地方性頸椎氟骨癥MRI信號強度分析及表現

李俊林，王麗娜，張曉琴＊

（1.內蒙古自治區人民醫院影像醫學科，內蒙古 呼和浩特 010017；2.內蒙古自治區人民醫院超聲醫學科）

地方性氟骨癥是指人們長期生活在高氟環境中，通過飲水、空氣、食物等介質，攝入過量的氟而導致的骨組織慢性中毒[1]。過量的氟會影響鈣磷代謝，導致骨骼鈣化不足、骨質疏松、骨硬化、附著處韌帶及骨間膜的骨化。脊柱受侵主要表現為骨硬化增生、韌帶骨化致椎管狹窄，繼發性導致脊髓及神經受壓，引起周圍神經系統病變。脊柱氟骨癥X線影像表現已經有許多報道[2～4]，相關MRI的影像表現報道不多[5]，特別是關于骨硬化的定量分析鮮有報道。我們通過42例地方性氟骨癥患者的頸椎MRI表現，結合文獻分析其硬化的病理基礎及影像表現，表明頸椎MRI的椎體-肌肉T1W信號強度比值診斷氟骨癥具有較高的敏感性。

1 材料與方法

1.1 病例資料

我院2010-01～2020-06，回顧性分析臨床確診的地方性氟骨癥患者頸椎經MRI掃描42例，男性31例，女性11例，年齡范圍36～68歲（平均年齡49.6歲），23例臨床表現為頸部不適和或上肢麻木。所有患者頸椎均經過普通X線檢查和MRI檢查，均具有氟骨癥的X線典型表現，其中20例患者經過頸椎CT檢查。所有患者均來自內蒙古自治區地方性氟中毒病區，在該地區居住時間5年以上，飲用水氟含量在1.5 mg/L～8.2 mg/L[6]。尿氟化物含量大于1.6 mg/L（正常值小于等于1.6 mg/L）。所有病例均按照《中華人民共和國衛生行業標準》中的《地方性氟骨癥診斷標準》確診。對照組50例來自內蒙古自治區呼和浩特市區飲用水氟含量低于1.0 mg/L的頸椎MRI，男性33例，女性17例；年齡范圍27～64歲（平均年齡45.5歲），所有病例符合以下條件：（1）未到過氟中毒病區；（2）無氟骨癥的臨床表現；（3）無風濕性關節炎、類風濕性關節炎、強直性脊柱炎；（4）無代謝性骨??；（5）MRI示頸椎椎體無病變（不包括輕微骨質增生）。

1.2 影像檢查方法

使用GE Signa HDxt 3.0 T磁共振掃描儀，采用頭頸聯合相控陣線圈。掃描參數：T1WI掃描參數：TR1750 ms，TE24 ms；T2 WI掃描參數：TR3800 ms TE102 ms；STIR掃描參數：TR6000 ms，TE68 ms。層厚3.5 mm，間距1 mm，普通X線檢查采用美國Hologic公司X線DR設備，EPEX機型。CT檢查采用美國GE CT掃描儀（LightSpeed QX/i8及VCT64）。

1.3 圖像及病例分析

MR、CT及X線圖像由2名具有5年以上MR、CT及X線工作經驗的影像科醫師共同閱片。觀察頸椎椎體的T1W信號強度及頭夾肌的信號強度，分別計算頸2～7椎體與頭夾肌的信號強度比值。分別通過不同的影像觀察后縱韌帶、黃韌帶的骨化情況并計數；觀察椎間盤變性、突出的例數；觀察是否存在椎管狹窄；觀察脊髓是否受壓、是否引起變性；觀察后縱韌帶的骨化分型并計數。

1.4 統計學方法

采用SPSS 20.0統計學軟件進行分析。對頸2～7椎體-肌肉T1W信號強度比值分析，比較氟骨癥患者與對照組采用獨立樣本t檢驗，采用ROC曲線分析各個指標的診斷價值，并計算截斷值。檢驗水準為α＝0.05，以P＜0.05說明差異有統計學意義。

2 結果

2.1 氟骨癥組

2.1.1 椎體所有頸椎椎體信號強度在T1W和T2W上均勻或不均勻減低（見圖1～3）。典型表現為“三明治”征（見圖3-B），即在T2W上椎體上下緣為明顯低信號，中央呈相對稍高信號；在T1W上椎體上下緣亦為稍低信號，中央為稍高信號；X線上，椎體上下緣即終板區與椎體中央比較為稍高密度，中央為稍低密度。椎體MRI所表現的“三明治”征與X線表現的“三明治”征在形態上具有一致性。與對照組相比，氟骨癥組椎體的脂肪含量減少、分布不均，椎體骨密度增高（見圖3-D）。氟骨癥組與對照組在不同頸椎椎體-肌肉信號強度比值見表1和表2，氟骨癥組和對照組椎體-肌肉信號強度比值從頸2到頸7椎體，依次呈減低趨勢，同一水平椎體-肌肉信號強度比值氟骨癥組較正常對照組低。

表1 氟骨癥組與對照組年齡及椎體-肌肉信號強度比值

表2 各個指標ROC曲線分析

2.1.2 韌帶MRI顯示后縱韌帶和或黃韌帶骨化31例，發生率約73.8%，與X線和CT顯示一致。其中后縱韌帶骨化14例（占所有骨化韌帶45.2%），黃韌帶骨化6例（占所有骨化韌帶19.4%），11例同時有后縱韌帶和黃韌帶骨化（占所有骨化韌帶35.5%）。頸椎后縱韌帶骨化局灶型3例（12.0%），節段型10例（40.0%），連續型7例（28.0%），混合型5例（20.0%），其中頸3～5椎體后方的后縱韌帶最容易受累，較厚處達4.9 mm。頸椎椎體韌帶骨化不同節段分布（見表3）。韌帶在T1WI上表現為稍低信號（見圖1-B、圖2-B、圖3-A），其內可見局灶性稍高信號（見圖1-E），T2W上表現為低信號（見圖1-A、圖2-A、圖3-B），STIR表現為低信號（見圖1-C、圖3-C），后縱韌帶骨化不同程度壓迫硬脊膜囊前部和或脊髓前部，厚度0.6～4.9 mm，平均1.7 mm；黃韌帶骨化（見圖1-A、圖1-D）不同程度團塊狀或三角形壓迫硬脊膜囊后側部和或脊髓后側部，厚度0.8～4.7 mm，平均2.1 mm。因韌帶的骨化，造成頸椎序列弧度欠佳、走行僵直，較對照組顯示椎體前后緣在上下方向上失去正?；【€型結構（見圖2-B）。

圖2 氟骨癥患者，男，56歲。

圖3 氟骨癥患者，男，58歲。

表3 42例頸椎氟骨癥椎體韌帶骨化不同節段分布

2.1.3 椎管和椎間盤42例氟骨癥患者出現椎管狹窄30例（71.4%），其中后縱韌帶骨化造成椎管狹窄25例，黃韌帶骨化造成椎管狹窄17例。在椎管狹窄30例中，造成脊髓變性21例，脊髓變性表現為稍長T1W稍長T2W異常信號（見圖1-D、圖1-E）。氟骨癥組與對照組椎間盤突出和椎間盤變性比較，見表4。兩組間年齡差異無統計學意義（P＞0.05），兩組間椎間盤突出（P＜0.05）和變性（P＜0.05）差異均有統計學意義。

圖1 氟骨癥患者，男，57歲。

2.2 對照組

50例頸椎椎體在T1W上表現為高信號或稍高信號，T2W上表現為稍高信號，T2W抑制顯示為低信號。正常后縱韌帶在正中矢狀位的所有序列上均顯示為縱向走行的線條樣稍低信號，邊緣光滑、柔和，緊貼椎體后緣，跨過椎間隙，后縱韌帶厚度小于0.3 mm。在所有序列上正常黃韌帶為椎板之間的索條狀低信號，邊緣光滑、柔和，不跨過椎板，黃韌帶厚度為0.6～3.0 mm，平均厚度為1.7 mm。50例對照組頸椎椎間盤突出30例，因椎間盤突出導致椎管狹窄9例；椎間盤不同程度變性20例。

3 討論

氟骨癥的骨硬化主要是成骨活動加強而不是破骨活動減弱的結果[7，8]；氟化物與鈣和磷酸鹽組成羥基磷灰石，有相當大的親和力，氟與鈣親和形成氟化鈣，或氟與磷親和形成氟磷灰石，它們在骨中充當了骨鹽的角色而沉積于骨基質內，引起骨密度的增加而促進了骨的形成[9]。氟化鈣與氟磷灰石不含氫質子，因此在MRI的T1W和T2W上均表現為低信號；STIR序列抑制全部的脂肪組織，包括同時有水和脂肪成分的部分，因此在此序列上，椎體的信號顯示得更低。氟骨癥的骨質疏松屬于骨轉換加速的活動性骨質疏松[7，8]，因骨組織量的減少，松質骨內氫質子的密度也會明顯降低，使得椎骨的信號廣泛性減低。氟骨癥的骨軟化屬于骨轉換加速兼有甲狀旁腺機能亢進的混合性骨軟化[7，8]，骨質軟化的同時，也可引起繼發性甲狀旁腺機能亢進，氟骨癥通常伴有甲狀旁腺激素（PTH）的分泌增多，可從局部骨骼中動員鈣并將體液中增多的鈣轉運到軟組織中，引起細胞內游離鈣內流的增加，而導致破骨性骨質吸收增強和骨質疏松[10]。因此，椎體的信號不管是在T1W還是在T2W上均會減低，在我們所研究的42例氟骨癥患者中，合并有甲狀旁腺機能亢進的有28例。骨周軟組織化骨也是在骨轉換加速、成骨活動顯著活躍的情況下發生的[7，8]。因此，韌帶骨化在所有的MR序列上表現出較正常韌帶組織更低的信號，在T1W序列上，韌帶骨化信號較椎體的信號低，而且較正常腦脊液信號更低，所以可以區分椎體、韌帶及腦脊液的信號；在T2W上，與腦脊液形成良好的對比，但與椎體骨皮質的信號不能很好的區分。Reddy KVS等[11]報道，氟骨癥患者后縱韌帶和黃韌帶的骨化，在T1W上表現為中等信號是含脂肪的骨髓組織，提示屬于骨化而不是鈣化。我們的研究顯示，在后縱韌帶表現為T1W中等信號，對應STIR顯示既有低信號，又存在高信號（圖1-G），提示非鈣化組織，與骨髓組織的信號具有一致性。相關椎體表現為“三明治”征象，因繼發性甲狀旁腺激素分泌增多，骨骼中的鈣向外轉移，主要通過靜脈轉移，而椎體的靜脈主要分布在椎體的中部，相對終板區分布較少，所以椎體中部的鈣鹽更容易轉移，相對來說椎體終板的鈣鹽沉積較多，相應的在椎體終板T1W、T2W像上均表現為較椎體中央明顯低信號，對應X線在椎體終板呈高密度。

后縱韌帶的骨化以及黃韌帶的骨化是造成椎管狹窄的主要因素，嚴重者可以導致脊髓的缺血、變性及壞死。單獨椎間盤突出所造成椎管狹窄的因素不是很大，更多的情況是因后縱韌帶的骨化反而保護了椎間盤的突出，因此，在氟骨癥病例中椎間盤突出擠壓脊髓的程度往往是合并后縱韌帶骨化產生的，而單獨椎間盤突出因素所表現出來的主要是椎間盤向側后方突出突向椎間孔，而致椎間孔走行區的神經根受壓產生臨床癥狀。脊柱黃韌帶的厚度從頭側向尾側進行性增厚，正常情況下，C2-3水平平均厚度約1.5 mm，T11-12水平平均厚度約2.0 mm，下腰部平均厚度約4～6 mm[12]。這與我們在對照組所測得的頸椎黃韌帶平均厚度1.7 mm是一致的。但是氟骨癥組頸椎黃韌帶平均厚度約2.1 mm，明顯高于對照組。因后縱韌帶骨化增厚（我們所測得的氟骨癥組平均厚度約1.7 mm）和或黃韌帶骨化增厚均可導致椎管狹窄，部分合并椎間盤突出，椎管在正中矢狀位上的前后徑平均約5.6 mm，對照組平均約15.6 mm，我們發現在椎管前后徑小于7.0 mm時，脊髓往往會有受壓改變，部分合并變性損傷，在MRI上均可明確顯示，在X片上往往需要測量椎管前后徑推測，而且由于骨質結構的重疊，測量也不夠精準，所以在評估脊髓方面的情況，MRI明顯優于X線片。

椎體的信號強度減低，不僅見于氟骨癥患者，而且，在骨髓纖維化、肥大細胞增多癥、淋巴瘤、石骨癥、腎性骨病、成骨性轉移瘤、硬化性骨病、Paget病[13]都可以有所表現，但是如果患者來自高氟地區，存在后縱韌帶和或黃韌帶的骨化，典型椎體表現為“三明治”征，還是優先考慮氟骨癥。我們采用椎體-肌肉信號強度比值來分析椎體的信號強度減低。張永利等[14]采用直接測量椎體T1W信號強度，因掃描參數的不同可能會影響T1W的信號強度值，所以我們采用比值的形式來降低參數值的影響。氟骨癥組椎體-肌肉信號強度比值明顯低于對照組，因氟骨癥對肌肉的信號強化影響不大，主要影響的是椎體的信號強度，所以，其比值也主要反映的是椎體的信號強度，表明氟骨癥患者椎體發生硬化以及椎體脂肪含量的減少都會使氫質子的含量減少，從而導致信號強度減低。

我們的研究發現，氟骨癥組頸椎椎間盤突出和變性與對照組差異有統計學意義。椎間盤的纖維軟骨含有大量的膠原纖維束[15]，正常情況下呈平行或交叉排列，韌性強大，不易破裂；由于氟化物的沉積，使得膠原變得疏松、脆弱，因此椎間盤極易發生破裂和或變性，產生突出或膨出。Sade W等人[16]的研究認為，椎體終板途經是椎間盤的主要營養途經，因此，當椎體終板發生氟化物沉積、鈣化時，會影響椎間盤營養，可以因為終板血管硬化、終板鈣化等發生改變，引起椎間盤細胞功能障礙，甚至椎間盤細胞死亡。因此在氟骨癥患者椎間盤的變性和突出要比正常對照組更加明顯。

根據磁共振的信號強度診斷氟骨癥以及T1W的椎體-肌肉信號強度比值診斷氟中毒的程度具有一定的參考價值，磁共振在評估韌帶骨化、間盤突出和或變性、脊髓受壓程度及病理改變、椎管狹窄等方面，較X線和CT具有明顯的優勢。