基于T2mapping成像的后纖維環(huán)與腰椎間盤突出相關性研究

溫群,魏春曉,王嬌燕,孟凡華,譚文莉

(1.上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院,上海 200021;2.復旦大學附屬上海市第五人民醫(yī)院,上海 200040)

椎間盤是脊柱中重要的聯(lián)合組織,由上下軟骨終板、膠狀的髓核(nucleus pulposus,NP)與同心圓片狀纖維環(huán)組成[1]。纖維環(huán)是一種復雜的、非均勻、各向異性的層狀結構,主要由纖維軟骨組成。后纖維環(huán)是椎間盤突出癥(intervertebral disc herniation,DH)發(fā)展的關鍵結構。

MRI能夠評估椎間盤的組織結構,并且對椎間盤的一些成分進行測量[2-4]。T2 mapping對椎間盤中膠原蛋白和水含量的變化敏感[5]。有研究表明,T2值隨椎間盤退變程度的加重而降低[6-8],T2值與椎間盤退變程度呈負相關,具有區(qū)分NP與纖維環(huán)的能力[9]。盡管T2 mapping提供了測量椎間盤退行性變的客觀方法,但很少有研究探討后纖維環(huán)與DH之間的關系。據報道,后纖維環(huán)厚度減少和結構薄弱可能是椎間盤向后突出發(fā)生率較高的原因之一[10]。本研究的目的是,基于T2mapping成像,采用兩種不同的后纖維環(huán)分類方法,評估后纖維環(huán)與DH的發(fā)生是否存在相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究共納入80例患者(女42例,男38例),平均年齡17～80(41±16)歲,均為單次或反復發(fā)作的下腰痛。排除標準:腰椎神經根病、骨折、癌癥、炎癥性關節(jié)疾病、感染,或存在磁共振成像禁忌證,既往有脊柱手術史等。本研究經本院倫理委員會批準,獲得患者的知情同意。

1.2 MRI檢查

所有患者均在GE Signa 1.5 T掃描儀上接受檢查。受試者采取仰臥位進行掃描。成像序列包括矢狀位T1-FSE、矢狀位及橫軸位T2-FSE、矢狀位T2 mapping。T2 mapping采用multi-echo自旋回波序列,重復時間: 1000 ms,回波時間: 8.4～67.2 ms,視野: 220×220,矩陣:256×256,帶寬:31.25,厚度:4 mm。

1.3 圖像分析

將掃描所得圖像傳至GE ADW 4.5后處理工作站,在矢狀位和橫軸位T1WI及T2WI圖像上,由2位經驗豐富的資深放射科醫(yī)師進行形態(tài)學分類,將所有椎間盤分為正常椎間盤、椎間盤膨出、椎間盤突出三組。如果在一個椎間盤中同時存在膨出及突出,則歸為突出組。

選取感興趣區(qū)( region of interest,ROI ),在正中矢狀位T2圖上手工繪制,將椎間盤從前向后分為五個大小相等的矩形,每個ROI為椎間盤直徑的20%,后20%為纖維環(huán)的最后20%(posterior annulus fibrosus,PAF-20),中間60%為髓核(nucleus pulposus,NP),后10%為纖維環(huán)的最后10% (10% of posterior annulus fibrosus,PAF-10),見圖1。

圖1 在正中矢狀位劃分ROI。每個區(qū)域測量正中矢狀位椎間盤直徑的20%。中間60%為NP,后20%為PAF-20,后10%為PAF-10

1.4 統(tǒng)計分析

2 結果

共掃描400個椎間盤,其中118個(29%)正常椎間盤,231個(57%)椎間盤膨出,51個(13%)椎間盤突出。各組椎間盤PAF-20、PAF-10和NP的T2值見表1所示:①PAF-20的T2值比較,正常椎間盤組>椎間盤膨出組>椎間盤突出組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。②PAF-10的T2值比較,正常椎間盤組>椎間盤膨出組和椎間盤突出組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01);但椎間盤膨出組與椎間盤突出組之間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.715)。③NP的T2值比較,正常椎間盤組>椎間盤膨出組>椎間盤突出組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。

表1 各組椎間盤PAF-20、PAF-10和NP的T2值

相關性分析顯示,PAF-20與NP的T2值呈中度相關(r=0.591;P<0.01);PAF-10與NP的T2值呈弱相關(r=0.323;P<0.01),見圖2。

圖2 椎間盤不同部位T2值的Pearson相關關系:PAF-20與NP(A)、PAF-10與NP (B)

3 討論

腰椎間盤由NP、纖維環(huán)及上、下軟骨終板構成[11]。腰椎間盤發(fā)生退變時, 髓核中的膠原纖維不規(guī)則網狀結構被破壞, 蛋白多糖濃度減少, 細胞外基質成分合成減少[12]。

T2 mapping一般采用多回波快速自旋回波序列,是以T2弛豫時間值為基礎的數字化圖像,經工作站后處理之后形成偽彩圖,通過測量ROI 得出組織中每個體素的T2值,量化反映組織中水分子狀態(tài)的變化。本研究根據MRI的檢查結果,將椎間盤分為正常椎間盤組、椎間盤膨出組及椎間盤突出組,并分別測量其T2值。結果可見,PAF-20的T2值比較,正常椎間盤組>椎間盤膨出組>椎間盤突出組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。Alina等[13]也發(fā)現(xiàn),正常椎間盤的PAF-20 T2值明顯高于椎間盤膨出和突出組(均P<0.001),與本研究結果相同。還有一些相似的研究,也將椎間盤從前向后分為5個ROI,發(fā)現(xiàn)PAF-20的T2值減少,且與NP的T2值呈中度相關,這可以解釋為PAF-20的T2值受NP的狀態(tài)影響較大[1]。椎間盤突出通常與椎間盤退變有關,主要表現(xiàn)為前后纖維環(huán)的T2信號變化,出現(xiàn)這種情況的原因,可能是前后纖維環(huán)的排列方向發(fā)生變化。后纖維環(huán)的纖維含量比前纖維環(huán)薄,壓力負荷比前纖維環(huán)大,后縱韌帶比前縱韌帶弱,所以纖維環(huán)的退變更為明顯。一旦膠原蛋白的結構被破壞,椎間盤的力學后會受到極大的干擾,而發(fā)生椎間盤突出的可能性就會增加。椎間盤退變程度進一步加重,可能導致纖維環(huán)的厚度變薄和結構發(fā)生改變,從而導致其T2值進一步降低。

與正常椎間盤組相比,椎間盤突出組PAF-10的T2值明顯降低(P<0.01),結果表明,PAF-10的T2值可能是椎間盤突出的特征性表現(xiàn)。張啟川等[14]認為,椎間盤的PAF-10存在特征性的T2弛豫時間改變,能作為一個獨立參數描述纖維環(huán)的形態(tài),預測椎間盤突出。

本研究有幾個局限性:首先,沒有進行患者間的椎間盤比較。縱向研究有助于預測椎間盤突出或其他病理改變的風險。其次,缺乏患者的臨床資料。本研究沒有對患者使用問卷調查進行臨床評估。第三,沒有金標準。

綜上所述,對椎間盤進行T2 mapping成像,定量測定其T2值,根據其T2值的變化能夠區(qū)分不同類型的椎間盤形態(tài)。如果PAF-10 的T2值升高,PAF-20 的T2值降低,可以提示椎間盤突出。