李瑞梅，王丹，魏小二，姚婷婷，郁偉斌，刁云雁，李躍華

下腰痛(low back pain，LBP)是以腰骶部疼痛為主的一組疾病[1]，是當今社會主要的醫(yī)療問題[2]。腰椎間盤退變是引起腰痛最主要的影響因素[3]。然而，迄今為止椎間盤退變的發(fā)病機制和確切病因尚未完全闡明。研究表明，炎性介質與椎間盤退變密切相關[4-5]。但這些炎性介質如何進入無血管結構的椎間盤，是否與血管浸潤有關，椎間盤退變等與血管形成多少是否相關等問題仍未完全清楚。

微血管密度(microvessel density，MVD)是反映組織血管生成的金標準和常用指標[6]。目前，對退變椎間盤內炎癥因子和新生血管的評估主要是通過在動物體內或外科手術時所切除的病理性椎間盤組織進行免疫組化測定，但這些方法均具有一定創(chuàng)傷性。近幾年，采用磁共振新技術評估組織血管形成已成為目前研究熱點，體素內不相干運動擴散加權成像(introvoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI)與動態(tài)增強磁共振成像(dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging，DCE-MRI)主要應用于評估腫瘤血管的生成[7-8]，在椎間盤中的應用報道較少。本研究旨在通過應用DCE-MRI和IVIM-DWI磁共振成像新技術，將動態(tài)增強藥代動力學參數(shù)(Ktrans，Kep，Ve)和IVIM-DWI參數(shù)(D，D*，f)并與免疫組織化學結果[微血管密度(microvessel density，MVD)]及椎間盤退變Pm分級進行相關分析，探討DCE-MRI和IVIM-DWI對下腰痛患者退變椎間盤新生血管的評估價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本實驗研究對象取自上海市第六人民醫(yī)院2016年4月至2017年12月行腰椎后路減壓手術患者，并分為兩組：(1)退變組：51例57個椎間盤，取自于腰椎間盤突出癥患者手術切除的椎間盤標本，男25例28個椎間盤，女26例29個椎間盤，年齡20～69歲，平均(48±14)歲，病程為1周至20年，平均(26.0±38.2)個月。臨床上有反復發(fā)作的腰腿痛病史。MRI檢查顯示為腰椎間盤退變、突出。排除結核、椎體及椎管內腫瘤或腫瘤樣病變等患者。(2)正常對照組：8例15個椎間盤，來源于急性腰椎外傷骨折術后切除的椎間盤，男5例9個椎間盤，女3例6個椎間盤，年齡18～65歲，平均(45±25)歲。對照組患者受傷前均無腰腿痛病史或其他相關疾病史；MRI檢查未發(fā)現(xiàn)椎間盤突出、變性等改變，為正常椎間盤；排除結核、椎體及椎管內腫瘤或腫瘤樣病變等患者。本研究獲得當?shù)貍惱砦瘑T會批準，所有入組患者術前均自愿接受多期DCE-MRI檢查和IVIM-DWI檢查，并均已簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查方法

(1)磁共振常規(guī)平掃序列：①矢狀位T1WI序列，TR 2000 ms，TE 90ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，F(xiàn)OV 180 mm×300 mm，矩陣300×392；②矢狀位T2WI序列，TR 3072 ms，TE 80 ms，層厚5 mm，層間距0.4 mm，F(xiàn)OV 160 mm×303 mm，矩陣228×347；③軸位T2WI序列，TR 2583 ms，TE 120 ms，層厚4 mm，層間距0.3 mm，F(xiàn)OV 160 mm×179 mm，矩陣268×215。(2) DWI-IVIM掃描序列：IVIM (多b值)矢狀位掃描序列，b取(0、10、20、50、100、200、500、800) s/mm2，TR 4584 ms，TE 63 ms，激勵次數(shù)2，層厚5 mm，層間距1 mm，F(xiàn)OV 300 mm×198 mm，矩陣152×98。(3)磁共振動態(tài)增強掃描序列：平掃結束后，采用動態(tài)增強掃描技術，掃描序列分為兩個部分，其一為T1 mapping序列，其二為多期DCE-MRI序列，經肘前靜脈使用雙筒高壓注射器快速注入釓噴酸葡胺注射液(Gd-DTPA)，注射劑量15 ml，后注入20 ml生理鹽水，注射速率3.0 ml/s。具體參數(shù)如下：TR 4 ms，TE 2 ms，F(xiàn)OV 250 mm×250 mm，矩陣180×138，層厚5 mm，激勵次數(shù)1，無間隔連續(xù)動態(tài)掃描40期。

表1 腰椎間盤退變P firrmann分級Tab. 1 Classi fication of IDD as reported by P firrmann

表2 實驗組和正常對照組D、f、D*、Ktrans、Kep、Ve值比較Tab. 2 Comparison of D, f, D*,Ktrans, Kep, Ve in the experimental group and the control group

表2 實驗組和正常對照組D、f、D*、Ktrans、Kep、Ve值比較Tab. 2 Comparison of D, f, D*,Ktrans, Kep, Ve in the experimental group and the control group

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表3 不同P firrman等級腰椎間盤DCE-MRI參數(shù)、IVIM-DWI參數(shù)值的比較Tab. 3 Comparison of DCE-MRI parameters and IVIM-DWI parameters of lumbar discs with different P firrman grades

表3 不同P firrman等級腰椎間盤DCE-MRI參數(shù)、IVIM-DWI參數(shù)值的比較Tab. 3 Comparison of DCE-MRI parameters and IVIM-DWI parameters of lumbar discs with different P firrman grades

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表4 實驗組 DCE-MRI參數(shù)和IVIM-DWI參數(shù)與MVD的相關性Tab 4 Correlation between DCE-MRI parameters or IVIMDWI parameters and intervertebral disc microvascular density

1.3 診斷與評價標準

椎間盤退變分級主要是Pfirrmann (Pm)分級(表1)。Pm分級主要依據(jù)在T2WI正中矢狀層面上的椎間盤信號改變，高度變化和形態(tài)變化將椎間盤分級為五個等級[9]。

1.4 MRI圖像后處理

(1) IVIM-DWI序列：將IVIM-DWI序列掃描所得數(shù)據(jù)傳輸至外置后處理工作站。將軟件進行設置，之后調整好參數(shù)，得到擬合圖像：D值圖、f值圖及D*值圖；勾畫興趣區(qū)(region of interest，ROI)，計算參數(shù)值，即D值、D*值及f值。在測量IVIM-DWI各參數(shù)值時，可先在圖像信噪比最好的D值圖上勾畫出ROI，之后分別拷貝至f值圖和D*值圖。(2)DCE-MRI序列：將所采集圖像數(shù)據(jù)上傳至后處理軟件進行分析；采用定量分析軟件進行數(shù)據(jù)后處理：①首先導入T1 mapping序列，得到時間對比劑濃度曲線；②導入動態(tài)增強掃描數(shù)據(jù)，選擇該區(qū)域內正常供血血管區(qū)勾畫出感興趣區(qū)，將獲得的時間濃度曲線作為動脈輸入函數(shù)(arterial input function，AIF)曲線；③通過選擇Tofts 模型進行定量分析，獲得血管滲透性參數(shù)，即Ktrans、Kep及Ve值，然后生成與各參數(shù)相對應的偽彩圖。

1.5 組織病理學檢查

標本為椎間盤髓核組織，用光學顯微鏡觀察免疫組化切片中CD34表達情況。采用改進的Weidner方法，在200倍鏡下觀察被染成淺棕黃色、棕黃色或褐色的細胞[10]。記錄每張切片鏡下棕色著色的血管數(shù)目，以使用5個高倍鏡野的微血管數(shù)目的平均數(shù)記錄為該標本血管的MVD。

1.6 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析。所有計量資料數(shù)據(jù)采用表示。對所獲得的IVIMDWI參數(shù)D值、f值、D*值和DCE-MRI參數(shù)Ktrans值、Ve值、Kep值分別與MVD進行Pearson相關性分析；采用方差分析比較不同椎間盤退變分級間椎間盤DCE和IVIM參數(shù)值的差異。所有結果分析均采用雙側檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 實驗組和對照組DCE-MRI參數(shù)和IVIM-DWI各參數(shù)值的比較(表2)

與正常對照組相比，實驗組的Ktrans值較高，且差異具有統(tǒng)計學意義；但是，結果發(fā)現(xiàn)實驗組的D值明顯低于正常對照組，P＜0.05。而其他參數(shù)在兩組間無明顯統(tǒng)計學差異。

2.2 不同Pfrirrmann等級間DCE參數(shù)、IVIM參數(shù)值的比較(表3)

在不同退變分級中，Ktrans值和D值的總體分布不同(P＜0.05)，但f、D*、Kep、Ve值在不同退變分級中均無顯著性差異。當退變等級為Ⅰ級至Ⅴ級時，Ktrans值隨著退變等級增加而增加；但D值隨著退變等級增加卻減低。除Ⅳ和Ⅴ級外，各組間Ktrans值和D值的差異均具有統(tǒng)計學意義。

圖1 散點圖示退變椎間盤Ktrans值與微血管密度MVD呈正相關，r=0.794 圖2 散點圖示退變椎間盤f值與微血管密度MVD呈正相關，r=0.589Fig. 1 The correlation between Ktrans value and Microvascular density density of degenerative intervertebral disc,r=0.794. Fig. 2 The correlation between f value and Microvascular density density of degenerative intervertebral disc, r=0.589.

2.3 DCE-MRI參數(shù)、IVIMDWI各參數(shù)和MVD的相關性(表4)

圖3 男，39歲，L5～S1椎間盤脫出。A：T2WI壓脂序列，矢狀位；B：矢狀位多b值DWI圖；C：矢狀位DCE-MRI增強圖；D：D值偽彩圖；E：f偽彩圖；F：D*偽彩圖；G：Ktrans偽彩圖；H：Kep偽彩圖；I：Ve偽彩圖；J：病理圖像(HE ×20)；K：CD34染色圖像( ×20)Fig. 3 Male, 39 years old, L5—S1 disc herniation. A: T2WI pressure fat sequence sagittal. B: Sagittal b value DWI. C: DCE-MRI sagittal image enhancement. D: D pseudo color image. E: f pseudo color image. F: D* pseudo color image. G: Ktrans pseudo color image. H: Kep pseudo color image. I: Ve pseudo color image. J: Pathological image (HE ×20). K: CD34 staining image ( ×20).

經典病例如圖1所示。兩種成像方法中的f值、D*值、Ktrans值、Kep值分別與微血管密度MVD呈正相關(r分別為0.589、0.477、0.794、0.496；P值均小于0.05)。其中，Ktrans值、f值具有較好的相關性。相關性散點圖可以直觀反映參數(shù)Ktrans和f與MVD的關系(圖2，圖3)。

3 討論

3.1 DCE-MRI和IVIM-DWI各參數(shù)與MVD的相關分析

Ktrans值反映了組織中血管滲透性的高低，其值越大，則提示血管滲透性越高，血管內皮細胞的完整性越差[11]。f值是微血管灌注分數(shù)，它表示與微循環(huán)相關的擴散分數(shù)，理論上f值是由毛細血管和組織的信號強度比值決定的。本研究以MVD為金標準，采用了DCE-MRI和IVIM-DWI兩種磁共振新技術評估了下腰痛患者退變椎間盤新生血管。研究結果表明，Ktrans和f值與MVD存在較好的相關性，即f值、Ktrans與椎間盤退變新生血管的密度相匹配，提示f值、Ktrans值越高，新生血管越多。因此，筆者認為可以應用Ktrans和f值評估椎間盤退變微血管的浸潤情況。IVIM的應用在脊柱方面應用比較少，IVIM各種參數(shù)值在脊柱方面的穩(wěn)定性，確實有待探討，但本研究確實證實D*和f值在椎間盤微循環(huán)評估方面有一定的價值，隨著機器和序列的改進，IVIM 相關參數(shù)在椎間盤病變方面應用的穩(wěn)定性有待得到進一步提高。

3.2 腰椎間盤DCE-MRI和IVIM-DWI各參數(shù)與Pm分級的相關性

本研究采用單因素方差分析比較了不同退變級別間各參數(shù)值，結果表明D值隨著退變等級的增加而減低，這提示D值與椎間盤退變關系密切，能夠成為評價椎間盤退變的量化指標。目前，相關文獻主要集中于報道ADC值和椎間盤退變的嚴重程度之間的關系，多數(shù)學者認為ADC值與椎間盤退變等級具有相關性。Antoniou等[12]認為ADC值降低與基質內蛋白多糖減少有關，在退變的椎間盤中蛋白多糖含量下降，髓核的含水量減少，因此ADC值降低。單指數(shù)模型計算的ADC，由于包含血流灌注，并不能單純地反映水分子的擴散能力，而IVIM-DWI采用雙指數(shù)模型計算的D值則排除了血流灌注的影響，因此，與ADC值相比，它能夠更客觀地反映組織內水分子擴散運動受限的程度。由于IVIM尚未用于椎間盤退變方面的研究，D值與椎間盤退變分級是否具有相關性尚不確定。本研究發(fā)現(xiàn)椎間盤退變等級與D值具有顯著相關性，因此筆者認為D值可以應用于對椎間盤退變嚴重程度的評估。

此外，本研究還發(fā)現(xiàn)Ktrans值隨著退變等級增加而增加，在Pm Ⅰ～Ⅳ級的范圍內，差異具有統(tǒng)計學意義，這與胡浩然等[13]的研究結果一致。這表明當椎間盤的退變在Pm Ⅰ～Ⅳ級時，隨著退變的程度增加，退變椎間盤內的新生血管的形成情況發(fā)生了明顯的差異。炎性因子通過微血管浸潤到椎間盤基質和髓核細胞內，從而加速了椎間盤的退變。

3.3 不足之處

本研究尚存在一些不足之處：(1) DCE及IVIM定量分析仍處于早期研究階段，在脊柱病變尤其是椎間盤退變中的相關研究較少；(2)本研究對象選擇的是臨床癥狀較重的腰痛患者，需要經過動物實驗進一步研究；(3)本研究樣本量較小，需要進一步擴大樣本量。

綜上所述，本研究通過椎間盤退變的病理組織學、DCE-MRI、IVIM-DWI等技術均證實了椎間盤退變突出后出現(xiàn)了血管化的現(xiàn)象。結果表明可以采用DCE-MRI和IVIM-DWI等無創(chuàng)性磁共振技術重復地觀察椎間盤退變的血管形成情況，對患者椎間盤退變程度進行評估，有助于指導患者選擇合適的治療方案，并為開展新的治療方式提供了影像學理論依據(jù)。