MRT2弛豫時間評估頸椎間盤退變的初步研究

黃耀渠，趙曉梅，伍瓊惠，秦紅衛(wèi)

MRT2弛豫時間評估頸椎間盤退變的初步研究

黃耀渠，趙曉梅，伍瓊惠，秦紅衛(wèi)

廣東省醫(yī)學科研基金課題(編號：A2013680)；佛山市科技局醫(yī)學攻關課題(編號：201308015)

作者單位：
廣東省佛山市中醫(yī)院MRI室，佛山528000

投稿日期：2015-08-13

接受日期：2015-09-15

目的 探討MRI測量T2弛豫時間定量評估頸椎間盤退變及年齡、節(jié)段相關變化的價值。材料與方法 40名健康受試者進行了頸椎常規(guī)MRI和T2-mapping檢查。對椎間盤進行Pfirrmann分級，并測量髓核的T2弛豫時間值(T2 值)。結(jié)果 頸椎間盤髓核T2值與Pfirrmann分級負相關(r=-0.64，P<0.01)。不同Pfirrmann分級椎間盤的髓核T2值差異有統(tǒng)計學意義(F=48.2，P<0.01)，各級間兩兩比較T2值差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。T2值鑒別Ⅰ級與Ⅱ級、Ⅱ級與Ⅲ級、Ⅲ級與Ⅳ級椎間盤的ROC曲線下面積分別為0.79、0.81和0.78 (P<0.05)。18～30歲組髓核T2值大于31～40歲組(P<0.05)。18～30歲組不同解剖節(jié)段的髓核T2值差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)；而31～40歲組不同解剖節(jié)段的髓核T2值差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。結(jié)論 MRI測量T2弛豫時間值能量化評估頸椎間盤退變及其年齡、解剖節(jié)段相關變化，具有一定的臨床價值，應作為評估頸椎間盤退變的補充序列。

椎間盤退化；頸椎??；磁共振成像

頸椎間盤退變是一種臨床常見的異常，在無癥狀者中也有較高的發(fā)生率[1]，如果不進行干預，頸椎間盤退變和突出將會嚴重影響患者的勞動能力和生活質(zhì)量。精準的影像學手段是臨床進行診斷、治療以及預后觀察的重要基礎。雖然常規(guī)MRI能通過觀察椎間盤的信號變化診斷椎間盤退變，但容易受到觀察者的主觀因素干擾。因此臨床需要探尋一種定量的方法進行動態(tài)監(jiān)測、評估治療效果等。T2-mapping技術(shù)測量T2弛豫時間值(簡稱T2值)是近年發(fā)展起來的一種定量的新方法，在評估腰椎間盤退變方面有較高的價值[2-4]，但在頸椎間盤的應用報道很少[5]，而頸椎間盤較腰椎間盤菲薄，其T2值的分布特點及年齡、節(jié)段相關變化等和與腰椎間盤的也可能存在差異，因此其應用價值還有待進一步觀察。筆者研究一組健康志愿者的頸椎間盤髓核T2值，以探討其在頸椎間盤退變及年齡、節(jié)段相關變化評估中的應用價值。

1　材料與方法

1.1一般資料

納入本研究的中青年健康受試者40名，所有納入研究者5年內(nèi)無持續(xù)性頸部疼痛不適及上肢神經(jīng)癥狀，且均無壓縮骨折、脊柱畸形、脊柱感染或腫瘤等影響椎間盤觀察的疾患。其中男23名，女17名，年齡18～40歲(其中18～30歲組24名，31～40歲組16名)，平均(27.8±6.8)歲。研究方案經(jīng)醫(yī)院倫理委員會討論通過，該研究符合倫理要求，受試者知情同意并簽署知情同意書。

1.2mRI檢查

采用西門子Avanto 1.5T超導型MRI儀，使用頸部專用線圈，檢查均在21～22點時間段進行，掃描前避免劇烈的頸部運動。受試者仰臥位，頭先進?；緬呙鑵?shù)包括：(1)常規(guī)矢狀面TSET2WI掃描，TR 3500 ms，TE 83 ms，F(xiàn)OV 200 mm×200 mm，層厚3 mm、間隔20%，重復次數(shù)2次；(2)T2-mapping：采用多回波自旋回波序列完成，TR 1200 ms，TE 13.8～69 ms，回波間隙13.8 ms。FOV 200 mm×200 mm，層厚3 mm、間隔20%，重復次數(shù)3次。

1.3頸椎間盤的Pfirrmann分級

以常規(guī)矢狀面T2WI圖像(圖1A)為基礎參照腰椎Pfirrmann分級系統(tǒng)[6]對頸椎間盤進行分級。具體分級標準為：Ⅰ級：髓核呈均勻的高信號，髓核與纖維環(huán)界線清晰，椎間隙正常；Ⅱ級：髓核呈不均勻的高信號(伴有或不伴有水平低信號帶) ，髓核與纖維環(huán)界線清晰，椎間隙正常；Ⅲ級：髓核呈灰色，信號不均勻，髓核及纖維環(huán)界線不清晰，椎間隙正?；蜉p度狹窄；Ⅳ級：髓核呈不均勻的灰色或黑色，髓核與纖維環(huán)界線消失，椎間隙中度狹窄；Ⅴ級：髓核呈黑色，髓核與纖維環(huán)界線消失，椎間隙重度狹窄。由2名10年以上診斷經(jīng)驗的MRI醫(yī)師完成，對分級不一致者通過商議后確定。

1.4T2值測量

在Syngo工作站利用“T2值測量”功能重建出頸椎矢狀面正中層面T2圖(圖1B)。以髓核中部為中心設置面積約100 mm2的橢圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)測量髓核的T2值(圖1C)。T2值測量由1名經(jīng)過培訓的高年資MRI醫(yī)師完成，每一椎間盤在同一區(qū)域測量3次取其平均值。

1.5統(tǒng)計學分析

采用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計學分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義：(1)采用Spearman相關分析法評價椎間盤髓核T2值與Pfirrmann分級的相關性，計算相關系數(shù)r值，其中r>0.7為高度相關，0.5

2　結(jié)果

2.1T2值評估頸椎間盤退變程度

40名中青年健康受試者的200個頸椎間盤中，包括PfirrmannⅠ級椎間盤19個，Ⅱ級椎間盤80個，Ⅲ級椎間盤94個，Ⅳ級椎間盤7個，無Ⅴ級椎間盤。PfirrmannⅠ～Ⅳ級頸椎間盤的髓核平均T2值分別為(93.6±20.8) ms、(72.5±14.2) ms、(56.6±12.9) ms及(45.0±8.2) ms，隨分級的增高T2值減低，Spearman相關分析示兩者呈中度負相關(r=-0.64，P<0.01)。不同Pfirrmann分級的髓核T2值差異有統(tǒng)計學意義(F=48.2，P<0.01)；LSD法兩兩比較，各級間兩兩比較差異也有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。ROC曲線(圖2)顯示，T2值鑒別Ⅰ級和Ⅱ級、Ⅱ級和Ⅲ級、Ⅲ級和Ⅳ級椎間盤的曲線下面積分別為0.79、0.81及0.78 (P<0.05)，提示T2值鑒別PfirrmannⅠ～Ⅳ級頸椎間盤的診斷準確度處于中度水平。

2.2T2值評估年齡及解剖節(jié)段相關頸椎間盤改變

不同年齡組和解剖節(jié)段椎間盤髓核T2值見表1。31～40歲年齡組受試者的各節(jié)段髓核的T2值均低于18～30歲年齡組(P<0.05)。18～30歲年齡組各節(jié)段的平均髓核T2值約66.2～80.2 ms，呈兩側(cè)高、中間低的特點，其差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，兩兩比較顯示，C6-7節(jié)段T2值高于C4-5及C5-6節(jié)段，其余各節(jié)段之間差異無統(tǒng)計學意義。31～40歲年齡組各節(jié)段的平均髓核T2值約52.5～59.9 ms，雖然也有兩側(cè)高、中間低的趨勢，但其差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表1　不同年齡組及解剖節(jié)段的頸椎間盤髓核T2值比較(ms)Tab. 1The comparison ofT2 relaxationTime measurement among different age groups and different disc level (ms)

3　討論

本組40名健康志愿者的研究表明，頸椎間盤進行T2-mapping檢查和測量T2值是可行的。本組中，PfirrmannⅠ～Ⅳ級頸椎間盤的髓核平均T2值分別為93.6 ms、72.5 ms、56.6 ms及45.0 ms，略高于Chen等[5]的研究，他們測量了一組無癥狀青年人的頸椎間盤，Ⅰ～Ⅲ級髓核的平均T2值分別為72.25 ms、59.36 ms和51.73 ms，筆者推測差異的原因可能與樣本的選擇、磁共振設備(Chen 等[5]的研究在3.0T單元上完成)等的不同有關。而腰椎的多項研究中，Niu等[2]的研究顯示Ⅰ～Ⅴ級腰椎間盤髓核的T2值分別為166 ms、128 ms、79 ms、58 ms及59 ms，方元等[3]的研究中，Ⅱ～Ⅳ級髓核的T2值則為108 ms、69 ms和54 ms，均高于本組頸椎間盤髓核的T2值。對于椎間盤組織而言，T2值的高低與膠原纖維和水的含量密切相關[7]，Ⅱ型膠原纖維的“魔角效應”和水含量的下降均可使T2值減低。Scott等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，頸椎間盤的膠原纖維含量高于腰椎間盤，水含量則低于腰椎間盤，可能是導致相同Pfirrmann分級的頸椎間盤髓核T2值低于腰椎的原因。

如何準確地量化頸椎間盤退變的程度關系到臨床的早期診斷、治療以及預后估計，對頸椎間盤退變的早期干預有重要意義。椎間盤在退變的早期僅發(fā)生化學成分的變化，包括蛋白多糖和水含量的減少、膠原纖維的破壞等[7，9]，如前所述，T2值能間接反映相關化學成分的變化情況，理論上定量評估椎間盤退變是可行的。本組研究結(jié)果顯示，髓核T2值與頸椎間盤退變程度呈中度負相關，并且能進一步量化Ⅰ～Ⅳ級椎間盤的差異，表明測量T2值可以評估頸椎間盤的退變程度，與其他學者的研究相似[2-5]，ROC曲線也顯示其診斷的準確度處于中等水平，是一種較為可靠的診斷手段。尤其重要的是，髓核T2值能夠很好的區(qū)分Ⅰ～Ⅲ級椎間盤，由于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級椎間盤分別代表了正常、退變的過渡期和進展期，因此我們認為T2值具有定量監(jiān)測椎間盤從正常向早期退變演變的潛力，將在臨床中發(fā)揮重要的作用。比如前路內(nèi)固定或椎間盤置換術(shù)可引起或加速鄰近椎間盤的退變[9]，對手術(shù)療效產(chǎn)生不利影響，如果采取有效的手段則可能延緩甚至逆轉(zhuǎn)其退變過程。但目前評價這種繼發(fā)退變常依靠X光平片和常規(guī)MRI[10]，難以發(fā)現(xiàn)早期的退變，或者受主觀評價的穩(wěn)定性影響不適合在長時間的監(jiān)測中連續(xù)性應用。而T2-mapping獲得的椎間盤T2值是連續(xù)的定量變量，不易受觀察者主觀因素的影響，有希望為臨床提供一種無創(chuàng)、定量并且較為可靠的方法，在形態(tài)學變化之前發(fā)現(xiàn)椎間盤的早期退變并監(jiān)測其治療效果。

圖1　男，30歲，無癥狀志愿者。A：頸椎間盤常規(guī)矢狀面T2WI。B：頸椎間盤T2圖。C：頸椎間盤測量T2弛豫時間的ROI設置示意圖(白色橢圓形為測量設置的ROI)Fig. 1 Male, 30 -year-old, an asymptomatic volunteer. A:T2-weighted sagittal imaging of cervical intervertebral disc. B:T2-mapping of cervical intervertebral disc. C: Diagrammatic sketch ofThe method of ROI (white oval) setting forT2 relaxationTime measurement.

研究顯示，腰椎間盤退行性改變與年齡及解部位有關聯(lián)[11]。Wu等[4]的研究指出，T2值能反映無癥狀者腰椎間盤的年齡和節(jié)段相關變化，頸椎間盤T2值是否也能發(fā)揮相應的作用？本研究結(jié)果顯示，31～40歲年齡組受試者的各個解剖節(jié)段髓核T2值均低于18～30歲年齡組，與Scott等[8]觀察到的隨年齡增加髓核水含量減少規(guī)律是一致的，提示測量髓核T2值可以定量觀察頸椎間盤的較小年齡跨度的增齡變化。在椎間盤節(jié)段方面，隨著解剖節(jié)段的降低，髓核T2值呈先下降后升高的特征，與腰椎遞減的趨勢[4]不同。筆者推測可能與兩者的生物力學特點有關：腰椎主要受人體重力負荷影響，而頸椎間盤受相應負荷影響較小，但由于活動度大，更容易受到頸椎運動時的異常應力改變影響。由于頸椎運動特別是屈伸運動以C5-6椎間盤為中心的[12]，因此該椎間盤在日常活動中承受更大的生物應力作用，更容易出現(xiàn)蛋白多糖的減少和水分丟失，導致T2值減低。本研究中18～30歲組節(jié)段間的T2值差異較為明顯，符合頸椎的上述生物力學特點。而31～40歲年齡組的差異卻不明顯，與我們預期的結(jié)果不同。由于31～40歲年齡組的髓核T2值約52.5～59.9 ms，與Ⅲ級椎間盤的T2值接近，其髓核的蛋白多糖丟失較為普遍，在應力狀態(tài)下調(diào)節(jié)自由水含量的能力降低，可能是導致該年齡組各節(jié)段間髓核T2值差異不明顯的原因。雖然無癥狀者頸椎間盤的年齡和節(jié)段相關的影響因素較為復雜，但本組的上述研究結(jié)果表明，通過測量T2值是可以量化觀察不同年齡和節(jié)段的變化情況，具有監(jiān)測其動態(tài)變化情況的應用潛力，也有助于進一步探討頸椎的退變規(guī)律。

圖2　T2值鑒別相鄰Pfirrmann分級椎間盤的ROC曲線。A：Ⅰ級和Ⅱ級；B：Ⅱ級和Ⅲ級；C：Ⅲ級和Ⅳ級Fig. 2 ROC curves ofT2 relaxationTime in differentiating Pfrrmann gradeⅠ and Ⅱ (A), Ⅱ and Ⅲ (B), and Ⅲ and Ⅳ (C).

綜上所述，磁共振T2-mapping測量T2弛豫時間是定量評估頸椎間盤退變的除常規(guī)磁共振檢查外的一種補充序列，且能夠一定程度監(jiān)測頸椎間盤的年齡和節(jié)段相關變化情況。陳春等[13]的利用3.0T磁共振檢測到相同節(jié)段椎間盤的不同區(qū)域和相同分級椎間盤的不同節(jié)段的T2值也存在差異，提示超高場MRI可能更為敏感，隨著相應磁共振硬件和技術(shù)的發(fā)展，相應的方法將在臨床中發(fā)揮更大的作用。

本研究的局限性在于Pfirrmann分級方法精度尚有欠缺，因此要比較T2值與椎間盤早期退變化學成分變化之間的更精確關系，還有待今后與組織學“金標準”的進一步對照研究。

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Measurement of MRT2 relaxationTime for assessing cervical intervertebral disc degeneration： preliminary study

HUANG Yao-qu, ZHAO Xiao-mei, WU Qiong-hui, QIN Hong-wei
Room of MRI, Foshan Hospital ofTraditional Chinese Medicine, Guangdong pravince, Foshan 528000, China

13 Aug 2015, Accepted 15 Sep 2015

Intervertebral disc degeneration; Cervical spondylosis; Magnetic resonance imaging

R445.2；R681.5+3

A

10.3969/j.issn.1674-8034.2015.11.009

黃耀渠, 趙曉梅, 伍瓊惠, 等. MRT2弛豫時間評估頸椎間盤退變的初步研究.磁共振成像, 2015, 6(11): 843-847.

ACKNOWLEDGMENTS Supported by Medical Scientifc Research Foundation of Guangdong Province (No. A2013680). Medical Research and Development Program of Foshan (No. 201308015).

Abrtract Objective：To exploreThe value ofT2 relaxationTime (T2 value) measurement in detecting cervical intervertebral disc degeneration, and assessing age and disc level related intervertebral disc changes. Materials and Methods： Forty asymptomatic adult volunteers were examined at 1.5T MR byT2-weighted sagittal imaging andT2-mapping. For all participants, Pfirrmann grading system andT2 value were usedTo evaluateThe degenerative degree ofThe disks. Results： Signifcant negative correlation were observed between Pfrrmann grades andT2 values of cervical intervertebral disc (r=-0.64, P<0.01). ANOVA (analysis of variance) among different Pfirrmann grades showed significant differences inT2 values (F=48.2，P<0.01), and signifcant differences were seen between any 2 grades （P<0.05).The area under ROC curve ofT2 value were 0.79, 0.81 and 0.78 (P<0.05) separately when grade Ⅰ vs. Ⅱ, Ⅱ vs. Ⅲ, and Ⅲ vs. Ⅳ.T2 values of 18—30 age group were higherThan 31—40 age group participants (P＜0.05）. Signifcant differences among different disc level were observed in 18—30 age group (P<0.05). However, in 31—40 age group, no significant differences of disc level were demonstrated (P>0.05). Conclusions：T2 relaxationTime measurement is a quantitative-parameter for assessing cervical intervertebral disc degeneration and age and disc level related disc changes, and shall be used as a complementary sequence in detecting cervical disc degeneration for its certain clinical value.