MRT2弛豫时间评估颈椎间盘退变的初步研究

黄耀渠，赵晓梅，伍琼惠，秦红卫

MRT2弛豫时间评估颈椎间盘退变的初步研究

黄耀渠，赵晓梅，伍琼惠，秦红卫

广东省医学科研基金课题(编号：A2013680)；佛山市科技局医学攻关课题(编号：201308015)

作者单位：
广东省佛山市中医院MRI室，佛山528000

投稿日期：2015-08-13

接受日期：2015-09-15

目的 探讨MRI测量T2弛豫时间定量评估颈椎间盘退变及年龄、节段相关变化的价值。材料与方法 40名健康受试者进行了颈椎常规MRI和T2-mapping检查。对椎间盘进行Pfirrmann分级，并测量髓核的T2弛豫时间值(T2 值)。结果 颈椎间盘髓核T2值与Pfirrmann分级负相关(r=-0.64，P<0.01)。不同Pfirrmann分级椎间盘的髓核T2值差异有统计学意义(F=48.2，P<0.01)，各级间两两比较T2值差异均有统计学意义(P<0.05)。T2值鉴别Ⅰ级与Ⅱ级、Ⅱ级与Ⅲ级、Ⅲ级与Ⅳ级椎间盘的ROC曲线下面积分别为0.79、0.81和0.78 (P<0.05)。18～30岁组髓核T2值大于31～40岁组(P<0.05)。18～30岁组不同解剖节段的髓核T2值差异有统计学意义(P<0.05)；而31～40岁组不同解剖节段的髓核T2值差异无统计学意义(P>0.05)。结论 MRI测量T2弛豫时间值能量化评估颈椎间盘退变及其年龄、解剖节段相关变化，具有一定的临床价值，应作为评估颈椎间盘退变的补充序列。

椎间盘退化；颈椎病；磁共振成像

颈椎间盘退变是一种临床常见的异常，在无症状者中也有较高的发生率[1]，如果不进行干预，颈椎间盘退变和突出将会严重影响患者的劳动能力和生活质量。精准的影像学手段是临床进行诊断、治疗以及预后观察的重要基础。虽然常规MRI能通过观察椎间盘的信号变化诊断椎间盘退变，但容易受到观察者的主观因素干扰。因此临床需要探寻一种定量的方法进行动态监测、评估治疗效果等。T2-mapping技术测量T2弛豫时间值(简称T2值)是近年发展起来的一种定量的新方法，在评估腰椎间盘退变方面有较高的价值[2-4]，但在颈椎间盘的应用报道很少[5]，而颈椎间盘较腰椎间盘菲薄，其T2值的分布特点及年龄、节段相关变化等和与腰椎间盘的也可能存在差异，因此其应用价值还有待进一步观察。笔者研究一组健康志愿者的颈椎间盘髓核T2值，以探讨其在颈椎间盘退变及年龄、节段相关变化评估中的应用价值。

1　材料与方法

1.1一般资料

纳入本研究的中青年健康受试者40名，所有纳入研究者5年内无持续性颈部疼痛不适及上肢神经症状，且均无压缩骨折、脊柱畸形、脊柱感染或肿瘤等影响椎间盘观察的疾患。其中男23名，女17名，年龄18～40岁(其中18～30岁组24名，31～40岁组16名)，平均(27.8±6.8)岁。研究方案经医院伦理委员会讨论通过，该研究符合伦理要求，受试者知情同意并签署知情同意书。

1.2mRI检查

采用西门子Avanto 1.5T超导型MRI仪，使用颈部专用线圈，检查均在21～22点时间段进行，扫描前避免剧烈的颈部运动。受试者仰卧位，头先进。基本扫描参数包括：(1)常规矢状面TSET2WI扫描，TR 3500 ms，TE 83 ms，FOV 200 mm×200 mm，层厚3 mm、间隔20%，重复次数2次；(2)T2-mapping：采用多回波自旋回波序列完成，TR 1200 ms，TE 13.8～69 ms，回波间隙13.8 ms。FOV 200 mm×200 mm，层厚3 mm、间隔20%，重复次数3次。

1.3颈椎间盘的Pfirrmann分级

以常规矢状面T2WI图像(图1A)为基础参照腰椎Pfirrmann分级系统[6]对颈椎间盘进行分级。具体分级标准为：Ⅰ级：髓核呈均匀的高信号，髓核与纤维环界线清晰，椎间隙正常；Ⅱ级：髓核呈不均匀的高信号(伴有或不伴有水平低信号带) ，髓核与纤维环界线清晰，椎间隙正常；Ⅲ级：髓核呈灰色，信号不均匀，髓核及纤维环界线不清晰，椎间隙正常或轻度狭窄；Ⅳ级：髓核呈不均匀的灰色或黑色，髓核与纤维环界线消失，椎间隙中度狭窄；Ⅴ级：髓核呈黑色，髓核与纤维环界线消失，椎间隙重度狭窄。由2名10年以上诊断经验的MRI医师完成，对分级不一致者通过商议后确定。

1.4T2值测量

在Syngo工作站利用“T2值测量”功能重建出颈椎矢状面正中层面T2图(图1B)。以髓核中部为中心设置面积约100 mm2的椭圆形感兴趣区(region of interest，ROI)测量髓核的T2值(图1C)。T2值测量由1名经过培训的高年资MRI医师完成，每一椎间盘在同一区域测量3次取其平均值。

1.5统计学分析

采用SPSS 16.0软件进行统计学分析，P<0.05为差异有统计学意义：(1)采用Spearman相关分析法评价椎间盘髓核T2值与Pfirrmann分级的相关性，计算相关系数r值，其中r>0.7为高度相关，0.5

2　结果

2.1T2值评估颈椎间盘退变程度

40名中青年健康受试者的200个颈椎间盘中，包括PfirrmannⅠ级椎间盘19个，Ⅱ级椎间盘80个，Ⅲ级椎间盘94个，Ⅳ级椎间盘7个，无Ⅴ级椎间盘。PfirrmannⅠ～Ⅳ级颈椎间盘的髓核平均T2值分别为(93.6±20.8) ms、(72.5±14.2) ms、(56.6±12.9) ms及(45.0±8.2) ms，随分级的增高T2值减低，Spearman相关分析示两者呈中度负相关(r=-0.64，P<0.01)。不同Pfirrmann分级的髓核T2值差异有统计学意义(F=48.2，P<0.01)；LSD法两两比较，各级间两两比较差异也有统计学意义(P<0.05)。ROC曲线(图2)显示，T2值鉴别Ⅰ级和Ⅱ级、Ⅱ级和Ⅲ级、Ⅲ级和Ⅳ级椎间盘的曲线下面积分别为0.79、0.81及0.78 (P<0.05)，提示T2值鉴别PfirrmannⅠ～Ⅳ级颈椎间盘的诊断准确度处于中度水平。

2.2T2值评估年龄及解剖节段相关颈椎间盘改变

不同年龄组和解剖节段椎间盘髓核T2值见表1。31～40岁年龄组受试者的各节段髓核的T2值均低于18～30岁年龄组(P<0.05)。18～30岁年龄组各节段的平均髓核T2值约66.2～80.2 ms，呈两侧高、中间低的特点，其差异有统计学意义(P<0.05)，两两比较显示，C6-7节段T2值高于C4-5及C5-6节段，其余各节段之间差异无统计学意义。31～40岁年龄组各节段的平均髓核T2值约52.5～59.9 ms，虽然也有两侧高、中间低的趋势，但其差异无统计学意义(P>0.05)。

表1　不同年龄组及解剖节段的颈椎间盘髓核T2值比较(ms)Tab. 1The comparison ofT2 relaxationTime measurement among different age groups and different disc level (ms)

3　讨论

本组40名健康志愿者的研究表明，颈椎间盘进行T2-mapping检查和测量T2值是可行的。本组中，PfirrmannⅠ～Ⅳ级颈椎间盘的髓核平均T2值分别为93.6 ms、72.5 ms、56.6 ms及45.0 ms，略高于Chen等[5]的研究，他们测量了一组无症状青年人的颈椎间盘，Ⅰ～Ⅲ级髓核的平均T2值分别为72.25 ms、59.36 ms和51.73 ms，笔者推测差异的原因可能与样本的选择、磁共振设备(Chen 等[5]的研究在3.0T单元上完成)等的不同有关。而腰椎的多项研究中，Niu等[2]的研究显示Ⅰ～Ⅴ级腰椎间盘髓核的T2值分别为166 ms、128 ms、79 ms、58 ms及59 ms，方元等[3]的研究中，Ⅱ～Ⅳ级髓核的T2值则为108 ms、69 ms和54 ms，均高于本组颈椎间盘髓核的T2值。对于椎间盘组织而言，T2值的高低与胶原纤维和水的含量密切相关[7]，Ⅱ型胶原纤维的“魔角效应”和水含量的下降均可使T2值减低。Scott等[8]的研究发现，颈椎间盘的胶原纤维含量高于腰椎间盘，水含量则低于腰椎间盘，可能是导致相同Pfirrmann分级的颈椎间盘髓核T2值低于腰椎的原因。

如何准确地量化颈椎间盘退变的程度关系到临床的早期诊断、治疗以及预后估计，对颈椎间盘退变的早期干预有重要意义。椎间盘在退变的早期仅发生化学成分的变化，包括蛋白多糖和水含量的减少、胶原纤维的破坏等[7，9]，如前所述，T2值能间接反映相关化学成分的变化情况，理论上定量评估椎间盘退变是可行的。本组研究结果显示，髓核T2值与颈椎间盘退变程度呈中度负相关，并且能进一步量化Ⅰ～Ⅳ级椎间盘的差异，表明测量T2值可以评估颈椎间盘的退变程度，与其他学者的研究相似[2-5]，ROC曲线也显示其诊断的准确度处于中等水平，是一种较为可靠的诊断手段。尤其重要的是，髓核T2值能够很好的区分Ⅰ～Ⅲ级椎间盘，由于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级椎间盘分别代表了正常、退变的过渡期和进展期，因此我们认为T2值具有定量监测椎间盘从正常向早期退变演变的潜力，将在临床中发挥重要的作用。比如前路内固定或椎间盘置换术可引起或加速邻近椎间盘的退变[9]，对手术疗效产生不利影响，如果采取有效的手段则可能延缓甚至逆转其退变过程。但目前评价这种继发退变常依靠X光平片和常规MRI[10]，难以发现早期的退变，或者受主观评价的稳定性影响不适合在长时间的监测中连续性应用。而T2-mapping获得的椎间盘T2值是连续的定量变量，不易受观察者主观因素的影响，有希望为临床提供一种无创、定量并且较为可靠的方法，在形态学变化之前发现椎间盘的早期退变并监测其治疗效果。

图1　男，30岁，无症状志愿者。A：颈椎间盘常规矢状面T2WI。B：颈椎间盘T2图。C：颈椎间盘测量T2弛豫时间的ROI设置示意图(白色椭圆形为测量设置的ROI)Fig. 1 Male, 30 -year-old, an asymptomatic volunteer. A:T2-weighted sagittal imaging of cervical intervertebral disc. B:T2-mapping of cervical intervertebral disc. C: Diagrammatic sketch ofThe method of ROI (white oval) setting forT2 relaxationTime measurement.

研究显示，腰椎间盘退行性改变与年龄及解部位有关联[11]。Wu等[4]的研究指出，T2值能反映无症状者腰椎间盘的年龄和节段相关变化，颈椎间盘T2值是否也能发挥相应的作用？本研究结果显示，31～40岁年龄组受试者的各个解剖节段髓核T2值均低于18～30岁年龄组，与Scott等[8]观察到的随年龄增加髓核水含量减少规律是一致的，提示测量髓核T2值可以定量观察颈椎间盘的较小年龄跨度的增龄变化。在椎间盘节段方面，随着解剖节段的降低，髓核T2值呈先下降后升高的特征，与腰椎递减的趋势[4]不同。笔者推测可能与两者的生物力学特点有关：腰椎主要受人体重力负荷影响，而颈椎间盘受相应负荷影响较小，但由于活动度大，更容易受到颈椎运动时的异常应力改变影响。由于颈椎运动特别是屈伸运动以C5-6椎间盘为中心的[12]，因此该椎间盘在日常活动中承受更大的生物应力作用，更容易出现蛋白多糖的减少和水分丢失，导致T2值减低。本研究中18～30岁组节段间的T2值差异较为明显，符合颈椎的上述生物力学特点。而31～40岁年龄组的差异却不明显，与我们预期的结果不同。由于31～40岁年龄组的髓核T2值约52.5～59.9 ms，与Ⅲ级椎间盘的T2值接近，其髓核的蛋白多糖丢失较为普遍，在应力状态下调节自由水含量的能力降低，可能是导致该年龄组各节段间髓核T2值差异不明显的原因。虽然无症状者颈椎间盘的年龄和节段相关的影响因素较为复杂，但本组的上述研究结果表明，通过测量T2值是可以量化观察不同年龄和节段的变化情况，具有监测其动态变化情况的应用潜力，也有助于进一步探讨颈椎的退变规律。

图2　T2值鉴别相邻Pfirrmann分级椎间盘的ROC曲线。A：Ⅰ级和Ⅱ级；B：Ⅱ级和Ⅲ级；C：Ⅲ级和Ⅳ级Fig. 2 ROC curves ofT2 relaxationTime in differentiating Pfrrmann gradeⅠ and Ⅱ (A), Ⅱ and Ⅲ (B), and Ⅲ and Ⅳ (C).

综上所述，磁共振T2-mapping测量T2弛豫时间是定量评估颈椎间盘退变的除常规磁共振检查外的一种补充序列，且能够一定程度监测颈椎间盘的年龄和节段相关变化情况。陈春等[13]的利用3.0T磁共振检测到相同节段椎间盘的不同区域和相同分级椎间盘的不同节段的T2值也存在差异，提示超高场MRI可能更为敏感，随着相应磁共振硬件和技术的发展，相应的方法将在临床中发挥更大的作用。

本研究的局限性在于Pfirrmann分级方法精度尚有欠缺，因此要比较T2值与椎间盘早期退变化学成分变化之间的更精确关系，还有待今后与组织学“金标准”的进一步对照研究。

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Measurement of MRT2 relaxationTime for assessing cervical intervertebral disc degeneration： preliminary study

HUANG Yao-qu, ZHAO Xiao-mei, WU Qiong-hui, QIN Hong-wei
Room of MRI, Foshan Hospital ofTraditional Chinese Medicine, Guangdong pravince, Foshan 528000, China

13 Aug 2015, Accepted 15 Sep 2015

Intervertebral disc degeneration; Cervical spondylosis; Magnetic resonance imaging

R445.2；R681.5+3

A

10.3969/j.issn.1674-8034.2015.11.009

黄耀渠, 赵晓梅, 伍琼惠, 等. MRT2弛豫时间评估颈椎间盘退变的初步研究.磁共振成像, 2015, 6(11): 843-847.

ACKNOWLEDGMENTS Supported by Medical Scientifc Research Foundation of Guangdong Province (No. A2013680). Medical Research and Development Program of Foshan (No. 201308015).

Abrtract Objective：To exploreThe value ofT2 relaxationTime (T2 value) measurement in detecting cervical intervertebral disc degeneration, and assessing age and disc level related intervertebral disc changes. Materials and Methods： Forty asymptomatic adult volunteers were examined at 1.5T MR byT2-weighted sagittal imaging andT2-mapping. For all participants, Pfirrmann grading system andT2 value were usedTo evaluateThe degenerative degree ofThe disks. Results： Signifcant negative correlation were observed between Pfrrmann grades andT2 values of cervical intervertebral disc (r=-0.64, P<0.01). ANOVA (analysis of variance) among different Pfirrmann grades showed significant differences inT2 values (F=48.2，P<0.01), and signifcant differences were seen between any 2 grades （P<0.05).The area under ROC curve ofT2 value were 0.79, 0.81 and 0.78 (P<0.05) separately when grade Ⅰ vs. Ⅱ, Ⅱ vs. Ⅲ, and Ⅲ vs. Ⅳ.T2 values of 18—30 age group were higherThan 31—40 age group participants (P＜0.05）. Signifcant differences among different disc level were observed in 18—30 age group (P<0.05). However, in 31—40 age group, no significant differences of disc level were demonstrated (P>0.05). Conclusions：T2 relaxationTime measurement is a quantitative-parameter for assessing cervical intervertebral disc degeneration and age and disc level related disc changes, and shall be used as a complementary sequence in detecting cervical disc degeneration for its certain clinical value.