后纖維環T2弛豫時間與腰椎間盤突出的相關性

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(陸軍軍醫大學第二附屬醫院放射科，重慶 400037)

隨著生活方式的改變和生活節奏的加快，腰痛的發病率越來越高，且呈年輕化趨勢，已經成為影響現代人生活質量非常重要的一個因素[1-3]。引起腰痛的原因較多，到目前為止其確切機制還沒有被完全揭露，但是研究表明，椎間盤退行性變和椎間盤突出等是引起腰痛的主要因素[4-5]。因此對椎間盤退行性變和椎間盤突出的早期診斷和干預對保持腰椎正常形態、降低腰痛的發生非常重要。在常規的臨床工作中，醫生多是根據Pfirrmann得分對椎間盤的退變和突出進行評價。但是，該評價方法具有較強的主觀性，而且Pfirrmann得分是基于MRI T2WI圖像上的形態學改變得出，對椎間盤的早期退變缺乏敏感性，存在較大的局限性[6-8]。

眾所周知，椎間盤退行性變或椎間盤突出在引起形態學改變之前，其水含量和膠原分布會出現明顯的改變[9-10]。因此，采用MRI T2mapping序列對椎間盤進行掃描，定量測量椎間盤的T2弛豫時間，能對其水含量、水流動性和膠原分布進行定量評估，從而實現椎間盤退變的早期診斷。已經有研究表明椎間盤髓核的T2值和Pfirrmann評分存在明顯的負相關，且和椎間盤退變之間存在明顯的相關性[11-13]。隨著研究的深入，我們發現影響髓核T2弛豫時間的因素較多，單純基于髓核T2弛豫時間對椎間盤退行性變進行評估存在一定的局限性。同時，研究表明椎間盤后纖維環的結構穩定性對于椎間盤突出的發生至關重要[14]。正常椎間盤的后纖維環由大量的膠原蛋白和少量的水分組成，硬度從內向外逐漸增加，T2弛豫時間較短，其T2值的增高提示其膠原蛋白結構的紊亂或者水含量的上升，對診斷和預測椎間盤突出具有較大的意義。因此，相對于髓核，后纖維環T2弛豫時間的改變似乎更能提示椎間盤退行性變[14]?；谝陨侠碚?，本研究擬對入組患者進行MRI T2WI和T2mapping序列掃描，測量椎間盤的髓核及后纖維環的T2弛豫時間，并根據Pfirrmann標準對椎間盤進行評分，評估椎間盤后纖維環T2值和椎間盤Pfirrmann評分之間的相關性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2016年11月至2017年11月在本院就診的單次或者反復腰痛患者54例作為研究對象，共256個腰椎間盤納入本次研究。其中男21例，女33例；年齡18～65歲，平均(38.3±10.5)歲。排除標準：神經根痛、下肢神經性缺陷、有脊椎手術史、腰椎骶化、骶椎腰化和存在MRI禁忌證的患者。

1.2 MRI檢查

檢查設備為3.0T磁共振成像系統(型號：GE Signa HDx)，選用脊椎線圈。成像序列包括矢狀位和軸位FSE T1WI和T2WI及矢狀位T2mapping，成像參數如下：TR=1500 ms、TE=8.3、17.0、26.5、34.2、42.8、49.9、57.6、66.8 ms；FOV=320 mm×320 mm；矩陣256×256；層間距1 mm。

1.3 MRI圖像分析

將掃描所得圖像傳至GE ADW4.5后處理工作站，選取各個序列中心層面進行分析。矢狀位和軸位T1WI和T2WI圖像用于椎間盤的形態學評估。所有圖像均由2位經驗豐富、具有高級職稱的放射科醫師獨立審閱并依據椎間盤的病理指南對其進行分級。參考Fardon和Milette的椎間盤病理分級指南，將椎間盤突出組織占據少于椎間盤圓周1/2的定義為突出，超過椎間盤圓周1/2的稱為椎間盤膨出[15]。根據椎間盤的形態對其進行分組：G1組為正常椎間盤；G2組包括Fardon和Milette分級系統中被認為存在側面突出和膨出的椎間盤；G3組包含Fardon和Milette評分系統中存在正中、中間側面和旁正中局限性后部突出的椎間盤。同時，基于Pfirrmann分級評估各椎間盤的退變程度：Ⅰ級，呈與腦脊液等信號的高亮均勻信號影，髓核和纖維環分界清晰，椎間隙未窄；Ⅱ級，呈與腦脊液等信號的高亮不均勻信號影，其中混雜或不混雜水平帶狀灰色信號影，髓核和纖維環分界清晰，椎間隙未窄；Ⅲ級，呈中等不均勻信號且混雜有不連續灰色信號影，髓核和纖維環分界不清晰，椎間隙未窄或輕微變窄；Ⅳ級，呈不均勻中等或低信號，夾雜灰色或黑色信號影，髓核和纖維環分界消失，椎間隙未窄或中度變窄；Ⅴ級，呈黑色不均勻低信號，髓核和纖維環界限消失。當存在意見分歧時經討論達成共識。

選取感興趣區，在T2mapping序列上測量纖維環的T2弛豫時間。為了更好地顯示纖維環和髓核，所有的測量都是在矢狀位最中間層面上進行。將椎間盤從前到后平均分為5等分，將后1/5標記為后20%椎間盤(posterior annulus fibrosus 20%,PAF-20)，后1/5的1/2標記為后10%椎間盤(posterior annulus fibrosus 10%,PAF-10)，見圖1。分別測量上述兩個區域及髓核的T2弛豫時間。

圖1 ROI劃分示意圖

1.4 統計學分析

統計分析用SPSS 19.0軟件進行。不同區域的平均T2值用單因素方差分析進行比較。PAF-20和髓核以及PAF-10和髓核T2弛豫時間之間的相關性用Pearson相關分析進行。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 椎間盤形態學表現

256個椎間盤中共有104個(40.6%)正常椎間盤，113個(44.1%)膨出椎間盤和39個(15.3%)突出椎間盤。其中突出椎間盤中24個(61.5%)椎間盤突出出現在正中層面，10個(25.6%)出現在中間外側層面，2個(5.1%)出現在旁正中層面，3個(7.7%)出現在側面區域(圖2)。因此，G1組、G2組和G3組的入組椎間盤數分別為104個(40.6%)、116個(45.3%)和36個(14.1%)。

基于Pfirrmann評分系統，5個(2.0%)椎間盤為Ⅰ級，148個(57.8%)椎間盤為Ⅱ級，78個(30.5%)椎間盤為Ⅲ級，24個(9.4%)椎間盤為Ⅳ級，1個(0.4%)椎間盤為Ⅴ級。G1組椎間盤的Pfirrmann的得分為(2.16±0.55)分，G2組(2.59±0.71)分，G3組(3.21±0.74)分。

圖2 各組椎間盤的T2WI和T2mapping MRI表現

2.2 椎間盤T2 mapping測量結果

在椎間盤PAF-10和PAF-20的T2弛豫時間上， G1組為(32.6±5.6)ms/(67.8±12.3)ms，G2組為(34.2±5.4)ms/(55.6±10.2)ms，G3組為(40.2±7.2)ms/(46.9±9.8)ms。PAF-20的T2值從G1組到G3組逐漸降低，而PAF-10的T2弛豫時間呈現相反的變化趨勢，從G1組到G3組逐漸升高(圖3)。單因素方差分析發現，G3組椎間盤PAF-10的T2值明顯高于G2組(P=0.038)和G1組(P=0.059)，G1組和G2組椎間盤PAF-10的T2值非常接近(P=0.95)。G1組椎間盤PAF-20的T2弛豫時間均顯著高于G2組和G3組(P<0.05)。G2組椎間盤PAF-20的T2值與G3組比較差異無統計學意義(P=0.159)。相關性分析顯示PAF-10和髓核的T2值之間無相關性(r=0.05，P=0.36)，而PAF-20和髓核存在較強相關性(r=0.448，P<0.05),見圖4。

圖3 各組椎間盤的PAF-20和PAF-10平均T2弛豫時間

圖4 髓核、PAF-20和PAF-10的T2弛豫時間

3 討論

椎間盤是由上下面的軟骨板、周圍的纖維環和中間的髓核三部分組成。軟骨板緊貼在椎骨的上下面，為椎間盤上下面的密封蓋。纖維環由多層纖維軟骨環按同心圓排列而成，主要成分為Ⅰ型膠原蛋白。髓核中含有黏多糖蛋白復合體、硫酸軟骨素和大量水分，為富有彈性的膠狀物質。隨著年齡的增加、生活節奏的加快和生活方式的改變，腰椎間盤的代謝和營養狀況逐漸發生變化，致使軟骨板、纖維環和髓核的組分逐漸改變，最終導致纖維環破裂、髓核突出，引起包括背痛在內的一系列臨床癥狀[16-17]。

目前，臨床上通常依據Pfirrmann得分對腰椎間盤進行評價，主要依據是MRI T2WI圖像上髓核MR信號強度的改變。但是該評價方法具有較強的主觀性，且對椎間盤的早期退變缺乏敏感性，存在較大的局限性。MRI T2mapping序列能對椎間盤的T2弛豫時間進行精確測量，對其水含量、水流動性和膠原分布進行定量評估，從而實現椎間盤退變的早期診斷。已經有研究通過對椎間盤髓核進行T2mapping成像，基于髓核T2弛豫時間對椎間盤退變進行早期診斷，取得了較大成功[18-19]。但是，這種評價方法忽略了后纖維環在椎間盤突出發生中的重要作用。正常情況下，后纖維環由大量的膠原蛋白和少量的水分組成，硬度從內向外逐漸增加，是阻止椎間盤突出的主要力量。當后纖維環膠原蛋白的結構出現紊亂，并且其水含量逐漸上升后，其硬度逐漸降低，最終出現破裂，發生椎間盤突出。因此，通過MRI T2mapping成像能對后纖維環的T2弛豫時間進行定量評估，從而評價其膠原蛋白結構的紊亂或者水含量的上升，將有可能提高對椎間盤突出預測和診斷的準確性[20-22]。

因此，基于以上理論，本研究就后纖維環T2mapping成像能否預測椎間盤突出進行了探討，結果顯示突出椎間盤、膨出椎間盤和正常椎間盤之間后纖維環的T2值差異有統計學意義。進一步分析不同分組椎間盤PAF-10和PAF-20的T2弛豫時間，發現PAF-20的平均T2弛豫時間顯著高于PAF-10。不同分組椎間盤PAF-20的T2弛豫時間差異也有統計學意義，G2組和G3組明顯低于正常椎間盤組，但G2組和G3組之間差異沒有統計學意義。這和之前的相關研究結果相似，即膨出或突出椎間盤PAF-20的平均T2弛豫時間顯著低于正常椎間盤[23]。相關性分析結果顯示PAF-20和髓核T2弛豫時間之間存在較強相關性，這充分證明PAF-20的T2弛豫時間不能作為椎間盤突出的獨立預測及診斷因素。不同于PAF-20，PAF-10 T2弛豫時間和髓核之間沒有相關性，且G3組PAF-10的平均T2弛豫時間明顯高于G2組。因此，我們可以推論，突出椎間盤的PAF-10存在特征性的T2弛豫時間改變，能作為一個獨立參數描述后纖維環的狀態、預測椎間盤突出。

綜上所述，當后纖維環的后部出現結構破壞時更容易發生椎間盤突出，對后纖維環PAF-10進行MRI T2mapping成像能定量評價腰椎間盤后纖維環的結構破壞，從而對椎間盤突出進行預測。