基于T2mapping成像的后纖維環與腰椎間盤突出相關性研究

溫群,魏春曉,王嬌燕,孟凡華,譚文莉

(1.上海中醫藥大學附屬曙光醫院,上海 200021;2.復旦大學附屬上海市第五人民醫院,上海 200040)

椎間盤是脊柱中重要的聯合組織,由上下軟骨終板、膠狀的髓核(nucleus pulposus,NP)與同心圓片狀纖維環組成[1]。纖維環是一種復雜的、非均勻、各向異性的層狀結構,主要由纖維軟骨組成。后纖維環是椎間盤突出癥(intervertebral disc herniation,DH)發展的關鍵結構。

MRI能夠評估椎間盤的組織結構,并且對椎間盤的一些成分進行測量[2-4]。T2 mapping對椎間盤中膠原蛋白和水含量的變化敏感[5]。有研究表明,T2值隨椎間盤退變程度的加重而降低[6-8],T2值與椎間盤退變程度呈負相關,具有區分NP與纖維環的能力[9]。盡管T2 mapping提供了測量椎間盤退行性變的客觀方法,但很少有研究探討后纖維環與DH之間的關系。據報道,后纖維環厚度減少和結構薄弱可能是椎間盤向后突出發生率較高的原因之一[10]。本研究的目的是,基于T2mapping成像,采用兩種不同的后纖維環分類方法,評估后纖維環與DH的發生是否存在相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究共納入80例患者(女42例,男38例),平均年齡17～80(41±16)歲,均為單次或反復發作的下腰痛。排除標準:腰椎神經根病、骨折、癌癥、炎癥性關節疾病、感染,或存在磁共振成像禁忌證,既往有脊柱手術史等。本研究經本院倫理委員會批準,獲得患者的知情同意。

1.2 MRI檢查

所有患者均在GE Signa 1.5 T掃描儀上接受檢查。受試者采取仰臥位進行掃描。成像序列包括矢狀位T1-FSE、矢狀位及橫軸位T2-FSE、矢狀位T2 mapping。T2 mapping采用multi-echo自旋回波序列,重復時間: 1000 ms,回波時間: 8.4～67.2 ms,視野: 220×220,矩陣:256×256,帶寬:31.25,厚度:4 mm。

1.3 圖像分析

將掃描所得圖像傳至GE ADW 4.5后處理工作站,在矢狀位和橫軸位T1WI及T2WI圖像上,由2位經驗豐富的資深放射科醫師進行形態學分類,將所有椎間盤分為正常椎間盤、椎間盤膨出、椎間盤突出三組。如果在一個椎間盤中同時存在膨出及突出,則歸為突出組。

選取感興趣區( region of interest,ROI ),在正中矢狀位T2圖上手工繪制,將椎間盤從前向后分為五個大小相等的矩形,每個ROI為椎間盤直徑的20%,后20%為纖維環的最后20%(posterior annulus fibrosus,PAF-20),中間60%為髓核(nucleus pulposus,NP),后10%為纖維環的最后10% (10% of posterior annulus fibrosus,PAF-10),見圖1。

圖1 在正中矢狀位劃分ROI。每個區域測量正中矢狀位椎間盤直徑的20%。中間60%為NP,后20%為PAF-20,后10%為PAF-10

1.4 統計分析

2 結果

共掃描400個椎間盤,其中118個(29%)正常椎間盤,231個(57%)椎間盤膨出,51個(13%)椎間盤突出。各組椎間盤PAF-20、PAF-10和NP的T2值見表1所示:①PAF-20的T2值比較,正常椎間盤組>椎間盤膨出組>椎間盤突出組,差異均有統計學意義(P<0.01)。②PAF-10的T2值比較,正常椎間盤組>椎間盤膨出組和椎間盤突出組,差異均有統計學意義(P<0.01);但椎間盤膨出組與椎間盤突出組之間差異無統計學意義(P=0.715)。③NP的T2值比較,正常椎間盤組>椎間盤膨出組>椎間盤突出組,差異均有統計學意義(P<0.01)。

表1 各組椎間盤PAF-20、PAF-10和NP的T2值

相關性分析顯示,PAF-20與NP的T2值呈中度相關(r=0.591;P<0.01);PAF-10與NP的T2值呈弱相關(r=0.323;P<0.01),見圖2。

圖2 椎間盤不同部位T2值的Pearson相關關系:PAF-20與NP(A)、PAF-10與NP (B)

3 討論

腰椎間盤由NP、纖維環及上、下軟骨終板構成[11]。腰椎間盤發生退變時, 髓核中的膠原纖維不規則網狀結構被破壞, 蛋白多糖濃度減少, 細胞外基質成分合成減少[12]。

T2 mapping一般采用多回波快速自旋回波序列,是以T2弛豫時間值為基礎的數字化圖像,經工作站后處理之后形成偽彩圖,通過測量ROI 得出組織中每個體素的T2值,量化反映組織中水分子狀態的變化。本研究根據MRI的檢查結果,將椎間盤分為正常椎間盤組、椎間盤膨出組及椎間盤突出組,并分別測量其T2值。結果可見,PAF-20的T2值比較,正常椎間盤組>椎間盤膨出組>椎間盤突出組,差異均有統計學意義(P<0.01)。Alina等[13]也發現,正常椎間盤的PAF-20 T2值明顯高于椎間盤膨出和突出組(均P<0.001),與本研究結果相同。還有一些相似的研究,也將椎間盤從前向后分為5個ROI,發現PAF-20的T2值減少,且與NP的T2值呈中度相關,這可以解釋為PAF-20的T2值受NP的狀態影響較大[1]。椎間盤突出通常與椎間盤退變有關,主要表現為前后纖維環的T2信號變化,出現這種情況的原因,可能是前后纖維環的排列方向發生變化。后纖維環的纖維含量比前纖維環薄,壓力負荷比前纖維環大,后縱韌帶比前縱韌帶弱,所以纖維環的退變更為明顯。一旦膠原蛋白的結構被破壞,椎間盤的力學后會受到極大的干擾,而發生椎間盤突出的可能性就會增加。椎間盤退變程度進一步加重,可能導致纖維環的厚度變薄和結構發生改變,從而導致其T2值進一步降低。

與正常椎間盤組相比,椎間盤突出組PAF-10的T2值明顯降低(P<0.01),結果表明,PAF-10的T2值可能是椎間盤突出的特征性表現。張啟川等[14]認為,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纖維環的形態,預測椎間盤突出。

本研究有幾個局限性:首先,沒有進行患者間的椎間盤比較?？v向研究有助于預測椎間盤突出或其他病理改變的風險。其次,缺乏患者的臨床資料。本研究沒有對患者使用問卷調查進行臨床評估。第三,沒有金標準。

綜上所述,對椎間盤進行T2 mapping成像,定量測定其T2值,根據其T2值的變化能夠區分不同類型的椎間盤形態。如果PAF-10 的T2值升高,PAF-20 的T2值降低,可以提示椎間盤突出。