磁共振PDWI和T2 Mapping在長(zhǎng)爪沙鼠腰椎間盤(pán)退變中的價(jià)值比較

閻國(guó)強(qiáng) ， 舒 雄 ， 趙丹慧

(1. 北京市創(chuàng)傷骨科研究所 ， 北京 西城 100035 ； 2. 北京積水潭醫(yī)院 ， 北京 西城 100035)

腰椎間盤(pán)退行性改變是一種多重因素導(dǎo)致的、退變引起的一系列疾病，在臨床極為常見(jiàn)，其典型表現(xiàn)為髓核組織脫水、蛋白多糖缺失、纖維環(huán)排列紊亂等，MRI可以直接反映椎間盤(pán)的含水量變化[1]。傳統(tǒng)的MRI檢查序列是目前評(píng)估椎間盤(pán)形態(tài)學(xué)的最佳方法，但在評(píng)估早期形態(tài)學(xué)改變之前退變的程度仍不理想[2]。質(zhì)子密度加權(quán)成像和T2mapping 在腰椎間盤(pán)成像中具有明顯優(yōu)勢(shì)。本試驗(yàn)使用7.0 T MRI的質(zhì)子密度加權(quán)像(PDWI)與T2mapping 來(lái)定量評(píng)估長(zhǎng)爪沙鼠腰椎間盤(pán)退變的程度。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 普通級(jí)近交系雄性長(zhǎng)爪沙鼠15只， 體重30～80 g，其中3、6、9、12月齡各5只，來(lái)源于首都醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。飼養(yǎng)于北京積水潭醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室普通級(jí)設(shè)施，自由取水和飼料。室溫維持在18～26 ℃，濕度維持在40%～60%。適應(yīng)性飼養(yǎng)2周后，異氟醚吸入麻醉，每只沙鼠的MRI檢查范圍為L(zhǎng)1/L2～L7/S1椎間隙，包含7個(gè) 椎間盤(pán)。所有操作符合北京積水潭醫(yī)院動(dòng)物倫理委員會(huì)要求。

1.2 影像學(xué)檢查 所有長(zhǎng)爪沙鼠均行磁共振矢狀位常規(guī)序列和T2mapping掃描。檢查采用7.0 T超導(dǎo)MRI小動(dòng)物磁共振成像儀(Bruker，Switzerland)，大鼠體部線圈，俯臥位。結(jié)構(gòu)像掃描采用T2_TurboRare掃描序列(TR：1 175 ms，TE：30 ms，image size：320×320)，質(zhì)子密度成像采用PD_T2_MSME(TR：2 000 ms， TE：12/60 ms，image size：256×256)，層厚0.5 mm，field of view：50 mm×50 mm。T2mapping采用T2map_MSME掃描序列采用25個(gè)回波 SE序列掃描。具體掃描參數(shù)為T(mén)R：1 000 ms，TE從9 ms開(kāi)始，以9 ms為平均間隔，至225 ms，層厚為0.5 mm，激勵(lì)次數(shù)為2次，image size：256×256，field of view：50 mm×50 mm，掃描時(shí)間約16 min。

1.3 數(shù)據(jù)處理 椎間盤(pán)信號(hào)強(qiáng)度/脂肪信號(hào)平均值(SSdisc/SSfat)的測(cè)量：將圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用Image J(1.48v)處理后，在T2WI正中矢狀位圖像中以髓核為中心繪制椎間盤(pán)橢圓形感興趣區(qū)域(ROI)，測(cè)量L1/L2～L7/S1椎間盤(pán)信號(hào)強(qiáng)度(SSdisc)，以膀胱腹側(cè)的大面積脂肪作為ROI，測(cè)量3個(gè)點(diǎn)的平均信號(hào)強(qiáng)度(SSfat)，見(jiàn)圖1。

圖1 SSdisc/SSfat測(cè)量中ROI的選擇Fig.1 Selection of ROI in SSdisc/SSfat measurement

椎間盤(pán)T2值的測(cè)量：在ParaVision(6.0.1)進(jìn)行圖像后處理，獲得腰椎正中矢狀位圖像，以髓核為中心繪制椎間盤(pán)橢圓形ROI，測(cè)量L1/L2～L7/S1椎間盤(pán)的T2值，見(jiàn)圖2。

圖2 T2值測(cè)量中ROI的選擇Fig.2 Selection of ROI in T2 measurement

每次測(cè)量均由同一名經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的MRI技師完成。

2 結(jié)果

2.1 4個(gè)月齡組的SSdisc/SSfat比較 本文引入脂肪信號(hào)平均值作為校正，結(jié)果顯示，椎間盤(pán)信號(hào)強(qiáng)度/脂肪信號(hào)的比值隨月齡的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，以3月齡組為參照，SSdisc/SSfat在6月齡組和9月齡組時(shí)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，直到12月齡時(shí)才出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見(jiàn)表1、圖3。

圖3 SSdisc/SSfat隨月齡的變化Fig.3 SSdisc/SSfat changes with age*：P<0.05

2.2 4個(gè)月齡組椎間盤(pán)的T2值比較 結(jié)果顯示，椎間盤(pán)T2值隨月齡的增長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，以3月齡為參照，T2值在6月齡時(shí)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但在9月齡時(shí)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，到12月齡時(shí)出現(xiàn)極顯著性差異(P<0.01)，見(jiàn)表2、圖4。

表2 不同月齡組椎間盤(pán)T2值Table 2 T2 value of intervertebral disc in different age groups (ms)

圖4 T2值隨月齡的變化Fig.4 T2 changes with age*：P<0.05，**：P<0.01

3 討論

腰椎間盤(pán)主要由軟骨、纖維環(huán)和髓核三部分構(gòu)成。健康纖維環(huán)呈同心圓排列，像輪胎一樣包繞著其內(nèi)柔軟的髓核組織。纖維環(huán)內(nèi)膠原纖維的走行并不一致，其外周纖維較垂直，而越到中心傾斜度越大，緊密附著在軟骨終板上[3]。隨著年齡的增大，膠原物質(zhì)組件被纖維軟骨所替代，根據(jù)年齡大小的差別，髓核中水分的百分比占髓核總量的75%～90%不等[4]。作為機(jī)體內(nèi)最大的無(wú)血管組織，腰椎間盤(pán)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要來(lái)源于椎體毛細(xì)血管經(jīng)上下終板滲透。隨著年齡的增長(zhǎng)，軟骨終板增厚鈣化，血液的滲透距離及障礙增加，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不均衡，從而引起一系列的生化反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致腰椎間盤(pán)退行性改變。MRI影像學(xué)的方法可以有效的觀察椎間盤(pán)內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的生物化學(xué)改變和組織的代謝情況，成為研究腰椎間盤(pán)內(nèi)組織結(jié)構(gòu)退行性變的一種無(wú)創(chuàng)性手段，也是目前臨床上應(yīng)用較廣的手段[5-6]。

健康的長(zhǎng)爪沙鼠從體成熟時(shí)期雖然出現(xiàn)緩慢椎間盤(pán)退變，但早期椎間盤(pán)退變常無(wú)明顯的癥狀，還未達(dá)到可在MRI上使用Pfirrmann分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，因此擁有合適的影像學(xué)檢查方法是至關(guān)重要的。有研究使用相鄰的腦脊液的信號(hào)為參照，將髓核與腦脊液信號(hào)強(qiáng)度比值作為校正值來(lái)定量分析腰椎間盤(pán)退變的程度[7]。由于沙鼠腦脊液量很少，在MRI影像檢查中幾乎沒(méi)有明顯的影像顯示，為了避免環(huán)境和機(jī)器等方面的因素造成結(jié)果誤差，使研究結(jié)果更嚴(yán)謹(jǐn)，本試驗(yàn)引入了腹腔內(nèi)脂肪的信號(hào)強(qiáng)度作為校正，計(jì)算椎間盤(pán)信號(hào)強(qiáng)度與脂肪信號(hào)強(qiáng)度平均值的比值(SSdisc/SSfat)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著月齡的增加，SSdisc/SSfat值相應(yīng)的緩慢降低，到12月齡時(shí)出現(xiàn)顯著性差異(P<0.05)。

另外，研究表明，T2值變化主要受到水含量的影響[6]，當(dāng)椎間盤(pán)退變是髓核的含水量減少，導(dǎo)致其T2值降低，因此T2值與退變的程度呈明顯負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，腰椎間盤(pán)T2值隨著月齡的增加呈下降趨勢(shì)，以3月齡做參照，T2值在9月齡時(shí)出現(xiàn)顯著差異(P<0.05)，到12月齡時(shí)出現(xiàn)極顯著差異(P<0.01)。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，T2值與年齡的負(fù)相關(guān)程度更為明顯，說(shuō)明T2mapping對(duì)監(jiān)測(cè)椎間盤(pán)早期變化更為敏感。雖然目前的技術(shù)條件下，T2mapping方法的精確性尚有待提高，但隨著技術(shù)的發(fā)展，這些技術(shù)必將在椎間盤(pán)早期病變的檢測(cè)和治療中發(fā)揮更重要的作用。

綜上，磁共振PDWI和T2mapping序列均能定量評(píng)估沙鼠腰椎間盤(pán)退變，其中T2mapping測(cè)量T2弛豫時(shí)間是作為一種評(píng)估椎間盤(pán)退變的補(bǔ)充序列，能顯示MRI常規(guī)序列不能顯示的早期退變，在腰椎間盤(pán)退變中可以提供盡早的診斷依據(jù)，能更好地展現(xiàn)腰椎間盤(pán)退變的生理特性。