劉 晨，陳基明，李 勇，谷士康，孫 陳，陳亮亮

(皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，安徽 蕪湖 241001)

腰椎間盤退變是下腰痛的主要原因之一[1]。常規(guī)MRI可顯示椎間盤信號強(qiáng)度及形態(tài)學(xué)改變、定性評價椎間盤退變，但難以準(zhǔn)確評估椎間盤微觀結(jié)構(gòu)變化及椎間盤退變級別等。T2 mapping、彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)等MR功能成像有助于了解椎間盤退變的病理生理機(jī)制，為臨床決策提供影像學(xué)依據(jù)[2-4]。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(intravoxel incoherent motion,IVIM)成像可通過多b值成像區(qū)分組織中單純水分子的彌散與灌注效應(yīng)并進(jìn)行量化分析[5]，已廣泛用于多種疾病相關(guān)研究[6-7]。本研究觀察IVIM-DWI定量評估腰椎間盤退變程度的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2021年11月—2022年4月皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院收治的90例腰部疼痛并接受腰椎MRI患者，男44例、女46例，年齡22～74歲，平均(52.7±10.5)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18～75歲，既往無腰椎手術(shù)史；②無腰椎骨折、炎癥、腫瘤及代謝性骨病等器質(zhì)性病變；③接受常規(guī)腰椎MR及IVIM-DWI檢查，掃描范圍包括T12～S2。排除標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)R禁忌證或無法配合檢查；②圖像質(zhì)量不符合測量要求。本研究經(jīng)院倫理委員會批準(zhǔn)[批準(zhǔn)號：(2022)倫審研第(77)號]，檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magneton Avanto 1.5T MR掃描儀、8通道高分辨率頸胸腰一體化脊柱相控陣線圈掃描T12～S2；參數(shù)：矢狀位T2WI，TR 3 000 ms，TE 100 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，F(xiàn)OV 30 cm×30 cm，矩陣224×320；矢狀位T1WI，TR 600 ms，TE 11 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，F(xiàn)OV 30 cm×30 cm，矩陣224×320；矢狀位IVIM-DWI，采用多次激發(fā)平面自旋回波序列，b值=0、50、100、150、200、250、300、400、500、800、1 000 s/mm2，TR 2 600 ms，TE 83 ms，層厚6 mm，層間距1.1 mm，F(xiàn)OV 22 cm×26 cm，矩陣160×95。

1.3 圖像分析 將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入Siemens工作站，由分別具有5年及15年工作經(jīng)驗(yàn)的影像科主治及主任醫(yī)師各1名獨(dú)立分析圖像，以MITK-Diffusion軟件于IVIM-DWI(圖1A)及自動生成的表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)圖(圖1B)中的相同層面手動勾畫L1-2～L5-S1各椎間盤髓核及前、后纖維環(huán)ROI，將面積為40～80 mm2的髓核ROI置于椎間盤中間1/3區(qū)域，面積30～50 mm2的前、后纖維環(huán)ROI分置于椎間盤前、后1/5區(qū)域，測量ADC、慢速彌散系數(shù)(D)、快速彌散系數(shù)(D*)及灌注分?jǐn)?shù)(f)；重復(fù)測量3次，取高年資醫(yī)師測量結(jié)果的均值進(jìn)行分析，并生成相應(yīng)偽彩圖(圖1C～1E)。間隔2周后由上述2名醫(yī)師以相同方法再次測量。

圖1 患者女，56歲，腰椎間盤退變，PfirrmannⅡ級 A～E.分別為腰椎矢狀位IVIM-DWI、ADC圖，D值、f值及D*值偽彩圖 (紅圈為髓核ROI；綠圈為前纖維環(huán)ROI；黃圈為后纖維環(huán)ROI)

1.4 評估腰椎間盤退變Pfirrmann分級 由具有5年及10年MRI診斷經(jīng)驗(yàn)的主治及主任醫(yī)師各1名根據(jù)矢狀位T2WI表現(xiàn)對L1-2～L5-S1椎間盤退變行Pfirrmann分級，意見不一致時經(jīng)協(xié)商決定。分級標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ級，椎間盤高度正常，髓核呈均質(zhì)、腦積液樣高信號，與纖維環(huán)分界清楚；Ⅱ級，椎間盤高度正常，髓核呈不均質(zhì)、腦積液樣高信號，中間可有水平帶，髓核與纖維環(huán)分界清楚；Ⅲ級，椎間盤高度正常或輕度減低，髓核呈不均質(zhì)、灰色信號，與纖維環(huán)分界模糊；Ⅳ級，椎間盤高度正常到中度減低，髓核呈不均質(zhì)、灰或黑色信號，與纖維環(huán)分界消失；Ⅴ級，椎間盤間隙塌陷，髓核呈不均質(zhì)、黑色信號，與纖維環(huán)分界消失。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0及MedCalc 20.112統(tǒng)計(jì)分析軟件。采用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)對計(jì)量資料行正態(tài)性檢驗(yàn)，以±s表示符合正態(tài)分布者，以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合正態(tài)分布者，采用單因素方差分析或Kruskal-WallisH檢驗(yàn)行組間總體比較，以Bonferroni檢驗(yàn)或Nemenyi法比較相鄰Pfirrmann分級間定量參數(shù)的差異。采用組間相關(guān)系數(shù)(inter-class correlation coefficients,ICC)評價2名醫(yī)師測量IVIM-DWI相關(guān)定量參數(shù)的一致性：0

2 結(jié)果

450個椎間盤中，21個PfirrmannⅠ級，168個Ⅱ級，152個Ⅲ級，87個Ⅳ級，22個Ⅴ級。

2.1 不同Pfirrmann分級椎間盤IVIM-DWI定量參數(shù)比較 觀察者內(nèi)及觀察者間測量髓核(ICC=0.90～0.94)和后纖維核(ICC=0.82～0.89)ADC、D、D*及f值的一致性極佳，測量前纖維環(huán)上述參數(shù)的一致性較好(ICC=0.72～0.79)。

不同Pfirrmann分級椎間盤髓核D*值、前纖維環(huán)D*值及f值總體差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，其余參數(shù)總體差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。兩兩比較，PfirrmannⅠ與Ⅱ級間髓核ADC、D值及前纖維環(huán)ADC，Ⅱ與Ⅲ級間髓核ADC、D和f值及前和后纖維環(huán)ADC、D值，Ⅲ與Ⅳ級間髓核ADC、D和f值、前纖維環(huán)ADC和D值及后纖維環(huán)ADC，Ⅳ與Ⅴ級間髓核ADC和D值及后纖維環(huán)D值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。相鄰Pfirrmann分級椎間盤間其余IVIM-DWI定量參數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見表1。

表1 不同Pfirrmann分級退變腰椎間盤IVIM-DWI定量參數(shù)比較(n=450)

2.2 IVIM-DWI定量參數(shù)評估效能 將相鄰級別間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的IVIM-DWI定量參數(shù)納入有序logisitc回歸分析，結(jié)果顯示髓核ADC[β=-10.882，OR=1.879,95%CI(3.660,9.649)]及D值[β=-15.324，OR=2.212,95%CI(1.062,3.152)]均為腰椎間盤退變Pfirrmann分級相關(guān)因素(P均<0.001)。

ROC曲線分析結(jié)果顯示，髓核ADC及D值評估不同Pfirrmann分級的效能均較佳(圖2及表2)。髓核D值評估PfirrmannⅠ與Ⅱ級的AUC高于ADC (Z=2.775，P=0.018)，髓核D值與ADC評估PfirrmannⅡ與Ⅲ級、Ⅲ與Ⅳ級、Ⅳ與Ⅴ級的AUC差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=0.051、0.289、0.177，P=0.959、0.773、0.859)。

表2 髓核ADC及D值評估腰椎間盤退變Pfirrmann分級的效能

圖2 以髓核ADC及D值評估PfirrmannⅠ級與Ⅱ級(A)、Ⅱ級與Ⅲ級(B)、Ⅲ級與Ⅳ級(C)、Ⅳ級與Ⅴ級(D)腰椎間盤退變的ROC曲線

3 討論

早期檢出腰椎椎間盤退變對臨床及時干預(yù)、改善預(yù)后具有重要意義。傳統(tǒng)DWI反映的是組織水分子彌散和微循環(huán)灌注的綜合效應(yīng)[8]，而IVIM-DWI可區(qū)分組織中單純水分子彌散及微循環(huán)灌注，更準(zhǔn)確地反映組織病理生理狀況。

本研究以IVIM-DWI定量評估腰椎間盤退變，發(fā)現(xiàn)PfirrmannⅠ級至Ⅴ級髓核ADC及D值，前、后纖維環(huán)ADC及D值均呈降低趨勢，與ANTONIOU等[9]的DWI研究結(jié)果相符。ADC及D值與蛋白多糖和水含量密切相關(guān)。椎間盤退變過程中，水分子和大分子蛋白多糖含量隨其程度加重逐漸減少，使椎間盤完整性降低，進(jìn)而降低組織彌散能力，故ADC及D值與之呈正相關(guān)。f值代表組織微循環(huán)產(chǎn)生的彌散效應(yīng)占總體彌散效應(yīng)的百分比。本研究中，髓核及后纖維環(huán)f值隨椎間盤退變程度加重呈升高趨勢，可能與椎間盤退變過程纖維環(huán)及終板產(chǎn)生裂隙或微骨折，修復(fù)過程中生成新生毛細(xì)血管而提高了髓核及纖維環(huán)的灌注效應(yīng)有關(guān)[10]；不同Pfirrmann分級間前纖維環(huán)f值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能因受腹主動脈搏動偽影影響，使結(jié)果準(zhǔn)確性較低[11]。測量乏血供病變灌注參數(shù)的準(zhǔn)確性較低，D*值的穩(wěn)定性明顯低于D值與ADC[12]。椎間盤相比其他組織乏血供，故其D*值準(zhǔn)確性相對較低。本研究髓核及前、后纖維環(huán)D*值在相鄰Pfirrmann分級間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與D*值穩(wěn)定性差有關(guān)。

本研究發(fā)現(xiàn)髓核ADC及D值與腰椎間盤退變Pfirrmann分級相關(guān)，二者評估Pfirrmann分級的效能均較佳，而髓核D值鑒別PfirrmannⅠ與Ⅱ級的AUC高于ADC，提示其對早期椎間盤退變更敏感，與既往研究[13]結(jié)果相符，提示IVIM-DWI定量參數(shù)可用于評估椎間盤退變。本組中髓核ADC與D值鑒別Pfirrmann Ⅱ與Ⅲ級、Ⅲ與Ⅳ級、Ⅳ級與Ⅴ級的效能相當(dāng)。

綜上，IVIM-DWI可有效評估椎間盤退變程度，其定量參數(shù)髓核D值對早期椎間盤退變更為敏感。但本研究樣本量較少，未納入健康正常人群行對照分析，且缺少評估腰椎間盤退變各定量參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)及組織病理金標(biāo)準(zhǔn)，對于Pfirrmann Ⅳ級及Ⅴ級腰椎間盤，勾畫ROI時難以區(qū)分髓核與纖維環(huán)，可能影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，有待進(jìn)一步觀察。