腰椎终板形态变化与椎间盘退变相关性的影像学研究

徐永立++赵小华　郝金华　潘剑岩　凌岳

[摘要] 目的 研究腰椎终板形态变化与椎间盘退变的相关性，探讨二者之间的因果关系。 方法 回顾性分析2010年1月～2015年12月广东省佛山市顺德龙江医院80例患者腰椎间盘MRI影像资料，观察患者L1～2至L5～S1 5个节段前后两次检查终板形态的变化和腰椎间盘退变程度的变化，分析两者的变化规律。 结果 所选80例患者共800个节段的终板和椎间盘，凹陷型终板对应的椎间盘退变程度大多在Ⅰ～Ⅱ级（79.9%），而不规则型终板多对应的椎间盘退变程度为Ⅲ～Ⅴ级（75.8%），平坦型终板对应的椎间盘退变程度无明显分布规律。从凹陷型到平坦型再到不规则型终板形态对应的椎间盘退变程度逐渐加重，差异有统计学意义（P < 0.05）。终板形态改变优先于腰椎间盘退变程度改变者共25对（6.3%），而腰椎间盘退变程度改变先于终板形态变化者有207对（51.8%），剩余的168对相应的终板形态和腰椎间盘退变程度无法准确判定何种改变在先。腰椎间盘退变程度的改变占优势的节段明显多于终板形态改变占优势的节段，两者差异有高度统计学意义（P < 0.01）。 结论 腰椎终板形态与椎间盘退变程度存在一定的相关性，并且腰椎间盘退变程度的变化大多要早于终板形态的变化，腰椎间盘退变可能是导致终板形态改变的重要原因。

[关键词] 终板形态；腰椎间盘退变；核磁共振成像；動态变化

[中图分类号] R814.42 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2016）12（a）-0130-04

Imaging study of the correlation between the morphological changes of the lumbar end plate and the intervertebral disc degeneration

XU Yongli ZHAO Xiaohua HAO Jinhua PAN Jianyan LING Yue

Department of Radiology， Shunde Longjiang Hospital of Foshan City， Guangdong Province， Foshan 528318， China

[Abstract] Objective To study the correlation between morphological changes of lumbar end plate and intervertebral disc degeneration， in order to explore the causal relationship between them. Methods The lumbar disc MRI image data of 80 cases of patients from January 2010 to December 2015 in Shunde Longjiang Hospital of Foshan City were analyzed retrospectively. The changes of the morphology of the end plates and the lumbar intervertebral disc degeneration of L1-2 to L5-S1 segments in the two times detection were observed， and the change rule was analyzed. Results The 80 patients had a total of 800 segments of end plates and intervertebral disc. The intervertebral disc degeneration degree of depression type was mostly the Ⅰ-Ⅱ level （79.9%）， and the corresponding degree of intervertebral disc degeneration of irregular type was Ⅲ-Ⅴ level （75.8%）， the corresponding degree of intervertebral disc degeneration of flat type had no regularities of distribution. The degeneration degrees of intervertebral disc in the depression type， flat type and irregular type gradually increased， with statistically significant difference （P < 0.05）. The morphological changes of end plate prior to disc degeneration changes had 25 pairs （6.3%）， and there were 207 pairs （51.8%） the changes of intervertebral disc degeneration in advance of the morphological changes of end plate， the remaining 168 pairs could not unable to accurately determine the changes sequence of morphology of end plates and the intervertebral disc degeneration. The dominant segments of changes of intervertebral disc degeneration degree were more than the dominant segments of the morphological changes of end plate， with statistically significant difference （P < 0.01）. Conclusion There is a correlation between the morphology of lumbar end plate and intervertebral disc degeneration degree. The changes of lumbar disc degeneration are earlier than the end plate morphology. The lumbar disc degeneration may be an important cause of the endplate morphology change.

[Key words] End plate shape； Lumbar disc degeneration； MRI； Dynamic change

腰椎间盘退变是导致腰腿痛的常见原因，也是临床常见病和多发病。腰椎终板包括骨性终板和软骨终板，其与椎间盘紧密相邻，是椎间盘生物力学的直接传导部位。临床工作中发现腰椎间盘退变常伴随终板形态或信号的改变。目前对于腰椎终板形态和椎间盘退变的关系仍不十分清楚，对于两者之间关系的动态研究还未见有明确报道。本研究观察腰椎终板形态的变化情况与椎间盘退变程度的对应关系，探讨两者之间的动态变化规律及其临床意义。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2010年1月～2015年12月于广东省佛山市顺德区龙江医院行腰椎MRI检查的患者的影像学资料，选取其中具有前后两次或以上MRI检查资料的患者80例进行纵向对比研究，要求两次检查时间间隔为1～3年，排除外伤或肿瘤、发育异常等患者。其中男29例，女51例；年龄34～74岁，平均（56.4±12.5）岁。所有患者均有不同程度的临床症状，主要为腰腿痛或下肢麻木。

1.2 方法

使用GE Signa HDi 1.5T磁共振成像掃描仪行腰椎间盘扫描，扫描范围包括所有腰椎椎体和椎间盘。扫描序列包括矢状位T1WI、T2WI、脂肪抑制T2WI及横断位T2WI。扫描参数T1WI为TR/TE 640 ms/12.7 ms，T2WI为TR/TE 2580 ms/105 ms，STIR为3100 ms/43.5 ms，层厚均为4 mm，层距为5 mm。扫描矩阵均为512*512。

1.3 观察指标及评价标准

根据Pfirrmann等[1]方法在T2-MRI判定腰椎间盘的退变程度，见表1。终板形态按Pappou等[2]的方法在T1WI加权像将终板形态分为凹陷型、平坦型和不规则型，即在腰椎正中矢状位上沿终板上部前后缘的最高点划一条直线，如果直线与终板的边缘之间出现椎间盘的影像则定为凹陷型；如果终板边缘与所划直线重合，则定为平坦型；如果终板有下陷或突起超出直线则定为不规则型。见图1。若在腰椎的同一节段出现两种终板形态则以远离凹陷型终板的分型为标准。

1.4 统计学方法

使用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析，计数资料用率表示，组间比较采用χ2检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各型终板对应的椎间盘退变程度

所选80例患者共800个节段的终板和椎间盘，凹陷型终板对应的椎间盘退变程度大多在Ⅰ～Ⅱ级（79.9%），而不规则型终板多对应的椎间盘退变程度为Ⅲ～Ⅴ（75.8%），平坦型终板对应的椎间盘退变程度无明显分布规律。从凹陷型到平坦型再到不规则型终板形态对应的椎间盘退变程度逐渐加重，差异有统计学意义（P < 0.05）。

2.2 腰椎间盘退变程度改变和终板形态变化

400对相应节段的终板和腰椎间盘进行对比研究发现，在终板形态改变与腰椎间盘退变程度改变的动态关系上，终板形态改变优先于腰椎间盘退变程度改变者共25对（6.3%），而腰椎间盘退变程度改变先于终板形态变化者有207对（51.8%），剩余的168对相应的终板形态改变和腰椎间盘退变程度改变无法准确判定何者改变在先。通过观察发现腰椎间盘退变程度的改变在先的总腰椎节段明显多于终板形态改变在先的总节段，差异有高度统计学意义（P < 0.01）。

3 讨论

腰椎间盘退变疾病临床多见，治疗较复杂。随着运动保留技术越来越多的应用，腰椎间盘退变性疾病的治疗也越来越受到关注，其中人工髓核置换为治疗椎间盘退变疾病提供了新的方向，在国内外得到广泛推广。置换后的髓核可以保留椎体在正常生理状态下的活动度，可使其受到的外力通过椎间盘得到充分缓冲。Bertagnoli等[4]认为髓核置换应尽量要求腰椎终板形态为凹陷型，以方便假体牢固嵌入。虽然随着技术的进步和假体设计水平的提高，人工髓核置换已不再绝对要求终板形态为凹陷型，但因平坦型和不规则型终板在较大程度改变了正常椎体的生理形态和生物学机制，长期来看会出现椎间隙的高度下降、椎体假关节形成、相邻腰椎节段应力较为集中以及加速相邻腰椎节段椎间盘的退变等不良并发症[5]，表明腰椎终板的形态对髓核置换存在较大的影响。因此，研究腰椎终板形态变化与椎间盘退变的关系可以为髓核置换提供一定的理论参考和实践指导。

为探讨腰椎终板形态与椎间盘退变之间的关系，很多学者做了相关方面的研究，但以往关于腰椎终板形态的研究大多集中在终板的解剖结构方面或利用现代影像学手段来观察腰椎终板的横径、矢状径、周径、面积或者测量终板凹陷角以及相对曲率等[6]。这些方法操作复杂并且误差较大，实用性不强。目前，采用磁共振成像矢状位定义出终板的形态，操作简便，易于施行。用磁共振成像研究终板形态与椎间盘退变之间的关系受到很多学者的青睐。李春林等[7]对腰椎间盘突出症患者矢状位终板形态与椎间盘退变的关系进行了研究，认为腰椎终板形态变化与椎间盘退变存在相关性，并能在一定程度上反映腰椎间盘突出时椎间盘的退变程度，但未纵向研究终板形态变化与椎间盘退变的关系。目前，在MRI上研究腰椎终板的形态变化与椎间盘退变之间的相互关系仍不十分清楚。

腰椎终板在很多方面与腰椎间盘之间的关系十分密切。相关研究表明，腰椎终板在维持椎体的正常形态、腰椎间盘的生物力学传导、缓冲应力的重新分布及椎间盘营养和代谢过程中起重要作用[8]。如果完全去除腰椎终板后，椎体的抗压能力将下降约39%。腰椎终板的退变也必定与椎间盘退变紧密相关。有的学者认为，腰椎终板发生退变以后会逐渐产生终板形态方面的变化，从而使其失去正常的应力缓冲作用，进而会进一步参与或加重椎间盘的退变过程[9]。还有学者认为，软骨终板细胞的凋亡会引起椎间盘营养和代谢途径障碍，这有可能是导致椎间盘发生退变的重要因素。但也有一些学者持相反态度，他们更倾向于认为腰椎终板的退变是腰椎间盘退变的后果，而不是造成椎间盘退变的原因[10]。有大量研究表明，腰椎间盘退变会引起腰椎终板形态和信号的变化[11-13]。

在腰椎間盘发生退变时，椎间盘中髓核的流体力学特征将会逐渐消失，所承受的应力将由终板中央向外周转移，从而导致外周终板应力相对集中，这种应力的重新分布不仅使终板剪切力增加，进而使终板容易发生微骨折，也可能会激活腰椎终板和腰椎椎体的骨重建过程，最终会导致椎体周边高度下降和椎体矢状径的增加，使腰椎终板的形态偏向平坦化[14-16]。研究发现，终板形态表现为平坦型的腰椎终板的数量随着腰椎节段的下移而逐渐增多，L5～S1节段腰椎终板的应力负荷大，因此，L5～S1 节段上终板的形态会以平坦型为主。另外，所有的终板形态中不规则型终板所占比例最少且主要集中在L5～S1节段，不规则型终板数量和比例较少可能是因为患者的退变程度较轻，主要集中在L5～S1节段则可能是由于应力负荷长期作用的结果。L5～S1节段位于腰骶结合部，所承受的剪切力最大，所以其出现不规则型终板的可能性相对其他节段会更大[17]。本研究所选择的腰椎间盘退变患者的影像资料中，终板形态由凹面型到平坦型再到不规则型逐渐演变，其所对应的椎间盘退变程度也逐渐加重，说明腰椎终板的形态变化与椎间盘退变的程度具有相关性，但尚不足以明确其中的因果关系。

本研究通过对同一患者前后两次椎间盘的MRI资料进行对比分析，发现腰椎间盘的退变程度与终板形态存在一定的对应关系。凹陷型终板对应的椎间盘退变程度较轻，不规则型对应的腰椎间盘退变程度较重，从凹陷型到平坦型再到不规则型所对应的腰椎间盘的退变程度逐渐加重。而且在腰椎终板形态变化和腰椎间盘退变程度变化的动态关系上，经过统计分析发现各节段腰椎间盘退变程度的变化大多要早于终板形态的变化。说明终板形态的改变可能是继发于腰椎间盘退变程度的改变，或者说腰椎间盘退变程度的改变是导致终板形态变化的原因。结合腰椎终板形态与椎间盘退变程度的对应关系来看，可以认为腰椎间盘退变程度Ⅰ～Ⅴ级变化会导致相应节段的终板形态从凹陷型向不规则型转变，因此可以推断在腰椎间盘退变程度的改变和终板形态的改变两者的动态对应关系上是腰椎间盘退变程度的改变占据主导地位，从而更倾向于认为腰椎间盘退变是终板形态变化的原因。另外从统计结果来看，下腰椎椎间盘退变程度的改变和终板形态的改变更为明显，这是因为人体直立位时腰椎趋于前凸，由上而下压力延续递增[18]，接近骶尾部的椎间盘在日常活动中承受更大的生物应力作用，使该部位椎间盘水分丢失更加严重[19]。

本研究选取的患者平均年龄偏大，因而可能会导致椎间盘的退变程度偏重，而且终板的形态也会以平坦型居多。但年龄较大患者较易于研究终板形态和椎间盘退变程度的变化规律，因为椎间盘的退变在年龄偏大人群中更为明显。另外，因为人为确定的椎间盘的退变程度和终板形态，故而难免会有一定的误差，并且终板形态与椎间盘的退变程度未能有一个确定的对应值，因此在确定何者优先变化的结论时可能会存在一定的误差，可以用来解释研究中存在很少节段的腰椎终板形态改变先于腰椎间盘退变程度的改变。由于所选的患者资料是基于相隔一段时间的两个静态时间点上的图像资料，所以并不能完全代表两者的动态变化情况。而且只是通过对腰椎间盘和终板的信号和形态方面的观察和统计，没有对相应的改变作病理的对照研究，故而不能完全肯定其准确性，这有待于在今后的研究中完善。但是通过该研究至少可以发现终板形态和腰椎间盘退变程度具有一定的对应关系，而且腰椎间盘的退变程度的改变要早于终板形态的改变，可以提示腰椎间盘退变可能是其对应终板形态发生改变的原因，从而为临床诊疗提供一定的参考。

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（收稿日期：2016-09-01 本文编辑：程 铭）