ADC 及FA 值对腰椎间盘退变程度的评估价值

徐永立，赵小华，洪晓锋

（广东医科大学附属第三医院放射科，广东佛山528318）

腰部疼痛为腰椎间盘疾病的主要症状，青壮年大多因长时间的姿势不良或激烈运动导致；老年人则因老化导致腰背部疼痛［1-2］。上述情况常导致退化性椎间盘疾病（degenerative disc disease，DDD），造成患者生活质量下降，甚至丧失劳动力等［3］。很多学者对椎间盘退变进行了相关研究，但大多局限于形态学的变化及椎间盘信号的改变。实践表明，在腰椎间盘退变早期，即形态和信号改变前针对椎间盘退变的治疗效果更好。也有学者［4］从微观层面对椎间盘退变进行观察，但方法较复杂，对设备要求高。本研究从ADC 值和FA 值相结合的角度探讨其对腰椎间盘退变的早期诊断及退变程度的评估价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2017 年7 月到2018 年7 月我院腰椎MRI 检查资料完整的患者84 例，其中44 例临床诊断为腰椎间盘退行性疾病；男24 例，女20例；年龄26～66 岁，平均（45.3±3.9）岁；临床表现以腰痛为主，症状持续时间2 周～8 年。另40 例为健康志愿者，均无腰腿痛病史和相关临床表现，其中男23 例，女17 例；年龄16～38 岁，平均（29.3±2.7）岁。84 例均行常规MRI 及矢状位DWI、DTI 检查，排除其他全身性疾病。本研究通过医院伦理委员会批准，研究对象对相关检查均知情同意。

1.2 仪器与方法 使用GE 1.5 T Signa 超导MRI机，4 通道相控阵脊柱线圈。采用SE 序列平面回波成像技术行多次激发扫描，DWI 序列采用矢状位扫描，扫描参数：TR 4 000.0 ms，TE 75.5 ms，NEX 3，FOV 34 cm×34 cm，矩阵256×256，层厚4 mm，层距1 mm，扫描时间48 s；DTI 采用矢状位成像，扫描参数：TR 6 000.0 ms，TE 102.5 ms，NEX 3，FOV 34 cm×34 cm，矩阵256×256，层厚5 mm，层距1 mm，扩散方向15，扫描时间105 s；同时在层面选择、相位编码和频率编码3 个方向上施加扩散敏感梯度，b 值设为600 s/mm2。在椎体前方设置预饱和带，饱和带宽30 cm。

1.3 FA 值和ADC 值测量 FA 值、ADC 值测量分别在DTI 及DWI 矢状位图像上进行，在正中矢状位图像上，每个椎间盘选取3 个ROI，分别是椎间盘前部、后部和髓核中央，ROI 为25～30 mm2，分别测量其FA 值和ADC 值，然后取平均值。

1.4 图像和指标分析 对椎间盘行修正Pfirrmann分级［5］，即根据腰椎间盘内髓核信号的高低、髓核的分布情况、髓核与纤维环的界限，以及椎间盘高度的变化进行评级：正常（1～2 级）、轻度退变（3～4 级）、重度退变（5～8 级）3 组；观察椎间盘形态，分析不同退变分级椎间盘与ADC 值、FA 值的相关性。

1.5 统计学处理 采用SPSS 19.0 软件进行统计学处理。计量资料以±s 表示，组间比较行独立样本t检验。相关性分析采用Spearman 等级相关分析。以P＜0.05 为差异有统计意义。

2 结果

2.1 各级椎间盘的平均ADC 值和FA 值比较 84例均成功行DWI 及DTI 检查，共测量420 个椎间盘，其分级与平均ADC 值及FA 值见表1。腰椎间盘矢状位图像见图1。

图1 男，47 岁，腰痛数年，有腰椎间盘突出病史 图1a 腰椎矢状位T2WI 示腰椎各节段椎间盘显示清晰。L1～2椎间盘呈高信号，修正Pfirrmann评级为正常（2 级）；L3～4椎间盘呈稍高信号，为轻度退变（3 级）；L4～5椎间盘信号稍低，但高度正常，为重度退变（5 级）图1b DTI 成像，L4～5椎间盘各向异性分数（FA）值为0.304 图1c DWI 示L4～5椎间盘弥散受限，ADC 值为1.59×10-3 mm2/s 图2 女，19 岁，无腰腿痛病史及临床表现。MRI 示其椎间盘无明显退变，FA 图（图2a）、ADC 图（图2b）均显示清晰，椎间盘信号正常

表1 正常与退变椎间盘的平均ADC 值及FA 值

正常椎间盘（修正Pfirrmann 分级1～2 级）与退变椎间盘（3～8 级）的平均ADC 值及FA 值比较，差异均有统计学意义（t=2.932、1.764，均P＜0.05）（表2）。

正常椎间盘间（1、2 级）、正常椎间盘与各级退变椎间盘间的ADC 和FA 差异均有统计学意义（均P＜0.05）。重度退变椎间盘组间的ADC 值及FA 值差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

2.2 ADC 值、FA 值与修正Pfirrmann 分级的相关性椎间盘的ADC 值、FA 值与修正Pfirrmann 分级具有相关性（r1=-0.563，r2=0.518；均P＜0.05），且ADC 值与修正Pfirrmann 分级的相关性较明显。

3 讨论

3.1 腰椎间盘的退变机制 腰椎间盘主要由髓核及纤维环组成，髓核位于椎间盘中央，富含水分及半流质物质［6］。椎间盘在退化过程中，首先是髓核中的细胞无法制造新的髓核，渐渐失去吸收水分及承受形变的能力，然后髓核慢慢增厚，似纤维环；外围的纤维环也变得较易破裂，人体压力直接作用在椎体上，使得椎间盘厚度降低、椎体不稳定、椎间盘负载分布不均匀［7-8］，导致椎间盘病变，甚至累及椎体，椎体骨赘形成，出现腰痛等临床症状，且下腰椎比上腰椎更严重［9］。临床症状较重时，椎间盘退变已较明显，治疗和恢复常困难。退变晚期的椎间盘内细胞大量凋亡，基质合成减少，降解增加，导致椎间盘功能缺陷。

3.2 腰椎间盘退变的评估方法 目前对腰椎间盘退变诱发的腰椎间盘突出症及其他相关疾患多采用保守或手术治疗，虽短期内患者受益，却无法逆转或延缓椎间盘的退变［10］。如何准确量化评估腰椎间盘的退变程度，尤其是对早期腰椎间盘退变进行精确地客观评估与腰痛的预防、临床诊断及治疗密切相关。但目前对腰椎间盘退变的早期诊断和量化评估缺乏精确、易行、有效的手段。DWI 是近年发展起来的一项较新的MRI 成像技术，可通过测量腰椎间盘平均ADC 值反映组织中水分子无序扩散运动快慢的信息，这已成为MRI 量化检查的主要手段之一。DTI 是在DWI 基础上发展起来的一种新的成像方法，在检测局部生物环境改变方面具有很高的敏感性［11-12］。FA 是最常用的定量分析各向异性的参数，它代表扩散张量各向异性部分占整个扩散张量的比值，范围为0～1。将ADC 值与FA 值结合起来评价腰椎间盘退变的程度有助于提高诊断特异性［13］。沈思等［14］采用DWI 和DTI 对腰椎间盘早期退变的诊断价值进行研究，发现ADC 值和FA 值能体现椎间盘水分子弥散能力的变化，量化反映椎间盘退变早期髓核的生化状态。但研究对象均为正常志愿者，未选取腰椎间盘退变患者进行对照研究。

表2 修正Pfirrmann 各级椎间盘ADC 值、FA 值均数两两比较

本研究显示，ADC 值和FA 值能够显示椎间盘的早期退变，正常椎间盘与轻度及重度退变椎间盘平均ADC 值和FA 值比较，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。说明椎间盘退变早期，其局部生物环境发生了改变，水分子的弥散受到限制，退变的椎间盘组ADC 值较正常组偏低。赵建等［15］研究了ADC 值与椎间盘退变分级的相关性，正常椎间盘和退变椎间盘在ADC 值上有重叠，这种重叠一部分因为b 值的选择，而b 值影响灌注发生的效应，也增强了多元模式影响的作用。本研究中，ADC 值、FA 值与修正Pfirrmann 分级均有相关性（r1=-0.563，r2=0.518，均P＜0.05），表明ADC 值和FA 值均与椎间盘的退变程度相关，随着椎间盘退变程度的加重，ADC 值不断降低，而FA 值升高。因此，可用ADC 值、FA 值对腰椎间盘退变程度评估，比传统的椎间盘退变的检查方法更有效客观。从r 值的绝对值比较可看出，修正Pfirrmann 分级与ADC 值的相关性强于其与FA值的相关性。两者联合能更有效地反映椎间盘退变的微观病理改变，为退变程度的评估和早期诊断提供依据。

目前，椎间盘退变的Pfirrmann 分级基本局限于形态学方面，存在很大的主观性和误差。若根据测定的ADC 值和FA 值对椎间盘退变程度进行评估则更准确和易于接受，可在腰椎间盘形态和信号改变之前为早期退变的诊断提供客观的评价标准。随着MRI 技术的不断完善，MRI 功能成像将在腰椎间盘退变的早期诊断和程度评估中发挥越来越重要的作用，给临床治疗提供帮助。