MRI T1rho對(duì)下腰痛者腰椎間盤(pán)退變的定量評(píng)估

李丹，王莉霞，吳文駿，孔祥泉，劉定西

下腰痛是臨床的常見(jiàn)病及多發(fā)病之一，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，并且隨著年齡的增長(zhǎng)其發(fā)病率也會(huì)隨之增加[1]。目前認(rèn)為椎間盤(pán)退行性變是下腰痛發(fā)病的最常見(jiàn)原因[2]，但臨床工作中通常很難提供定量及早期診斷依據(jù)。MRI T1rho作為一種新穎的定量檢測(cè)方法，通過(guò)探測(cè)細(xì)胞外基質(zhì)中水分子與大分子間的相互慢運(yùn)動(dòng)，反映細(xì)胞外基質(zhì)中生物化學(xué)成分的改變。最新有動(dòng)物研究表明，T1rho值與椎間盤(pán)髓核(nucleus pulposus，NP)中蛋白多糖的含量密切相關(guān)[3]，可以定量反映椎間盤(pán)的退變程度，因此MRI T1rho可以用于定量檢測(cè)椎間盤(pán)的退變。本研究主要探討T1rho對(duì)腰椎間盤(pán)退行性變的定量診斷價(jià)值，為臨床提供早期診斷及治療依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究收集38例下腰痛者，男15例，女23例，年齡22～59歲，平均年齡(41.2±14.0)歲，共190個(gè)腰椎間盤(pán)，納入標(biāo)準(zhǔn)：MR顯示有一個(gè)或多個(gè)節(jié)段的腰椎間盤(pán)退變，且有一次或反復(fù)發(fā)作的下腰痛病史；收集28名無(wú)癥狀志愿者，男18例，女10例，年齡22～38歲，平均年齡(25.6±3.1)歲，共140個(gè)椎間盤(pán)，納入標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)下腰痛及坐骨神經(jīng)痛病史。

所有樣本排除標(biāo)準(zhǔn)：有脊柱外傷及手術(shù)病史，有脊柱感染、腫瘤、代謝疾病、自身免疫疾病、骨關(guān)節(jié)疾病病史。

1.2 檢查設(shè)備及方法

采用GE 750W 3.0 T MR儀，對(duì)所有受試者行仰臥位檢查，使用腰椎基本線圈分別采集腰椎矢狀位T2WI及矢狀位T1rho圖像。

矢狀位FSE T2WI序列參數(shù)：TR=2500 ms，TE=120 ms，矩陣=320×288，ETL=21，F(xiàn)OV=24 cm，BW=62.5 kHZ，層厚=3.0 mm，掃描時(shí)間1 min 35 s。

矢狀位T1rho序列參數(shù)：自旋鎖定時(shí)間(time of spin locking，TSL)1-TSL4=1/10/30/60 ms，矩陣=256×192，自旋鎖功率=500 HZ，ETL=40，F(xiàn)OV=22 cm，BW=62.5 kHZ，層厚=5.0 mm，掃描時(shí)間6 min 47 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的M R 骨關(guān)節(jié)診斷醫(yī)師根據(jù)Pfirrmann等[4]提出的IVDD5級(jí)分法(表1)通過(guò)腰椎間盤(pán)矢狀位T2WI進(jìn)行分級(jí)，當(dāng)意見(jiàn)不一致時(shí)再請(qǐng)第三位MR骨關(guān)節(jié)診斷醫(yī)師給出意見(jiàn)。

采用GE 750W自帶軟件T2 mapping進(jìn)行圖像后處理。在腰椎間盤(pán)NP中央?yún)^(qū)域取橢圓形感興趣區(qū)，大小20～50 mm2，對(duì)T1rho中間層面連續(xù)3幅圖像進(jìn)行測(cè)量，并取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)分析各腰椎間盤(pán)節(jié)段及不同退變等級(jí)腰椎間盤(pán)T1rho值的差異性，不同腰椎節(jié)段及退變等級(jí)間兩兩比較用Bonferroni法；下腰痛者與無(wú)癥狀志愿者各節(jié)段椎間盤(pán)T1rho值的差異性采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，并用柱狀圖表示；用Spearman相關(guān)系數(shù)分析各椎間盤(pán)退變程度與T1rho值的相關(guān)性，并用散點(diǎn)圖表示；年齡、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)和NP區(qū)T1rho值的相關(guān)性用線性關(guān)系圖表示；所有分析都采用雙側(cè)檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。所有數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0軟件分析。

2 結(jié)果

代表性腰椎矢狀位T2WI圖像及相應(yīng)的T1rho后處理偽彩圖像見(jiàn)圖1。

38例下腰痛者及28名無(wú)癥狀志愿者共330個(gè)腰椎間盤(pán)納入本研究，其各節(jié)段腰椎間盤(pán)(L1/2、L2/3、L3/4、L4/5、L5/S1)NP區(qū)T1rho值見(jiàn)表2。下腰痛者L1-S1各節(jié)段椎間盤(pán)NP區(qū)T1rho值均比對(duì)照組低，且差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，且下腰痛者L4/5、L5/S1椎間盤(pán)T1rho值明顯低于L1/2、L2/3(P＜0.05)。

所有研究對(duì)象Pfirrmann Ⅰ～Ⅴ級(jí)的總個(gè)數(shù)分別為24、179、81、41、5，其中下腰痛者Pfirrmann Ⅰ～Ⅴ級(jí)的椎間盤(pán)個(gè)數(shù)分別為5、67、74、39、5，對(duì)照組Pfirrmann Ⅰ～Ⅴ級(jí)的椎間盤(pán)個(gè)數(shù)分別為19、112、7、2、0。因Pfirrmann V級(jí)椎間盤(pán)數(shù)目較少，故未納入統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，Pfirrmann Ⅰ～Ⅳ級(jí)NP區(qū)T1rho值分別約(141.5±9.8) ms、(117.1±13.0) ms、(85.6±13.9) ms、(60.5±10.5) ms，椎間盤(pán)Pfirrmann等級(jí)與T1rho值呈負(fù)相關(guān)(r=-0.86，P＜0.05)，見(jiàn)圖2，且各Pfirrmann等級(jí)間T1rho值差異均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，隨著Pfirrmann退變等級(jí)增加，椎間盤(pán)NP區(qū)T1rho值逐漸減低。

各腰椎間盤(pán)NP區(qū)T1rho值與年齡及BMI均呈負(fù)相關(guān)(r=-0.63，P＜0.01；r=-0.33，P＜0.01)，隨著年齡和BMI的增長(zhǎng)，椎間盤(pán)NP區(qū)T1rho值呈減低趨勢(shì)，見(jiàn)圖3及圖4。

表1 腰椎間盤(pán)退行性變的Pfirrmann分級(jí)評(píng)估Tab. 1 Pfirrmann grading system for the assessment of lumbar disc degeneration

3 討論

椎間盤(pán)由髓核、纖維環(huán)及上下的軟骨終板構(gòu)成，其中髓核主要由25%膠原蛋白和50%蛋白多糖構(gòu)成，髓核通過(guò)蛋白多糖的滲透作用產(chǎn)生的膨脹壓力來(lái)抵抗脊柱的壓力作用。在椎間盤(pán)發(fā)生退變的早期，主要是髓核中蛋白多糖的丟失，所以早期發(fā)現(xiàn)及治療可以延緩椎間盤(pán)退變的進(jìn)展[5]。

圖1 A和B為25歲女性無(wú)癥狀志愿者T2WI和T1rho偽彩圖，A：L1-S1各椎間盤(pán)髓核區(qū)為Ⅱ級(jí)，B：各椎間盤(pán)髓核區(qū)信號(hào)較高為綠色；C和D為35歲男性下腰痛患者T2WI和T1rho偽彩圖，C：L4/5、L5/S1椎間盤(pán)髓核區(qū)為Ⅲ級(jí)，D：相應(yīng)椎間盤(pán)髓核區(qū)信號(hào)減低為淺紅色Fig.1 A and B representative T2WI and T1rho pseudo color image of an asymptomatic 25-year-old female subject. A: L1-S1 each level of the NP shows Pfirrmann grade Ⅱ, B: Each disc of the NP with high signal shows green;C and D representative T2WI and T1rho pseudo color image of a 35-yearold male subject with low back pain. C: L4/5, L5/S1 level of the NP shows Pfirrmann grade Ⅲ, D: corresponding disc of the NP with low signal shows light red.

表2 下腰痛患者及志愿者各節(jié)段椎間盤(pán)NP區(qū)T1rho值(ms)及相關(guān)性分析Tab. 2 T1rho values (ms) in NP region of intervertebral disc and correlation analysis in the low back pain and volunteers

目前臨床上對(duì)于椎間盤(pán)退變程度的評(píng)估廣泛采用Pfirrmann分級(jí)系統(tǒng)[4]，在MRI T2WI上根據(jù)椎間盤(pán)的結(jié)構(gòu)、信號(hào)強(qiáng)度、椎間盤(pán)高度及髓核和纖維環(huán)的分界將椎間盤(pán)退變分為Ⅰ～Ⅴ級(jí)，其中認(rèn)為Ⅰ級(jí)為正常椎間盤(pán)，Ⅴ級(jí)為嚴(yán)重退變的椎間盤(pán)。Pfirrmann分級(jí)存在一定的人為主觀因素，并且不能精確地反映椎間盤(pán)早期退變時(shí)蛋白多糖含量的變化，所以臨床工作中椎間盤(pán)髓核中蛋白多糖含量的無(wú)創(chuàng)定量檢測(cè)方法非常有研究?jī)r(jià)值。MRI T1rho成像技術(shù)作為一種無(wú)創(chuàng)定量檢查方法，已有研究報(bào)道T1rho可以定量檢測(cè)椎間盤(pán)髓核中蛋白多糖的含量，對(duì)椎間盤(pán)的退變程度及早期退變有診斷價(jià)值[3，6]。

MRI T1rho是一種旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的自旋-晶格弛豫，用于研究細(xì)胞外基質(zhì)中大分子與水分子之間的相互低頻運(yùn)動(dòng)，尤其在0～100 kHz的低頻范圍。T1rho序列首先用90°脈沖將Z軸方向的磁化矢量翻轉(zhuǎn)到X-Y平面上，接下來(lái)，一串長(zhǎng)時(shí)間低頻率的脈沖運(yùn)用于X-Y平面來(lái)自旋鎖定磁化矢量，最后再用90°脈沖將X-Y平面的磁化矢量恢復(fù)到Z軸，在自旋鎖定脈沖影響下的橫向弛豫即為T(mén)1rho弛豫。T1rho值取決于所測(cè)量組織的特性和所應(yīng)用的自旋鎖定脈沖序列的特點(diǎn)[7]，在關(guān)節(jié)軟骨的研究中，隨著軟骨退變程度增加其相應(yīng)區(qū)域T1rho值增加[8]。而在椎間盤(pán)的研究中，隨著椎間盤(pán)的退變程度增加其T1rho值也隨之減小[6]，雖然這兩種結(jié)構(gòu)中都含有蛋白多糖、水和II型膠原蛋白，但由于其結(jié)構(gòu)的差異及退變時(shí)結(jié)構(gòu)變化的差異可能對(duì)不同組織T1rho值的變化產(chǎn)生影響。

圖2 椎間盤(pán)Pfirrmann等級(jí)與NP區(qū)T1rho值相關(guān)性散點(diǎn)圖 圖3 年齡與NP區(qū)T1rho值相關(guān)性散點(diǎn)圖 圖4 BMI與NP區(qū)T1rho值相關(guān)性散點(diǎn)圖Fig.2 The scatter diagram between Pfirrmann grades and T1rho values in NP region. Fig.3 The scatter diagram between age and T1rho values in NP region.Fig.4 The scatter diagram between BMI and T1rho values in NP region.

本研究主要是評(píng)估T1rho對(duì)腰椎間盤(pán)退變的定量診斷價(jià)值。在臨床工作中，腰椎CT及MR檢查運(yùn)用廣泛，主要是提供椎間盤(pán)高度減低、椎間盤(pán)突出/膨出、纖維環(huán)撕裂等信息，但這些改變通常發(fā)生在椎間盤(pán)退變中晚期階段，只能通過(guò)手術(shù)治療來(lái)緩解患者的癥狀，因此椎間盤(pán)退變的早期定量診斷非常具有臨床價(jià)值。該研究結(jié)果中Pfirrmann Ⅰ～Ⅳ級(jí)NP區(qū)T1rho值分別約(141.5±9.8) ms、(117.1±13.0) ms、(85.6±13.9) ms、(60.5±10.5) ms，與最新研究報(bào)道的(161.73±17.14) ms、(128.18±12.65) ms、(98.66±13.61) ms、(61.05±11.01) ms呈相應(yīng)趨勢(shì)遞減[9]，即隨著退變等級(jí)的增加各椎間盤(pán)T1rho值逐漸減低，各Pfirrmann等級(jí)間兩兩比較其T1rho值均存在明顯差異。目前臨床上運(yùn)用廣泛的Pfirrmann分級(jí)系統(tǒng)通常認(rèn)為Ⅰ級(jí)為正常椎間盤(pán)，Ⅱ～Ⅲ級(jí)為早期退變的椎間盤(pán)，但Pfirrmann分級(jí)系統(tǒng)因?yàn)榇嬖谝欢ǖ闹饔^差異性，所以不能精確反映椎間盤(pán)退行性改變。而T1rho屬于一種定量檢測(cè)方法，它對(duì)椎間盤(pán)中蛋白多糖的含量比較敏感，而蛋白多糖的含量與椎間盤(pán)退變密切相關(guān)[3]。本研究中Pfirrmann Ⅱ～Ⅲ級(jí)的T1rho值區(qū)間范圍較大，說(shuō)明椎間盤(pán)T1rho值對(duì)椎間盤(pán)早期退變比較敏感，因此T1rho可以作為臨床上評(píng)估椎間盤(pán)早期退變的評(píng)價(jià)手段，發(fā)現(xiàn)早期退變并給予相應(yīng)的非手術(shù)治療，來(lái)預(yù)防椎間盤(pán)退變的進(jìn)展。

腰椎間盤(pán)退變是引起下腰痛的常見(jiàn)原因[2]，但椎間盤(pán)源性腰痛的發(fā)病機(jī)制仍未明確，可能與纖維環(huán)內(nèi)層破裂、髓核外滲等相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)下腰痛者各椎間盤(pán)節(jié)段NP區(qū)的T1rho值均明顯低于志愿者，且下腰痛者各椎間盤(pán)NP區(qū)T1rho值從L1/2節(jié)段到L5/S1節(jié)段逐漸減低，其中L4/5、L5/S1椎間盤(pán)的T1rho值明顯減低，與L1/2、L2/3椎間盤(pán)的值存在顯著差異性，研究結(jié)果表明L4/5、L5/S1椎間盤(pán)相對(duì)于上節(jié)段椎間盤(pán)更容易發(fā)生蛋白多糖的丟失而發(fā)生椎間盤(pán)退行性變，與之前的研究結(jié)果大致相仿[10]，這可能與脊柱的負(fù)重有關(guān)，下段腰椎更容易受力。

年齡是腰椎間盤(pán)退變的一個(gè)重要因素，隨著年齡的增長(zhǎng)椎間盤(pán)退變程度逐漸加重，椎間盤(pán)髓核內(nèi)蛋白多糖及水分的含量也逐漸減低，因此椎間盤(pán)NP區(qū)的T1rho值隨著年齡的增長(zhǎng)逐漸減低，與文獻(xiàn)的報(bào)道相符[11]。

有文獻(xiàn)報(bào)道生活方式與腰椎間盤(pán)退變也有關(guān)，其中肥胖會(huì)加重腰椎間盤(pán)退變程度[12]。本研究發(fā)現(xiàn)椎間盤(pán)NP區(qū)T1rho值與BMI呈負(fù)相關(guān)，隨著B(niǎo)MI指數(shù)的增加椎間盤(pán)髓核的T1rho值呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明肥胖者的腰椎間盤(pán)更容易發(fā)生退行性變，這可能與肥胖者腰椎受力增加有關(guān)，受力通過(guò)脊柱傳導(dǎo)，加速了椎間盤(pán)中蛋白多糖的降解。

本研究的局限性：(1)樣本量相對(duì)較小，以后的研究可以使用更大的樣本量來(lái)增加可靠性；(2)本研究結(jié)果缺乏相應(yīng)的椎間盤(pán)病理組織結(jié)果對(duì)照，開(kāi)展椎間盤(pán)動(dòng)物模型研究非常有必要；(3)目前T1rho序列只能采集矢狀位圖形，需要進(jìn)一步研究能多方位成像。

總之，MRI T1rho作為一種無(wú)創(chuàng)的檢查方法，可對(duì)腰椎間盤(pán)的退變程度達(dá)到定量診斷，特別是退變?cè)缙跓o(wú)形態(tài)學(xué)改變的椎間盤(pán)，可以做出早期診斷，從而為臨床醫(yī)生提供早期治療依據(jù)，來(lái)延緩及預(yù)防椎間盤(pán)退變的進(jìn)展。同時(shí)，T1rho對(duì)治療后效果評(píng)估方面也存在潛在應(yīng)用價(jià)值，值得進(jìn)一步研究。

利益沖突：無(wú)。