MR體素內不相干運動彌散加權成像及T2 mapping評估腰椎間盤退行性變

馬春郁，姚紅艷，陳曉飛，祁艷梅，董馥聞，賈潤慧，周 晟

(1.甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省中醫(yī)院放射影像科，甘肅 蘭州 730050；3.甘肅省人民醫(yī)院放射科，甘肅 蘭州 730013)

腰椎間盤退行性變(lumbar intervertebral disc degeneration, IVDD)占腰痛病因的42%[1]，嚴重影響患者生活質量[2]，早期診斷IVDD具有重要臨床意義。既往臨床多采用常規(guī)MRI半定量Pfirrmann分級[3]評價IVDD。隨著定量MRI早期診斷IVDD成為研究熱點，有學者[4-5]采用T2*及Dixon等觀察腰椎椎體骨髓脂肪含量及微循環(huán)變化，進而早期評估IVDD。體素內不相干運動彌散加權成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging, IVIM-DWI)無須對比劑即可獲得椎體骨髓表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)、慢ADC(slow ADC, ADCslow)、快ADC(fast ADC, ADCfast)及灌注分數(shù)(perfusion fraction, f)。T2 mapping技術可獲得前纖維環(huán)(anterior annulus fibrosus, AAF)、髓核(nucleus pulposus, NP)及后纖維環(huán)(posterior annulus fibrosus, PAF)T2值。本研究采用IVIM-DWI及T2 mapping技術評估腰椎椎體骨髓彌散及微循環(huán)改變，觀察其用于診斷IVDD的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 前瞻性納入2020年6月—2021年3月19例下腰部疼痛患者和31名健康志愿者共50人，男26人、女24人，年齡20～61歲、平均(31.5±12.0)歲，身高1.56～1.92 m、平均(1.67±0.09)m，體質量指數(shù)16.82～29.70 kg/m2、平均(21.91±3.05)kg/m2；共250個椎間盤(L1-2～L5-S1)、300個椎體(L1～S1)。排除標準：①脊柱畸形、腫瘤、外傷；②曾接受脊柱相關手術；③內分泌或代謝性疾病；④幽閉恐懼癥或MR檢查禁忌證；⑤圖像質量不佳。本研究經(jīng)院倫理委員會批準(2018-034-04)。受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE 3.0T Signa HDxt MR儀，8通道脊柱聯(lián)合相控陣線圈。囑受試者仰臥、頭先進，屈曲雙膝，佩戴MRI靜音耳塞，采集L1～S1椎體矢狀位T2WI、T2 mapping、IVIM-DWI(b值=0、10、20、40、60、80、100、200、400、600 s/mm2)，具體參數(shù)見表1。

表1 L1～S1椎體矢狀位T2WI、T2 mapping及IVIM-DWI掃描參數(shù)

1.3 圖像分析 由2名具有5年肌肉骨骼影像學診斷經(jīng)驗的醫(yī)師分別觀察圖像并進行分析，意見產(chǎn)生分歧時，經(jīng)協(xié)商達成共識。

1.3.1 IVDD分級 針對矢狀位T2WI，參考Pfirrmann分級標準對IVDD程度進行分級。

1.3.2 測量椎間盤T2值 于ADW4.6影像工作站，采用Functool/T2 mapping軟件，選取T2 mapping序列第二回波(TE 18.9 ms)正中矢狀位圖像，將各椎間盤自前至后平均分成5等分，使前1/5對應AAF、中1/5對應NP、后1/5對應PAF、其余2/5為NP和纖維環(huán)交界區(qū)；分別于AAF、NP及PAF區(qū)域內避開椎體終板及前后縱韌帶手動勾畫大小約20～30 mm2的橢圓形ROI(圖1A、1B)[6]，測量其 T2值。每名醫(yī)師分別測量2次(2次間隔14天)，以總平均值為最終結果。

1.3.3 測量椎體IVIM參數(shù) 將IVIM原始數(shù)據(jù)傳至ADW4.6影像工作站，采用Functool/MADC軟件，選取b值=10 s/mm2的正中矢狀位IVIM-DWI，避開椎基靜脈及骨皮質分別于L1～S1椎體手動勾畫大小約400～600 mm2的矩形ROI(圖1C～1E)，計算其ADC、ADCslow、ADCfast及f；每名醫(yī)師分別測量2次(間隔14天)，計算平均值；以2名醫(yī)師的平均值為最終結果。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計量資料，組間行LSD檢驗；以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合者，采用Kruskal-WallisH檢驗進行組間比較。采用組內相關系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)分析觀察者內及觀察者間測量椎體IVIM參數(shù)的一致性：ICC<0.4為一致性較差，0.4≤ICC≤0.75為一致性一般，ICC>0.75為一致性良好，并行Spearman或Pearson相關性分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

不同Pfirrmann分級椎間盤之間，AAF、NP及PAF的T2值差異均有統(tǒng)計學意義(F=3.182、P=0.014，F(xiàn)=21.226、P<0.001，F(xiàn)=9.543、P<0.001，圖2A)，不同層面椎間盤NP、PAF的T2值差異均有統(tǒng)計學意義(F=2.783、P=0.027，F(xiàn)=8.066、P<0.001，圖2B)。不同Pfirrmann分級椎間盤對應下位椎體ADC差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，而不同Pfirrmann分級或不同層面椎間盤對應上、下位椎體其他IVIM參數(shù)間差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)；見表2、3。

表2 不同Pfirrmann分級椎間盤對應上、下位椎體IVIM參數(shù)比較

表3 不同層面椎間盤對應上、下位椎體IVIM參數(shù)比較(n=50)

椎間盤PAF的T2值與其上、下位椎體ADC呈正相關(r=0.128、P=0.043，r=0.148、P=0.019，圖3)，而AAF及NP的T2值與其上、下位椎體ADC均無明顯相關(P均>0.05)；且椎間盤AAF、NP及PAF的T2值均與其上、下位椎體ADCslow、ADCfast及f無明顯相關(P均>0.05)。椎間盤Pfirrmann分級與AAF、NP及PAF的T2值均呈負相關(r=-0.187、P=0.003，r=-0.579、P<0.001，r=-0.401、P<0.001，圖4)，與其上、下位椎體ADCslow均呈正相關(r=0.196、P=0.002，r=0.126、P=0.046)，而與其上、下位椎體ADC、ADCfast及f均無明顯相關(P均>0.05)。椎間盤層面位置(L1-2→L5-S1)與NP及PAF的T2值均呈負相關(r=-0.183、P=0.004，r=-0.356、P<0.001)，與其上、下位椎體ADCslow呈正相關(r=0.196、P=0.003，r=0.126、P=0.026)，而與其上、下位椎體ADC、ADCfast及f均無明顯相關(P均>0.05)。

觀察者間測量ADC和f結果的一致性良好(ICC=0.978、0.925)，測量ADCslow結果的一致性一般(ICC=0.684)，而測量ADCfast的一致性較差(ICC=0.331)。觀察者內測量ADC、ADCslow、ADCfast及f的一致性均良好(ICC=0.991、0.893、0.840、0.982)。

3 討論

椎間盤NP為無血管組織，由其上、下終板通過滲透作用及外層纖維環(huán)毛細血管提供營養(yǎng)[7]；前者為主要途徑，且與椎體微循環(huán)變化有關。本研究發(fā)現(xiàn)椎間盤Pfirrmann分級與AAF、NP及PAF的T2值均呈負相關，椎間盤層面位置與NP及PAF的T2值均呈負相關；可能由于脊柱應力和腰椎生理性前凸易致NP和PAF壓力負荷增加而發(fā)生退變，使PAF T2值下降較AAF更為明顯。

IVIM-DWI可基于雙指數(shù)模型計算組織的ADC及ADCslow反映組織中的水分子擴散情況，通過計算ADCfast及f值反映組織灌注信息，目前多用于定量研究前列腺、乳腺、肝臟及髕下脂肪墊等相關疾病[8-11]，而少見用于骨骼[12]。影響IVIM-DWI參數(shù)的因素較多，包括磁場穩(wěn)定性、受試者體位及勾畫ROI方式[13]。本研究觀察者間測量ADC和f結果的一致性良好，測量ADCslow的一致性一般；觀察者內測量ADC、ADCslow、ADCfast及f的一致性均良好。

本研究發(fā)現(xiàn)，不同Pfirrmann分級椎間盤對應下位椎體ADC差異具有統(tǒng)計學意義，IVDD與下位椎體內水分子擴散相關，可能與下位椎體承重較大有關；椎間盤PAF的T2值與其上、下位椎體ADC呈正相關；可能與脊柱生理性彎曲致PAF承重增大等因素，以及本組受試者較年輕、椎間盤多處于退行性變早期有關。

本研究的主要局限性：①樣本量小，特別是下腰部疼痛患者較少，且納入受試者多較年輕，可能導致結果偏倚；②僅根據(jù)椎間盤Pfirrmann分級及層面標準分析，未對比觀察患者與健康人；③未獲得IVDD病理結果。

綜上所述，IVIM-DWI及T2 mapping技術對評估IVDD具有一定潛在價值，尤其椎間盤T2值及其對應下位椎體ADC的價值較高。