基于MRI定量評估終板變性與椎間盤退變的相關性分析

黃曉姍 樊樹峰 高智峰 向軍益 黃時強

軟骨終板（CEP）是椎間盤與椎體間的透明軟骨，是椎體最薄弱的地方。軟骨終板作為椎間盤的重要組成部分，在維持椎間盤的結構完整性、營養供應和傳導應力分散中起重要作用［1］，終板變性是腰椎間盤退變的始動因素［2］，參與或加速椎間盤的退變。近年來水脂分離技術（Dixon）被廣泛用于各臨床檢查，水脂分離技術可同時獲取水像圖和脂像圖，其中脂像圖反映脂肪信號，被廣泛用于椎體、肝臟、肌肉等方面脂肪的定量測定，而水像圖反映是水信號，可用于水含量的測定。最新研究顯示IDEAL-SPGR、IVIM、T2mapping 等MRI技術可用于分析和測量軟骨終板水含量的變化，反映終板變性程度。然而，這些技術掃描時間長、后處理復雜，難以在臨床檢查廣泛推廣。本研究旨在采用一種簡易、方便的MRI 技術即Dixon 測量軟骨終板的水含量，同時在T2WI 矢狀圖上測量終板凹角（ECA），用于評估終板的變性程度，并分析其與椎間盤退變的相關性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2020年3月至2021年1月本院79例體檢或由于腰痛就診患者的臨床及腰椎影像資料，男36 例，女43 例；年齡12～68 歲，平均年齡（46.7±12.3）歲。（1）納入標準：①體檢或臨床癥狀腰痛；②腰椎無外傷及手術病史；③無MR 檢查的相關禁忌證。（2）排除標準：①BMI ≥28 kg/m2；②腰椎有器質性病變（腫瘤、畸形、炎癥、許莫氏結節等）；③患者配合能力差，無法堅持或長時間堅持。所有腰椎間盤退變患者均按Pfirrmann（PM）分級［3］進行評估和分類。

1.2 方法（1）實驗設備：MRI 掃描采用SIEMENS MAGNETON Avanto 1.5T 磁共振掃描系統；圖像后續觀察處理系統采用SIEMENS syngo MRI 后處理工作站。（2）檢查方法：MRI 檢查：患者采用仰臥位，頭先進。線圈選取脊柱線圈，矢狀位參數包括①T1WI：TR 400 ms，TE 11 ms；T2WI：TR 3000 ms；TE 100 ms；層厚4 mm；層距0.4 mm；FOV 30 cm×30cm；② Dixon：TR 3000 ms；TE 90 ms；層厚 4 mm；層距0.4 mm；FOV 30 cm×30 cm。

1.3 圖像后處理及數據測量 圖像由2 名不同級別的MRI 診斷醫師采用雙盲法獨立判讀。排除T1WI、T2WI顯示腰椎Modic 改變或Schmorl 結節的椎體。Pfirrmann分級由兩位診斷醫師根據T2WI 正中矢狀位圖像確定；當意見不一致時，由更高級別診斷醫師評估為準。在T2WI 圖上：（1）測量L1～S1 各椎體終板ECA（見圖1），ECA 測量：在腰椎中央矢狀面T2WI 上，椎體骨端板呈弧形，從弧形頂部/底部沿端點畫一條線，這兩條線之間的角度被認為是ECA；（2）視覺評估各椎間盤Pfirrmann 分級。在Dixon 所得水像圖經水像圖/水像圖+脂像圖的后處理，得到水含量百分比圖像，在此圖像上測量L1-S1 各CEP 水含量值（見圖2），將感興趣區（ROI）設在CEP 的中心，顯示椎間盤退變最突出、最具代表性的特征；測量3 次，取平均值。

圖1 終板凹角（ECA測量）

圖2 軟骨終板水像圖后處理偽彩圖軟骨終板水含量測量

1.4 統計學方法 采用SPSS 26.0 統計軟件。計量資料用（）表示，多組間比較采用單因素方差分析，多重比較采用最小顯著性差異檢驗，采用Spearman 秩相關分析CEP 水含量及ECA 與椎間盤PM 分級的相關性，其中r>0.7、0.5

2 結果

2.1 不同PM 分級椎間盤個數 在T2WI 矢狀圖像上，根據椎間盤的信號采用PM 分級，共395 個椎間盤，PM Ⅰ32 個，PM Ⅱ127 個，PM Ⅲ134 個，PM Ⅳ90個，PM Ⅴ12 個。

2.2 軟骨終板（CEP）水含量值及終板凹角（ECA）終板共790 個，由于椎體Modic 改變及許莫氏結節、PM V 級椎間盤均會影響CEP 水含量及ECA 的測量，剔除30 個終板，因此CEP 水含量測定納入760 個終板；由于L5/S1 下終板基本呈平直角度，因此在測量ECA 時剔除所有L5/S1 下終板79 個，最終711 個ECA 納入分析。不同椎間盤PM 分級，CEP 的水含量和ECA 差異有統計學意義（P<0.05）（見表1、2）。

表1 不同PM分級椎間盤上下CEP含水量（%）

表2 不同PM分級椎間盤上下椎體終板ECA（°）

2.3 CEP 水含量值及ECA 與椎間盤PM 分級的相關性 CEP 含水量與椎間盤退變呈負相關，ECA 與椎間盤退變呈中等正相關，CEP 的含水量與椎間盤PM 分級相關性更高（見表5）。

表4 CEP含水量和ECA與椎間盤退變的相關性

3 討論

終板MRI Dixon 序列可以同時獲取脂像圖及水像圖，其中水像圖的信號強化主要由水含量決定，CEP 水含量值可由水像圖經過后處理所測得。CEP 水含量影響椎間盤營養物質的滲透，Dixon 水像圖經過后處理所得偽彩圖，不僅能夠較清楚顯示CEP 的位置，同時能夠定量測量CEP 的水含量，椎間盤之間的營養擴散在較大程度上依賴于CEP 的中央部分。從生物力學角度看，椎間盤負荷和應力傳導的重新分配也主要依賴CEP，大部分應力作用于最薄弱的區域，即中央區域［4］。因此測量CEP 含水量感興趣區域置于CEP 中心；終板凹形不僅有利于應力的分布，也有利于營養物質的供給，終板凹形形態的改變可由ECA 來量化。

本資料結果顯示，椎間盤PMI、II、III、IV 不同級別，CEP 水含量差異均有統計學意義，隨著椎間盤退變加重，CEP 水含量明顯減低，椎間盤PMIII 和IV 級的CEP 含水量值明顯低于椎間盤PM Ⅰ和II 級的CEP含水量值，與萬葉達［5］、陳曉峰等［6］研究結果一致。CEP 是椎間盤的重要組成部分，由于椎間盤無血管結構，其營養物質的供應幾乎全部依靠終板的物質交換。有證據表明［7］，CEP 的組織學變化總是在髓核的組織學變化之前，在椎間盤退變前，CEP 中常存在明顯結構和功能的改變。隨著年齡的增長，人體骨質退化，CEP含水量及蛋白多糖、膠原蛋白減少，降低CEP 的物質交換率，限制營養物質的轉運。另有學者［8］證實，嚴重退化的人椎間盤中軟骨鈣離子含量較高抑制膠原蛋白和聚集蛋白聚糖的合成能力，進而抑制組織的水合作用，從而阻礙溶質的擴散，降低CEP 的轉運營養物質的功能。同時隨著年齡的增長，CEP組織中硫酸角蛋白與硫酸軟骨素的增加和膠原蛋白含量的減少，進一步降低CEP組織中水分含量［9］，最終導致CEP 的滲透率降低，轉運功能下降，椎間盤發生退變，本資料結果也證實隨著CEP 含水量的降低，椎間盤退變加重，椎間盤退變PM IV 級含水量最低，最低值含水量僅22%，且各軟骨終板的含水量值與椎間盤退變的相關系數均>0.7，表明軟骨終板的含水量嚴重影響椎間盤退變。在椎間盤結構正常時，由于終板凹形結構，終板承受的壓力重要集中于終板中央區，而隨著年齡的增長及椎間盤退變程度的加重，作用于終板上的力由中央區向外周移動，在長期應力負荷下，隆起的終板外周逐漸降低高度，最終導致椎體終板趨向平坦型，當終板應力突破極限時，終板形成贅生物，其形態表現為不規則型［10］，應力的改變最終導致椎間盤退變［11］。肖龍等［12］認為ECA 增大，總應力面積增大，單位面積內應力減小，是椎體適應生物力學變化的自我保護機制，能夠降低椎體及椎間盤的損傷；其結果也證明隨著椎間盤退變程度的加重，ECA 角度增大。本資料結果也證實椎體ECA 與腰椎間盤退變呈正相關，椎間盤PM IV 級ECA 與PMIII、PMII 和I 級ECA 差異有統計學意義，隨著椎間盤退變程度加重，ECA 呈增大趨勢，ECA 與椎間盤退變呈中等相關性。對比正常椎間盤（PMI 級），早期退變椎間盤（PMII、III 級）的CEP 含水量值明顯減低，ECA 角度呈增大趨勢，表明CEP 含水量值及ECA 角度能夠在早期反映椎間盤退變的情況，有研究表明椎間盤早期退變狀態下，利用鈣離子通道阻滯劑等藥物可以強化CEP功能，增加椎間盤營養，改善或延緩椎間盤的退變［13］。

軟骨終板的含水量及終板凹角能夠較好反映終板變性程度，與椎間盤退變密切相關。MRI 測量軟骨終板含水量及終板凹角可用于診斷腰椎間盤早期退變，對預防椎間盤退變具有重要臨床意義。