胡瑩瑩，應金威，趙琪雯，王慶軍

1.海軍總醫(yī)院，a.放射科；b.骨科；c.病理科，北京市100048

椎間盤退變程度與脊柱相關的臨床癥狀密切相關[1]。基于多個反轉(zhuǎn)角、多個回波時間的磁共振mapping成像技術能夠評估活體椎間盤退變情況[2-3]。本研究探討磁共振mapping成像技術用于椎間盤退變的分期，以期動態(tài)量化評估椎間盤退變。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

健康成年新西蘭兔10只，由海軍總醫(yī)院醫(yī)學動物實驗中心提供，實驗動物許可證號SCXK(京)2017-0002。雄雌不限，年齡(3±0.25)個月，平均體質(zhì)量(3.2±0.21)kg。所有動物實驗均嚴格遵照《關于善待實驗動物的指導性意見》處理。

1.2 分組及檢查

動物造模前行X線平片檢查，排除有脊椎側(cè)彎、骨關節(jié)炎、脊柱炎癥等疾病以及Pfirrmann分級Ⅰ級以上的自發(fā)椎間盤退變情況。

1.3 造模方法[4]

動物術前禁食水12 h，建立耳緣靜脈通道。3%戊巴比妥鈉溶液1 ml/kg腹腔注射麻醉，頭孢唑啉鈉0.5 g靜滴維持。術區(qū)備皮，左側(cè)臥位，固定四肢，消毒、鋪巾。取腹部后外側(cè)縱行切口10 cm，腹外斜肌與背部肌肉間鈍性分離，腹膜外入路進入，到達椎體側(cè)前方，必要時咬除橫突以增加手術野。以髂嵴最高點為標志(平L6椎體)，暴露L1～S1椎間隙。平行終板方向，21 G穿刺針(美國COOK醫(yī)療器械公司)套5 ml注射器刺入椎間盤約5 mm，將注射器抽至5 ml處維持5 s，抽吸髓核組織，可感覺到明顯的阻力并完全回彈，髓核充填到針頭內(nèi)，將針頭內(nèi)容物推出，可見膠凍狀髓核組織。沖洗后逐層縫合切口。術后禁食1 d，頭孢唑啉鈉0.5 g肌注預防感染，碘伏消毒切口。

1.4 數(shù)據(jù)采集及后處理

每只新西蘭兔分別于造模前、造模后1個月和3個月行腰椎磁共振檢查。使用西門子3.0 T磁共振掃描儀，20通道頭頸聯(lián)合線圈，足先進仰臥位，定位掃描后行常規(guī)矢狀位T2WⅠ和T1WⅠ。T2WⅠ掃描參數(shù)：TR 3500 ms，TE 103 ms，F(xiàn)OV 26×26 cm，層厚 3 mm，層間距0 mm。T1WⅠ掃描參數(shù)：TR 550 ms，TE 9 ms，F(xiàn)OV 26×26 cm，層厚3 mm，層間距0 mm。然后行矢狀位多TE回波序列T2mapping掃描及多個反轉(zhuǎn)角的T1mapping掃描，兩個mapping圖像定位平面同T2WⅠ和T1WⅠ保持一致。T2mapping掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 10.5 ms、21.0 ms、 31.5 ms、 42.0 ms、52.5 ms、63.0 ms，F(xiàn)OV 125×250 mm，層厚 3 mm，層間距0 mm，矩陣256×256。T1mapping掃描參數(shù)：翻轉(zhuǎn)角 5°、26°，TR 15 ms，TE 1.92 ms，F(xiàn)OV 120×240 mm，層厚3 mm，層間距0 mm，矩陣256×256。

T2WⅠ、T1WⅠ及mapping圖像均導入后處理工作站Syngo。由3名工作5年以上有經(jīng)驗的影像科醫(yī)生對新西蘭兔L1～S1共6個椎間盤進行定性和定量評估，這三名影像科醫(yī)生均不知道椎間盤病理情況。Pfirrmann分級[5]：由2名影像科醫(yī)生根據(jù)T2WⅠ椎間盤信號和形態(tài)，進行獨立分級，若意見不統(tǒng)一，則由第3名醫(yī)生參與，意見統(tǒng)一后定級。mapping圖像測量：在正中矢狀面T2WⅠ上，由2名影像科醫(yī)生協(xié)商勾畫感興趣區(qū)(region of interest,ROⅠ)，包含髓核和纖維環(huán)，約0.3 cm2。然后將ROⅠ拷貝到同層面T2mapping和T1mapping圖像中(圖1)，分別獲取T2值和T1值。重復測量3次，取均值。

1.5 病理分析

造模后3個月完成MRⅠ檢查后，空氣栓塞法處死動物，迅速游離并取出6個節(jié)段椎間盤，生理鹽水反復沖洗，4%多聚甲醛固定24 h，15%EDTA脫鈣2周，梯度酒精脫水，二甲苯透明，石蠟包埋，切片厚5μm，分別行HE和番紅O染色。鏡下觀察椎間盤形態(tài)、髓核細胞和膠原變化。由2名病理科醫(yī)師協(xié)商決定是否為進展期退變，以及進展期退變分級[6]。非進展期退變：纖維化與髓核分界輕度不清，髓核少量染色減少，髓核中有裂隙，細胞簇＞50%。進展期退變：纖維化與髓核分界明顯不清，髓核大量染色減少或無染色，髓核中裂隙延伸到髓核邊緣并累及纖維環(huán)，細胞簇＜50%。見圖2。

圖1 腰椎間盤影像

圖2 兔腰椎間盤退變病理

1.6 統(tǒng)計學分析

采用Medcalc軟件處理數(shù)據(jù)。計數(shù)資料用頻數(shù)表示。計量資料用(ˉ±s)表示，造模前、后不同時間點間采用單因素方差檢驗，兩兩比較采用配對t檢驗。以病理結(jié)果為依據(jù)，用接受者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線分析各診斷指標對于判斷進展期椎間盤退變的診斷效能。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

實驗過程中因麻醉過量死亡3只，最終7只42個椎間盤納入統(tǒng)計分析。

2.1 Pfirrmann分級

造模前，椎間盤大部分處于PfirrmannⅠ級，隨時間推移，椎間盤退變程度逐漸加重，分級升高。見表1。

表1 椎間盤造模前后Pfirrmann分級(n)

2.2 T1值

造模前后，T1值總體上未見顯著性差異(P＞0.05)。兩兩比較顯示，L6～S1間盤T1值造模前與造模后3個月間存在顯著性差異(P＜0.05)。造模后3個月時，L2-3、L4-5、L5-6間盤T1值較造模后1個月有降低趨勢。見表2。

2.3 T2值

造模后，椎間盤T2值下降(P＜0.05)；造模后1個月與3個月比較，僅L6～S1間盤T2值升高(P＜0.05)，其余椎間盤T2均呈降低趨勢，但無顯著性差異(P＞0.05)。見表3。

2.4 病理分期

造模后3個月，34個椎間盤為進展期退變，8個為非進展期。

2.5 ROC曲線分析

診斷進展期椎間盤退變的能力從高到低依次為：T2mapping+T1mapping=T2mapping＞T1mapping＞Pfirrmann分級。單獨應用T2mapping鑒別診斷進展期椎間盤退變時，曲線下面積、敏感性和特異性最高。見圖3、表4。

表2 造模前后椎間盤T 1值比較(ms)

表3 造模前后椎間盤T 2值比較(ms)

表4 各項指標診斷進展期椎間盤退變ROC曲線診斷效能比較

圖3 各項指標診斷進展期椎間盤退變的ROC曲線

3 討論

本研究顯示，相對于臨床常用的Pfirrmann分級，磁共振mapping技術，特別是T2mapping測量可更準確地判斷進展期椎間盤退變；相對而言，T1mapping的鑒別診斷能力略差。

椎間盤由軟骨板、纖維環(huán)和髓核組成。軟骨板分上下兩塊，上下軟骨板中間包括由多層纖維軟骨環(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合體、硫酸軟骨素和大量水分，纖維環(huán)主要由Ⅰ型膠原蛋白組成。椎間盤的結(jié)構(gòu)、代謝和營養(yǎng)狀況變化，導致髓核和纖維環(huán)組織改變，最為顯著的是水分和黏多糖蛋白復合體丟失，導致椎間盤能承受的負荷逐漸下降，發(fā)生退行性病變。

在活體狀態(tài)下，椎間盤退變是一個逐步發(fā)展的過程。退變發(fā)展到一定程度，出現(xiàn)纖維化與髓核分界明顯不清、髓核大量染色減少或無染色、髓核中裂隙延伸到髓核邊緣并累及纖維環(huán)等，臨床保守治療通常效果不佳，宜進行手術干預[1,7]?；赥2WⅠ椎間盤形態(tài)和信號變化，Pfirrmann分級可以初步判斷椎間盤退變程度，但主觀性強、準確性差[5]。本研究顯示，Pfirrmann分級診斷進展期椎間盤退變敏感性較高，但是特異性較低，從而高估椎間盤退變程度，有過度外科治療的潛在風險。

T2mapping通過測量不同TE中圖像信號強度，利用線性回歸方法得到T2mapping圖像，在T2mapping圖像勾畫感興趣區(qū)即可獲取組織的T2值。T2值不受主觀因素影響，能較為客觀地反映組織內(nèi)在代謝與生化信息特征[8]。理論上由于水分和黏多糖蛋白復合體丟失，退變椎間盤T2值減低。國內(nèi)外也有較多研究證實，基于T2mapping測得的T2值與椎間盤退變以及關節(jié)軟骨退變呈負相關，T2mapping可以為判斷椎間盤退變提供更為客觀的定量依據(jù)[2,5,8-9]。本研究顯示，隨著椎間盤退變的進展，椎間盤T2值呈現(xiàn)下降趨勢，與以往研究結(jié)果一致[10-12]。本研究還顯示，T2mapping不僅可以早期反映椎間盤退變情況(造模后1個月)，還能較為準確地將非進展期椎間盤退變與進展期椎間盤退變區(qū)分開來。由于T2mapping無創(chuàng)、無電離輻射、無需對比劑等優(yōu)勢，適合于對活體椎間盤進行動態(tài)觀察，從而可為退變椎間盤外科干預時間節(jié)點的選擇提供客觀依據(jù)。與傳統(tǒng)的Pfirrmann分級相比，T2mapping明顯提升診斷特異性，從而有效避免過度治療問題。

通過翻轉(zhuǎn)角的變化，T1mapping可以定量測量組織的T1值，從而反映組織的含水量、纖維化以及膠原含量[13-15]。目前T1mapping主要用于心肌成像，國內(nèi)外均未見用于椎間盤成像的報道。本研究顯示，基于T1mapping測得的T1值其判斷進展期椎間盤退變的能力仍然優(yōu)于Pfirrmann分級，但敏感性明顯低于T2mapping。將T2mapping和T1mapping聯(lián)合應用，診斷效能與單獨使用T2mapping相似。臨床工作中，只需加掃T2mapping即可，沒有必要行T1mapping掃描。

本研究樣本量較小，由于麻醉原因造成部分動物突發(fā)死亡，隨訪檢查時間較短。有待進一步研究改進，并進行長期隨訪。

綜上所述，磁共振T2mapping和T1mapping兩種成像技術均可判斷進展期椎間盤退變，為臨床治療方案的選擇提供影像學依據(jù)。其中T2mapping較T1mapping更具優(yōu)勢，在常規(guī)椎間盤MRⅠ檢查中加掃T2mapping即可滿足需要。