1.5T磁共振T2 mapping成像在腰椎间盘退行性变中的诊断价值

2017-08-07WENQun

中国医学影像学杂志 2017年7期

关键词：状位后缘退行性

温群 WEN Qun

孟凡华2 MENG Fanhua

钱亭2 QIAN Ting

魏春晓2 WEI Chunxiao

刘军2 LIU Jun

肖菁2XIAO Jing

1.5T磁共振T2 mapping成像在腰椎间盘退行性变中的诊断价值

温群1WEN Qun

孟凡华2MENG Fanhua

钱亭2QIAN Ting

魏春晓2WEI Chunxiao

刘军2LIU Jun

肖菁2XIAO Jing

目的评价MRI T2 mapping成像技术对腰椎间盘退行性变的诊断价值。资料与方法前瞻性纳入2013年10月－2015年12月因腰背部疼痛于复旦大学附属上海市第五人民医院就诊并行腰椎1.5T MRI检查的患者100例。常规矢状位T1WI及T2WI、横断位T2WI，并行正中矢状位T2 mapping成像。根据Pfirrmann标准将475个腰椎间盘分级，测量髓核（NP）及纤维环（AF）前、后缘的T2值。分别比较各级NP和AF前、后缘T2值，并分析T2值、年龄以及分级间的相关性。同时选取30例患者间隔半年行第2次MRI检查，比较前后2次椎间盘T2值的差异。结果腰椎间盘各分级NP的T2值除IV级与V级间差异无统计学意义（P＞0.05）外，其余各级间差异均有统计学意义（P＜0.05）；腰椎间盘NP T2值与各分级呈高度负相关（r=－0.77）；30例腰痛患者间隔半年测得椎间盘AF前、后缘及NP T2值间差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论 T2 mapping 成像技术能够定量评估腰椎间盘退行性变程度，尤其是NP的T2值能够较好地反映I～IV级椎间盘退行性变程度的差异，因而可以为诊断腰椎间盘退行性变提供影像学依据。

椎间盘移位；腰椎；磁共振成像

腰椎间盘退行性变可引起椎间盘突出、椎管狭窄和脊髓神经根病变，严重影响患者的劳动能力及生活质量。早期诊断腰椎间盘退变，并进行预防性干预治疗，如间质干细胞移植、髓核细胞移植及自体软骨细胞移植成为研究热点[1]。MRI传统的TlWI和T2WI一般只能发现椎间盘退行性变的中晚期改变，对于发现早期退变存在局限性。临床一般采用Pfirrmann分级对腰椎间盘退行性变进行评价，但其为非定量方法，存在一定的误差[2]。T2 mapping成像技术可对椎间盘进行定量研究，测量出感兴趣区（ROI）的T2弛豫时间，从而更加准确地评价椎间盘的物质组成[3]。目前国内外部分学者将T2 mapping成像技术用于腰椎间盘退行性变的研究，但所得结果不一且仍存在以下问题：①腰椎间盘髓核（nucleus pulposus，NP）T2值在不同Pfirrmann分级间是否有差异；②腰椎间盘纤维环（annulus fibrosus，AF）前、后缘T2值在不同Pfirrmann分级间是否有差异；③不同时期腰椎间盘T2 mapping成像所得T2值间是否有差异。本研究拟通过应用MRI T2 mapping成像技术，评价其对腰椎间盘退行性变的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象前瞻性纳入2013年10月－2015年12月因腰背部疼痛于复旦大学附属上海市第五人民医院就诊的患者100例，其中男48例，女52例；年龄17～80岁，平均（41.28±15.69）岁。纳入标准：出现腰痛症状或反复发作者。排除标准：下肢神经功能障碍者，有脊柱畸形、外伤、肿瘤及手术史，有MRI检查禁忌证。对于20～50岁的患者，按照随机数字表法从中选取30例间隔6个月行第2次腰椎间盘MRI检查。该组患者与总样本基线平衡，且半年期间腰痛症状自我感觉加重，但行牵引、针灸或推拿后症状能够缓解，未进行手术治疗。本研究已经通过伦理委员会批准，每名受试者均了解研究的目的、内容，且自愿参加。

1.2 仪器与方法受试者取仰卧位。采用GE Signa 1.5T HD MR仪行腰椎间盘常规矢状位T1WI及T2WI、横断位T2WI检查及T2 mapping矢状位扫描。正中矢状位T2 mapping采用多回波SE序列，成像参数：TR 1000 ms，TE 8.4～67.2 ms，视野220×220，矩阵256×256，采集带宽31.25，层厚4 mm，扫描层数10，扫描时间5 min 10 s。扫描后通过随机软件采用最小二乘法获得T2 mapping，并测量L1～S1椎间盘T2值。

1.3 腰椎间盘Pfirrmann分级评分 Pfirrmann分级标准主要参照文献[2]并基于矢状位T2WI NP信号的改变、NP与AF的界限以及椎间隙高度的改变而将椎间盘分为5级。本研究由2名影像诊断主治医师独立阅片，参照Pfirrmann标准对所有受试者Ll～S1椎间盘进行分级。2名影像诊断医师分别2次独立阅片，每次间隔3周。如出现分级不一致，最终需要2人同时阅片，讨论后取得一致意见。

1.4 图像后处理、ROI设定及T2值测量将扫描所得原始数据上传至GE ADW 4.4后处理工作站。应用Functool软件对原始图像进行后处理，生成T2 mapping。参照其他学者的研究方法，在正中矢状位T2 mapping上由前向后将椎间盘5等分并选择5个ROI，分别为前部、前中部、中部、中后部、后部。分别测量每个ROI的T2值。其中前部为AF前缘，后部为AF后缘，前中部、中部、后中部为NP[4-6]。每个ROI测量2次，取平均值作为该区T2值。ROI的测量由2名主管技师独立完成，取两者的平均值。

1.5 统计学方法采用SPSS 18.0软件。各椎间盘NP和AF前、后缘 T2值等测量结果以（x±s）表示。采用Kappa检验评价2位阅片者对椎间盘Pfirrmann分级的一致性，Kappa值＞0.75表示一致性良好，Kappa值＜0.40表示一致性不佳。采用单因素方差分析分别比较不同分级间NP及AF前、后缘T2值的差异，组间比较采用LSD法。腰椎间盘T2值与分级、分级与年龄间的相关性采用Spearman秩相关分析，腰椎间盘T2与年龄间的相关性采用Pearson相关分析。采用配对Wilcoxon秩和检验比较30例患者不同时期腰椎间盘NP及AF前、后缘T2值的差异。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 腰椎间盘退行性变根据Pfirrmann分级结果2位阅片者独立评价腰椎间盘退行性变的Pfirrmann分级，结果显示一致性显著（Kappa=0.77）。本研究对100例腰痛患者共500个腰椎间盘行T2 mapping成像检查，其中有5例患者共25个腰椎间盘未获得满意的图像，其余475个腰椎间盘获得清晰图像。根据Pfirrmann分级标准将475个椎间盘分为5级：I级73个、II级152个、III级120个、IV级95个、V级35个，见图1～4。腰椎间盘NP的T2值范围36.00～290.30 ms，AF前缘的T2值范围25.58～166.43 ms，AF后缘的T2值范围30.60～208.80 ms，各分级腰椎间盘NP及AF前、后缘T2值见表1。

2.2 不同分级间腰椎间盘NP及AF前、后缘T2值比较腰椎间盘各分级NP的T2值除IV级与V级间差异无统计学意义（P＜0.05）外，其余各级间差异均有统计学意义（P＜0.01）；腰椎间盘各分级AF前缘T2值除III级与IV、V级间及IV级与V级间差异无统计学意义（P＞0.05）外，其余各级间差异均有统计学意义（P＜0.01）；腰椎间盘各分级AF后缘T2值除I级与II级、IV级与V级间差异无统计学意义（P＞0.05）外，其余各级间差异均有统计学意义（P＜0.01）。见表1。

图1 男，20岁，腰痛1个月余，腰椎间盘MRI平扫未见异常，L2～3椎间盘矢状位T2图像。Pfirrmann分级I级（A）；相应层面T2mapping图像（B）

图2 男，24岁，腰痛1年，腰椎间盘MRI平扫未见异常，L3～4椎间盘矢状位T2图像。Pfirrmann分级II级（A）；相应层面T2 mapping图像（B）

图3 女，30岁，腰痛伴右腿疼痛1年余，活动后加重1个月，L4～5椎间盘变性、膨隆，矢状位T2图像。Pfirrmann分级III级（A）；相应层面T2 mapping图像（B）

图4 女，54岁，腰痛伴右腿疼痛、麻木3年，L5～S1椎间盘变性、膨隆。Pfirrmann分级IV级（A）；L5～S1椎间盘矢状位及相应层面T2 mapping图像（B）

表1 不同Pfirrmann分级椎间盘的T2值比较（x±s，ms）

2.3 腰椎间盘T2值的相关性分析 95例腰痛患者年龄与腰椎间盘分级呈中度正相关（r=0.54）（图5A）。95例腰痛患者年龄与AF前、后缘T2值呈弱负相关（r=－0.30、－0.32）；年龄与NP T2值呈弱负相关（r=－0.47）。椎间盘AF前缘T2值与各分级呈弱负相关（r＝－0.42），AF后缘T2值与各分级呈中度负相关（r＝－0.53）（图5B）；椎间盘NP T2值与各分级呈高度负相关（r=－0.77）（图5C）。

2.4 同一患者不同时期椎间盘T2值变化 30例腰痛患者间隔半年测得椎间盘AF前、后缘及NP T2值。根据Pfirrmann分级标准将椎间盘分为5级：第1次检查I级30个、II级70个、III级29个、IV级15个、V级6个，腰椎间盘NP的T2值范围49.30～262.00 ms， AF前缘的T2值范围28.00～109.00 ms，AF后缘的T2值范围34.50～196.90 ms。第2次检查I级31个、II级69个、III级27个、IV级17个、V级6个，腰椎间盘NP的T2值范围46.40～209.00 ms，AF前缘的T2值范围29.71～110.18 ms，AF后缘的T2值范围33.80～176.40 ms。比较2次检查椎间盘AF前、后缘及NP T2值，差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

3 讨论

Pfirrmann分级是目前临床公认的评价腰椎间盘退行性变的标准[2]。但Pfirrmann分级受观察者主观因素影响较大，故其最大的局限性在于不同观察者之间出现误差，同一观察者在不同时间段对同一幅图像的观察也会发生偏差；另一个局限性是其仅能对椎间盘进行定性评价，极易受到周围环境和成像参数的影响[7]。T2 mapping 成像技术既往已有学者将其用于关节软骨方面的研究[8-11]。腰椎间盘的生化成分与关节软骨类似，主要由水、胶原蛋白和蛋白多糖组成，故T2 mapping成像技术也可用于评价腰椎间盘退行性变。T2 mapping成像技术所获得的T2值对水分子的含量以及胶原纤维结构的排列分布具有较高的敏感性，同时也与水分子在胶原基质中的各向异性运动有关[12]；且T2值属于定量变量，不受观察者主观因素的影响[13-14]。

图5 腰椎间盘T2值的相关性分析。腰痛患者年龄与腰椎间盘分级呈中度正相关（A）；腰痛患者AF后缘T2值与各分级呈中度负相关（B）；椎间盘NP T2值与各分级呈高度负相关（C）

表2 30例腰痛患者2次腰椎间盘MRI检查T2值比较（x±s，ms）

腰椎间盘退行性变主要表现为AF出现不同程度的裂隙或破裂。NP内糖胺聚糖成分减少和进行性脱水，从而影响椎间盘的T2值。本研究对不同Pfirrmann分级椎间盘各个部位的T2值进行比较，结果显示腰椎间盘NP的T2值随分级的增高而减小，且NP T2值与各分级呈高度负相关，此结果与既往部分研究结果一致[15-18]，推测与椎间盘NP的组成成分及退变的发生机制有关。NP发生退变时水分丢失，结构紊乱，且随分级的增高变化更为明显；而T2 mapping技术对水分的变化敏感，故测量NP的T2值能够反映腰椎间盘退行性变的程度。本研究中腰椎间盘各分级 NP的T2值I～IV级间差异均有统计学意义，与既往研究结果相同[6,14]。本研究中95例腰痛患者腰椎间盘NP T2值在IV级与V级中差异无统计学意义，分析导致这种结果的原因可能是IV级与V级均属于严重退行性变的腰椎间盘，椎间盘NP内的胶原纤维破坏和含水量减少情况较为接近，其弛豫时间差异较小。本研究结果表明NP的T2值具有区分I～IV级椎间盘的能力，提示T2 mapping成像技术能够发现腰椎间盘的早期退行性变。

对于AF前、后缘的T2值比较，结果发现两者均随分级的增高而呈下降趋势。进一步比较发现椎间盘AF前缘T2值与各分级呈弱负相关，AF后缘T2值与各分级呈中度负相关。不同研究对于椎间盘AF前、后缘T2值的结果报道不一，且差异较大[15-16,18-19]。分析导致AF前、后缘 T2值变化较大的原因可能为：①AF主要是由I型胶原蛋白组成，含水量少，其退变时主要以胶原纤维的增生及胶原纤维结构破坏为主，但T2 mapping技术主要水分的变化敏感，故AF T2值的变化不如NP明显；②各研究测量AF ROI的范围选择不同，也可能造成结果的差异。因此认为测量 AF的T2值不足以评价腰椎间盘退行性变。本研究还选取了30例患者间隔半年行第2次MRI检查。结果发现2次检查椎间盘AF前、后缘及NP T2值差异均无统计学意义，其原因为：①2次检查间隔时间较短，尽管患者自觉腰痛症状反复出现且有加重，但椎间盘退行性变所导致的生化改变尚未引起T2值的明显变化；②半年内30例患者未长期从事加剧腰椎间盘退变的劳动，且经过治疗均获得过一段时间的缓解期。

本研究的局限性为：①本研究以Pfirrmann分级作为参照标准，缺乏组织学结果，且Pfirrmann分级本身的精度尚有欠缺，因此腰椎间盘实际的退变程度与T2值的关系尚需进一步对照研究。②本研究未采用其他研究方法与T2 mapping 成像技术比较，如扩散加权成像、T2* mapping。③选取的30例患者仅比较了T2值的变化，未与分级联系进行比较。

总之，T2 mapping成像技术能够评估腰椎间盘退变的程度，特别是NP的T2 值能够为早期腰椎间盘退变提供定量分析的方法。

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（本文编辑闻浩）

T2 mapping Imaging of Lumbar Intervertebral Disc Degeneration by Using 1.5T Magnetic Resonance

Purpose To investigate the value of MRI T2 mapping imaging in diagnosis of lumbar intervertebral disc degenerative (IVDD). Materials and Methods A prospective study was performed on 100 patients who underwent 1.5T MRI examination because of lumbar and back pain from October 2013 to December 2015 at the Fifth People's Hospital of Shanghai, Fudan University. The MRI examinations included conventional sagittal T1WI and T2WI, axial T2WI and median sagittal T2 mapping imaging. According to Pfirrmann standard, 475 lumbar intervertebral discs were graded. T2 values of nucleus pulposus (NP) and annulus fibrosus (AF) of anteriority and posterior with different grades were measured and compared. The correlations between T2 value, age and grade were further analyzed. 30 patients were selected and underwent a second MR examination after half a year, and the difference of T2 values between the two MR examinations were compared. Results Except for grade IV and grade V, the differences of T2 values of NP between the other grades of lumbar intervertebral discs were statistically significant (P＜0.05). T2 values of NP were negatively correlated with the grades (r=－0.77). There were no significant differences in T2 values of NP and AF of anteriority and posterior in 30 patients with back pain between the two MR measurements of half year interval (P＞0.05). Conclusion T2 mapping imaging can quantitatively assess the degree of IVDD, especially T2 values of NP can reflect the differences of IVDD with grade I-IV, so it can provide the imaging evidence for the diagnosis of IVDD．

Intervertebral disk displacement; Lumbar vertebrae; Magnetic resonance imaging

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.07.014

1. 上海中医药大学附属曙光医院放射科

上海 200021

2. 复旦大学附属上海市第五人民医院放射科上海 200240

刘军

Department of Radiology, the Fifth People's Hospital of Shanghai, Fudan University,

Shanghai 200240, China

Address Correspondence to: LIU Jun E-mail: lj7275@163.com

上海市闵行区科委课题（2013MHZ068）。

2016-11-17

2017-02-08