年輕患者腰椎間盤Pfirrmann分級與椎間盤膨出及突出的相關性研究

鄭作鋒，李優偉，張東坡，毛磊

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年輕患者腰椎間盤Pfirrmann分級與椎間盤膨出及突出的相關性研究

鄭作鋒，李優偉*，張東坡，毛磊

[摘要]目的 通過磁共振成像，觀察30歲以下腰痛患者腰椎間盤退行性改變的Pfirrmann分級特征以及相關的其他改變，并評價Pfirrmann分級與椎間盤膨出及突出的相關性。材料與方法 回顧性分析83例30歲以下因腰痛行腰椎MRI檢查的患者，其中男50例，女33例，平均年齡25歲。由2名影像科醫師對MR圖像進行分析，觀察L1～S1椎間盤信號、椎間盤形態、纖維環撕裂、椎間盤膨出、椎間盤突出、椎體終板及許莫氏結節的改變。椎間盤退行性改變采用Pfirrmann分級。觀察指標的相關性分析采用Pearson多元相關分析。結果 納入研究的椎間盤共415個，其中Pfirrmann分級Ⅰ～Ⅱ級退變322個(77.6%)，Ⅲ級退變56個(13.5%)，Ⅳ級退變33個(7.9%)，Ⅴ級退變4個(1.0%)；103個椎間盤出現膨出或突出；椎間盤膨出以L4～5椎間盤最多(42.2%)，且多合并Ⅲ級退變(51.1%)；椎間盤突出以L5～S1椎間盤最多(51.7%)，且多合并Ⅳ級退變(46.6%)；17例患者出現椎間盤后方高信號區(HIZ)，且均位于L4～5、L5～S1椎間盤水平；3例患者出現終板退變。多元相關分析結果顯示Pfirrmann Ⅲ級退變與椎間盤膨出有明顯相關性(r=0.972；P=0.006)，與椎間盤突出無明顯相關性(r=0.639；P=0.245)；Pfirrmann Ⅳ級退變與椎間盤突出(r=0.999，P=0.000)及HIZ (r=0.919，P=0.028)有明顯相關性，與椎間盤膨出無明顯相關性(r=0.769，P=0.128)。HIZ與椎間盤膨出(r=0.919，P=0.027)及突出(r=0.935，P=0.020)均有相關性。結論 腰椎MRI成像能夠清晰顯示年輕患者椎間盤早期退行性改變的不同病理階段；Pfirrmann Ⅲ退變與Pfirrmann Ⅳ級退變分別與椎間盤膨出和椎間盤突出有相關性；年輕患者應及早發現椎間盤早期退變，以對臨床評價提供更有價值信息。

[關鍵詞]椎間盤移位；磁共振成像；年輕人

作者單位：

北京市垂楊柳醫院放射科，北京100022

李優偉，E-mail: lywhot@sohu.com

接受日期：2016-02-15

鄭作鋒, 李優偉, 張東坡, 等. 年輕患者腰椎間盤Pfirrmann分級與椎間盤膨出及突出的相關性研究. 磁共振成像, 2016, 7(3): 203-208.

椎間盤退行性改變引起的下腰痛較常見，隨年齡的增長和生活方式的改變，其發病率逐漸增高，也越來越年輕化。既往文獻中對老年人研究較多，而對年輕患者的研究較少。有文獻表明，30歲以前椎間盤即可發生退行性改變，而早期的椎間盤退變可以加速腰椎退變的進程[1]。Pfirrmann分級可以較好的反應椎間盤早期退變的過程，而椎間盤后方高信號區(high intensity zone，HIZ)通常提示纖維環撕裂，并與椎間盤膨出、突出形成下腰痛的主要原因。本研究以年輕人為對象，通過MRI觀察腰椎間盤早期退行性改變的影像學特征，同時評價椎間盤Pfirrmann分級與HIZ、椎間盤膨出和突出的相關性，以引起臨床對早期退行性改變的重視。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2013年1月至2015年4月因下腰痛于我院行腰椎MRI檢查的患者，共91例。入選標準：(1)患者因下腰痛就診；(2)年齡小于30歲；(3)既往無明確腰部疾病病史，包括先天性病變、腫瘤、骨折、感染及手術病史；(4)能夠配合完成MRI檢查。其中有8例因不符合入選標準排除在外(4例為腰椎壓縮骨折，1例為脊髓脊膜膨出，1例為腰椎結核、1例為術后蛛網膜粘連，1例為腰背部膿腫)，最終入組83例，其中男50例，女33例，年齡16～30歲，平均年齡25歲。

表1　Pfirrmann分級標準Tab. 1 Pfirrmann grading scale standard

1.2 檢查方法

采用GE Signa Excite 1.5 T超導磁共振掃描儀，掃描序列及參數：矢狀面T2 FRFSE TR 2420 ms，TE 112 ms，層厚5 mm；矢狀面T1 FSE TR 460 ms，TE 11 ms 層厚5 mm；矢狀面FS T2 FRFSE TR 2740 ms，TE 102 ms，層厚5 mm；橫斷面T2 FRFSE TR 4520 ms，TE 110 ms。

1.3 影像評價

掃描所得圖像由2名有經驗的放射科醫師獨立閱片，觀察內容包括以下方面：(1)椎間盤信號及形態：在T2WI矢狀面觀察，椎間盤退變的分級采用Pfirrmann分級(Ⅰ～Ⅴ)(分級標準見表1)[2]。(2)椎間盤膨出及突出：椎間盤膨出定義為椎間盤在各個方向上大于椎體終板，向周圍均勻膨隆，無局限性改變；椎間盤突出定義為局限性椎間盤組織移位超出椎間隙范圍[3]。(3)椎間盤后方HIZ：結合T2WI及T2WI脂肪抑制序列矢狀面像、T2WI軸面像觀察，表現為椎間盤后方條狀高信號。(4)椎體終板：按Modic等[4]得終板標準進行分型，正常：椎體終板信號正常，無改變；Ⅰ型：T1WI終板及鄰近骨質為低信號，T2WI相對正常終板為高信號；Ⅱ型：T1WI比正常骨髓信號高，T2WI信號也升高，但不如T1 WI明顯；Ⅲ型：T1 WI、T2WI信號均降低。(5)許莫氏結節：在T1WI及T2WI矢狀面像觀察。(6)其他發現病變結合圖像做相應記錄。

表2　Pfirrmann分級、椎間盤改變及HIZ在各椎間盤節段的分部Tab. 2 The distribution of Pfirrmann grading scale,intervertebral disc changes and HIZ in different levels of lumbar discs

2名醫師記錄結果一致的作為最終結果，不一致的由2名醫師討論，確定最終結果。

1.4 統計學處理

使用SPSS 22.0統計分析軟件，采用Pearson多元相關方法分析腰椎不同退行性改變之間的相關性，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 影像學觀察結果

83例患者，共415個椎間盤納入最終結果。其中Pfirrmann分級Ⅰ～Ⅱ級退變322個(77.6%)，Ⅲ級退變56個(13.5%)，Ⅳ級退變33個(7.9%)，Ⅴ級退變4個(1%)；103個椎間盤出現膨出或突出；椎間盤膨出以L4～5椎間盤最多(42.2%)，且多合并Ⅲ級退變(51.1%)；椎間盤突出以L5～S1椎間盤最多(51.7%)，且多合并Ⅳ級退變(46.6%)； 17例患者出現HIZ，且均位于L4～5、L5～S1椎間盤水平；3例患者出現終板退變，位于L4、L5、S1椎體；12個椎體出現許莫氏結節，其腰椎各個椎體均有分布；2例患者出現腰椎滑脫。Pfirrmann分級、椎間盤改變及HIZ具體結果見表2，其影像學表現見圖1～3，許莫氏結節觀察結果見表3，椎體終板的觀察結果見表4。

2.2 Pfirrmann分級、椎間盤膨出、椎間盤突出及HIZ的相關性分析

將Pfirrmann分級、椎間盤膨出、椎間盤突出及HIZ在L1/2～L5/S1五個椎間盤節段分別所累及的椎間盤數量作為觀察指標做多元相關分析，分析結果顯示：Pfirrmann Ⅲ級退變與椎間盤膨出有明顯相關性(r=0.972，P=0.006)，而與椎間盤突出無明顯相關性(r=0.639，P =0.245)；Pfirrmann Ⅳ級退變與椎間盤突出(r=0.999，P=0.000)及HIZ (r=0.919，P=0.028)有明顯相關性，而與椎間盤膨出無明顯相關性(r=0.769，P=0.128)。HIZ與椎間盤膨出(r=0.919，P=0.027)及突出(r=0.935，P=0.020)均有相關性。具體結果見圖4。

表3　許莫氏結節在各椎體節段的分部Tab. 3 The distribution of Schmorl’s nodes in different levels of the lumbar

表4　3例患者(P1～P3)終板退變Tab. 4 The distribution of the Modic change in three patients (P1—P3)

3 討論

兒童及青少年下腰痛的發病率隨年齡增長逐步上升。目前國內外文獻對椎間盤退行性改變的關注對象多為老年人，而對年輕患者關注較少。Zitting等[5]對青少年椎間盤突出的流行病學調查表明：對12 058名新生兒做隨訪觀察，結果顯示，15歲以前無一名觀察對象因椎間盤突出住院，年齡增加至20歲時數量增加至0.1%～0.2%，有明顯上升趨勢；到28歲時，9.5%的男性和4.2%的女性因椎間盤突出入院。所以，年輕人腰椎退行性改變應當引起重視。諸多研究表明，現有的基礎病變(微小病變，早期退行性改變等)會加速椎間盤退行性改變的進展[6-7]。所以及早發現椎間盤早期的退行性改變，或許對疾病的發展及預后有積極作用。因此，本研究以30歲以下人群作為研究對象，通過MRI成像觀察腰椎早期退行性改變的不同方面，并探討椎間盤早期的退行性改變與椎間盤膨出及突出的關系。

3.1 髓核退變與椎間盤膨出、突出的關系

髓核的退行性改變與腰痛有密切關系。髓核組織中含有大量蛋白聚糖與Ⅱ型膠原結合形成的網眼狀結構，其內可儲存大量水分子，以維持髓核內水合離子濃度的穩定性，保持髓核的凝膠狀態及彈性，為椎間盤提供抵抗壓縮的載荷能力[8]。所以，髓核的退行性改變通常發生較早。MRI以獨特的成像優勢，通過髓核內部水分的改變，可以清晰顯示退行性變化的動態過程。目前存在多個以MRI為基礎的椎間盤退變分級系統，其中Pfirrmann評分系統作為臨床及科研被廣泛接受[2-9]，它可以較好的反應椎間盤早期的退行性改變。我們通過對415個椎間盤的觀察發現，椎間盤處于Ⅰ～Ⅱ級退變者占77.6%，且L1/2～L3/4椎間盤占多數，提示年輕患者L1/2～L3/4節段椎間盤相對處于基本正常或水分剛剛開始丟失階段；Ⅲ～Ⅳ級退變占21.4%，且大部分(69.9%)發生于L4～5、L5～S1椎間盤，提示髓核內水分丟失嚴重的區域位于L4～5、L5～S1椎間盤節段，部分髓核開始出現壓縮改變；Ⅴ級退變少見，提示嚴重的髓核退變發生較少。因此，對于年輕患者而言，大部分椎間盤處于相對正常狀態，退變相對嚴重的區域位于L4～5、L5～S1椎間盤，并處于Ⅲ～Ⅳ級退變這一關鍵時期。從中我們推測椎間盤早期退變始于L4～5、L5～S1椎間盤，并且年輕患者多處于退變的進展中，而未達到晚期的退變。

圖1　男，29歲。L3～4椎間盤為Pfirrmann分級Ⅰ級，椎間盤為均勻高信號，髓核與纖維環分界清楚(紅色箭頭)；L1～2椎間盤為Ⅱ級，椎間盤內出現橫行低信號帶，但髓核與纖維環邊界清楚(藍箭頭)；L4～5椎間盤為Ⅲ級，髓核信號為灰色，與纖維環分界不清，但高度無明顯變化(黃色箭頭)；L5～S1椎間盤為Ⅳ級，髓核信號為灰色，椎間盤高度明顯減低(白色箭頭)。其中L4～5椎間盤后方可見HIZ(黃色粗箭頭)Fig. 1 The pfirrmann grading scale of a 29-year-old male patient. L3—4 intervertebral disc shows uniform high signal intensity with a clear margin between the nucleus and annular (gradeⅠ). L1—2 intervertebral disc shows a horizontal low intensity band with a clear margin between the nucleus and annular (gradeⅡ). L4—5 intervertebral disc shows slightly low signal intensity with unclear margin between nucleus and annular and a normal interverteral height (gradeⅢ). L5—S1 intervertebral disc shows low signal intensity with abnormal intervertebral height (grade Ⅳ). A HIZ can be seen in the L4—5 level.

圖2　同一患者橫斷面顯示L4～5椎間盤后方HIZ(黃色粗箭頭)。同時顯示該椎間盤周圍均勻膨出(紅色細箭頭)，該椎間盤為Ⅲ級退變Fig. 2 Axial T2WI of the same patient shows the HIZ in L4—5 level with intervertebral disc bulge and grade Ⅲ disc degeneration.

圖3　同一患者L5～S1水平椎間盤突出(紅色箭頭顯示為突出的髓核)，該椎間盤為Ⅳ級退變Fig. 3 Axial T2WI shows the L4—5 intervertebral discprotrution with grade Ⅳ disc degeneration.

本組納入研究的患者中，椎間盤膨出或突出的患者占有較高比例(62/89)，椎間盤膨出和突出的部位多位于L4～5、L5～S1椎間盤，且椎間盤膨出以Ⅲ級退變比例最高，椎間盤突出以Ⅳ級退變比例最高。統計結果也表明，Ⅲ級退變與椎間盤膨出有明顯相關性，Ⅳ級退變與椎間盤突出有明顯相關性。所以我們推測PfirrmannⅢ級、Ⅳ級退變在椎間盤整體退變的發展中起關鍵作用，椎間盤Ⅲ～Ⅳ級退變提示髓核內水分丟失嚴重，椎間盤高度開始減低，提示髓核被壓縮，而使其內壓增大，容易使椎間盤膨出。但本研究中并非所有突出及膨出的椎間盤處于Ⅲ、Ⅳ級退變，部分為Ⅱ級退變，說明在髓核水分剛開始丟失時即出現膨出或突出，這可能與年輕患者不適當的運動或外傷有關。

3.2 HIZ與椎間盤膨出、突出的關系

HIZ首先由Aprill等[10]提出并定義，即MRI矢狀面T2WI顯示腰椎間盤后方小而圓的局限性高信號區。王子軒等[11]報道，椎間盤后方HIZ發病率約占31.7%，但其研究的對象以中老年患者為主。本研究83例年輕患者中，有17例出現HIZ，約占20.4%，表明年輕患者也有相當比例出現HIZ。Peng等[12]通過研究發現HIZ區域中正常組織被紊亂的富含毛細血管的肉芽組織取代，包括纖維母細胞及新生血管，并逐漸向外擴大，證明這是機體對破裂纖維環的修復作用。諸多研究證實HIZ是診斷椎間盤原性下腰痛的重要MRI征象。Olmarker[13]研究發現，疼痛誘發試驗和疼痛阻止試驗可以證實，纖維環的撕裂可以引起強烈的疼痛。這些疼痛主要歸因于破壞的組織和炎性組織對敏感神經的刺激，移位的髓核內部的化學物質向周圍彌散，可以加劇疼痛。Videman等[14]研究發現纖維環撕裂常發生于椎間盤退變的早期，并且與髓核的快速退變有關。Schmidt等[15]數學模型表明，未完全發生退行性改變的髓核富含水分，其內水壓增高，纖維環在緊張的情況下容易發生破裂。本研究中HIZ出現的部位均位于L4～5、L5～S1椎間盤，并且Pfirrmann分級均為Ⅲ～Ⅳ級，并且HIZ與椎間盤膨出、椎間盤突出均有明顯相關性，因此，椎間盤膨出、突出、纖維環撕裂與椎間盤Ⅲ～Ⅳ級退變密切相關。椎間盤Ⅲ～Ⅳ級退變提示髓核內水分丟失嚴重，椎間盤高度開始減低，提示髓核被壓縮，而使其內壓增大，同時椎間盤高度的變化，使垂直壓力作用于纖維環的局部，而不是均勻的分布于纖維環周圍，最終導致纖維環局部破裂，而纖維環的破口，又給髓核突出提供通道，最終導致一系列事件發生。所以，髓核內部水分的丟失可能為始動因素。Carragee等[16]研究也表明，不管是人類還是動物，如果在纖維環上人為的制造裂隙，這會導致加速細胞介導的退行性改變過程。說明，早期發現纖維環撕裂并及時干預治療，對腰椎退行性改變的發展的控制有積極意義。

圖4　以L1～S1五個椎間盤階段的數量為觀察對象，結果顯示：Pfirrmann Ⅲ退變與椎間盤膨出有明顯相關性；Pfirrmann Ⅳ級退變與椎間盤突出及HIZ有明顯相關性。HIZ與椎間盤膨出及突出均有相關性Fig. 4 The curve diagram shows the pearson correlation between different aspects associated with disc degeneration. Grade Ⅲ degeneration was correlated well with intervertebral disc bulge. Grade Ⅳ degeneration was correlated with interverteral disc protrution and HIZ and HIZ has good correlation with both disc bulge and disc protrution.

3.3 終板退變

本研究中83例患者僅有3例(3.6%)出現終板退行性改變，而文獻中張文煜等[ 1 7 ]研究中納入1681例患者，有432例患者出現終板退變，其發生率約為25.6%，本研究明顯低于張的研究。說明，年輕患者終板退行性改變發生率較低。本研究中3例終板退變僅為早期的Ⅰ型和Ⅱ型退變，無Ⅲ型退變，且均發生于椎間盤膨出或突出的椎體層面，相應椎間盤退變為Ⅲ～Ⅴ級，因此推測椎體終板退行性改變可能為相對晚期的改變。

3.4 許莫氏結節

本研究中5例出現許莫氏結節，累及12個椎體，其出現的部位在各個椎體都有發生，并且與L4～5、L5～S1膨出及突出不太相符，似乎與椎間盤Pfirrmann分級之間也無明顯規律可循。潘希敏等[18]研究發現許莫氏結節廣泛存在于各年齡組、各退變級別的腰椎間盤中，退變級別高的腰椎間盤并不意味著容易發生許莫氏結節，相反許莫氏結節的出現會加速間盤的退變。

綜上所述，對于下腰痛的年輕患者，MRI可以清晰顯示腰椎間盤退變的早期特征性改變，椎間盤Pfirrmann Ⅲ～Ⅳ退變為關鍵階段，可能為椎間盤膨出或椎間盤突出的前期改變，同時椎間盤后方高信號的出現也可能會加速椎間盤膨出或突出的進展，在臨床工作中應當及早發現并引起重視。

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MR Imaging assessment of correlations between Pfirrmann’s grading system and lumbar disc bulge and lumbar disc protrution in young patients

ZHENG Zuo-feng, LI You-wei*, ZHANG Dong-po, MAO Lei
Department of Radiology, Beijing Chuiyangliu Hospital, Beijing 100022, China

*Correspondence to: Li YW, E-mail: lywhot@sohu.com

Received 3 Jan 2016, Accepted 15 Feb 2016

AbstractObjective: To find the MRI characteristics of the lumbar intervertebral disc degeneration in patients less than 30 years old with low back pain, and try to evaluate the correlations between Pfirrmann’s grading scale and intervertebral disc bugle and intervertebral disc protrution. Material and Methods: It is a cross-sectional and observational study. A total of 83 patients with low back pain performed lumbar MRI examination. All patients were less than 30 years old, of whom 50 were men and 33 were women, with mean age 25. All MR imaging were evaluated by two radiologists in the following aspects: signal intensity and morphology of the intervertebral discs, annular tear, intervertebral disc bulge, intervertebral disc protution, Modic changes and the Schmorl’s nodes. The intervertebral discs degeneration were evaluated through Pfirrmann’s classification system. The association between these different aspects were analyzed by Pearson multiple correlation. Results: A total of 415 intervertebral discs were examined, of which gradeⅠ—Ⅱ discs were 322 (77.6%), grade Ⅲ 56 (13.5%), grade Ⅳ 33 (7.9%) and grade Ⅴ 4 (1%). One hundred and three intervertebral discs were found with disc bulge and disc protrution, most of which were at disc L4—5 and L5—S1 level and werebook=204,ebook=51common in grade Ⅲ and grade Ⅳ degenerations. Seventeen patients were found with HIZ, and were all at disc L4—5 and L5—S1 level. Three patients were found with modic change. The statistic results show that grade Ⅲ degeneration were correlated well with disc bulge (r=0.972, P=0.006), but not with disc protrution (r=0.639, P=0.245) and the grade Ⅳ disc degeneration were correlated with disc protrution (r=0.999, P=0.000) and HIZ (r=0.919, P=0.028), but not with disc bulge (r=0.769, P=0.128). HIZ were correlated well with both disc bulge (r=0.919, P=0.027) and disc protrution (r=0.935, P=0.020). Conclusions: MRI is a good imaging modality for detecting the pathology character of disc degeneration in early stage. Grade and grade degenerations have close relationship with intervertebral disc bulge and protrution. It may have great clinical value to detect early changes of intervertebral disc degeneration in young patients.

Key wordsIntervertebral disk displacement; Magnetic resonance imaging; Young adult

DOI:10.12015/issn.1674-8034.2016.03.08

文獻標識碼：A

中圖分類號：R445.2；R529.2

收稿日期：2016-01-03

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