MRS定量評價腰椎間盤退變

李 永，蔡兆熙，陳建宇*，楊澤宏，劉珍珍，蔣新華，張夢迪

(1.中山大學孫逸仙紀念醫院放射科，廣東 廣州 510120；2.中山大學附屬第三醫院放射科，廣東 廣州 510630；3.中山大學附屬腫瘤防治中心影像與微創介入治療中心，廣東 廣州 510060)

MRS定量評價腰椎間盤退變

李 永1，蔡兆熙1，陳建宇1*，楊澤宏1，劉珍珍2，蔣新華3，張夢迪1

(1.中山大學孫逸仙紀念醫院放射科，廣東 廣州 510120；2.中山大學附屬第三醫院放射科，廣東 廣州 510630；3.中山大學附屬腫瘤防治中心影像與微創介入治療中心，廣東 廣州 510060)

目的 探討MRS技術定量評價腰椎間盤退變程度的價值。方法 對82例腰痛患者行腰椎MR常規掃描，采用T2WI矢狀位圖像進行Pfirrmann分級；采用MRS技術檢測腰椎間盤髓核的氮-乙酰氨基(N-acetyl)峰下面積、水(Water)峰下面積及二者峰下面積比值，分析MRS測量值與Pfirrmann退變分級、患者年齡間的相關性。結果 82例患者中，204個椎間盤可獲得MRS測量值，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級椎間盤數目分別為89個、73個、39個、3個，髓核區N-acetyl峰下面積、Water峰下面積、N-acetyl/Water峰下面積比值與腰椎間盤Pfirrmann分級呈負相關(rs=-0.460、-0.204、-0.526，P均<0.05)。<30歲、30～39歲、40～49歲、50～59歲、>59歲的患者中，取得MRS測量值的椎間盤數目分別為62個、25個、37個、51個、29個，腰椎間盤髓核區N-acetyl峰下面積、N-acetyl/Water峰下面積比值與年齡段呈負相關 (rs=-0.247、-0.385，P均<0.05)。結論 MRS技術可用以定量檢測腰椎間盤的退變程度。

腰椎間盤退變；磁共振波譜成像；蛋白多糖；水

圖1 腰椎間盤髓核區單體素MRS定位示意圖 A～C.于常規T1WI冠狀位、T2WI矢狀位及軸位3個序列定位，體素大小約16 mm×18 mm×5 mm(前后徑×左右徑×上下徑)； D、E.獲得N-acetyl、Water波峰

腰椎間盤退變是椎間盤突出的重要原因，常導致腰腿痛的發生，常規的MRI可顯示椎間盤退變的結局，但不能反映椎間盤退變發生過程中的椎間盤組織構成和代謝的變化[1-2]。MRS可無創地在活體檢測器官組織代謝、生化變化，檢測代表蛋白多糖含量的氮-乙酰氨基(N-acetyl)、水(Water)峰下面積的變化，可以更早期地觀察腰椎間盤退變程度[3]。本研究采用MRS技術活體檢測腰椎間盤退變過程中N-acetyl及水分含量，并分析其與退變嚴重程度和年齡的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2014年5月—2015年5月間于中山大學附屬孫逸仙紀念醫院接受腰椎MR檢查的患者82例，男40例，女42例，年齡18～68歲，平均(43.8±16.3)歲。納入標準：①患者知情同意，自愿參加本研究；②年齡≥18歲；③患者均有下腰痛或下肢麻木無力的癥狀。排除標準：①因嚴重疾病、多動、合作欠佳，圖像質量較差者；②幽閉恐懼癥患者；③有腰椎骨折、腰椎結核、腰椎手術史患者。所有受者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Achevia 3.0T MR全身成像儀和6通道相控陣脊柱線圈。患者取仰臥位，掃描過程中患者盡量保持不動。掃描序列：常規腰椎矢狀位SE序列T1WI(TR 400 ms，TE 11 ms)、常規腰椎矢狀位T2WI(TR 2 602 ms，TE 120 ms)，二者以下參數一致：層厚5 mm，層間距 0.4 mm，層數9，FOV 304 mm×160 mm，掃描時間2 min 15 s；腰椎冠狀位SE序列T1WI，TR 450 ms，TE 8 ms，層厚5 mm，層間距 0.4 mm，層數9，FOV 300 mm×255 mm，掃描時間2 min 17 s；平行于椎間盤平面的軸位SE序列T2WI，TR 3 500 ms，TE 120 ms，層厚5 mm，層間距0 mm，層數12，FOV為200 mm×200 mm，掃描時間2 min 14 s。MRS掃描采用單體素點對點分解定位法，即對單一體素進行波譜測定，TR 1 000 ms，TE 37 ms，掃描體素大小 16 mm×18 mm×5 mm，NSE 200(圖1)。

1.3 圖像處理 由2名具有3年以上骨關節影像診斷經驗的的MRI診斷醫師以T2WI矢狀位圖像為基礎對椎間盤進行Pfirrmann分級[4]，意見不一致時協商討論取得一致意見。采用Philips Extended MR WorkStation對所得的MRS序列行后處理獲得MRS圖譜及主要代謝物N-acetyl峰和Water峰，對每例患者取L3～4、L4～5或L5～S1椎間盤中的1～3個進行分析。ROI盡量選取椎間盤中央髓核區域，減少周圍組織的部分容積效應對波譜質量的影響。采集數據前進行自動預掃描，完成增益調節、體素勻場及水抑制，在自動預掃描達到水峰半高全寬<15 Hz，抑水率>95%情況下，進行MRS數據采集。在工作站顯示波譜曲線及測值，有效的波譜曲線標準為基線平直且有較明顯窄峰，主要代謝物SNR≥2。退變嚴重的椎間盤(椎間盤高度明顯下降)或因掃描過程中患者未保持靜止狀態、無法取得有效的ROI以及SNR<2的椎間盤予以剔除。對于符合要求的椎間盤，分別測量N-acetyl、Water峰下面積及二者峰下面積比值N-acetyl/Water[3]。

2 結果

82例患者中，取得MRS測量值的椎間盤數目為204個，其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級椎間盤數目分別為89個、73個、39個、3個，其椎間盤髓核N-acetyl峰下面積、Water峰下面積及N-acetyl/Water的分布情況見表1、圖2；各分級間髓核N-acetyl峰下面積(P<0.000 1)、Water峰下面積 (P<0.000 1)、N-acetyl/Water (P<0.000 1)差異均有統計學意義。兩兩比較，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級間差異均有統計學意義(P均<0.008 3)。腰椎間盤N-acetyl峰下面積、Water峰下面積及N-acetyl/Water與Pfirrmann分級均呈負相關(rs=-0.460、-0.204、-0.526，P均<0.05)。

<30歲、30～39歲、40～49歲、50～59歲、>59歲的患者中，取得MRS測量值的椎間盤數目分別為62個、25個、37個、51個、29個，其椎間盤髓核N-acetyl峰下面積、Water峰下面積及N-acetyl/Water分布情況見表2。各年齡段患者間髓核N-acetyl(P<0.000 1)、Water(P=0.044)、N-acetyl/Water(P<0.000 1)差異均有統計學意義。兩兩比較，僅<30歲與50～59歲、>59歲患者間N-acetyl/Water值差異有統計學意義(P均<0.004 2)。N-acetyl峰下面積、N-acetyl/Water與年齡呈負相關(rs=-0.247、-0.385，P均<0.05)，與Water峰下面積無明顯相關性(P>0.05)。

圖2 各Pfirrmann分級椎間盤的N-acetyl峰 A.Ⅱ級； B.Ⅲ級； C.Ⅳ級； D.Ⅴ級

表1 各Pfirrmann分級腰椎間盤髓核MRS主要代謝物分布情況±s)

表2 各年齡段患者腰椎間盤髓核MRS主要代謝物分布情況±s)

3 討論

常規T2WI矢狀位觀察椎間盤信號強度變化主要依賴椎間盤水分含量，不能早期、敏感地檢測到椎間盤內生化組成的變化[5]，MRS技術不僅可以對椎間盤內物質成分進行定量檢測，更可實現對椎間盤早期退變的檢查，從而為臨床早期治療椎間盤退變提供更多、更敏感的診斷信息[6]。

MRS的基本原理是利用MR化學位移和自旋耦合現象測定人體代謝物，當代謝物濃度發生變化時，波譜曲線會出現不同的峰值及比率，可確定組織細胞的結構或出現的代謝異常情況。腰椎間盤細胞外基質中主要的大分子物質為蛋白多糖及水。蛋白多糖由一條或多條糖胺聚糖鏈共價鍵連接于核心蛋白上，該共價鍵聚合到糖胺聚糖鏈的硫酸軟骨素和硫酸角質素中[7]。硫酸軟骨素與角質素中即含有N-acetyl，為目前MRS用于腰椎間盤退變評估時主要探測的代謝物，其在譜線水平軸上的位置約2.04 ppm[8]，N-acetyl主要存在于軟骨組織細胞外間質，本研究分別測量椎間盤的N-acetyl、Water峰下面積及二者峰下面積比值N-acetyl/Water[3]。

隨著腰椎間盤退變的演變，水和蛋白多糖的含量也隨之下降，加之系統和人體本身噪聲影響的增大，能檢測到的水和蛋白多糖的信號強度也會減弱。國外學者[9]采用11.7T MR掃描儀對腰椎間盤退變的患者進行MRS分析，表明椎間盤中蛋白多糖含量的減少、膠原纖維的降解與Thompson分級呈正相關。Zuo等[10]進行的在體MRS研究表明椎間盤造影陽性和陰性的患者、健康組與患病組之間的水/蛋白多糖比率差異有統計學意義。國外的一項小樣本MRS研究[3]表明，相對于健康對照組，腰椎間盤突出患者蛋白多糖/膠原及蛋白多糖/乳酸比率明顯降低，而乳酸/膠原比率升高。本研究結果顯示，隨著患者年齡的增高及椎間盤退變程度的加重，N-acetyl峰下面積、N-acetyl/Water均存在下降趨勢，與Zuo等[10]的研究結果一致。本研究中PfirrmannⅡ、Ⅲ、Ⅳ級椎間盤進行兩兩比較，其N-acetyl峰下面積、N-acetyl/Water的差異均有統計學意義，提示MRS參數(尤其是N-acetyl/Water)可以作為定量檢測腰椎間盤退變的手段。

腰椎間盤N-acetyl峰下面積、Water、N-acetyl/Water均隨退變程度的增加而降低，但N-acetyl值比Water值下降更加明顯，與已知的椎間盤退變過程中蛋白多糖含量變化早于水分的變化相符，有研究[11-12]證實是由于細胞外基質中蛋白多糖的減少，導致椎間盤鎖水能力下降。

本研究采用短TE[13]單體素PRSS技術，于軸位、冠狀位、矢狀位層面確定ROI，盡量縮短掃描時間，減少圖像偽影，以期達到預期掃描效果，得到的波譜曲線基線平穩，波峰半高寬達到標準，SNR>2。

本研究的不足：因MRS的SNR低進行，僅能夠對椎間盤內的N-acetyl、Water進行MRS分析，其他的代謝物如葡萄糖、乳酸、脂質等進行在體MRS分析時，SNR很低，無法做出有效分析，有待改進掃描序列及校正方法。另外，取得MRS的腰椎間盤樣本量有限，椎間盤分級、患者年齡分布不均勻，有待擴大樣本量進一步研究。

綜上所述，本研究采用MRS技術活體定量檢測腰椎間盤退行性變,具有一定可行性。本研究發現N-acetyl峰下面積, Water峰下面積及 N-acetyl/Water與腰椎間盤Pfirrmann分級均呈負相關，MRS檢測蛋白多糖變化早于常規T2WI圖像上觀察椎間盤水分信號的變化。

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李永(1990—)，男，安徽阜陽人，碩士，醫師。研究方向：骨骼肌肉系統影像診斷。E-mail： liyong0112@126.com

陳建宇，中山大學孫逸仙紀念醫院放射科，510120。E-mail： chenjianyu5562@163.com

2016-08-11

2016-12-22

R445.2; R681.53

A

1003-3289(2017)03-0440-05