基于MRI定量評(píng)估終板變性與椎間盤(pán)退變的相關(guān)性分析

黃曉?shī)?樊樹(shù)峰 高智峰 向軍益 黃時(shí)強(qiáng)

軟骨終板（CEP）是椎間盤(pán)與椎體間的透明軟骨，是椎體最薄弱的地方。軟骨終板作為椎間盤(pán)的重要組成部分，在維持椎間盤(pán)的結(jié)構(gòu)完整性、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和傳導(dǎo)應(yīng)力分散中起重要作用［1］，終板變性是腰椎間盤(pán)退變的始動(dòng)因素［2］，參與或加速椎間盤(pán)的退變。近年來(lái)水脂分離技術(shù)（Dixon）被廣泛用于各臨床檢查，水脂分離技術(shù)可同時(shí)獲取水像圖和脂像圖，其中脂像圖反映脂肪信號(hào)，被廣泛用于椎體、肝臟、肌肉等方面脂肪的定量測(cè)定，而水像圖反映是水信號(hào)，可用于水含量的測(cè)定。最新研究顯示IDEAL-SPGR、IVIM、T2mapping 等MRI技術(shù)可用于分析和測(cè)量軟骨終板水含量的變化，反映終板變性程度。然而，這些技術(shù)掃描時(shí)間長(zhǎng)、后處理復(fù)雜，難以在臨床檢查廣泛推廣。本研究旨在采用一種簡(jiǎn)易、方便的MRI 技術(shù)即Dixon 測(cè)量軟骨終板的水含量，同時(shí)在T2WI 矢狀圖上測(cè)量終板凹角（ECA），用于評(píng)估終板的變性程度，并分析其與椎間盤(pán)退變的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2020年3月至2021年1月本院79例體檢或由于腰痛就診患者的臨床及腰椎影像資料，男36 例，女43 例；年齡12～68 歲，平均年齡（46.7±12.3）歲。（1）納入標(biāo)準(zhǔn)：①體檢或臨床癥狀腰痛；②腰椎無(wú)外傷及手術(shù)病史；③無(wú)MR 檢查的相關(guān)禁忌證。（2）排除標(biāo)準(zhǔn)：①BMI ≥28 kg/m2；②腰椎有器質(zhì)性病變（腫瘤、畸形、炎癥、許莫氏結(jié)節(jié)等）；③患者配合能力差，無(wú)法堅(jiān)持或長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持。所有腰椎間盤(pán)退變患者均按Pfirrmann（PM）分級(jí)［3］進(jìn)行評(píng)估和分類。

1.2 方法（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備：MRI 掃描采用SIEMENS MAGNETON Avanto 1.5T 磁共振掃描系統(tǒng)；圖像后續(xù)觀察處理系統(tǒng)采用SIEMENS syngo MRI 后處理工作站。（2）檢查方法：MRI 檢查：患者采用仰臥位，頭先進(jìn)。線圈選取脊柱線圈，矢狀位參數(shù)包括①T1WI：TR 400 ms，TE 11 ms；T2WI：TR 3000 ms；TE 100 ms；層厚4 mm；層距0.4 mm；FOV 30 cm×30cm；② Dixon：TR 3000 ms；TE 90 ms；層厚 4 mm；層距0.4 mm；FOV 30 cm×30 cm。

1.3 圖像后處理及數(shù)據(jù)測(cè)量 圖像由2 名不同級(jí)別的MRI 診斷醫(yī)師采用雙盲法獨(dú)立判讀。排除T1WI、T2WI顯示腰椎Modic 改變或Schmorl 結(jié)節(jié)的椎體。Pfirrmann分級(jí)由兩位診斷醫(yī)師根據(jù)T2WI 正中矢狀位圖像確定；當(dāng)意見(jiàn)不一致時(shí)，由更高級(jí)別診斷醫(yī)師評(píng)估為準(zhǔn)。在T2WI 圖上：（1）測(cè)量L1～S1 各椎體終板ECA（見(jiàn)圖1），ECA 測(cè)量：在腰椎中央矢狀面T2WI 上，椎體骨端板呈弧形，從弧形頂部/底部沿端點(diǎn)畫(huà)一條線，這兩條線之間的角度被認(rèn)為是ECA；（2）視覺(jué)評(píng)估各椎間盤(pán)Pfirrmann 分級(jí)。在Dixon 所得水像圖經(jīng)水像圖/水像圖+脂像圖的后處理，得到水含量百分比圖像，在此圖像上測(cè)量L1-S1 各CEP 水含量值（見(jiàn)圖2），將感興趣區(qū)（ROI）設(shè)在CEP 的中心，顯示椎間盤(pán)退變最突出、最具代表性的特征；測(cè)量3 次，取平均值。

圖1 終板凹角（ECA測(cè)量）

圖2 軟骨終板水像圖后處理偽彩圖軟骨終板水含量測(cè)量

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)量資料用（）表示，多組間比較采用單因素方差分析，多重比較采用最小顯著性差異檢驗(yàn)，采用Spearman 秩相關(guān)分析CEP 水含量及ECA 與椎間盤(pán)PM 分級(jí)的相關(guān)性，其中r>0.7、0.5

2 結(jié)果

2.1 不同PM 分級(jí)椎間盤(pán)個(gè)數(shù) 在T2WI 矢狀圖像上，根據(jù)椎間盤(pán)的信號(hào)采用PM 分級(jí)，共395 個(gè)椎間盤(pán)，PM Ⅰ32 個(gè)，PM Ⅱ127 個(gè)，PM Ⅲ134 個(gè)，PM Ⅳ90個(gè)，PM Ⅴ12 個(gè)。

2.2 軟骨終板（CEP）水含量值及終板凹角（ECA）終板共790 個(gè)，由于椎體Modic 改變及許莫氏結(jié)節(jié)、PM V 級(jí)椎間盤(pán)均會(huì)影響CEP 水含量及ECA 的測(cè)量，剔除30 個(gè)終板，因此CEP 水含量測(cè)定納入760 個(gè)終板；由于L5/S1 下終板基本呈平直角度，因此在測(cè)量ECA 時(shí)剔除所有L5/S1 下終板79 個(gè)，最終711 個(gè)ECA 納入分析。不同椎間盤(pán)PM 分級(jí)，CEP 的水含量和ECA 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）（見(jiàn)表1、2）。

表1 不同PM分級(jí)椎間盤(pán)上下CEP含水量（%）

表2 不同PM分級(jí)椎間盤(pán)上下椎體終板ECA（°）

2.3 CEP 水含量值及ECA 與椎間盤(pán)PM 分級(jí)的相關(guān)性 CEP 含水量與椎間盤(pán)退變呈負(fù)相關(guān)，ECA 與椎間盤(pán)退變呈中等正相關(guān)，CEP 的含水量與椎間盤(pán)PM 分級(jí)相關(guān)性更高（見(jiàn)表5）。

表4 CEP含水量和ECA與椎間盤(pán)退變的相關(guān)性

3 討論

終板MRI Dixon 序列可以同時(shí)獲取脂像圖及水像圖，其中水像圖的信號(hào)強(qiáng)化主要由水含量決定，CEP 水含量值可由水像圖經(jīng)過(guò)后處理所測(cè)得。CEP 水含量影響椎間盤(pán)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的滲透，Dixon 水像圖經(jīng)過(guò)后處理所得偽彩圖，不僅能夠較清楚顯示CEP 的位置，同時(shí)能夠定量測(cè)量CEP 的水含量，椎間盤(pán)之間的營(yíng)養(yǎng)擴(kuò)散在較大程度上依賴于CEP 的中央部分。從生物力學(xué)角度看，椎間盤(pán)負(fù)荷和應(yīng)力傳導(dǎo)的重新分配也主要依賴CEP，大部分應(yīng)力作用于最薄弱的區(qū)域，即中央?yún)^(qū)域［4］。因此測(cè)量CEP 含水量感興趣區(qū)域置于CEP 中心；終板凹形不僅有利于應(yīng)力的分布，也有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供給，終板凹形形態(tài)的改變可由ECA 來(lái)量化。

本資料結(jié)果顯示，椎間盤(pán)PMI、II、III、IV 不同級(jí)別，CEP 水含量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，隨著椎間盤(pán)退變加重，CEP 水含量明顯減低，椎間盤(pán)PMIII 和IV 級(jí)的CEP 含水量值明顯低于椎間盤(pán)PM Ⅰ和II 級(jí)的CEP含水量值，與萬(wàn)葉達(dá)［5］、陳曉峰等［6］研究結(jié)果一致。CEP 是椎間盤(pán)的重要組成部分，由于椎間盤(pán)無(wú)血管結(jié)構(gòu)，其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)幾乎全部依靠終板的物質(zhì)交換。有證據(jù)表明［7］，CEP 的組織學(xué)變化總是在髓核的組織學(xué)變化之前，在椎間盤(pán)退變前，CEP 中常存在明顯結(jié)構(gòu)和功能的改變。隨著年齡的增長(zhǎng)，人體骨質(zhì)退化，CEP含水量及蛋白多糖、膠原蛋白減少，降低CEP 的物質(zhì)交換率，限制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。另有學(xué)者［8］證實(shí)，嚴(yán)重退化的人椎間盤(pán)中軟骨鈣離子含量較高抑制膠原蛋白和聚集蛋白聚糖的合成能力，進(jìn)而抑制組織的水合作用，從而阻礙溶質(zhì)的擴(kuò)散，降低CEP 的轉(zhuǎn)運(yùn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的功能。同時(shí)隨著年齡的增長(zhǎng)，CEP組織中硫酸角蛋白與硫酸軟骨素的增加和膠原蛋白含量的減少，進(jìn)一步降低CEP組織中水分含量［9］，最終導(dǎo)致CEP 的滲透率降低，轉(zhuǎn)運(yùn)功能下降，椎間盤(pán)發(fā)生退變，本資料結(jié)果也證實(shí)隨著CEP 含水量的降低，椎間盤(pán)退變加重，椎間盤(pán)退變PM IV 級(jí)含水量最低，最低值含水量?jī)H22%，且各軟骨終板的含水量值與椎間盤(pán)退變的相關(guān)系數(shù)均>0.7，表明軟骨終板的含水量嚴(yán)重影響椎間盤(pán)退變。在椎間盤(pán)結(jié)構(gòu)正常時(shí)，由于終板凹形結(jié)構(gòu)，終板承受的壓力重要集中于終板中央?yún)^(qū)，而隨著年齡的增長(zhǎng)及椎間盤(pán)退變程度的加重，作用于終板上的力由中央?yún)^(qū)向外周移動(dòng)，在長(zhǎng)期應(yīng)力負(fù)荷下，隆起的終板外周逐漸降低高度，最終導(dǎo)致椎體終板趨向平坦型，當(dāng)終板應(yīng)力突破極限時(shí)，終板形成贅生物，其形態(tài)表現(xiàn)為不規(guī)則型［10］，應(yīng)力的改變最終導(dǎo)致椎間盤(pán)退變［11］。肖龍等［12］認(rèn)為ECA 增大，總應(yīng)力面積增大，單位面積內(nèi)應(yīng)力減小，是椎體適應(yīng)生物力學(xué)變化的自我保護(hù)機(jī)制，能夠降低椎體及椎間盤(pán)的損傷；其結(jié)果也證明隨著椎間盤(pán)退變程度的加重，ECA 角度增大。本資料結(jié)果也證實(shí)椎體ECA 與腰椎間盤(pán)退變呈正相關(guān)，椎間盤(pán)PM IV 級(jí)ECA 與PMIII、PMII 和I 級(jí)ECA 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，隨著椎間盤(pán)退變程度加重，ECA 呈增大趨勢(shì)，ECA 與椎間盤(pán)退變呈中等相關(guān)性。對(duì)比正常椎間盤(pán)（PMI 級(jí)），早期退變椎間盤(pán)（PMII、III 級(jí)）的CEP 含水量值明顯減低，ECA 角度呈增大趨勢(shì)，表明CEP 含水量值及ECA 角度能夠在早期反映椎間盤(pán)退變的情況，有研究表明椎間盤(pán)早期退變狀態(tài)下，利用鈣離子通道阻滯劑等藥物可以強(qiáng)化CEP功能，增加椎間盤(pán)營(yíng)養(yǎng)，改善或延緩椎間盤(pán)的退變［13］。

軟骨終板的含水量及終板凹角能夠較好反映終板變性程度，與椎間盤(pán)退變密切相關(guān)。MRI 測(cè)量軟骨終板含水量及終板凹角可用于診斷腰椎間盤(pán)早期退變，對(duì)預(yù)防椎間盤(pán)退變具有重要臨床意義。