磁共振T2 mapping、mDixon Quant技術在腰椎間盤退變中的研究

摘要：目的" 探討磁共振mDixon Quant、T2 mapping定量技術評估慢性下腰痛椎旁肌群和椎間盤退變的應用價值。方法" 收集2021年7月-2022年8月于我院就診的54例慢性腰痛患者作為腰痛組，另選取50名健康志愿者作為對照組，兩組均采用矢狀位T2 mapping、軸位mDixon Quant序列和常規(guī)腰椎序列進行掃描，測量腰大肌（PM）、豎棘肌（ES）的脂肪分數(shù)（FF）和前纖維環(huán)（AAF）、髓核（NP）、后纖維環(huán)（PAF）的T2值。比較腰痛組與對照組PM、ES脂肪分數(shù)及椎間盤AAF、NP、PAF T2值的差異，分析腰痛組椎旁肌脂肪分數(shù)與椎間盤退變的相關性。結果" 腰痛組與對照組NP的T2值比較，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），兩組PM、ES脂肪分數(shù)、椎間盤AAF、PAF的T2值比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05）。腰痛組豎棘肌脂肪分數(shù)與椎間盤退變呈中度正相關（r=0.570，Plt;0.05）。結論" 慢性腰痛患者豎棘肌脂肪分數(shù)與腰椎間盤退變之間存在中等程度相關性，尤其與髓核區(qū)退變相關，因此椎旁肌脂肪分數(shù)可作為評估椎間盤退變的生物標志物之一。

關鍵詞：T2 mapping;mDixon Quant;磁共振成像;腰椎間盤退行性變

中圖分類號：R445" " " " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.19.021

文章編號：1006-1959（2024）19-0108-06

Study on Magnetic Resonance T2 Mapping and mDixon Quant Technology

in Lumbar Disc Degeneration

LIU Jiulin，QIN Ruijing，ZHANG Meng，DUAN Jinhui，LI Zheng，HAN Dongming

（Department of Magnetic Resonance Imaging，the First Affiliated Hospital of Xinxiang Medical University，

Xinxiang 453000，Henan，China）

Abstract：Objective" To explore the application value of magnetic resonance mDixon Quant and T2 mapping quantitative techniques in evaluating paravertebral muscle group and intervertebral disc degeneration in chronic low back pain.Methods" A total of 54 patients with chronic low back pain who were treated in our hospital from July 2021 to August 2022 were collected as the low back pain group， and 50 healthy volunteers were selected as the control group. Both groups were scanned by sagittal T2 mapping， axial mDixon Quant sequence and conventional lumbar sequence. The fat fraction （FF） of psoas major （PM） and erector spinae （ES） and the T2 values of anterior annulus fibrosus （AAF）， nucleus pulposus （NP） and posterior annulus fibrosus （PAF） were measured. The differences of PM， ES fat fraction and intervertebral disc AAF， NP， PAF T2 values between the low back pain group and the control group were compared， and the correlation between the fat fraction of paraspinal muscle and intervertebral disc degeneration in the low back pain group was analyzed.Results" There was significant difference in T2 value of NP between the low back pain group and the control group （Plt;0.05）， but there were no significant differences in the T2 values of PM， ES fat fraction， intervertebral disc AAF and PAF between the two groups （Pgt;0.05）. There was a moderate positive correlation between the fat fraction of erector spinae and intervertebral disc degeneration in the low back pain group （r=0.570， Plt;0.05）.Conclusion" There is a moderate correlation between the fat fraction of erector spinae muscle and lumbar disc degeneration in patients with chronic low back pain， especially in the nucleus pulposus area. Therefore， the fat fraction of paraspinal muscle can be used as one of the biomarkers for evaluating intervertebral disc degeneration.

Key words：T2 mapping;mDixon Quant;Magnetic resonance imaging;Intervertebral disc degeneration

慢性下腰痛（chronic low back pain， CLBP）即腰痛時間大于12周，是全球公共衛(wèi)生面臨的重要挑戰(zhàn)之一，給社會帶來了巨大的經(jīng)濟負擔[1，2]。其中椎間盤退變（intervertebral disc degeneration， IVDD）是造成慢性下腰痛的主要原因[3]。mDixon Quant序列是三維快場回波（3D-FFE）序列，使用多次采集的回波生成水、脂肪以及同相位和反相位圖像。該序列具有空間覆蓋性好、采集時間短、技術要求簡單、脂肪峰建模準確、內(nèi)建T2*相關等優(yōu)點，可提供準確的脂肪定量。通過解剖結構的可視化快速和體積數(shù)據(jù)采集以及感興趣區(qū)域（ROI）中脂肪分數(shù)的量化[4]。常規(guī)磁共振成像僅能顯示椎間盤形態(tài)特征，并不能進一步顯示椎間盤蛋白聚糖、含水量等變化過程;近幾年，隨著磁共振新技術不斷發(fā)展，T2 mapping定量技術可用于揭示蛋白多糖和水的變化[5-7]，從而進一步揭示IVDD的生化變化及變性過程。研究表明，椎旁肌（paraspinal muscles， PSMs）功能減弱主要與脂肪分數(shù)增加有關，而PSMs脂肪分數(shù)的變化與椎間盤退變是否有關聯(lián)，至今研究甚少。因此，本研究致力于探討二者的關系，并采用磁共振T2 mapping、mDixon Quant定量技術為之提供可量化性的指標。

1資料與方法

1.1一般資料" 前瞻性收集2021年7月-2022年8月在新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院就診的54例慢性腰痛患者作為腰痛組，另選取50名健康志愿者作為對照組，腰痛組和對照組在年齡、性別、身高、體重上匹配，所有腰痛患者及健康志愿者均告知磁共振檢查注意事項，并簽署知情同意書。本研究已經(jīng)過倫理委員會審批（倫理審批號2020042）。

1.2納入和排除標準" 納入標準：①慢性腰痛患者，腰痛時間gt;12周;②進行磁共振常規(guī)序列及T2 mapping、mDixon Quant掃描，并圖像質(zhì)量滿意;③健康志愿者無腰痛癥狀，并告知相關注意事項后自愿參加。排除標準：①磁共振檢查禁忌者;②不能配合疼痛評分;③具有外傷、結核、腫瘤等病史者。

1.3方法" 使用3T系統(tǒng)（Philips Ingenia Elition3.0T，荷蘭）和專用脊柱線圈進行MRI檢查。腰椎掃描序列包括常規(guī)T1WI和T2WI序列、mDixon Quant序列和T2 mapping序列。成像參數(shù)：①矢狀位T1WI （TR/TE=878/8 ms），層厚4 mm，層間距0.4 mm;矢狀位T2WI（TR/TE=2000/103 ms），層厚4 mm，層間距0.4 mm;軸位T2WI（TR/TE=2887/100 ms），層厚4 mm，層間距0.4 mm，激勵次數(shù)4;②軸位mDixon QuantTR24 ms，TE 1.37 ms，視野230.0 mm×402.0 mm，矩陣136×201，層厚4.0 mm，激勵次數(shù)4，采集時間93 s;③矢狀位 T2 mapping TR 2000 ms，TE1～TE6分別為13 ms，26 ms，39 ms，52 ms，65 ms，78 ms，層厚4 mm，層間距0.4 mm，激勵次數(shù)1。

1.4數(shù)據(jù)處理

1.4.1 Pfirrmann分級" 由兩位磁共振診斷醫(yī)師采用常規(guī)磁共振T2WI分別進行椎間盤Pfirrmann分級，記錄結果，并做一致性檢驗;分級標準如下：Ⅰ級：椎間盤呈均勻白色結構;Ⅱ級：椎間盤呈不均勻結構，有或無水平條帶;Ⅲ級：纖維環(huán)和髓核清晰可辨;Ⅳ級：椎間盤次全塌陷;Ⅴ級：椎間盤完全塌陷。

1.4.2圖像后處理及測量" 將兩組研究對象的L3/4、L4/5、L5/S1共312個椎間盤圖像傳入星云后處理工作站，由兩位診斷醫(yī)師進行T2 mapping圖像后處理及測量，避開軟骨終板，在正中矢狀面圖像上將椎間盤平均分為5份，第1份為前纖維環(huán)的T2值，第2～4份的平均值為髓核的T2值，第5份為后纖維環(huán)的T2值，感興趣區(qū)（region of interest， ROI）范圍為20～45 mm2，分別測量L3/4、L4/5、L5/S1的前纖維環(huán)、髓核、后纖維環(huán)的T2值，測量2遍，取平均值（圖1）。mDixon Quant圖像后處理，同樣由該兩位醫(yī)師分別測量L3/4、L4/5、L5/S1椎間盤水平兩側腰大肌、豎棘肌脂肪分數(shù)，為避免誤差，共測量3遍，取平均值（圖2）。

1.5觀察指標" 比較腰痛組與對照組PM、ES脂肪分數(shù)及椎間盤AAF、NP、PAF的T2值;比較腰痛組椎間盤PfirrmannⅠ～Ⅴ級之間椎間盤AAF、NP、PAF的T2值、PM、ES脂肪分數(shù);比較腰痛組PM、ES脂肪分數(shù)與Pfirrmann Ⅰ～Ⅴ級、椎間盤AAF、NP、PAF的T2值的相關性。

1.6統(tǒng)計學方法" 統(tǒng)計分析采用SPSS 26.0軟件進行。符合正態(tài)分布的計量資料用（x±s）表示，采用獨立樣本t檢驗;采用單因素方差分析比較腰痛組PfirrmannⅠ～Ⅴ級之間的椎間盤各參數(shù)差異。采用Spearman相關分析比較腰痛組椎旁肌脂肪分數(shù)與椎間盤退變的相關性。兩位磁共振醫(yī)師的一致性使用組內(nèi)相關系數(shù)（intraclass correlation efficient， ICC）進行評估。

2結果

2.1兩組一般資料比較" 兩組年齡、身高、體重、體重指數(shù)比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05），見表1。兩位放射科醫(yī)生進行Pfirrmann分級、測量椎間盤前纖維環(huán)T2值、髓核T2值、后纖維環(huán)T2值、腰大肌FF、豎棘肌FF值的ICC分別為0.95、0.96、0.89、0.95、0.94、0.89，觀察者間一致性良好（Plt;0.05）。

2.2兩組PM、ES脂肪分數(shù)及椎間盤AAF、NP、PAF的T2值比較" 腰痛組與對照組NP的T2值比較，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），兩組PM、ES脂肪分數(shù)、椎間盤AAF、PAF的T2值比較，差異無統(tǒng)計學意義（Pgt;0.05），見表2。

2.3腰痛組椎間盤PfirrmannⅠ～Ⅴ級椎間盤AAF、NP、PAF的T2值、PM、ES脂肪分數(shù)比較" 腰痛組共162個椎間盤，Ⅰ級9個，Ⅱ級25個，Ⅲ級46個，Ⅳ級60，Ⅴ級22個。腰痛組PfirrmannⅠ～Ⅴ級椎間盤AAF、NP、PAF的T2值及PM、ES脂肪分數(shù)比較，差異有統(tǒng)計學意義（Plt;0.05），見表3。

2.4腰痛組PM、ES脂肪分數(shù)與PfirrmannⅠ～Ⅴ級椎間盤及AAF、NP、PAF的T2值的相關性" 腰痛組ES脂肪分數(shù)與PfirrmannⅠ～Ⅴ級呈中度正相關、與AAF的T2值呈低度負相關、與NP的T2值呈中度負相關;腰痛組PM脂肪分數(shù)與Pfirrmann Ⅰ～Ⅴ級、椎間盤AAF、NP、PAF的T2值之間無明顯相關性，見表4。

3討論

3.1腰痛組與對照組各參數(shù)比較" 本研究發(fā)現(xiàn)，腰痛組與對照組相比，髓核T2值有明顯差異，而前纖維環(huán)、后纖維環(huán)T2值無明顯差異，分析原因可能是一方面髓核含水量較多，其含水量在70%以上，T2值變化比較明顯，而前纖維環(huán)、后纖維環(huán)相對含水量較少，與對照組相比，T2值變化不大;另一方面，隨著退變加重，髓核中膠原增粗，也可能是T2值增加的一個原因。再者，慢性腰痛是腰痛時間大于12周，本次納入部分慢性腰痛患者腰痛持續(xù)16周，雖然是慢性腰痛患者，但是時間較短，腰痛組和對照組差異不大。本研究還發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，腰痛組患者椎旁肌的脂肪分數(shù)增加并不明顯，兩者之前差異較小。有學者[8]在三個椎間盤水平對腰痛患者和對照組之間的椎旁肌面積與脂肪分數(shù)進行研究，發(fā)現(xiàn)兩組脂肪分數(shù)沒有差異，與本研究一致。另有研究采用常規(guī)MRI對CLBP患者和無癥狀受試者的多裂肌脂肪分數(shù)進行了量化，發(fā)現(xiàn)腰痛組椎旁肌脂肪分數(shù)較對照組明顯增加[9-11]，這與本研究不同，考慮本研究選擇了沒有接受手術的受試者，推測結果的差異可能與手術等治療期間腰大肌活動增加有關。

3.2腰痛組椎旁肌脂肪分數(shù)與椎間盤退變的相關性

3.2.1豎脊肌脂肪分數(shù)與椎間盤退變的相關性" 本研究發(fā)現(xiàn)，腰痛組豎棘肌脂肪分數(shù)與IVDD呈中等正相關性，分析原因是豎脊肌的主要功能是負責脊柱的屈曲運動，并且脊柱旁肌肉細胞的組成決定了它們?nèi)菀装l(fā)生脂肪變化。有研究發(fā)現(xiàn)[12]，椎旁肌的纖維-脂肪前體細胞（FAPs）和衛(wèi)星細胞的含量高于四肢肌肉。另有研究采用定量mDixon Quant磁共振技術檢測了L4/5和L5/S1水平的多裂肌和豎棘肌脂肪分數(shù)，并分析了與IVDD的相關性，結果顯示，豎棘肌的脂肪分數(shù)與IVDD的程度顯著相關[13]。Jung M等[14]發(fā)現(xiàn)，椎旁肌肉脂肪分數(shù)增加，IVDD的等級也增加。本研究結果與上述研究結果基本一致，并且本研究進一步發(fā)現(xiàn)椎間盤中髓核的退變與豎棘肌脂肪分數(shù)相關。分析原因一方面可能是其他人只研究了Pfirrmann分級與椎旁肌脂肪分數(shù)的相關性，并沒有深入研究椎間盤內(nèi)部結構及化學成分變化，因此未能得出該結論;另一方面髓核是由軟骨細胞和蛋白粘多糖構成的彈性膠凍物質(zhì)，嬰幼兒含水量在80%～90%，老年人在70%左右，含水量非常豐富，發(fā)生退變時容易被檢測到，而前纖維環(huán)、后纖維環(huán)主要由膠原纖維構成，含水量較少，不易被檢測到。同時，軀體在運動時，髓核會隨之運動，如脊柱前屈時，髓核后移，而脊柱后伸時，髓核前移，在軀體運動時承受較大壓力，最先發(fā)生退變，而前纖維環(huán)、后纖維化分別有前縱韌帶和后縱韌帶的加固，較髓核相比不容易發(fā)生退變。值得一提的是，豎脊肌脂肪分數(shù)增多，可進一步加速椎間盤髓核的退變。這種相關性也進一步證實了IVDD也可以通過破壞脊柱的穩(wěn)定而導致豎脊肌脂肪分數(shù)進一步增加。

3.2.2腰大肌脂肪分數(shù)與椎間盤退變的相關性" 腰大肌是脊柱的重要屈肌，是軀干和下肢之間的主要連接，它有助于腰椎的伸展和整體穩(wěn)定性[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，腰痛組腰大肌脂肪分數(shù)在椎間盤PfirrmannⅠ～Ⅴ級之間存在差異。分析原因可能是隨著退變的發(fā)生，腰大肌功能減弱，脂肪浸潤增多，這與Lerer A等[16]的動物研究得出的結論一致，該研究發(fā)現(xiàn)，腰大肌的脂肪分數(shù)與不同程度的椎間盤退變有顯著差異。除此以外，本研究還發(fā)現(xiàn)腰大肌脂肪分數(shù)與IVDD之間并無顯著相關性。這與?zcan-Eksi EE等[17]的研究一致，該研究通過對L1～L5椎間盤水平豎脊肌和多裂肌的脂肪浸潤的研究，發(fā)現(xiàn)豎脊肌和多裂肌的脂肪浸潤與IVDD顯著相關，而腰大肌的脂肪浸潤與IVDD無顯著相關性。推測原因一方面可能是腰大肌位于脊柱前方，是脊柱的重要屈肌，只是用于輔助軀體運動而不是主要的軀干承重肌，并且人體直立狀態(tài)下，腰大肌處于伸展狀態(tài)，而不發(fā)生收縮，腰大肌功能受損較輕，脂肪化程度不顯著;另一方面可能是腰大肌本身脂肪分數(shù)相對于豎脊肌而言較少，而且是整體肌肉，豎脊肌是多組肌群構成，發(fā)生脂肪變可能性大，所以在本研究中腰大肌脂肪分數(shù)與IVDD沒有顯著相關性。

3.3本研究的局限性" 首先，本研究結果受到相對較小的樣本量的限制，因此需要在更大的縱向隊列研究中得到證實。此外，基于磁共振的肌肉脂肪分數(shù)的測量結果沒有與組織病理學進行比較，組織病理學仍然被認為是目前量化脂肪分數(shù)的金標準。在L3/4、L4/5、L5/S1椎間盤水平進行椎旁肌脂肪分數(shù)的測量，可能不能反映整個椎體內(nèi)脂肪儲存的準確分布。但是目前已有研究發(fā)現(xiàn)[18， 19]，下段脂肪浸潤的評價最能代表整個腰椎區(qū)域的評價，能反映腰痛患者的病理狀態(tài)。

綜上所述，慢性腰痛患者豎棘肌脂肪分數(shù)與腰椎間盤退變之間存在中等程度相關性，尤其與髓核區(qū)退變相關，因此椎旁肌脂肪分數(shù)可作為評估椎間盤退變的生物標志物之一。

參考文獻：

[1]Buchbinder R，van Tulder M，?berg B，et al.Low back pain： a call for action[J].Lancet，2018，391（10137）：2384-2388.

[2]Hartvigsen J，Hancock MJ，Kongsted A，et al.What low back pain is and why we need to pay attention[J].Lancet，2018，391（10137）：2356-2367.

[3]Kirnaz S，Capadona C，Wong T，et al.Fundamentals of Intervertebral Disc Degeneration[J].World Neurosurg，2022，157：264-273.

[4]O'Regan DP，Callaghan MF，Wylezinska-Arridge M，et al.Liver fat content and T2*： simultaneous measurement by using breath-hold multiecho MR imaging at 3.0 T--feasibility[J].Radiology，2008，247（2）：550-557.

[5]Ogon I，Takashima H，Morita T，et al.Relevance between Schmorl's Node and Lumbar Intervertebral Disc Degeneration Quantified with Magnetic Resonance Imaging T2 Mapping in Chronic Low Back Pain[J].Asian Spine J，2020，14（5）：621-628.

[6]Ogon I，Iba K，Takashima H，et al.Association between lumbar segmental mobility and intervertebral disc degeneration quantified by magnetic resonance imaging T2 mapping[J].N Am Spine Soc J，2021，5：100044.

[7]Yang L，Sun C，Gong T，et al.T1ρ， T2 and T2* mapping of lumbar intervertebral disc degeneration： a comparison study[J].BMC Musculoskelet Disord，2022，23（1）：1135.

[8]Danneels LA，Vanderstraeten GG，Cambier DC，et al.CT imaging of trunk muscles in chronic low back pain patients and healthy control subjects[J].Eur Spine J，2000，9（4）：266-272.

[9]Patzelt L，Junker D，Syv?ri J，et al.MRI-Determined Psoas Muscle Fat Infiltration Correlates with Severity of Weight Loss during Cancer Cachexia[J].Cancers （Basel），2021，13（17）：4433.

[10]Lee SK，Jung JY，Kang YR，et al.Fat quantification of multifidus muscle using T2-weighted Dixon： which measurement methods are best suited for revealing the relationship between fat infiltration and herniated nucleus pulposus[J].Skeletal Radiol，2020，49（2）：263-271.

[11]Goubert D，De Pauw R，Meeus M，et al.Lumbar muscle structure and function in chronic versus recurrent low back pain： a cross-sectional study[J].Spine J，2017，17（9）：1285-1296.

[12]Agha O，Mueller-Immergluck A，Liu M，et al.Intervertebral disc herniation effects on multifidus muscle composition and resident stem cell populations[J].JOR Spine，2020，3（2）：e1091.

[13]Huang Y，Wang L，Zeng X，et al.Association of Paraspinal Muscle CSA and PDFF Measurements With Lumbar Intervertebral Disk Degeneration in Patients With Chronic Low Back Pain[J].Front Endocrinol （Lausanne），2022，13：792819.

[14]Jung M，Rospleszcz S，L?ffler MT，et al.Association of lumbar vertebral bone marrow and paraspinal muscle fat composition with intervertebral disc degeneration： 3T quantitative MRI findings from the population-based KORA study[J].Eur Radiol，2023，33（3）：1501-1512.

[15]Ohyama S，Aoki Y，Inoue M，et al.The Quantity and Quality of Lumbar Muscles and Lumbopelvic Parameters in Patients With Degenerative Spondylolisthesis[J].Cureus，2021，13（10）：e18428.

[16]Lerer A，Nykamp SG，Harriss AB，et al.MRI-based relationships between spine pathology， intervertebral disc degeneration， and muscle fatty infiltration in chondrodystrophic and non-chondrodystrophic dogs[J].Spine J，2015，15（11）：2433-2439.

[17]?zcan-Eksi EE，Eksi M，Ak?al MA.Severe Lumbar Intervertebral Disc Degeneration Is Associated with Modic Changes and Fatty Infiltration in the Paraspinal Muscles at all Lumbar Levels， Except for L1-L2： A Cross-Sectional Analysis of 50 Symptomatic Women and 50 Age-Matched Symptomatic Men[J].World Neurosurg，2019，122：e1069-e1077.

[18]Han G，Jiang Y，Zhang B，et al.Imaging Evaluation of Fat Infiltration in Paraspinal Muscles on MRI： A Systematic Review with a Focus on Methodology[J].Orthop Surg，2021，13（4）：1141-1148.

[19]Storheim K，Berg L，Hellum C，et al.Fat in the lumbar multifidus muscles - predictive value and change following disc prosthesis surgery and multidisciplinary rehabilitation in patients with chronic low back pain and degenerative disc： 2-year follow-up of a randomized trial[J].BMC Musculoskelet Disord，2017，18（1）：145.

收稿日期：2023-08-02;修回日期：2023-09-28

編輯/成森

基金項目：醫(yī)學與健康事業(yè)研究發(fā)展基金項目-倫琴影像科研專項資助項目（編號：HN-20201017-002）

作者簡介：劉九臨（1996.1-），女，河南濟源人，本科，住院醫(yī)師，主要從事磁共振骨骼肌肉系統(tǒng)研究

通訊作者：韓東明（1966.12-），男，河南新鄉(xiāng)人，碩士，主任醫(yī)師，教授，主要從事中樞神經(jīng)系統(tǒng)與體部疾病的CT和MRI診斷研究