腰椎軟骨終板的MR三維超短回波時間T2*mapping定量評價

潘希敏，胡美玉，江波,

1.中山大學附屬第一醫院黃埔院區放射科，廣州 510700

2.中山大學附屬第一醫院放射診斷科，廣州 510080

椎間盤為一個完整的結構單元，由纖維環、髓核和軟骨終板三部分組成。目前對纖維環和髓核退變引起的椎間盤退變的研究較多，而對由軟骨終板退變引起的椎間盤退變研究較為新穎[1]。以前的研究說明[2]，應用T1rho成像技術能反映椎間盤早期變性髓核大分子結構的退變，而髓核變性與軟骨終板變性之間的內在關系一直存在爭議。如何準確地量化評估軟骨終板的退變程度，尤其是對軟骨終板早期退變進行客觀評估有著重要臨床意義，但目前傳統的影像檢查技術只能提供形態學上的病理變化，尚不能精確定量診斷早期軟骨終板改變。

本研究通過探討磁共振三維超短回波時間(ultra-short time to echo，UTE)多回波脈沖序列顯示軟骨終板及應用T2*mapping成像技術量化青年人群腰椎軟骨終板T2*值的可行性，這將為下一步同步探索髓核變性和軟骨終板變性內在關系提供研究方法。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取T2WI 腰椎間盤信號未見異常的青年志愿者21名，其中男12名，女9名，年齡18～20歲，平均19歲，體重45～75 kg。所有志愿者均無腰痛和無腰椎部畸形、外傷、手術史、無大量體力勞動、運動史；體質、量均在正常范圍。所有志愿者均了解本研究目的、內容，自愿參加，均簽署知情同意書。

1.2 MR 掃描方法及序列

采用Philips 1.5 T Achieva Nova Dual超導磁共振成像系統，相控陣脊柱線圈，受檢者取仰臥位，行腰椎T2WI及三維超短TE多回波脈沖序列矢狀位掃描。三維超短TE多回波脈沖序列參數：快速梯度回波(turbo field echo，TFE)序列，放射狀采集模式，TR 15.7 ms，Echo 5， TE分別為0.34、3.10、5.80、8.50、11.30 ms，TFE因子13，體素1×1，層厚2 mm，FOV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，反轉角25°，Calculated image：T2*mapping，掃描時間6 min 25 s。T2WI序列參數：快速自旋回波(turbo spin echo，TSE)序列，TR 2500 ms，TE 100 ms，FOV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層厚5 mm，掃描時間1 min 30 s。

1.3 圖像分析評價及后處理

所有影像學資料均由2名經驗豐富的放射科主治醫師相對獨立地進行雙盲法分析，并集中分析討論。

腰椎T2WI顯示腰椎間盤無異常，UTE多回波序列圖像質量按由劣至優順序分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級：Ⅰ級，軟骨終板輪廓顯示不清，偽影重；Ⅱ級，軟骨終板輪廓顯示斷續，有少量偽影；Ⅲ級，軟骨終板輪廓由前至后顯示清晰，無偽影。UTE多回波序列圖像應用Image J 1.45s 軟件對T2*mapping進行T2*校正，在UTE序列的第一個回波時間0.34 ms圖像中，選取腰椎中間層面，將L1～S1椎體上、下軟骨終板自前向后畫出感興趣區 ( region of interest，ROI)，并把ROI復制到生成的T2*mapping偽彩圖分別測量每個軟骨終板T2*值，連續測量5次，去除其最大值及最小值，取其平均值。

1.4 統計分析

將所測得的數據輸入SPSS 16.0 軟件包進行統計學處理，測量結果均以±s表示，比較腰椎上、下軟骨終板ROI的T2*值差異，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

21名志愿者腰椎的210個軟骨終板圖像質量均為Ⅲ級(圖1～4)，其腰椎上、下軟骨終板T2*值平均值分別為(19.76±8.41) ms、(30.17±17.25) ms，兩者差異有統計學意義(t=－5.56，P<0.01)。

3 討論

軟骨終板是椎間盤與椎體骨質之間的透明軟骨，由軟骨細胞及細胞外基質組成[3]。軟骨終板退變阻礙椎間盤營養供應為椎間盤退變的主要原因[4]，故對椎間盤軟骨終板的早期定量診斷顯得十分重要。磁共振具有多參數成像特點[5]，高分辨的MR圖像可清晰地顯示椎間盤的髓核和纖維環，但是由于軟骨終板T2值非常短，當用傳統磁共振成像序列時，短T2 組織的MRI信號在激發后迅速衰減，以致在MRI系統采集信號時，短T2 組織表現為無信號或極低信號，因此常規MRI圖像上顯示為黑色，限制了其應用價值，故有必要應用選擇性的技術予以改進以提高其敏感性。磁共振三維超短回波時間(UTE)多回波脈沖序列使腰椎軟骨終板的形態顯示及定量分析成為可能。

磁共振三維超短回波時間(UTE)多回波脈沖序列，應用半射頻脈沖結合層面選擇梯度實現層面激發，采用放射狀或螺旋狀軌跡填充k空間及變速選擇性激發(variable rate selective excitation，VERSE)技術，短硬脈沖激發及三維放射狀采集，可實現三維UTE成像。UTE脈沖序列設計因為回波時問短，使系統的數據采集時間較常規成像序列早，解決了在短T2成分的信號衰減之前快速采集其信號的問題而拓寬了MR成像能顯示的組織的T2值的范圍[6]。

通過多回波序列經過對像素與像素的計算，重組成可以進行量化分析的彩色階或灰階T2*弛豫時間圖像(T2*mapping)，因為采用的是梯度回波序列，消除了自旋回波序列180°重聚焦脈沖對失相位效應的影響，故測得的T2*值反映了組織的真正T2弛豫[7]。

圖1～4 志愿者，女，19歲。圖1：腰椎矢狀T2WI，顯示腰椎間盤信號未見異常；圖2：UTE序列的第一個回波時間0.34 ms圖像觀察腰椎軟骨終板形態無異常；圖3：自前向后選取L1～S1椎上下軟骨終板ROI；圖4：T2*mapping偽彩圖Fig.1—4 A 19 year old female volunteer.Fig.1 : The sagittal T2-weighted image showed the normal intensity of lumbar disc.Fig.2 : The lumbar in ter vertebral CEP s were observed of normal morphology in the first echo time (0.34 ms) image of the UTE sequence.Fig.3 : Selected ROIs of both the upper and lower CEPs from L1/L2 to L5/S1.Fig.4 : The artificial color T2*mapping.

UTE多回波脈沖序列對組織含水及生化結構非常敏感，軟骨膠原-蛋白多糖中結合水質子促進了T2值的衰減，使軟骨在T2加權(長TE)上信號減低，所以在軟骨形態發生改變之前，其基質改變和水腫變化都能在T2*mapping上反映出來[8]。軟骨終板為富含短T2成分的組織，在UTE脈沖序列上這類組織表現為高信號，能直接觀察到軟骨終板的形態為邊緣厚、中央薄的向心性凹陷，且不同椎體節段其凹陷程度不同，根據該序列軟骨終板高信號的特點能準確的對其進行T2*mapping測量T2*值，T2*值反映了軟骨終板中的水含量，在軟骨大體形態變化前其內部大分子的改變都會造成其水含量的相應變化。

本研究中，利用T2*mapping技術對正常志愿者腰椎軟骨終板不同解剖位置ROI的T2*值進行對比研究，統計數據顯示在腰椎上、下軟骨終板平均T2*值差異有統計學意義，下軟骨終板平均T2*值較上軟骨終板高，與腰椎軟骨終板生物力學研究相一致[9-10]。

本研究證實，應用磁共振三維超短回波時間(UTE)多回波脈沖序列成像可使傳統MR成像序列不能顯示信號或表現為低信號的主要含短T2成分的組織顯示出來并檢測到其信號，T2*mapping技術對T2*值的測定可以早期、敏感地反映軟骨水含量和生化成分的改變，成功實現對腰椎軟骨終板的定量分析，為今后廣泛開展軟骨終板定量研究提供了新途徑。

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