3.0T磁共振彌散加權成像與椎間盤退變Pfirrmann分級的相關性

周曉璇 王健?

腰椎間盤的退行性改變是產生腰腿痛的最常見原因之一［1］。有文獻報道最早開始于十幾歲，并被認為是無法逃避的老齡化結果［2］。最終導致慢性不可逆性腰痛的發生［3］。因此早期發現腰椎椎間盤退行性改變，盡早進行干預預防，對慢性腰痛的發生有著積極的意義［4］。彌散加權成像（DWI）中的表觀彌散系數（ADC）因可以反映分子的彌散程度［5-6］。對腰椎椎間盤的早期退行性改變的檢測以往有1.5T磁共振和3.0T磁共振的報道，認為有較高的敏感度［7］。本文探討初發腰背痛患者3.0T高場磁共振彌散加權成像的椎間盤表觀擴散系數與Pfirrmann椎間盤退變分級的相關性。

1 臨床資料

1.1 一般資料 選取2013年9月至2015年9月本院3.0T磁共振檢查的首發腰背痛患者118例。男64例，女54例；年齡20～70歲，平均年齡（45.32±24.68）歲。納入標準：（1）年齡20～70歲之間。（2）首發腰背痛患者。（3）未做過任何腰椎影像學檢查。（4）做磁共振前簽署知情同意書。排除標準：（1）年齡＜20歲，＞70歲；（21）曾經有過腰背痛病史并來醫院就診。（3）未簽署知情同意書。（4）病史有腰椎骨折、炎癥、腫瘤、免疫性因素等引起慢性腰腿痛的其他疾病，有惡性腫瘤病史者。（5）磁共振檢查有金屬偽影影響觀察。

1.2 檢查方法 采用Siemens 3.0T Verio磁共振掃描儀對患者行腰椎椎間盤磁共振檢查。患者采用仰臥位，頭先進。操作菜單上選擇床板上相應的脊柱矩陣線圈。掃描序列采用脂肪抑制的T1、T2及DWI矢狀位掃描序列。SE T1WI：TR 580ms，TE 8.5ms，層厚3.0mm，間距0.2mm，矩陣376×305，激勵次數（Average） 1，視野（FOV）350mm×350mm；脂肪抑制FSE-T2：TR4500ms，TE52ms層 厚 3.0 mm， 間 距 0.2mm， 矩陣 376×305，激勵次數（Average）1，視野（FOV）350mm×350mm；彌散加權成像（DWI）檢查：SEEPI WI，TR3600ms，TE32ms，層厚 3.0mm，間距 0.2mm，矩陣256×192，激勵次數（Average）8次，彌散系數b值=0.800s/mm2，參數，層面選擇為上-下，相位編碼前-后，頻率編碼左-右三個方向上施加磁敏感梯度。預飽和帶設置在腹前部。

1.3 圖像分析 所有磁共振掃描后原始圖片均傳入Siemens專用工作站（Syngo軟件），選用Diffusion軟件包處理，軟件自動生成ADC圖譜，劃定感興趣區，測量椎間盤ADC值。分別由2名副主任醫師按照Pfirrmann腰椎間盤退變分級標準對所有椎間盤進行分級，并測量椎間盤ADC值。

1.4 統計學方法 采用SPSS16.0統計軟件。計量資料以（x±s）表示，用方差分析。獨立小樣量本采用Student's-t Test檢驗。將L1～S1椎間盤分級、年齡和部位采用多元線性回歸分析，采用Kappa一致性檢驗（Kappa值，即K值） 評價2名醫師的一致性，標準如下：0.75＜K≤1，診斷一致性極好；0.40＜K≤0.75，診斷一致性好；0≤K≤0.40時，診斷一致性差。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

118例患者，共590個椎間盤全部符合入選標準，男64例（54.24%），女54例（45.76%）；男性不同年齡段患者與相對應區間女性患者椎間盤分級差異無統計學意義（χ2=21.548，P＞0.05），表明在同一年齡區間中，性別與首發腰背痛患者腰椎間盤Pfirrmann分級無相關性。而不同年齡區間比較，差異有統計學意義（χ2=13.56，P＜0.05），表明隨年齡增長，高級別腰椎間盤退變數量增加。首發腰背痛患者椎間盤退變中，不同級別間椎間盤的表觀擴散系數（ADC值）為I級（1.612±0.318）×10-3mm2/s，II級（1.538±0.962）×10-3mm2/s，III級（1.426±0.643）×10-3mm2/s（ 見圖 1～4），IV 級（1.362±0.649）×10-3mm2/s，V 級0.839±0.285×10-3mm2/s，不同級別間的表觀擴散系數值差異有統計學意義（F=10.741，P＜0.001），秩和檢驗呈負相關。檢驗2位醫師Kappa一致性檢驗（K=0.63）良好。見表1。

圖1 腰椎間盤常規分級MRT2序列顯示腰5/骶1III級改變

圖2 腰椎間盤MR T2脂肪抑制序列分級更為清晰

圖3 腰椎間盤MR T1序列腰5/骶1分級不明確

圖4 腰椎間盤MR 彌散加權序列腰5/骶1III級改變

表1 Pfirrmann 分級與磁共振彌散加權關系

3 討論

成人椎間盤主要的組成為由纖維環、髓核和軟骨終板3部分，三者的營養主要來自椎體軟骨終板的毛細血管床［8］。不管椎間盤的應力降低及營養供應物質的減少在椎間盤的退變中起到關鍵作用［9］。以往X射線平片及CT無法獲得腰椎間盤的整體結構而逐漸被磁共振代替［10-11］。但以往低場磁共振無法完成腰椎間盤的功能成像，Pfirrmann分級標準僅根據T2腰間盤的信號異常及椎間盤的高度來判斷，無法得到量化的標準［12］。高場磁共振檢查腰椎間盤可以快速、多角度、多參數成像，采用彌散加權的SE-EPI序列經過后處理技術得到表觀擴散系統測得，從而使椎間盤的信號量化，為Pfirrmann分級標準得到數學依據［13］。

椎間盤的三個組成部分為髓核、纖維環、透明軟骨板，其主要構成為膠原蛋白和蛋白糖類［14］。椎間盤的細胞營養供應與臨近血管的距離比較遠，大部分＞5mm。因此其主要營養是在鄰近基質的高濃度梯度上的彌散。椎間盤退變的特點是水份含量的降低、蛋白多糖濃度的下降和膠原成分的改變，進而導致椎間盤彌散能力的下降。在有活性椎間盤內部，水的含量和水的擴散能力無疑能反映營養的擴散程度，也是保證椎間盤活力的重要支撐，因此研究椎間盤內水擴散的方法能進一步幫助判斷營養缺失與椎間盤退行性改變聯系的關系。

水分子彌散的彌散方式分為兩種，各向同性和各向異性，統稱為水分子的布朗運動（Brownianmotion）［15］。應用各向同性彌散與各個方向的平均ADC值的正向關系，彌散加權成像是高場磁共振利用對水分子彌散敏感的磁共振序列，對椎間盤內部的水分子布朗運動可以檢測出彌散差別并產生DWI和ADC圖像對比，水分子運動快速的高彌散區域具有高ADC值，水分子減少或缺失的低布朗運動區，表現為彌散受限相應的ADC 值降低［16］。

首發腰背痛患者原因較多，但最主要原因仍是椎間盤退行性改變引起的膨、突出改變，導致神經根壓迫及炎性病變的發生。因此對首發腰背痛患者腰椎間盤的診斷治療無疑是關鍵問題［17］。目前，椎間盤退變的機制未完全闡釋清晰，但有研究報道多種因素作用導致椎間盤發生成分和形態變。椎間盤營養供應的血運通道和擴散梯度進一步減少，供應軟骨終板的營養成分的進一步消失，另外骨質增生，韌帶鈣化，終板的鈣化最終會制約椎間盤的營養途徑。最終導致椎間盤退變，進一步引起髓核細胞外液的減少和蛋白多糖的降低，導致髓核內水成分的彌散功能下降［18］。年齡因素引起的椎間盤膠原蛋白和多糖成分的變化及含水量下降或缺失被認為是椎間盤退變的關鍵因素［19-20］。本資料不同年齡段ADC值不斷降低，表明年齡因素在Pfirrmann分級中占了關鍵因素。

總之，年齡因素在首發腰背痛患者Pfirrmann分級中呈明顯正相關，年齡越大分級越高；Pfirrmann級別與ADC值呈負相關，ADC值越低Pfirrmann級別越高；性別與椎間盤退變無明顯統計學意義。