0.05),青年組的ADC值大于中年組和老年組，老年組的ADC值最小，另外椎弓根的ADC值在各年齡段都大于椎體的ADC值。

表2 正常人群各年齡組腰椎不同部位ADC值范圍及比較Table 2 Comparison of ADC values of different parts of lumbar vertebrae in different age groups of normal population

注：P<0.05表示有顯著性差異

Note:P<0.05, significantly different

3 討論

前人的研究顯示，腰椎內水分子的含量及擴散程度有著顯著的關聯(lián)性，而如今的磁振技術已可由T2弛豫時間圖像與擴散加權影像等非侵入性的方式，來量化并分析腰椎內水分子的含量與擴散程度的變化[8]，腰椎纖維外環(huán)所含的是以分泌膠原蛋白第一型的纖維母細胞為主，而髓核則是以分泌蛋白聚醣與膠原蛋白第二型的軟骨細胞為主。這些細胞在合成與分泌蛋白聚醣或膠原蛋白時必須進行有氧代謝，因此需要有穩(wěn)定的養(yǎng)分及氧氣的供給。而代謝的產物如乳酸等也需適時的送出腰椎外，如此才能維持供需的平衡，讓腰椎內細胞的活性達到優(yōu)化，倘若細胞的活性降低，勢必影響細胞基質的分泌而降低腰椎的功能。以人體組織而言，養(yǎng)分的供給與代謝物的移出大都是經由血液循環(huán)系統(tǒng)來完成。但成人的腰椎本身為無血管組織，因此養(yǎng)分的供給與代謝物的移出，必須經由纖維外環(huán)周圍與椎體內的血管組織，以擴散運動傳送小分子物質及質流傳送大分子物質的方式來完成物質的交換。質流屬被動運輸的一種，通過不同壓力間所產生的梯度效應，使一群分子由高壓往低壓流動。擴散運動本身不消耗能量也屬于被動運輸，為一種由高濃度往低濃度移動的現(xiàn)象，是一種凌亂的分子熱運動過程，又被稱為布朗運動，而在人體中這個移動會受到韌帶、細胞膜和巨大分子的影響而有所牽絆。在理想狀態(tài)下，也就是說水分子如果是靜止不動的話，在給予這兩組梯度磁場之前和之后的信號強度應該是相同的，但是實際上水分子是會移動的，也就是有擴散的現(xiàn)象，所以擴散越快的區(qū)域，訊號的衰減越多，由于訊號的衰減受水分子的擴散程度影響，所以反映出這種差異性的影像我們稱之為擴散加權造影[9,10]。

近年對于腰椎內水分子的擴散情形亦多有研究[11,12]。Chiu等人的實驗證明髓核與纖維外環(huán)的T1值、T2值及ADC值皆有明顯的不同，尤其是當有承受外來應力的時候，兩者的變化更為明顯。Antoniou等人的研究中指出水分子在腰椎內的擴散速率與髓核內GAGs的含量變化有著密切性的關系。Ludescher等人分別測量了髓核與纖維外環(huán)在清晨與傍晚時的T2 值與ADC值，結果顯示腰椎髓核之T2值與ADC值，白天較晚上為高；而腰椎纖維外環(huán)的T2晚上比白天高，ADC值則無任何改變。Niinimaki的研究指出ADC值可以提供水分子于腰椎內的擴散情形。通過本文的研究可以發(fā)現(xiàn)，腰椎各部位的ADC值顯著不同，椎弓根ADC值較椎體有明顯升高，同時腰椎各部位的ADC值隨年齡段呈現(xiàn)出顯著性差異，青年組的ADC值高于中年組和老年組，這與青年組的平均體質以及血液供應量高有明顯關系，因此在以后研究椎體病變時，一定要對照同樣年齡段的正常健康人群來判定，這樣才能提高診斷的效率和準確度。