3D-UTE评价腰椎间盘软骨终板缺损与椎间盘退变的相关性

蒋小莉， 査云飞， 王娇， 邢栋， 刘昌盛， 邱丽



·影像技术学·

3D-UTE评价腰椎间盘软骨终板缺损与椎间盘退变的相关性

蒋小莉， 査云飞， 王娇， 邢栋， 刘昌盛， 邱丽

目的：采用磁共振超短回波成像(3D-UTE)技术评价腰椎软骨终板缺损与腰椎间盘退变的相关性。方法：本研究共招募志愿者50例，共扫描腰椎椎间盘250个，腰椎软骨终板500个。受检者行常规腰椎MRI检查评价椎间盘Pfirrmann分级，以3D-UTE序列显示腰椎间盘终板软骨完整性。按照有无邻近软骨终板缺损将腰椎间盘分为4组，分别为无邻近终板软骨缺损组(A组)、只有头侧终板软骨缺损组(B组)、只有尾侧终板软骨缺损组(C组)及头尾侧终板软骨皆缺损组(D组)。评价软骨终板完整性与椎间盘Pfirrmann分级的相关性。结果：A组有椎间盘53个，其中PfirrmannⅠ级49个，Ⅱ级4个；B组有椎间盘62个，其中PfirrmannⅠ级6个，Ⅱ级55个，Ⅲ级1个；C组有椎间盘70个，其中PfirrmannⅠ级6个，Ⅱ级63个，Ⅲ级1个；D组有椎间盘65个，其中PfirrmannⅡ级39个，Ⅲ级26个。Kendall等级相关检验显示椎间盘终板软骨缺损程度越严重，腰椎间盘退变程度越重(H=0.67，P<0.01)。结论：3D-UTE可以显示腰椎间盘软骨终板的完整性，椎间盘终板软骨缺损与腰椎间盘退变程度密切相关。

软骨终板； 腰椎间盘退行性变； 磁共振成像

腰椎间盘退变是引起中老年人群下腰痛的常见病因[1]，腰椎间盘退变发生、发展与椎间盘的营养供给密切相关。腰椎间盘软骨终板(cartilaginous endplate，CEP)是椎间盘营养途径的关键结构，其形态和功能在腰椎间盘退变过程中发挥重要作用。国内外研究结果显示CEP形态与椎间盘退变之间存在相关性[2-5]，但是，CEP短T2弛豫时间特性限制了常规MRI对CEP形态的显示。磁共振超短回波成像技术(ultrashort timetoecho，UTE)为CEP形态学的研究提供了一种新方法[6]。目前，MRI评价椎间盘软骨终板完整性与椎间盘退变程度的相关性研究尚未见报道。本文采用3D-UTE评价软骨终板缺损与腰椎间盘退变程度的相关性，旨在为椎间盘退变的病理生理机制提供可视化的影像学依据。

材料与方法

1.研究对象

2014年9月-2015年2月临床以腰背痛或坐骨神经痛行腰椎MRI检查的患者50例，其中男28例，女22例，年龄18～59岁，平均年龄(45.11±12.51)岁。所有患者均无幽闭恐惧症、早孕及心脏起搏器，排除合并恶性肿瘤疾病、血液病及其它系统性疾病病史患者，排除体重指数>28 kg/m2、长期服用药物、绝经后行雌激素替代治疗及影像学检查确诊的腰椎急慢性骨折、畸形、良恶性肿瘤患者。

2.检查方法

MRI检查采用3.0T超导型MR机(MR Discovery750 Plus，GE Medical Systems)，全脊柱相控阵线圈进行检查。

所有受检者均先行常规腰椎MRI，序列包括：矢状面FRFSE-T2WI，TR 2036 ms，TE 120 ms，矩阵352×320，回波链长21；矢状面FRFSE-T1WI，TR 503.0 ms，TE 11.8 ms，矩阵320×224，回波链长3，层厚4.0 mm，层间隔0.5 mm，激励次数2，扫描时间共约3分15秒。

腰椎软骨终板的形态学检查采用三维超短回波时间双回波脉冲序列，以椎体正中矢状面为中心层面行腰1-骶1椎体的矢状面扫描，TR 25.5 ms，TE1、TE2分别为0.03 ms和6.0 ms，视野220 mm×220 mm，矩阵512×512，激励次数1，共扫描12个层块，层块厚4.0 mm，层间隔0 mm，翻转角10°，带宽83.33 kHZ。扫描时间约10分53秒。

3.图像分析

50例受检者腰椎1-骶椎1相邻椎间盘共250个，邻近上下软骨终板共500个。腰椎常规矢状面T2WI图像由两位医师采用改良的Pfirrmann分级方法[7]进行椎间盘退变分级：Ⅰ级，椎间盘整体结构均质，T2WI呈高亮信号；Ⅱ级，椎间盘结构非均质，信号稍高，伴或不伴水平带，髓核与纤维环分界清晰；Ⅲ级，椎间隙变窄。两位具有5年以上肌骨影像诊断经验的放射医师对分级结果进行判定，若出现不同意见则协商确定。

腰椎原始UTE图像可按回波时间不同分为两组，利用AW 4.6 工作站(GE Healthcare,USA)的SUB/ADD软件对两组不同回波时间的图像减影，从而获得只含或主要含短T2成份的减影像。减影像上腰椎终板区清晰的带状高信号即为软骨终板，软骨终板邻近的椎间盘及骨性终板呈低信号，软骨终板高信号连续性中断则提示软骨终板缺损(图1～4)。以腰椎间盘上方的软骨终板为头侧软骨终板，其下方的则为尾侧软骨终板，并按腰椎间盘有无邻近软骨终板缺损将其分为4组：A组，软骨终板无缺损(图2)；B组，软骨终板头侧缺损(图3)；C组，软骨终板尾侧缺损；D组，软骨终板头尾侧均缺损(图4)。

4.统计学处理

采用SPSS 17.0统计软件进行统计学分析，终板软骨完整性分组与椎间盘退变Pfirrmann分级的相关性分析采用Kendall等级相关检验，以P<0.05为差异有统计学意义；各终板软骨完整性组间Pfirrmann分级的比较采用多个独立样本的秩和检验(Kruskal-Wallis H检验)，进一步两两比较采用Bonferroni法。

结 果

50例受检者软骨终板无缺损的椎间盘53个(21.2%)，软骨终板缺损的椎间盘197个(78.8%)，其中软骨终板头侧缺损的椎间盘62个(24.8%)，尾侧缺损的椎间盘70个(28.0%)，头尾两侧均缺损的椎间盘65个(26.0%)。

软骨终板完整组椎间盘PfirrmannⅠ级49个(92.45%)，Ⅱ级4个(7.55%)；头侧软骨终板缺损组椎间盘PfirrmannⅠ级6个(9.68%)，Ⅱ级55个(88.71%)，Ⅲ级1个(1.61%)；尾侧软骨终板缺损组椎间盘PfirrmannⅠ级6个(8.57%)，Ⅱ级63个(90%)，Ⅲ级1个(1.43%)；头尾侧软骨终板均缺损组椎间盘PfirrmannⅡ级39个(60%)，Ⅲ级26个(40%)。

经Kendall等级相关检验分析腰椎间盘终板软骨缺损程度与腰椎间盘退变的关系，H=0.67，P<0.01，说明两者之间呈正相关，即椎间盘终板软骨缺损程度越严重，其腰椎间盘退变程度越严重(表1)。经Kruskal-Wallis H检验证明各终板软骨完整性组间Pfirrmann分级的差异有统计学意义(H=158.141，P=0.000)，进一步两两分析显示，除B、C组间差异无统计学意义外，其余各组间差异均有统计学意义(P<0.05，表2)。

表1 软骨终板缺损与椎间盘退变Pfirrmann分级相关性分析 (例)

注：H值=0.67，P值=0.00。

表2 4个不同软骨终板缺损组间分级的两两比较

注：*P<0.008，差异有统计学意义；NS代表差异无统计学意义。

讨 论

CEP是覆盖在腰椎间盘边缘的软骨，作为椎间盘与骨性椎体的交界部位，与髓核、纤维环一起构成腰椎间盘结构。腰椎间盘退变是一个多因素参与的复杂过程，腰椎间盘经纤维环途径或终板弥散途径获取营养供应受阻是导致腰椎间盘退变的主要原因[8]。终板弥散途径中，营养通过椎体毛细血管-椎体软骨区血管腔隙-骨性终板-CEP弥散路径进入椎间盘、内层纤维环和髓核，椎间盘早期退变伴有髓核区域水分减少及蛋白多糖浓度下降[9-10]。若CEP结构完整性受损或弥散受限，引起终板弥散途径营养运输受阻，将会导致或加剧腰椎间盘退变。研究表明CEP细胞的凋亡率远高于髓核细胞，推测CEP退变早于髓核，CEP退变将会导致腰椎间盘退变[11]。本研究结果证实随着CEP的完整性受损程度增加，腰椎间盘Pfirrmann分级增高。

图1 常规腰椎T2WI图像示软骨终板区呈低信号(箭)，软骨终板形态难以显示。 图2 腰椎3D-UTE图像示软骨终板呈带状高信号(箭),且L4-L5椎间盘头尾侧终板软骨完整性良好，将该椎间盘纳入A组。 图3 腰椎3D-UTE图像示L4-L5椎间盘头侧软骨终板高信号连续性中断(箭)，提示头侧软骨终板缺损，将该椎间盘纳入B组。 图4 腰椎3D-UTE图像示L5-S1椎间盘头侧与尾侧软骨终板高信号变薄、缺损(箭)，将该椎间盘纳入D组。

CEP因短T2弛豫时间，常规MRI显示为低信号，UTE已经成为CEP形态学评价的新工具[12-13]。Bae等[12]在人尸体标本上证明UTE可以显示软骨终板的形态。大量动物实验和人类尸检报告证明椎体软骨终板的破坏会导致椎间盘退变[14-16]，但是终板软骨的破坏、断裂、微骨折主要还是通过尸体解剖病理学得到证实[17-19]。Law等[13]已经证明UTE可用于活体CEP缺损的显示，并研究其与Schneiderman椎间盘退变评分的相关性，证实CEP缺损时发生椎间盘退变的概率较高。本研究基于Law等[13]的研究基础上，采用UTE扫描患者腰椎间盘结构，进一步将CEP缺损分为头侧、尾侧、双侧缺损，发现CEP受损越严重，腰椎间盘Pfirrmann分级越高，即软骨终板形态与腰椎间盘退变程度密切相关。随着软骨终板缺损程度的加剧，腰椎间盘处于持续营养供应不足状态，引起相应的椎间盘细胞凋亡，加剧了患者腰椎间盘退变程度，椎间盘的Pfirrmann分级也越高。另外，3D-UTE序列在显示终板软骨完整性方面，所获得的图像清晰，容易判断，降低了缺损程度的误判率。因此，对缺损的软骨终板进行早期干预，有可能是腰椎间盘退变潜在的基础治疗方向。

本研究局限性：①样本量较少，未按年龄进行分层研究；②未进一步开展患者椎体软骨终板骨髓区的灌注与软骨终板形态学变化的相关性研究；③未研究其他因素与椎间盘退变Pfirrmann分级的相关性。

综上所述，3D-UTE可以显示腰椎间盘软骨终板的完整性，椎间盘终板软骨缺损程度与腰椎间盘退变程度呈正相关。

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·书讯·

《儿科影像病例点评200例》 由武汉市儿童医院邵剑波教授和深圳市人民医院杨敏洁教授主译，上海交通大学附属上海儿童医学中心朱铭教授审校的《儿科影像病例点评200例》一书，于2013年5月由北京大学医学出版社出版。该书是《Pediatric Imaging-Case Review Series》)第2版，原著主编Thierry A.G.M.Huisman。

该书得到了Johns Hopkins医院和大学儿科医生们的支持和帮助。本书共分基础篇、提高篇和挑战篇3部分，具有4个显著特点：①收录的儿科病例数量达200例，涉及面广，几乎覆盖了各个系统疾病与类型；②语言简练流畅，书写手法新颖独特。首先以提问的方式切入主题，再逐个问题一一对应回复，重点突出，简明扼要，便于记忆；③点评内容丰富，涵盖多学科知识与新技术，除影像学外，还包括胚胎学、遗传学、解剖学、生理学、病理学、新生儿学、儿科学、外科学、产科学及产前诊断学等；④病例图片清晰、征象突出，直观可信，易于诊断与鉴别诊断，有利于在临床工作中推广应用。

欲购此书者请将110元(含包装、挂号邮寄费)寄至：武汉市香港路100号，武汉市儿童医院CT·MRI科 郑楠楠(联系电话：027-82433396或15827102185)，邮编430016。敬请在留言栏中附上联系人电话。

《肿瘤影像诊断图谱》 由周纯武教授主编，于2011年6月由人民卫生出版社出版发行。该书是由中国医学科学院肿瘤医院领衔，北京天坛医院和北京积水潭医院参与共同编纂完成。全书共9篇47章涵盖头颈、胸、腹、盆腔、乳腺、中枢神经系统、骨与软组织多个系统的肿瘤及肿瘤样病变，涉及超声、CT、MRI、PET-CT等多种影像手段，图片丰富、文字精练、内容精良、印刷精美，堪称肿瘤影像诊断的经典工具书。定价228元。购书热线：010-67605754 65264830 59787586 59787592。

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龚洪翰教授任总主编的《CT与MR对比临床应用系列丛书》共五部，已先后出版了《颅脑病变CT与MR对比临床应用》、《胸部病变CT与MR对比临床应用》、《腹部病变CT与MR对比临床应用》三部，本书是第四部。《耳鼻咽喉-头颈、眼、口腔病变CT与MR对比临床应用》将于明年出版。

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Study of correlation between cartilaginous endplate defects and intervertebral disc degeneration of lumbar spine with MR 3D-UTE technique

JIANG Xiao-li,ZHA Yun-fei,WANG Jiao,et al.Department of Radiology,Renmin Hospital of Wuhan University,Wuhan 430060,P.R.China

Objective:To evaluate the correlation between cartilaginous endplate (CEP) defects and inter-vertebral disc degeneration of lumbar spine with MR 3D-UTE technique.Methods:50 healthy volunteers were recruited.Conventional MRI was performed,totally 250 inter-vertebral discs and 500 CEP of lumbar spine were scanned.Pfirrmann classification was used to evaluate the inter-vertebral disc.MR 3D-Ultrashort echo time (3D-UTE) technique was used to display the integrity of CEP.According to whether CEP defect was existed,there were:Group A:no CEP defect was existed;Group B:only cranial CEP defect;existed;Group C:only caudal CEP defect existed;and Group D:both cranial and caudal CEP defects were presented.The correlation between CEP integrity and the Pfirrmann classification of inter-vertebral disc degeneration was evaluated with the Kendall rank correlation test.Results:In this study,there were Group A,53 discs (PfirrmannⅠ,n=49;Pfirrmann Ⅱ,n=4);Group B,62 discs (PfirrmannⅠ,n=6;Pfirrmann Ⅱ,n=55;Pfirrmann Ⅲ,n=1);Group C,70 discs (PfirrmannⅠ,n=6;Pfirrmann Ⅱ,n=63;Pfirrmann Ⅲ,n=1) and Group D,65 discs (Pfirrmann Ⅱ,n=39;Pfirrmann Ⅲ,n=26).The Kendall rank correlation test showed that the more serious the degree of CEP defect,the more severe the lumbar disc degeneration (H=0.67,P<0.01).Conclusion:The integrity of CEP could be displayed on MR 3D-UTE sequence,the CEP defect was highly associated with inter-vertebral disc degeneration of lumbar spine.

Cartilaginous endplate; Intervertebral disc degeneration; Magnetic resonance imaging

430060 武汉，武汉大学人民医院放射科

蒋小莉(1983-)女，湖北荆门人，硕士，主治医师，主要从事血管及肌肉骨骼影像诊断工作。

查云飞，E-mail：zhayunfei999@126.com

湖北省自然科学基金资助项目(2013CFB242)；湖北省卫生厅科研资助项目(JX6B68)

R681.5; R445.2

A

1000-0313(2015)08-0952-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.09.015

2015-03-16

2015-05-15)