郭安娜 嚴(yán)志漢 李清萍 章智敬 陳少卿 黃熒熒 葉佩佩 何家維

下腰痛是臨床常見(jiàn)病和多發(fā)病之一，常見(jiàn)原因?yàn)樽甸g盤(pán)退變[1]。已有研究發(fā)現(xiàn)椎間盤(pán)退變?cè)缭跓o(wú)癥狀階段就可發(fā)生，常規(guī)影像學(xué)方法無(wú)法提供早期、定量的診斷依據(jù)[2,3]。早期定量診斷椎間盤(pán)退變，有助于臨床盡早地采用生物學(xué)療法等非手術(shù)方法進(jìn)行干預(yù)，以延緩椎間盤(pán)退變的進(jìn)展[4,5]。磁共振磁化傳遞技術(shù)(magnetization transfer magnetic resonance imaging， MT-MRI)是一種選擇性組織信號(hào)抑制技術(shù)，磁化傳遞率(magnetization transfer ratio， MTR)值可以定量地反映椎間盤(pán)內(nèi)膠原含量的改變[6]。本研究旨在評(píng)估較大樣本無(wú)癥狀成人腰椎間盤(pán)髓核的MTR值與椎間盤(pán)退變分級(jí)的相關(guān)性，探討 MT-MRI技術(shù)對(duì)椎間盤(pán)退變的定量診斷價(jià)值。

對(duì)象與方法

1.研究對(duì)象：本項(xiàng)研究是前瞻性影像學(xué)研究，共納入2016年12月～2018年12月期間招募的290名無(wú)癥狀志愿者，其中，男性125名，女性165名，年齡22～74歲，平均年齡43.2±13.5歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)癥狀成人(≥18周歲)；掃描圖像完整、清晰，掃描范圍包括L1～S1。排除標(biāo)準(zhǔn)：有急慢性腰痛者；脊柱側(cè)凸等脊柱畸形；腰椎腫瘤、感染等可能會(huì)引起椎間盤(pán)病變的疾病；既往有重體力勞動(dòng)相關(guān)職業(yè)史，脊柱骨折、手術(shù)或放化療史；妊娠、幽閉恐懼癥及有磁共振檢查禁忌證者。

2.掃描方法：采用3.0T GE Discovery MR750掃描儀，標(biāo)準(zhǔn)8通道CTL脊柱相控陣線(xiàn)圈，掃描序列包括：(1)矢狀位MT SPGR脈沖序列： TR 200ms，TE minimum，翻轉(zhuǎn)角10°，帶寬15.63kHz，層厚3 mm，矩陣256×256， FOV 24cm×24cm， NEX為2次。每例受試者進(jìn)行兩次掃描，一次不采用MT(MTR off)，一次采用MT(MTR on)，MT偏共振飽和脈沖頻率為1.2kHz。(2)常規(guī)序列：矢狀位FSE-T1WI序列(TR 1050ms，TE7ms)、FSE-T2WI序列(TR 2500ms，TE120ms)，橫斷位FSE-T2WI序列(TR 3000ms，TE120ms)。

3.腰椎間盤(pán)退變分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：椎間盤(pán)退變分級(jí)依據(jù)國(guó)際通用的Pfirrmann分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)椎間盤(pán)的高度、T2WI序列的信號(hào)強(qiáng)度變化等標(biāo)準(zhǔn)劃分為Ⅰ～Ⅴ級(jí)[3]。參考既往研究，將Pfirrmann分級(jí)Ⅰ～Ⅱ級(jí)的椎間盤(pán)歸為生理性退變范圍，Pfirrmann分級(jí)Ⅲ～Ⅴ級(jí)椎間盤(pán)歸為退變椎間盤(pán)[7，8]。由兩名超過(guò)5年經(jīng)驗(yàn)的放射診斷醫(yī)生，獨(dú)立評(píng)估所有椎間盤(pán)的Pfirrmann分級(jí)，結(jié)果有異議時(shí)經(jīng)協(xié)商達(dá)成一致。

4.腰椎間盤(pán)磁化傳遞率(MTR)測(cè)定：通過(guò)GE專(zhuān)用AW4.6后處理工作站，獲得MTR減影圖(off-on)。根據(jù)矢狀面椎間盤(pán)的長(zhǎng)徑五等分，取中間的約3/5作為髓核ROI，手動(dòng)勾畫(huà)ROI， ROI的形狀選擇橢圓形，勾畫(huà)時(shí)避開(kāi)椎體的軟骨終板、血管和骨贅。根據(jù)公式MTR(%)=(MTR off-MTR on)/MTR off×100%，計(jì)算出各椎間盤(pán)感興趣區(qū)的MTR值[6]。MTR值由兩名放射診斷醫(yī)生分別測(cè)量，結(jié)果取平均值，并計(jì)算測(cè)量值的觀(guān)察者間組內(nèi)相關(guān)性系數(shù)(ICC)，詳見(jiàn)圖1。

圖1 腰椎間盤(pán)矢狀位T2WI序列及MT序列圖像A.T2WI圖像；B.MTR on圖；C.MTR off圖；D.MTR減影圖(off-on)，C圖上勾畫(huà)各椎間盤(pán)的ROI復(fù)制到D圖

結(jié) 果

1.腰椎間盤(pán)退變分級(jí)結(jié)果：根據(jù)Pfirrmann分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)， 1450個(gè)椎間盤(pán)中，Pfirrmann分級(jí)Ⅰ級(jí)77個(gè)(5.31%)，Ⅱ級(jí)906個(gè)(62.48%)，Ⅲ級(jí)317個(gè)(21.86%)，Ⅳ級(jí)140個(gè)(9.66%)，Ⅴ級(jí)10個(gè)(0.69%)。正常生理性退變范圍的Ⅰ～Ⅱ級(jí)椎間盤(pán)約占67.79%(983/1450)，退變的Ⅲ～Ⅴ級(jí)椎間盤(pán)約占32.21%(467/1450)。

2.髓核MTR值測(cè)量的重復(fù)性評(píng)價(jià)：兩名放射診斷醫(yī)生MTR(off-on)測(cè)量值的組內(nèi)相關(guān)性系數(shù)(ICC)為0.964(P=0.000)，變異系數(shù)(CV)為3.38%，MTR off測(cè)量值的ICC為0.944(P=0.000)，CV為2.85%，測(cè)量值的觀(guān)察者間可信度良好。

3.髓核MTR值的性別差異及與年齡的相關(guān)性：將志愿者分為20～29歲、30～39歲、40～49歲、50～59歲和≥60歲年齡組，在20～29歲及≥60歲這兩個(gè)年齡組男性、女性之間的髓核MTR值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.702，P=0.106)，其余年齡分組的髓核MTR值均存在性別差異(P=0.004，P=0.000，P=0.000)，且各個(gè)年齡組女性的髓核MTR值均高于男性,詳見(jiàn)表1。男性、女性的髓核MTR值與年齡均呈正相關(guān)(r=0.366，P=0.000；r=0.416，P=0.000)。

表1 不同性別、年齡分組的MTR值

4.髓核MTR值與BMI、椎間盤(pán)節(jié)段的相關(guān)性:腰椎間盤(pán)髓核MTR值與BMI、節(jié)段均呈正相關(guān)(r=0.206，P=0.000；r=0.233，P=0.000)。上位椎間盤(pán)節(jié)段(L1/2、L2/3)與下位椎間盤(pán)節(jié)段(L4/5、L5/S1)的髓核MTR值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)，詳見(jiàn)表2。

表2 不同腰椎間盤(pán)節(jié)段之間髓核MTR值的比較

5.髓核MTR值與Pfirrmann分級(jí)的相關(guān)性:Pfirrmann分級(jí)Ⅰ級(jí)的髓核MTR值約為24.44%±5.30%；Ⅱ級(jí)約為24.45%±4.23%； Ⅲ級(jí)約為29.08%±4.09%；Ⅳ級(jí)約為31.27%±4.81%；Ⅴ級(jí)約為31.93%±6.36%。隨著Pfirrmann分級(jí)升高，髓核MTR值逐漸增高，髓核MTR值與Pfirrmann分級(jí)呈中度正相關(guān)(r=0.503，P=0.000)。Bonferroni事后檢驗(yàn)結(jié)果顯示Pfirrmann分級(jí)Ⅰ和Ⅱ級(jí)之間，Ⅲ和Ⅴ級(jí)之間以及Ⅳ和Ⅴ級(jí)之間的髓核MTR值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=1.000、P=0.407、P=1.000)，其余各組間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)。生理性退變的椎間盤(pán)(Pfirrmann Ⅰ～Ⅱ級(jí))和退變椎間盤(pán)(Pfirrmann Ⅲ～Ⅴ級(jí))的髓核MTR值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)，詳見(jiàn)表3。

表3 不同Pfirrmann分級(jí)之間髓核MTR值的比較

6.髓核MTR值評(píng)價(jià)椎間盤(pán)退變的效能:使用髓核MTR值評(píng)價(jià)退變椎間盤(pán)，繪制ROC曲線(xiàn)，計(jì)算曲線(xiàn)下面積(AUC)。ROC曲線(xiàn)的AUC為0.820，髓核MTR值的cut-off值為26.75%，其評(píng)價(jià)退變椎間盤(pán)的敏感度為0.786，特異性為0.724。

討 論

本研究中Pfirrmann Ⅱ～Ⅲ級(jí)椎間盤(pán)所占比例最高(約占84.34%)，Ⅴ級(jí)的椎間盤(pán)所占比例最低，Ⅰ級(jí)椎間盤(pán)的比例也較低，說(shuō)明了在無(wú)癥狀人群中椎間盤(pán)退變的發(fā)生率較高，這也與Hiroaki等[2]的研究結(jié)果一致。椎間盤(pán)退變?cè)缭跓o(wú)癥狀階段就已經(jīng)發(fā)生，早期診斷，早期治療，對(duì)于延緩椎間盤(pán)退變的進(jìn)展以及改善患者的預(yù)后至關(guān)重要。

1.髓核MTR值評(píng)價(jià)椎間盤(pán)退變的效能：本研究發(fā)現(xiàn)髓核MTR值與Pfirrmann分級(jí)呈中度正相關(guān)(r=0.503，P=0.000)。Pfirrmann分級(jí)是國(guó)際通用的椎間盤(pán)退變分級(jí)方法，髓核MTR值與Pfirrmann分級(jí)較好的相關(guān)性證明了髓核MTR值可以有效地量化評(píng)價(jià)椎間盤(pán)退變。雖然本研究中Pfirrmann分級(jí)Ⅰ和Ⅱ級(jí)，Ⅲ和Ⅴ級(jí)以及Ⅳ和Ⅴ級(jí)之間的髓核MTR值比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=1.000，P=0.407，P=1.000)，但本研究中Pfirrmann Ⅰ級(jí)椎間盤(pán)僅占5.31%，Ⅴ級(jí)僅占0.69%，這可能是導(dǎo)致這些組間比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的原因，而其余組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)，這證實(shí)了MTR值可以較好地區(qū)分不同Pfirrmann分級(jí)椎間盤(pán)之間的差異。筆者還發(fā)現(xiàn)正常生理性退變椎間盤(pán)(Pfirrmann Ⅰ～Ⅱ級(jí))和退變椎間盤(pán)(Pfirrmann Ⅲ～Ⅴ級(jí))的髓核MTR值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)，ROC曲線(xiàn)的AUC為0.820， cut-off值為26.75%，其評(píng)價(jià)退變椎間盤(pán)的敏感度為0.786，特異性為0.724，證明了髓核MTR值具有較好的定量評(píng)價(jià)椎間盤(pán)退變的效力。本研究是目前較大樣本的腰椎間盤(pán)MT-MRI研究，研究結(jié)果有力證實(shí)了MT-MRI技術(shù)用于定量評(píng)估椎間盤(pán)退變的可行性，下一步或可進(jìn)行多中心的大樣本研究來(lái)制定通用的量化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于椎間盤(pán)退變的診斷與治療中。

2.基于MTR分析無(wú)癥狀成人腰椎間盤(pán)的退變規(guī)律：本研究發(fā)現(xiàn)了髓核的MTR值與年齡、BMI、椎間盤(pán)節(jié)段的相關(guān)性及變化規(guī)律。本研究中髓核MTR值與年齡呈正相關(guān)，隨著年齡增長(zhǎng)，髓核MTR值逐漸增高，說(shuō)明年齡是椎間盤(pán)退變的一項(xiàng)重要影響因素，這與何杰等[9]的研究結(jié)果相符合。Han等[10]開(kāi)展的一項(xiàng)頸胸段椎間盤(pán)MT-MRI研究也發(fā)現(xiàn)，頸胸段椎間盤(pán)髓核的MTR值與年齡呈正相關(guān)。早期一項(xiàng)關(guān)于供體腰椎間盤(pán)的MT-MRI研究證實(shí)磁化傳遞效應(yīng)(MT)與膠原含量呈正相關(guān)， MTR值可定量反映椎間盤(pán)內(nèi)膠原含量的改變[6]。研究表明椎間盤(pán)變性的早期，椎間盤(pán)髓核出現(xiàn)蛋白多糖含量減低、水含量減少，同時(shí)伴有Ⅱ型膠原蛋白合成減少、Ⅱ型膠原變性和Ⅰ型膠原合成增多，也就是說(shuō)椎間盤(pán)變性過(guò)程中髓核內(nèi)膠原成分的種類(lèi)和含量會(huì)發(fā)生改變，膠原可作為椎間盤(pán)退變的一項(xiàng)重要生物學(xué)標(biāo)志物，這也是髓核MTR值隨年齡變化的主要原因[11,12]。

本研究中髓核MTR值存在性別差異(P=0.000)，并且各年齡分組女性的髓核MTR值均高于男性。Müller-Lutz等[13,14]研究發(fā)現(xiàn)，男性、女性的髓核gagCEST值及T2弛豫時(shí)間存在差異。這些研究結(jié)果均提示在椎間盤(pán)退變的過(guò)程中男性、女性的椎間盤(pán)生化改變可能有所差異，但這需要聯(lián)合椎間盤(pán)退變相關(guān)病理生理學(xué)研究來(lái)進(jìn)一步證實(shí)。

本研究發(fā)現(xiàn)髓核MTR值與BMI呈正相關(guān)(r=0.206，P=0.000)，這項(xiàng)研究結(jié)果提示BMI是椎間盤(pán)退變的一項(xiàng)危險(xiǎn)因素，BMI的升高可能加速椎間盤(pán)的退變。Teraguchi等[15]開(kāi)展的一項(xiàng)關(guān)于椎間盤(pán)退變影響因素的研究中發(fā)現(xiàn)，肥胖與Pfirrmann分級(jí)有關(guān)。Müller-Lutz等[13,14]研究發(fā)現(xiàn)，BMI與gagCEST值以及T2弛豫時(shí)間均呈負(fù)相關(guān)。BMI升高可能會(huì)增加腰椎的受力、從而加速椎間盤(pán)的退變，因此筆者認(rèn)為在椎間盤(pán)退變的預(yù)防和治療中需考慮到BMI的影響。

本研究還發(fā)現(xiàn)髓核MTR值與椎間盤(pán)節(jié)段呈正相關(guān)(r=0.233，P=0.000)，下位腰椎間盤(pán)的髓核MTR值高于上位腰椎間盤(pán)(P=0.000)，隨著解剖節(jié)段的降低，椎間盤(pán)退變的數(shù)量增加、程度加重，與李丹等[16]的報(bào)道相符。這可以從生物力學(xué)的角度解釋?zhuān)挛谎地?fù)荷的重力更大，并且位于腰骶部交界處、活動(dòng)度較大，這些因素都會(huì)加速椎間盤(pán)的退變。本研究證實(shí)髓核MTR值可以較敏感地反映下位腰椎間盤(pán)與上位腰椎間盤(pán)之間的退變差異，可以早期定量地診斷下位腰椎間盤(pán)的退變。

本研究尚存在一些不足，沒(méi)有結(jié)合T2圖像、DTI成像等其他定量磁共振技術(shù)進(jìn)行對(duì)比研究，另外腰椎間盤(pán)髓核ROI的勾畫(huà)不夠精準(zhǔn)，下一步應(yīng)開(kāi)發(fā)更精確的自動(dòng)分割ROI軟件。

綜上所述，本研究證實(shí)了腰椎間盤(pán)髓核MTR值與椎間盤(pán)退變分級(jí)的相關(guān)性，并基于髓核MTR值分析了無(wú)癥狀成人腰椎間盤(pán)退變的影響因素及變化規(guī)律，腰椎間盤(pán)MT-MRI技術(shù)可作為椎間盤(pán)退變的一項(xiàng)重要的定量檢測(cè)工具。