李曉新，張鳳翔（通訊作者），楊金花

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué) 包頭醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 010100；2.鄂爾多斯市中心醫(yī)院 影像科，內(nèi)蒙古 017000）

腰痛是常見的臨床癥狀，腰椎間盤病變尤其是椎間盤病變是導(dǎo)致腰痛較為常見的原因，外傷引起的椎間盤病變可發(fā)生在青年時(shí)期［1-3］。

常規(guī)MRI、CT 是診斷椎間盤病變的主要檢查方法，MRI 還可以觀察椎間盤病變及鄰近的神經(jīng)及軟組織結(jié)構(gòu)的改變，在臨床廣為應(yīng)用。近期提出的集成MRI 這一影像新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在單個(gè)采集中同時(shí)映射多個(gè)參數(shù)，縮短掃描時(shí)間，提供更方便的臨床應(yīng)用。目前多用于神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究，在脊柱方面的應(yīng)用并不多。因此，本文將分析集成MRI 對(duì)于腰椎間盤退變的應(yīng)用價(jià)值，研究集成MRI 的不同參數(shù)值與國(guó)際常用的Pfirrmann 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，探討應(yīng)用無(wú)創(chuàng)手段更具體地分辨出腰椎間盤退變的不同時(shí)期，為臨床診斷及新療法提供新的診斷工具。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究選取92 例在鄂爾多斯市中心醫(yī)院檢查的腰痛患者為腰痛組。納入標(biāo)準(zhǔn)：①影像資料完整（均進(jìn)行常規(guī)MRI 與集成MRI 掃描）的患者。②年齡不小于18 歲。③有腰痛癥狀。排除標(biāo)準(zhǔn)：①不能配合MRI 檢查。②MRI 圖像不佳，影響數(shù)據(jù)測(cè)量。③脊柱側(cè)彎或同時(shí)合并其他脊柱疾病，如轉(zhuǎn)移、炎癥等。另外，收集20 例無(wú)腰痛癥狀的正常成年志愿者為正常對(duì)照組。

1.2 MRI 掃描

1.2.1 MRI 掃描方法及參數(shù)設(shè)置

使用GE SIGNA Premier 3.0 T 磁共振成像系統(tǒng)和脊柱線圈進(jìn)行掃描。對(duì)被檢查者行仰臥位掃描，頭先入。所有被檢者進(jìn)行腰椎常規(guī)MRI 掃描及矢狀位集成MRI 掃描。檢查序列如下：①矢狀位T1WI：掃描范圍為T12 至L2 水平，TR437ms；TEMin Full；矩陣320×256；視野32×32cm；層厚4mm；層間隔1mm。②矢狀位T2WI：掃描范圍為T12 至L2 水平，TR1921ms；TE850ms；矩陣320×256；視野32×32cm；層厚4mm；層間隔1mm。③軸位T2WI：掃描L1-2 至L5-S1 間盤層面，TR2008ms；TE90ms；矩陣320×256；視野20×20cm；層厚3mm；層間隔1mm。④矢狀位集成MRI：掃描范圍為T12 至L2水平，TR4000ms；TE132ms；矩陣320×256；視野30×30cm；層厚4mm；層間隔0.4mm。

1.2.2 影像后處理及數(shù)據(jù)測(cè)量

應(yīng)用掃描磁共振操作臺(tái)的圖像編輯模塊（MAGIC）對(duì)集成磁共振序列的圖像進(jìn)行后處理，測(cè)量并記錄不同層面腰椎間盤前纖維環(huán)、髓核及后纖維環(huán)的T1、T2、PD 值。由一名經(jīng)驗(yàn)豐富的影像科主任醫(yī)師協(xié)同測(cè)量，并且經(jīng)過(guò)至少1 個(gè)月的間隔時(shí)間，再測(cè)量一次，最后記錄兩次測(cè)量的結(jié)果均值。影像科兩名主任醫(yī)師在不了解病患具體信息的情況下，根據(jù)掃描獲得的腰椎正中矢狀位T2WI 圖像對(duì)照Pfirrmann 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所掃描的L1-2 至L5-S1腰椎間盤劃分等級(jí)，兩人判定結(jié)果不一致時(shí)，共同商議后再次劃定腰椎間盤等級(jí)并記錄。Pfirrmann分級(jí)情況［4］，可見表1。

表1 Pfirrmann 分級(jí)情況

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 26.0 與Graphpad Prism 9.3.0 統(tǒng)計(jì)軟件分析收集的所有數(shù)據(jù)。對(duì)定量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)。選取腰痛組Pfirrmann 分級(jí)I-III 級(jí)的患者與正常組志愿者結(jié)果比較，采用Mann-Whitney 檢驗(yàn)評(píng)估腰痛組和正常對(duì)照組Pfirrmann 分級(jí)的差異，采用t 檢驗(yàn)或Mann-Whitney U 檢驗(yàn)比較腰椎間盤各部位的各定量值及其在腰痛組和正常對(duì)照組之間的差異。腰痛組各級(jí)別腰椎間盤不同部位的T1、T2、PD 值之間進(jìn)行比較，用單因素方差分析（ANOVA）和Bonferroni 檢驗(yàn)分析符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，用Kruskal-Wallis H 檢驗(yàn)和事后檢驗(yàn)分析非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)。采用有序回歸分析來(lái)評(píng)估T1、T2、PD 值對(duì)腰椎間盤變性綜合評(píng)價(jià)的作用。構(gòu)建ROC 曲線并計(jì)算出曲線下面積（AUC）值、臨界值和P 值，對(duì)比有效值之間AUC 在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異。以P＜0.05 認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

本研究以2021 年11 月至2022 年12 月鄂爾多斯市中心醫(yī)院收治的92 名患者（46.70±16.28 歲）和20 名志愿者（25.78±5.08 歲）為研究對(duì)象。腰痛組92 例患者共460 個(gè)腰椎間盤，根據(jù)Pfirrmann 分級(jí)分為I 級(jí)椎間盤98 個(gè)（21%），II 級(jí)椎間盤143 個(gè)（31%），III 級(jí)椎間盤137 個(gè)（30%），IV 級(jí)椎間盤58個(gè)（13%），V 級(jí)椎間盤25 個(gè)（5%）；正常對(duì)照組23 名志愿者共115 個(gè)腰椎間盤，I 級(jí)椎間盤59 個(gè)（51%），II級(jí)椎間盤44 個(gè)（44%），III 級(jí)椎間盤12 個(gè)（10%）。

2.1 腰痛組（I-III 級(jí)）與正常對(duì)照組腰椎間盤分級(jí)、定量值比較

兩組間Pfirrmann 分級(jí)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。腰痛組（I-III 級(jí)）與正常對(duì)照組椎間盤不同部位各定量值的比較結(jié)果表示，兩組之間髓核的T1、T2、PD 值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P 均＜0.001）。

2.2 各級(jí)別腰椎間盤的定量值比較

Pfirrmann 分級(jí)與腰椎間盤各部位T1 值、T2值、PD 值的Spearman 相關(guān)性分析見圖1。結(jié)果顯示，除前纖維環(huán)PD 值、后纖維環(huán)PD 值以外，Pfirrmann 分級(jí)與余下椎間盤不同部位的T1、T2、PD 值都呈負(fù)相關(guān)（P 均＜0.05），Pfirrmann 分級(jí)髓核的T1、T2、PD 值較其他部位定量值的相關(guān)性更顯著。對(duì)腰椎間盤變性Pfirrmann 分級(jí)的診斷價(jià)值認(rèn)為，前纖維環(huán)T2 值（P=0.006）、髓核T1 值（P＜0.001）、髓核T2 值（P＜0.001）、髓核PD 值（P＜0.001）、后纖維環(huán)T2 值（P=0.008）在各分級(jí)組之間存在顯著差異。此外，事后檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于I-II 級(jí)，前纖維環(huán)T2 值（P=0.013）、髓核T1 值（P=0.007）、T2 值（P＜0.001）、PD值（P=0.006）有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；對(duì)于II-III 級(jí)，髓核T1、T2、PD 值（P 均＜0.001）有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；對(duì)于III-IV級(jí)，僅有髓核T2 值（P=0.009）有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 腰痛組腰椎間盤各部位T1、T2 及PD 值與Pfirrmann 分級(jí)的相關(guān)性分析

2.3 腰椎間盤各定量值對(duì)Pfirrmann 分級(jí)的診斷效能

有序回歸分析有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的定量值（前后纖維環(huán)T2 值及髓核T1、T2、PD 值），見表2。結(jié)果顯示，只有髓核T1、T2 及PD 值具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P 均＜0.001）。構(gòu)建出髓核T1、T2 及PD 值的ROC 曲線，記錄得到相應(yīng)的AUC 值、臨界值和P 值，見表3。進(jìn)一步比較髓核T1 值、T2 值及PD 值各自之間的AUC，見圖2。結(jié)果顯示，對(duì)于I-II 級(jí)之間，髓核T2 值的AUC 高于髓核T1 值，髓核T2 值的AUC 高于髓核的PD 值（P 均＜0.001）；對(duì)于II-III 級(jí)之間，髓核T2 值的AUC高于髓核T1 值（P=0.002），髓核T1 值的AUC 高于髓核PD 值（P=0.037），髓核T2 值的AUC 高于髓核PD 值（P＜0.001）；對(duì)于III-IV 級(jí)之間，髓核T2 值的AUC 高于髓核T1 值（P=0.007）；對(duì)于IV-V 級(jí)之間，髓核各定量值兩兩之間的診斷效能均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 腰痛組比較髓核T1 值、T2 值、PD 值對(duì)腰椎間盤變性的診斷效能

表2 腰痛組綜合評(píng)估腰椎間盤變性時(shí)各值的診斷價(jià)值

表3 腰痛組髓核T1、T2 和PD 值的ROC 曲線特征

3 討論

腰椎間盤常規(guī)MRI 診斷掃描僅限于形態(tài)學(xué)成像，而使用Pfirrmann 分級(jí)法評(píng)估腰椎間盤退變的嚴(yán)重程度主要集中在形態(tài)學(xué)和信號(hào)強(qiáng)度上［4］。一些學(xué)者也對(duì)T1 rho 成像進(jìn)行了研究，但其有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)早期軟骨損傷也敏感，報(bào)告了與放射學(xué)軟骨損傷、關(guān)節(jié)痛和功能障礙的相關(guān)性；其缺點(diǎn)是臨床或研究常規(guī)難以實(shí)施，需要高場(chǎng)強(qiáng)和高射頻脈沖能量水平，容易受主磁場(chǎng)內(nèi)軟骨方向的影響。由于T1 rho 成像有一定的局限性，在臨床上應(yīng)用較少［5］，所以有必要找到另一種客觀和準(zhǔn)確的方法來(lái)評(píng)估椎間盤退變的程度。

本文研究了集成MRI 技術(shù)應(yīng)用于腰椎間盤對(duì)于臨床應(yīng)用的適應(yīng)性。集成MRI 作為定量技術(shù)不僅在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的應(yīng)用中顯示出具有良好的前景，還被證明可應(yīng)用于多種癌癥及軟骨組織疾病中［6］。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，集成MRI 的T1、T2 和PD值在正常組、中度水合組和干燥組椎間盤中存在顯著差異，證明了集成MRI 在腰椎間盤退變定量映射中的價(jià)值［7］。在本研究中發(fā)現(xiàn)，腰痛組與正常對(duì)照組之間髓核的T1、T2、PD 值有顯著差異，推測(cè)集成MRI 可能具有分辨腰痛患者與正常人的潛力。

有研究表明，在成人中，蛋白多糖分別占髓核與纖維環(huán)干重的50% 和10%～20%，而膠原蛋白分別在髓核與纖維環(huán)中約占干重的15%～20% 和65%～70%［8］。正如Stelzeneder 等（2012）［9］在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，與髓核相比，纖維環(huán)的值明顯較低，與本文結(jié)果一致，證明集成MRI 能夠表征椎間盤內(nèi)不同的組織分區(qū)，即纖維環(huán)和髓核。腰椎間盤的退變多與軟骨破壞有關(guān)，但T2 值的變化是由含水量變化、膠原纖維紊亂及某些生化大分子（如蛋白多糖）的丟失所致。因此，通過(guò)成像確定腰椎間盤的早期變化可能實(shí)現(xiàn)非侵入性腰椎間盤的早期診斷、治療和預(yù)防。

椎間盤會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而發(fā)生退變，在MRI成像中具有T2 弛豫時(shí)間減少的特點(diǎn)。在椎間盤退變過(guò)程中，髓核中的水分和蛋白多糖會(huì)發(fā)生流失［9］。Pfirrmann 分級(jí)法評(píng)估了腰椎間盤退變的嚴(yán)重程度，根據(jù)腰椎MRI 矢狀面T2 加權(quán)圖像的結(jié)構(gòu)、信號(hào)強(qiáng)度和椎間盤高度來(lái)判斷退變。多項(xiàng)研究報(bào)道，椎間盤含水量減少和蛋白多糖流失可導(dǎo)致T1 和T2 值下降［10-12］，T2 值隨著髓核Pfirrmann 分級(jí)的增加而趨于下降［9，13-15］。本研究發(fā)現(xiàn)，從集成MRI 中得到的T1、T2、PD 值隨著Pfirrmann 分級(jí)的增加而明顯下降，這與以前研究的結(jié)果相吻合［10］；前后纖維環(huán)的PD 值與Pfirrmann 分級(jí)沒(méi)有明顯相關(guān)性，這可能表明PD 值在前后纖維環(huán)的敏感性較差。I 級(jí)和II級(jí)之間以及III 級(jí)和IV 級(jí)之間的髓核T1、T2、PD 值有顯著差異。IV 級(jí)和V 級(jí)之間的定量值無(wú)顯著差異，這可能表明IV 級(jí)與V 級(jí)之間的病理差異主要是形態(tài)上的，而不是成分上的，并且IV 級(jí)與V 級(jí)之間，髓核各定量值兩兩之間的診斷效能均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步支持上述觀點(diǎn)。因此，從集成MRI 數(shù)據(jù)中獲得的T1、T2 和PD 值可以反映IVD 退化的程度，這一發(fā)現(xiàn)也表明，髓核的T1、T2、PD 值在腰椎間盤退化分級(jí)中比纖維環(huán)更敏感。DePalma 等（2011）［16］發(fā)現(xiàn)早期腰椎間盤退變主要涉及髓核，與本研究結(jié)果一致。

Nagy 等（2014）［17］提出，在確定椎間盤退變程度時(shí)，定量T2 mapping 比Pfirrmann 分級(jí)系統(tǒng)更可靠。先前的一項(xiàng)研究支持使用常規(guī)T2 mapping 來(lái)區(qū)分不同的Pfirrmann 分級(jí)，如本文中集成MRI 椎間盤T2 值的AUC 值所示［10］。Jiang 等（2020）［18］發(fā)現(xiàn)集成MRI 和T2 mapping 的T2 值有相似的AUC 值，并說(shuō)明集成MRI 的T2 值測(cè)量是有效的。除了用于診斷的腰椎間盤退變?cè)u(píng)估外，T2 mapping 還被報(bào)道用于術(shù)后的評(píng)估［18-20］。集成MRI 易于使用且掃描時(shí)間短，很有潛力作為縱向監(jiān)測(cè)治療過(guò)程的定量檢查手段。同時(shí)，還可以額外獲得T1 和PD 值，這可能為評(píng)估腰椎間盤退變提供更多有益的信息。此外，形態(tài)學(xué)和定量信息可以同時(shí)通過(guò)集成MRI 獲得。集成MRI 具有潛在的臨床價(jià)值，用于評(píng)估腰椎間盤的退化情況，反映疾病的嚴(yán)重程度及監(jiān)測(cè)慢性腰痛的治療情況。T2 加權(quán)圖像可以從集成MRI 中獲得，但使用集成MRI 獲得的T2 加權(quán)圖像評(píng)估腰椎間盤退化的可行性需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

本研究的局限性主要涉及：基于視覺評(píng)估的Pfirrmann 分類被用作參考，等級(jí)分配可能存在主觀偏見；樣本量相對(duì)有限，臨床病患數(shù)據(jù)的缺乏，也限制了筆者對(duì)病患結(jié)果的結(jié)論；缺乏對(duì)椎間盤退變與組織學(xué)與病理切片的進(jìn)一步研究分析。對(duì)椎間盤的T1、T2、PD 值進(jìn)行時(shí)間較長(zhǎng)（幾個(gè)月到幾年）的縱向研究調(diào)查，將有助于確定T1、T2、PD 值對(duì)椎間盤突出癥和其他椎間盤病變的意義。

4 結(jié)論

在本研究中，集成MRI 被證明是評(píng)估腰椎間盤退變的一種可靠和有效的方法，其一站式成像的特點(diǎn)有可能取代傳統(tǒng)的掃描。集成MRI 是一種潛在的可以定量評(píng)估腰椎間盤退變的無(wú)創(chuàng)措施，并最終可以在未來(lái)改善慢性腰痛的臨床研究（如不同療法前后）以及臨床實(shí)踐中監(jiān)測(cè)組織成分的變化方面打開新的局面。