DTI評估女性青少年特發性胸腰彎側凸腰椎間盤早期退變：基于彌散參數與Pfirrmann分級的關聯性研究

【關鍵詞】磁共振擴散張量成像技術;女性青少年;特發性胸腰彎側凸;腰椎間盤早期退變中圖分類號：R682. 1⁺3 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2025.09.005

Assessment of early lumbar disc degeneration by DTI in female adolescents with idiopathic thoracolobiasis and scoliosis： a study based on association between diffusion parameters and Pfirrmann grading

FAN Yile，XING Pengyi ，XIAO Yanchong，DING Jianbo，GONG Xinxin （DepartmentofRadiology，989thHospitalofJointLogisticsSupportForceofthe Chinese People's Liberation Army，Luoyang 471ooO，Henan，China）

【Abstract】ObjectiveToadoptacross-sectional study design toexploreassociation between theaverage diffusionrate （MD value）andfractional anisotropy（FAvalue）indifusion tensor imaging（DTI）technologyandPfirman grading，and to evaluatetheabilityof these parameterstoquantifyearlymicrostructural changesandthe extentoflumbardisc degeneration infemaleadolescentswith idiopathic thoracolumbar scoliosis.MethodsBetween September 2O23andAugust2024，40 femaleadolescentpatientswithidiopathicthoracolumbarscoliosisadmitedtotheDepatmentof Spinal Surgery，989thHospitaloftheJointLogisticsSupportForceof the ChinesePeoplesLiberationArmy wereenrolled.According tothePfirrmann gradingonconventional sagital T2-weighted MRIof thelumbar discs，theywere divided into experimental group1（25 cases，Pfirrmann gradeI）and experimental group 2（15cases，Pfirrmann gradeII-IV）.During the same period，25 healthy volunters without lumbar spine pathology wereselected as reference group.Allthe three groups were givenDTI scanning.TheFA values and MDvalues between lumbar discsand between each segment were compared，and their correlationwithPfirrmanngradingwasanalyzed.ResultsAmongthe4Opatientsincludedinthestudy，25caseswerePfirrmann grade I and 15 cases were Pfirrmann grade II-IV .There were statistically significant diferences in the Cobb average angle，MD value，and FA value among the three groups （ Plt;0.05 ）.Specifically，the Cobb average angle and FA value in boththeexperimental group1and the experimental group2werehigherthanthose inthereference group，andtheCobbaverageangleandFAvalueintheexperimental group2 werehigher thanthose in theexperimental group1.MD values inboth experimental group 1and the experimental group 2 were lower than those in the reference group，andthe MD value inthe experimental group 2 was lower than that in the experimental group 1（ Plt;0. 05 ）.In the experimental group 2，the MD valuesofL1/L2，L2/L3，andL3/L4intervertebraldiscswerehigherthanthoseofL4/L5andL5/S1intervertebraldiscs （ P lt;0.05），while theFAvalueswere lower（ Plt;0.001 ）.There were no statistically significant differences in either MD or FAvalues for any other pairwise comparisons（ Pgt;0.05 ）.The ICC of MD value and FA value in the same judge was 0.835 and0.899，respectively，and the ICC between diferent judges was0.814andO.894，respectively.ConclusionThe FA value andMDvalueobtainedbyDTItechnologyaresignificantlycorelatedwiththe Pfirrmann grading，whichcanquantitativelyevaluatethemicrostructuralchangesofearlydegenerationoflumbarintervertebraldiscinfemaleadolescentswith idiopathic thoracolumbar scoliosis，andprovide imaging basis forearly interventionandprognosis judgmentof thedisease.

【Keywords】difusion tensorimaging（DT）technology；femaleadolescents；idiopathic thoracolumbarcurvatureand scol. iosis；earlydegeneration of lumbar disc

青少年特發性胸腰彎側凸是脊柱外科常見的一種脊柱畸形，10～18歲的青少年正處于生長發育關鍵期，脊柱隨身體的快速生長而持續變化，尤其多見于女性[。目前，發病原因尚未完全明晰，可能涉及遺傳、神經系統發育異常、肌肉力量不平衡、內分泌異常以及長期姿勢不良等多種因素，這些因素相互作用，可能在青少年生長發育的特定階段引發胸腰彎側凸，不僅影響患者外觀，還會對其身體功能造成諸多不良影響，阻礙其身心健康成長[2-3]。故而，早期發現、精準評估腰椎間盤的退變程度，對于疾病的早期干預和預后判斷至關重要。青少年特發性胸腰彎側凸的傳統影像學檢查方法主要有X線、CT以及常規磁共振成像，其中，X線和CT檢查均存在一定輻射劑量，對軟組織的顯示欠佳，難以評估椎間盤、韌帶等結構的早期病變，常規磁共振成像檢查對早期輕微的椎間盤形態和信號改變敏感性也有限[4-5]。隨著醫學影像技術的發展，磁共振擴散張量成像（diffusiontensorimaging，DTI）作為一種新興技術，能夠提供更詳細的組織微觀結構信息，對腰椎間盤的退變有更高的敏感性和特異性，在評估青少年特發性胸腰彎側凸等疾病中發揮著越來越重要的作用[6-7]。為此，本研究將選取2023年9月一2024年8月期間，在我院接受治療的40例女性青少年特發性胸腰彎側凸患者，探析DTI 彌散參數與Pfirrmann分級的關聯性及其在該類患者腰椎間盤早期退變中的應用價值。

1資料與方法

1.1一般資料本研究采用橫斷面研究設計，以2023年9月一2024年8月時間為限，將我院脊柱外科收治的女性青少年特發性胸腰彎側凸患者40例，依據腰椎間盤常規磁共振T2WI矢狀位圖像檢查結果，將其劃分為試驗1組（25例，PfirrmannI級）、試驗2組（15例，Pfirrmann I～N 級），同期選取25例無腰椎部疾病的健康受試者作為參照組，三組均施以磁共振DTI技術。其中，參照組年齡12～17歲，平均（ 14. 15±0. 71 ）歲，體重指數（BMI）17. 36～ 23.73kg/m² ，平均（ 18.61±1.03）kg/m² ;試驗1組年齡 11～17 歲，平均（ 14.19±0.68 歲， BMI16.84～ 23.26kg/m² ，平均（ 18.57±1.02）kg/m² ;試驗2組年齡 11～16 歲，平均（ ?14.11±0.73? 歲， 3MI16.81～ 23.28kg/m² ，平均 （18.53±1.05）kg/m² 。三組受檢者資料數據對比差異無統計學意義（ Pgt;0.05） ，本研究可行，并得到院內倫理委員會同意執行。

納入標準：（1）受檢者均為女性， 10～19 歲，隨訪資料完備;（2）患者均經體格檢查、 CT 、全脊柱站立位X線等檢查判定為青少年特發性胸腰彎側凸；（2）受檢者知情研究，且經相關文書確定自主意愿。排除標準：（1）存在其他脊柱畸形、脊柱占位性病變、脊柱感染性病變；（2）既往有脊椎手術史、放療史；（3）體內存在金屬植入物；（4）幽閉空間恐懼癥；（5）合并嚴重臟器功能缺陷、惡性腫瘤；（6）磁共振圖像質量不合格；（7）注意缺陷多動障礙、溝通障礙、拒不配合。

1.2具體方法基于晝夜節律特征的時間治療學效應，三組均安排在統一時間段進行MRI掃描[8]。待受檢者人室后，指導其取仰臥位于檢查臺上，放置軟墊于雙膝下，調整脊柱回歸自然的生理曲度。掃描運用美國GE公司的3.0T磁共振影像檢查設備（型號：DiscoveryMR750），配備16通道脊柱專用線圈，通過移床跟蹤造影掃描技術，行分段式掃描，掃描時根據側凸的程度適時調整掃描角度和方位，掃描涵蓋全脊柱序列的矢狀位、冠狀位及側凸節段的橫斷位，此外，腰椎節段還需進行矢狀位DTI、T1WI、T2WI序列的掃描。其中，矢狀位DTI采用單次激發自旋回波平面成像序列，設置掃描參數：回波時間（TE）和重復時間（TR）分別為 78ms.3500ms ，層厚和層間距分別為3mm 和 1mm ，應用視野為 350×350 ，矩陣為 160×82 ，彌散敏感系數（b值）為0和 700s/mm² ，敏感梯度擴散方向有32個；T1WI、T2WI均采用快速自旋回波序列，設置掃描參數：TE分別為 16ms.90ms ，TR分別為500ms≤3800ms ，層厚均為 3mm ，層間距均為 1mm 矩陣均為 180×360×64 。

DTI掃描獲得的數據上傳至工作站后，由2名經驗豐富的高職稱影像學醫師共同進行閱片，先利用DTI軟件包對DTI原始數據進行處理，包括去噪、配準等，自動生成平均彌散率（MD值）、各向異性分數（FA值）參數圖，通過纖維追蹤技術，構建出椎間盤與周圍神經纖維的走向和連接細節可視化圖像，為診療提供更詳細的神經解剖信息。隨后，以T2WI圖像為標準確定腰椎間盤測量區域，在DTI參數圖中找到各節段腰椎間盤尺寸最大的層面（取3個），手動勾勒出相應的測量感興趣區域（表面積40～50mm² ），避免將腰椎間盤周圍的血管、骨性結構及后方的腦脊液納入其中。緊接著，分三次測量其MD值、FA值，并取平均值。為深入觀察評判員內部的一致性表現，2名醫師運用完全相同的測量方式（間隔14d）得出MD值、FA值。2名醫師獨自結合T2WI矢狀位圖像病變表現，依據椎間盤髓核的信號特征、纖維環與髓核結構分界情況、椎間隙高度等方面的差異，對受檢者腰椎間盤退變程度仔細觀察并劃分I～V級（如表1所示），記錄分級結果，當診斷結果存在差異時，需協商給出統一結果

1.3統計學方法選用SPSS26.0軟件，計量資料如服從正態分布用 表述，組間比較用 χ_t 檢驗；三組間比較用單因素方差分析、LSD-t檢驗；同一評判員內部及不同評判員間一致性用組內相關系數（ICC）評價。檢驗水準： α=0.05 ，雙側檢驗。

2結果

2.1青少年特發性胸腰彎側凸患者Pfirrmann椎間盤退變分級研究納入40例患者中，PfirrmannI級有25例，Pfirrmann I～N 級有15例。

2.2三組受試者Cobb角度值、DTI參數對比三組受試者Cobb平均角度及MD值、FA值對比差異有統計學意義（ Plt;0.05） ，其中，試驗1組、試驗2組Cobb平均角度、FA值均高于參照組，試驗2組Cobb平均角度、FA值高于試驗1組，試驗1組、試驗2組MD值均低于參照組，試驗2組MD值低于試驗1組（ ?Plt;0.05） 。見表2。

2.3三組受試者不同腰椎間盤節段對應的MD值、FA值與節段本身的關聯在試驗2組患者中，L1/2，L2/3，L3/4 椎間盤的MD值較 _L4/5，15/S1 椎間盤更高（ Plt;0.05 ，FA值較 _L4/5，L5/S1 椎間盤更低（ Plt;0.001 ），其他兩兩對比在MD值、FA值上差異無統計學意義（ Pgt;0.05， ），如表3所示。參照組與試驗1組不同腰椎間盤節段對應的MD值、FA值差異無統計學意義（ Pgt;0.05 。

2.4腰椎間盤MD值、FA值在同一評判員內部及不同評判員間ICC分析結果對比MD值、FA值在同一評判員內ICC分別為 0.835、0.899 ，不同評判員間ICC分別為 0.814，0.894 。如表4所示。

表1Pfirrmann椎間盤退變分級

表2三組受試者DTI參數對比（x±s）

注：與參照組比較， ^aPlt;0.05 ；與試驗組1組比較， ^bPlt;0.05

表3試驗2組不同腰椎間盤節段對應的MD值、FA值對比（ n=15 ！

表4腰椎間盤MD值、FA值在同一評判員內部及不同評判員間ICC分析結果對比

3討論

青少年特發性胸腰彎側凸是一種發生于青少年時期的病因不明的胸腰段脊柱側彎畸形，可能會對患者的身體外觀、心肺功能等產生不良影響。青少年特發性胸腰彎側凸通常需要X光、CT、常規磁共振成像等影像學檢查來明確側彎的程度和類型，為后續治療方案的制訂提供依據。但遺憾的是，這些檢查方式對于早期輕微的腰椎間盤形態和信號改變敏感性有限，這就可能導致在診斷和治療青少年特發性胸腰彎側凸時，容易忽略腰椎間盤的早期退變情況，從而給整體的病情評估和治療帶來一定的挑戰。隨著醫學影像技術和磁共振技術的發展，DTI作為一種新興技術嶄露頭角，其利用測量組織中水分子的擴散運動，反映出組織的微觀結構狀況，具有非侵入性、分辨率高、多參數成像、可重復性好及對神經系統疾病診斷價值高、能提供三維圖像信息等優勢，被廣泛用于神經系統疾病的診療中，也為更準確地診斷和評估青少年特發性胸腰彎側凸以及早期發現腰椎間盤退變帶來了新的希望[9-10]

鑒于此，我院選取部分青少年特發性胸腰彎側凸女性患者進行橫斷面研究，結果顯示，40例患者中，PfirrmannI級有25例，Pfirrmann I～N 級有15例；試驗1組、2組Cobb平均角度、FA值均高于參照組，MD值低于參照組，試驗2組Cobb平均角度、FA值高于試驗1組，MD值低于試驗1組。此結果表明，在40例患者中，隨著Pfirrmann分級的升高，試驗1組、2組的Cobb平均角度及FA值逐漸升高，MD值逐漸下降，而試驗2組的變化較試驗1組更為顯著。究其原因在于，隨著青少年腰椎間盤退變程度的加重，退變的椎間盤對脊柱的支撐和穩定性受到影響，導致胸腰彎側凸的程度也在加深，脊柱的正常力線發生改變，腰椎間盤及周圍組織受到異常的應力作用，長此以往，易引起纖維環等結構的重塑及局部炎癥反應，導致腰椎間盤的微觀結構發生變化，水分子擴散受限增加，從而使MD值降低和FA值升高[11-12]

研究結果還顯示，在試驗2組患者中，L1/L2、L2/L3、L3/L4椎間盤的MD值較L4/L5、L5/S1椎間盤更高，FA值較L4/L5、L5/S1椎間盤更低。此結果說明，在Pfirrmann I～N 級患者中，L1/L2、L2/L3、L3/L4椎間盤的MD值更高，FA值更低，而L4/L5、L5/S1椎間盤則相反。究其原因在于，L1/L2、L2/L3、L3/L4節段位置相對較高，在日常活動中承受的壓力較小，因此，腰椎間盤的退變程度較輕，水分子擴散相對自由，使得MD值較高，而L4/L5、L5/S1節段位于腰椎下端，承受壓力較大，退變程度較嚴重，纖維排列可能相對松散，使得FA值較高。充分表明了DTI技術通過MD值、FA值量化椎間盤微觀結構改變，實現對早期退變的精準識別，此外，MD值、FA值與Pfirrmann分級形成互補，構建更精準的椎間盤退變評估體系，有助于更全面、準確地判斷腰椎間盤退變程度，為疾病的早期干預策略制定提供客觀依據。

另外，MD值、FA值在同一評判員內ICC分別為0.835、0.899，不同評判員間ICC分別為0.814、0.894 。此結果說明，MD值、FA值在同一評判員內和不同評判員之間具有較高的一致性。究其原因在于，研究設計比較合理，樣本選擇具有代表性，測量指標明確，2名評判員專業能力較強，對測量標準的理解和把握較為一致，研究所采用的測量方法較為科學、可靠。

綜上所述，DTI技術獲取的MD值、FA值與Pfirrmann分級具有顯著關聯性，可定量評估女性青少年特發性胸腰彎側凸患者腰椎間盤早期退變的微觀結構改變，為疾病早期干預及預后判斷提供影像學依據，值得進一步推廣應用。

參考文獻

[1] 張書豪，李富麗，王帥，等.胸彎型和胸腰彎/腰彎型青少年特發性脊柱側凸患者冠狀面與矢狀面參數的影像學研究[J].中國脊柱脊髓雜志，2022，32（3）：214-220.

[2] 劉西花，伊長松，周鉑，等.特發性脊柱側凸青少年患者肺功能的影響因素分析[J].中華物理醫學與康復雜志，2022，44（8）：732-735.

[3] 李富麗，張書豪，王帥，等.青少年特發性脊柱側凸患者病情進展影響因素的研究進展［J].廣西醫學，2022，44（17）：2031-2035.

[4] 閆威，孫軼，耿進朝，等.磁共振彌散張量成像技術在腰椎間盤突出癥中的應用價值[J].廣西醫學，2021，43（21） ：2535-2538.

[5] 王祺，李會俠，楊圣輝，等.腰骶神經根相關病變診斷中磁共振擴散張量成像的應用及意義［J].河北醫藥，2020，42（20）：3116-3119.

[6] 陳鏡聰，林紅東，陳康胤，等.MR擴散張量成像在骶神經根病變的應用[J].臨床放射學雜志，2020，39（3）：533-536.

[7] 李暉，欒海，殷慶龍，等.磁共振DTI技術在判斷腰椎間盤突出癥責任神經根中的應用價值[J].中國醫療設備，2022，37（11）：94-98.

[8] 羅卓荊，楊柳，王迪.我國椎間盤退變的生物學研究成就及展望[J].空軍軍醫大學學報，2023，14（6）：481-485，489.

[9] 劉志鵬，李霞，趙海泉，等.磁共振彌散張量成像在PTED術治療腰椎間盤突出癥效果評估中的應用[J].河北醫藥，2022，44（4）：520-523.

[10] 劉建航，劉昊，陳道云，等.磁共振彌散張量成像技術在臨床疾病診治過程中更多的優勢和價值[J].中國組織工程研究，2019，23（8）：1241-1247.

[11] 黃恩善，莫志英，李瑞雄.3.0T磁共振T2WIIDEAL及DTI在腰椎間盤退行性變中應用[J].生物醫學工程與臨床，2023，27（2）：150-154.

[12] 靳蘇日娜，張維升.磁共振功能和定量成像在腰椎間盤早期退變中應用的研究進展[J].中國脊柱脊髓雜志，2021，31（11）：1043-1046.

（收稿日期：2025-02-14 修回日期：2025-05-16）（編輯：潘明志）

信息

投稿優惠公告

為了鼓勵高質量的科學研究，《右江醫學》編輯部從即日起對于所有獲得國家自然科學基金資助的研究型論著論文免收版面費。我們期待廣大研究者積極投稿，共同推動醫學領域的學術發展。請您在投稿時注明基金資助情況，并提供相關證明材料。我們將對每一篇投稿進行認真審閱，確保研究成果的學術價值和質量。感謝您的關注與支持，《右江醫學》編輯部期待與您攜手共創學術輝煌！特此公告。

·本刊編輯部·