T2 mapping技術在腰椎間盤退變評估中的應用價值

王建偉，許曉泉，王德杭，鄒月芬，時　寅，徐　磊，施海彬

（南京醫科大學第一附屬醫院放射科，江蘇 南京　210029）

T2 mapping技術在腰椎間盤退變評估中的應用價值

王建偉，許曉泉，王德杭，鄒月芬，時寅，徐磊，施海彬

（南京醫科大學第一附屬醫院放射科，江蘇 南京210029）

目的：探討T2 mapping技術評估腰椎間盤退變的應用價值。材料與方法：對33例經臨床診斷為椎間盤退變的病例行腰椎磁共振常規序列和T2 mapping掃描。椎間盤退變分級采用Pfirrmann標準。基于矢狀位T2 mapping偽彩圖，采用手動勾畫感興趣區法，分別測量椎間盤前后纖維環及髓核的T2值。采用單因素方差分析分別比較不同Pfirrmann等級椎間盤的前后纖維環及髓核的T2值差異。Pfirrmann等級與椎間盤不同部位T2值的相關性采用Spearman相關分析評估。結果：前后纖維環Ⅰ～Ⅴ級的T2值差異無統計學意義（前纖維環，P=0.233；后纖維環，P=0.906）。髓核Ⅰ～Ⅴ級的T2值差異有統計學意義（P= 0.000）。兩兩比較后發現，Ⅱ～Ⅲ級、Ⅲ～Ⅳ級的T2值差異有統計學意義（Ⅱ～Ⅲ級，P=0.000；Ⅲ～Ⅳ級，P=0.008）。而Ⅰ～Ⅱ級、Ⅳ～Ⅴ級的T2值差異無統計學差異（Ⅰ～Ⅱ級，P=0.357；Ⅳ～Ⅴ級，P=0.489）。Spearman相關分析結果顯示，髓核T2值與Pfirrmann分級呈明顯負相關（r=-0.765，P=0.000），前纖維環T2值與Pfirrmann分級呈弱負相關（r=-0.166，P=0.036），而后纖維環T2值與Pfirrmann分級不相關（r=0.051，P=0.521）。結論：T2 mapping技術可定量顯示不同等級椎間盤的不同組織結構間的T2值差異，為臨床定量化診斷椎間盤退變提供參考。

椎間盤；腰椎；磁共振成像

腰椎間盤退變是引起腰骶部疼痛的主要原因［1］。MRI是評估腰椎間盤退變的重要影像學手段。但常規MR序列根據椎間盤的結構形態和信號強度等形態學改變來評估椎間盤退變。基于常規MR的形態學評估，受評估者主觀影響較大，且無法反應椎間盤退變早期的細微成分的改變。T2 Mapping技術，可以通過定量測量組織T2弛豫時間，來反應組織生化成分和微結構的改變，已有報道將其應用于組織代謝以及軟骨生化信息等方面的研究［2-4］，但應用于椎間盤退變方面的報道仍不多見，因此，本文采用T2 mapping技術對腰骶部痛患者進行掃描，以探討該技術在腰椎間盤退變早期評估中的應用價值。

1　材料與方法

1.1一般資料

納入2013年12月—2014年10月間臨床診斷為椎間盤退變的患者33例，男17例，女16例，平均年齡（39.9±18.5）歲，臨床癥狀主要為反復發作的腰骶部疼痛。

1.2檢查方法

MR掃描采用1.5T超導型磁共振掃描儀（Signa HDx，GE，美國）和頸胸腰聯合相控陣線圈。MR掃描位置以及序列包括矢狀位T2WI、T1WI、軸位T2WI和矢狀位T2 mapping。矢狀位T2WI掃描參數：TR 3160ms，TE 102 ms，層厚4 mm，層間距2 mm，矩陣384×224，帶寬41.67 Hz；矢狀位T1WI掃描參數：TR 640 ms，TE 57 ms，層厚4 mm，層間距2 mm，矩陣320×224，帶寬41.67 Hz；軸位T2WI掃描參數：TR 2 580 ms，TE 120 ms，層厚4 mm，層間距2 mm，矩陣320× 192，帶寬27.78 Hz；矢狀位T2 mapping掃描參數：TR 1250ms，TE為n×9.2ms，層厚4mm，層間距2mm，矩陣288×224，帶寬31.25 Hz。參與本研究患者均簽署知情同意書。

1.3圖像后處理與分析

腰椎間盤退變的形態學診斷和分級由兩位放射科醫師依據Pfirrmann標準［7］完成。當兩名醫師的評估結果存在差異時，由第3名高年資醫師判斷并納入統計分析。Pfirrmann分級系統依據腰椎矢狀位T2WI圖像，主要觀察髓核結構、髓核信號強度、髓核與纖維環分界以及椎間盤高度等四方面形態學信息，并據此將椎間盤退變程度分為Ⅰ～Ⅴ級。同時，將原始數據導入GE后處理工作站，采用Functool軟件重建和分析 T2 mapping偽彩圖。選取 T2 mapping偽彩圖正中矢狀位層面作為感興趣層面，將椎間盤分為前（前纖維環）、中（髓核）、后（后纖維環）3個感興趣區，手繪測量每個感興趣區T2值。每個感興趣區測量3次，最后取平均值作為該區的T2值。定量測量由兩名放射科醫師獨立完成，兩者測量的平均值納入統計分析。

1.4統計學處理

2　結果

2.1一般結果

33例病人均完成檢查，所有常規MR圖像清晰，無明顯偽影。另外，分析矢狀位T2 mapping重建彩圖，發現其中1例T2 mapping偽彩圖運動偽影嚴重，不能入組，因此共測得160個椎間盤T2值并納入統計分析。

2.2不同Pfirrmann等級及椎間盤部位的T2值差異

采用單因素方差分析對不同Pfirrmann等級椎間盤不同部位的T2值進行比較，結果提示：在前后纖維環，Ⅰ～Ⅴ級的T2值差異無統計學意義（前纖維環，P=0.233；后纖維環，P=0.906）；在髓核，Ⅰ～Ⅴ級的T2值之間差異有統計學意義（P=0.000）。兩兩比較后發現，Ⅱ級與Ⅲ級的T2值之間，Ⅲ級與Ⅳ級的T2值之間的差異有統計學意義（Ⅱ級與Ⅲ級，P=0.000；Ⅲ級與Ⅳ級，P=0.008）。而Ⅰ級與Ⅱ級的T2值，Ⅳ級與Ⅴ級的T2值無統計學差異（Ⅰ級與Ⅱ級，P=0.357；Ⅳ級與Ⅴ級，P=0.489）。

另外，本研究還觀察，在同一Pfirrmann等級情況下的不同椎間盤部位之間的T2值差異。統計結果顯示，當Pfirrmann分級Ⅰ～Ⅲ級時，髓核T2值明顯高于前、后纖維環T2值（髓核與前纖維環：Ⅰ～Ⅲ級，P=0.000；髓核與后纖維環：Ⅰ～Ⅲ級，P=0.000），并且前纖維環T2值高于后纖維環T2值（Ⅰ級，P= 0.040；Ⅱ級，P=0.000；Ⅲ級，P=0.000）。當Pfirrmann分級為Ⅳ級時，髓核及前纖維環T2值明顯高于后纖維環（髓核與后纖維環，P=0.010；前纖維環與后纖維環，P=0.019），但髓核與前纖維環之間的T2值的差異無統計學意義（P=0.806）。當Pfirrmann分級為Ⅴ級時，前纖維環、髓核以及后纖維環之間的T2值差異無統計學意義（P=0.470）。不同Pfirrmann等級及椎間盤部位的T2值詳見表1，代表性病例示意圖見圖1，2。

表1　椎間盤Pfirrmann分級與椎間盤不同部位的T2值

2.3椎間盤不同部位的T2值與Pfirrmann等級的相關性研究

將前纖維環、髓核和后纖維環的T2值與Pfirrmann分級作相關性分析，結果提示：髓核T2值與Pfirrmann分級呈明顯負相關（r=-0.765，P=0.000）。前纖維環T2值與Pfirrmann分級呈負相關，但相關系數r僅為-0.166（r=-0.166，P=0.036）。后纖維環T2值則與Pfirrmann分級不相關（r=0.051，P=0.521）。椎間盤Pfirrmann分級與髓核部位T2值的相關性分析結果見圖3。

圖1　17歲男性，腰骶部疼痛。圖1a：矢狀位常規T2WI提示L1～L5椎間盤Pfirrmannn等級均為Ⅱ級。圖1b：T2 mapping偽彩圖提示PfirrmannnⅡ級椎間盤髓核T2值（白箭）高于前后纖維環T2值（黑箭）。　圖2　50歲女性，因腰骶部疼痛伴下肢放射痛。圖2a：矢狀位常規T2加權像提示L3/L4椎間盤Pfirrmannn等級為Ⅲ級（白箭），L5/S1椎間盤Pfirrmannn等級為Ⅳ級（白彎箭）。圖2b：T2 mapping偽彩圖提示L4/5椎間盤髓核T2值（白箭）較高于前后纖維環T2值（黑箭）。L5/S1椎間盤的前纖維環、髓核和后纖維環的T2值差異不大（白彎箭）。Figure 1.　Male，17 years old.Lumbosacral pain.Figure 1a：Sagittal T2WI shows that the L1～L5 lumbar intervertebral discs are Pfirrmannn gradeⅡ.Figure 1b：T2 mapping pseudocolor image of the same case shows that T2 values of the NP（white arrow）is higher than those of the AAF and PAF（black arrow）.　Figure 2.　Female，50 years old.Lumbosacral pain with radiating pain in lower extremity.Figure 2a：Sagittal T2WI shows that the L3/L4 lumbar intervertebral disc is Pfirrmannn gradeⅢ（white arrow）.The L5/S1 lumbar intervertebral disc is Pfirrmannn gradeⅣ（white curved arrow）.Figure 2b：T2 mapping pseudocolor image of the same case shows that T2 values of the NP of the L4/L5（white arrow）is higher than those of the AAF or PAF（black arrow）.There is little difference between the T2 values of the NP and those of the AAF or PAF.

圖3　椎間盤髓核部T2值與Pfirrmann分級呈明顯負相關（r=-0.765）。Figure 3.Significant negative correlation is shown between T2 values of NP and the Pfirrmann grades（r=-0.765）.

3　討論

常規磁共振檢查序列，可以清晰顯示腰椎各解剖結構，可以根據椎間盤、椎體、關節、韌帶等結構的形態或信號強度的改變等信息來評估腰椎退變的情況［5-6］。Pfirrmann分級就是以矢狀位T2WI圖像上腰椎間盤的形態學信息作為分級指標，對腰椎間盤退變程度作出評估［7］。但Pfirrmann分級是基于形態學的定性評估標準，受評估者的主觀因素影響較大，比如在本研究中，兩位醫師就常常對Ⅱ級和Ⅲ級椎間盤的判定產生較多分歧。T2 mapping技術是測量組織T2弛豫時間的MR技術，一般選用SE序列，設置多個TE，得到一組T2WI圖像，再根據所得到的這組T2WI圖像的數據計算出組織的T2值，最終重建出T2 mapping圖［8］。目前，T2 mapping技術已經較為成熟的應用于膝關節等關節軟骨在病變早期軟骨成分變化的定量評估［3，9］，但應用于椎間盤退變方面的研究還不多見。因此，本研究擬將T2 mapping技術應用于椎間盤退變診斷過程中，擬探討T2 mapping技術在腰椎間盤退變定量化診斷中的應用價值。

本研究對不同Pfirrmann等級椎間盤的不同部位的T2值進行比較，結果發現不同等級之間的前后纖維環T2值無明顯差異，而髓核T2值有明顯差異，且髓核T2值下降與Pfirrmann等級提高呈明顯負相關，與文獻報道相近［6，10-11］。究其機制，筆者認為可能與椎間盤不同部位的組成成分及椎間盤退變的機制有關。椎間盤退變過程中，髓核退變主要以水分下降為主，而纖維環主要成分是膠原纖維，退變時主要以膠原纖維的增生以及膠原纖維微結構破壞為主。雖然髓核水分的下降以及纖維環纖維各向異性的改變均會對T2值產生影響，但T2 mapping技術對水分的變化更為敏感，因此髓核的T2值呈現較為明顯的下降趨勢，而纖維環T2值的變化不如髓核明顯［6，12］。另外，本研究結果發現，Ⅱ級與Ⅲ級椎間盤髓核的T2值有明顯差異，此結果為形態學無法區分等級的早期椎間盤退變提供了可能的定量區分依據。

同時，本研究還比較了相同Pfirrmann等級下，不同椎間盤部位之間的T2值差異。結果發現，Pfirrmann分級為Ⅰ～Ⅲ級的椎間盤，髓核的T2值明顯高于纖維環的T2值，與以往研究結果一致［13-14］。分析其機制，可能與椎間盤的結構成分差異和退變過程的病生改變有關。在健康或輕度退變的椎間盤，髓核的含水量明顯高于纖維環含水量，因此其T2值明顯高于纖維環T2值。進一步比較發現，Ⅰ～Ⅳ級的椎間盤，后纖維環的T2值低于前纖維環T2值，此結果可能與腰椎間盤退變時的生物力學有關［1，15］，髓核向后方傳導的壓力負荷較向前方的大，并且椎間盤后方韌帶較前方薄弱，所以后纖維環退變更為嚴重，T2值也更低。而當椎間盤退變達Ⅴ級時，纖維環與髓核之間T2值無差異，分析原因，主要是由于椎間盤嚴重退變導致結構崩解，前后纖維環和髓核的正常組織成分均被纖維組織所取代，三者趨于同質，因此三部位的T2值無明顯差異。

當然，T2 mapping技術也存在一定局限性，它對運動偽影非常敏感，甚至腦脊液的流動和血管的搏動也可以導致信號采集的誤差甚至丟失。在本研究中，即有1例病人由于運動偽影而導致T2 mapping采集失敗。主磁場的均勻性也會影響T2值的測量結果。因此，研究中要注意避免這些不利因素對于T2值測量結果的影響，如掃描前的解釋工作和耳塞降噪準備等均可以減少病人因不適而帶來的運動偽影，并且，對掃描時間與圖像質量的權衡和取舍也是避免運動偽影產生的關鍵。

綜上所述，T2 mapping技術可以定量測量椎間盤不同組織結構的T2值，為臨床定量化診斷椎間盤退變提供依據。

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The application value of T2 mapping technique in the assessment of lumbar disc degeneration

WANG Jian-wei，XU Xiao-quan，WANG De-hang，ZOU Yue-fen，SHI Yin，XU Lei，SHI Hai-bin
（Department of Radiology，The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University，Nanjing 210029，China）

Objective：To evaluate the application value of T2 mapping technique in the assessment of lumbar disc degeneration.Materials and Methods：33 cases diagnosed as lumbar disc degeneration underwent lumbar routine magnetic resonance imaging and T2 mapping scanning.All their intervertebral discs（IVDs）were graded by Pfirrmann scale.T2 values of the anterior annulus fibrosus（AAF），the nucleus pulposus（NP）and the posterior annulus fibrosus（PAF）were measured manually on the sagittal T2 map.ANOVA analysis was used to compare the differences of T2 values at the AAF，NP and PAF of degenerated IVD with different Pfirrmann grades.The correlation between T2 values and Pfirrmann grades of the IVDs was evaluated by Spearman analysis.Results：No significant differences were found about T2 values of AAF or PAF at different Pfirrmann grades（AAF，P=0.233；PAF，P=0.906），while significant difference was found about T2 values of NP at different Pfirrmann grades（P=0.000）.After multiple comparisons，T2 values of PfirrmannⅡ～Ⅲ and PfirrmannⅢ～Ⅳ showed statistical differences（PfirrmannⅡ～Ⅲ，P=0.000；PfirrmannⅢ～Ⅳ，P=0.008）.But T2 values of PfirrmannⅠ～Ⅱ and PfirrmannⅢ～Ⅴ had no statistical differences（PfirrmannⅠ～Ⅱ，P=0.357；PfirrmannⅣ～Ⅴ，P=0.489）.Significant negative correlation was found between T2 values of NP and Pfirrmann grades（r=-0.765，P=0.000），while only poor correlation was found between T2 values of AAF and Pfirrmann grades（r=-0.166，P=0.036），and no correlation between T2 values of PAF and Pfirrmann grades（r=0.051，P=0.521）.Conclusion：T2 mapping technique could quantitatively demonstrate the differences of T2 values between the different structures of IVDs at different Pfirrmann grades，which provided evidence for clinical quantitative diagnosis of the IVD degeneration.

Intervertebtal disk；Lumbar vertebrae；Magnetic resonance imaging

R681.53；R445.2

A

1008-1062（2015）05-0355-04

2014-11-25

王建偉（1982-），男，江蘇寶應人，主管技師。

施海彬，南京醫科大學第一附屬醫院放射科，210029。

江蘇高校優勢學科建設工程資助項目（JX10231801）。