基于T2mapping成像的后纤维环与腰椎间盘突出相关性研究

温群,魏春晓,王娇燕,孟凡华,谭文莉

(1.上海中医药大学附属曙光医院,上海 200021;2.复旦大学附属上海市第五人民医院,上海 200040)

椎间盘是脊柱中重要的联合组织,由上下软骨终板、胶状的髓核(nucleus pulposus,NP)与同心圆片状纤维环组成[1]。纤维环是一种复杂的、非均匀、各向异性的层状结构,主要由纤维软骨组成。后纤维环是椎间盘突出症(intervertebral disc herniation,DH)发展的关键结构。

MRI能够评估椎间盘的组织结构,并且对椎间盘的一些成分进行测量[2-4]。T2 mapping对椎间盘中胶原蛋白和水含量的变化敏感[5]。有研究表明,T2值随椎间盘退变程度的加重而降低[6-8],T2值与椎间盘退变程度呈负相关,具有区分NP与纤维环的能力[9]。尽管T2 mapping提供了测量椎间盘退行性变的客观方法,但很少有研究探讨后纤维环与DH之间的关系。据报道,后纤维环厚度减少和结构薄弱可能是椎间盘向后突出发生率较高的原因之一[10]。本研究的目的是,基于T2mapping成像,采用两种不同的后纤维环分类方法,评估后纤维环与DH的发生是否存在相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究共纳入80例患者(女42例,男38例),平均年龄17～80(41±16)岁,均为单次或反复发作的下腰痛。排除标准:腰椎神经根病、骨折、癌症、炎症性关节疾病、感染,或存在磁共振成像禁忌证,既往有脊柱手术史等。本研究经本院伦理委员会批准,获得患者的知情同意。

1.2 MRI检查

所有患者均在GE Signa 1.5 T扫描仪上接受检查。受试者采取仰卧位进行扫描。成像序列包括矢状位T1-FSE、矢状位及横轴位T2-FSE、矢状位T2 mapping。T2 mapping采用multi-echo自旋回波序列,重复时间: 1000 ms,回波时间: 8.4～67.2 ms,视野: 220×220,矩阵:256×256,带宽:31.25,厚度:4 mm。

1.3 图像分析

将扫描所得图像传至GE ADW 4.5后处理工作站,在矢状位和横轴位T1WI及T2WI图像上,由2位经验丰富的资深放射科医师进行形态学分类,将所有椎间盘分为正常椎间盘、椎间盘膨出、椎间盘突出三组。如果在一个椎间盘中同时存在膨出及突出,则归为突出组。

选取感兴趣区( region of interest,ROI ),在正中矢状位T2图上手工绘制,将椎间盘从前向后分为五个大小相等的矩形,每个ROI为椎间盘直径的20%,后20%为纤维环的最后20%(posterior annulus fibrosus,PAF-20),中间60%为髓核(nucleus pulposus,NP),后10%为纤维环的最后10% (10% of posterior annulus fibrosus,PAF-10),见图1。

图1 在正中矢状位划分ROI。每个区域测量正中矢状位椎间盘直径的20%。中间60%为NP,后20%为PAF-20,后10%为PAF-10

1.4 统计分析

2 结果

共扫描400个椎间盘,其中118个(29%)正常椎间盘,231个(57%)椎间盘膨出,51个(13%)椎间盘突出。各组椎间盘PAF-20、PAF-10和NP的T2值见表1所示:①PAF-20的T2值比较,正常椎间盘组>椎间盘膨出组>椎间盘突出组,差异均有统计学意义(P<0.01)。②PAF-10的T2值比较,正常椎间盘组>椎间盘膨出组和椎间盘突出组,差异均有统计学意义(P<0.01);但椎间盘膨出组与椎间盘突出组之间差异无统计学意义(P=0.715)。③NP的T2值比较,正常椎间盘组>椎间盘膨出组>椎间盘突出组,差异均有统计学意义(P<0.01)。

表1 各组椎间盘PAF-20、PAF-10和NP的T2值

相关性分析显示,PAF-20与NP的T2值呈中度相关(r=0.591;P<0.01);PAF-10与NP的T2值呈弱相关(r=0.323;P<0.01),见图2。

图2 椎间盘不同部位T2值的Pearson相关关系:PAF-20与NP(A)、PAF-10与NP (B)

3 讨论

腰椎间盘由NP、纤维环及上、下软骨终板构成[11]。腰椎间盘发生退变时, 髓核中的胶原纤维不规则网状结构被破坏, 蛋白多糖浓度减少, 细胞外基质成分合成减少[12]。

T2 mapping一般采用多回波快速自旋回波序列,是以T2弛豫时间值为基础的数字化图像,经工作站后处理之后形成伪彩图,通过测量ROI 得出组织中每个体素的T2值,量化反映组织中水分子状态的变化。本研究根据MRI的检查结果,将椎间盘分为正常椎间盘组、椎间盘膨出组及椎间盘突出组,并分别测量其T2值。结果可见,PAF-20的T2值比较,正常椎间盘组>椎间盘膨出组>椎间盘突出组,差异均有统计学意义(P<0.01)。Alina等[13]也发现,正常椎间盘的PAF-20 T2值明显高于椎间盘膨出和突出组(均P<0.001),与本研究结果相同。还有一些相似的研究,也将椎间盘从前向后分为5个ROI,发现PAF-20的T2值减少,且与NP的T2值呈中度相关,这可以解释为PAF-20的T2值受NP的状态影响较大[1]。椎间盘突出通常与椎间盘退变有关,主要表现为前后纤维环的T2信号变化,出现这种情况的原因,可能是前后纤维环的排列方向发生变化。后纤维环的纤维含量比前纤维环薄,压力负荷比前纤维环大,后纵韧带比前纵韧带弱,所以纤维环的退变更为明显。一旦胶原蛋白的结构被破坏,椎间盘的力学后会受到极大的干扰,而发生椎间盘突出的可能性就会增加。椎间盘退变程度进一步加重,可能导致纤维环的厚度变薄和结构发生改变,从而导致其T2值进一步降低。

与正常椎间盘组相比,椎间盘突出组PAF-10的T2值明显降低(P<0.01),结果表明,PAF-10的T2值可能是椎间盘突出的特征性表现。张启川等[14]认为,椎间盘的PAF-10存在特征性的T2弛豫时间改变,能作为一个独立参数描述纤维环的形态,预测椎间盘突出。

本研究有几个局限性:首先,没有进行患者间的椎间盘比较。纵向研究有助于预测椎间盘突出或其他病理改变的风险。其次,缺乏患者的临床资料。本研究没有对患者使用问卷调查进行临床评估。第三,没有金标准。

综上所述,对椎间盘进行T2 mapping成像,定量测定其T2值,根据其T2值的变化能够区分不同类型的椎间盘形态。如果PAF-10 的T2值升高,PAF-20 的T2值降低,可以提示椎间盘突出。