磁共振T2 mapping序列*在腰椎间盘退行性病变中的应用价值

宋海龙 彭如臣* 钟佳利 信瑞强 赵 爽 张 双 杨新颖 陈学明

腰椎间盘退行性病变严重影响患者劳动能力和生活质量，长期持续病变可引起脊髓神经根病变、椎管狭窄以及腰椎间盘突出等症状，因此早期诊断腰椎间盘退行性病变对患者至关重要。

随着人口社会老龄化，腰椎间盘退变患者呈逐年增加趋势[1-2]。国内外研究[3-5]表明，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)分辨率高，可通过测量腰椎间盘T2弛豫时间图(T2 mapping)，对腰椎间盘退变程度进行无创性动态监测，故本研究旨在探讨T2 mapping成像技术在腰椎间盘退行性病变中的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2014年9月至2016年10月在首都医科大学附属北京潞河医院就诊的97例腰椎间盘退变患者(485个腰椎间盘)纳入观察组，其中男性54例，女性43例；年龄18～52岁，平均年龄(35.05±6.71)岁。另选择97名同期健康体检者纳入健康组，其中男性49名，女性48名；年龄20～51岁，平均年龄(37.67±7.83)岁。本研究经患者及体检者知情同意且经医院伦理委员会通过。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①患者均存在腰间盘突出退行性病变；②Pfirrmann分级Ⅰ～Ⅴ级。

(2)排除标准：①有外伤手术史；②脊柱畸形；③下肢神经功能障碍者。

1.3 检查方法

通过3.0T的MRI T2 mapping对腰椎间盘进行扫描，行正中矢状位T2 mapping成像，成像参数：重复时间(repetition time，TR)为1000 ms，回波时间(echo time，TE)为8.4～67.2 ms，视野220×220，矩阵256×256，采集带宽31.25，层厚4 mm，扫描层数10层，扫描时间为5 min 10 s。

1.4 观察与评价指标

(1)对不同MRI腰椎间盘退变Pfirrmann分级T2弛豫时间值(T2值)进行比较，对不同分级腰椎间盘T2值进行相关性分析，并对两组Pfirrmann分级平均得分进行比较。

(2)MRI腰椎间盘退变Pfirrmann分级标准共分为Ⅰ～Ⅴ级：①Ⅰ级，椎间盘高度正常，MRI信号均匀，高于或等于脑脊液信号，髓核和纤维环分界清晰；②Ⅱ级，椎间盘高度正常，MRI信号有不均匀结构，髓核和纤维环分界较清楚；③Ⅲ级，椎间盘高度轻度降低，MRI信号中等，有不均匀结构，髓核和纤维环分界模糊；④Ⅳ级，椎间盘高度中度降低，MRI信号低，有不均匀结构，髓核和纤维环分界界限消失；⑤Ⅴ级，椎间盘高度中度降低，MRI信号低，有不均匀结构，髓核和纤维环分界界限消失，伴有椎间盘塌陷。

1.5 统计学方法

使用SPSS 21.0进行统计分析。MRI腰椎间盘退变的Pfirrmann分级T2值和Pfirrmann分级平均得分均为计量资料，结果以均值±标准差(±s)表示，检验方法采用方差分析和t检验，腰椎间盘T2值相关性采用pearson相关分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同Pfirrmann分级腰椎间盘T2值比较

通过T2 mapping扫描，在97例腰椎间盘退变患者的485个腰椎间盘中，I～Ⅴ级腰椎间盘个数分别为：87、142、117、98、41。通过方差分析，I～Ⅴ级间前纤维环、后纤维环及髓核T2值比较差异有统计学意义(F=9.186，F=7.013，F=11.689；P＜0.05)；组间两两比较，前纤维环T2值中，Ⅲ级与Ⅳ、Ⅳ级与Ⅴ级间无统计学差异，其余各组间比较差异均有统计学意义(t=7.14，t=5.69；P＜0.05)；后纤维环T2值中，Ⅰ级与Ⅱ级、Ⅳ级与Ⅴ级间无统计学差异，其余各级间比较差异均有统计学意义(t=6.18，t=7.09；P＜0.05)；髓核T2值中，Ⅳ级与Ⅴ级间无统计学差异，其余各级间均有统计学差异(t=6.34，t=5.17，t=4.82；P＜0.05)，见表1。

2.2 腰椎间盘T2值相关性分析

经过Pearson相关分析，髓核各分区T2值呈显著正相关(r=0.89，P＜0.05)，前纤维环和后纤维环T2值无明显相关性(r=0.08，P＞0.05)。

2.3 两组Pfirrmann分级平均得分比较

经过比较，观察组Pfirrmann分级平均得分(78.57±10.12)分，低于健康组的(118.17±16.92)分，两组比较差异有统计学意义(t=10.26，P＜0.05)，见表2。

表1 不同Pfirrmann分级腰椎间盘T2值比较(±s)

表1 不同Pfirrmann分级腰椎间盘T2值比较(±s)

级别 个数 前纤维环 t值 P值 后纤维环 t值 P值 髓核 t值 P值Ⅰ 87 72.75±8.35 92.91±17.36 142.83±34.31Ⅱ 142 61.52±7.21 7.14 ＜0.05 82.39±15.29 0.36 ＞0.05 112.03±29.19 6.34 ＜0.05Ⅲ 117 52.16±6.67 5.69 ＜0.05 76.13±12.38 6.18 ＜0.05 98.52±13.15 5.17 ＜0.05Ⅳ 98 43.21±5.23 0.15 ＞0.05 59.52±6.96 7.09 ＜0.05 64.61±9.61 4.82 ＜0.05Ⅴ 41 45.27±5.71 0.28 ＞0.05 57.05±6.01 0.85 ＞0.05 65.13±9.24 0.49 ＞0.05 F值 9.186 7.013 11.689 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表2 两组Pfirrmann分级平均得分比较(分，±s)

表2 两组Pfirrmann分级平均得分比较(分，±s)

组别 例数 Pfirrmann分级平均得分观察组 97 78.57±10.12健康组 97 118.17±16.92 t值 10.26 P值 ＜0.05

2.4 不同Pfirrmann分级T2 mapping成像

腰椎间盘不同Pfirrmann分级T2 mapping成像随着级别不断升高，其病变程度更加明显，如图1所示。

图1 腰椎间盘Pfirrmann分级T2 mapping成像图

3 讨论

腰椎间盘主要包括软骨终板、纤维环及髓核，生化成分与关节软骨结构类似，主要由蛋白多糖、胶原蛋白和水组成，早期退行性病变表现为髓核成分(胶原成分和水含量)的改变，髓核的改变更加明显，且出现较早[6-8]。腰椎退行性病变的发病机制主要由外伤和病毒感染、机械负荷所引起，导致细胞内酶量发生活性改变，从而使腰椎间盘内环境状态发生改变，最终发生退行性病变，严重影响患者生活质量[9-10]。

Pfirrmann分级是以矢状位图像上的形态学信息作为分级指标，基于形态学的定性评估标准，是测量组织T2值的MRI技术，通常选用SE序列，设置多个TE，得到一组T2WI图像，然后计算出组织的T2值，T2 mapping成像采用梯度回波技术，使用8个真正的180°回波脉冲，计算并编码形成色阶或灰阶图像，有效测量和评估软组织的固有参数，对于腰椎间盘组织内生化成分改变进行量化，具有信噪比高、图像对比度清晰、扫描时间短等特点[11-12]。目前，T2 mapping成像技术应用于膝关节等关节软骨的诊断评估较多，多用于软骨组织的研究，但对于腰椎间盘退行性病变的研究较少[13-14]。MRI的T2 mapping成像技术序列可以对腰椎间盘进行T2值定量测量，而弛豫时间与组成椎间盘的胶原纤维、水分和其他溶质微环境存在密切关系，不同的T2值可以反应腰椎间盘的胶原含量、水分和排列方向，因此，T2 mapping成像技术序列能较早地诊断腰椎间盘退行性病变。此外，T2 mapping成像技术序列可以生成伪彩图，通过色阶的变化对腰椎间盘骨骼形态和骨髓异常情况进行观察[15-17]。Antoniou等[18]通过测量椎间盘T2 mapping的T2值测量和年龄进行相关性分析，发现T2值和年龄呈高度相关性且为负相关。郭智萍等[19]报道，人体腰椎间盘1 d中含水量也在发生改变，可能是由于白天劳动和夜间卧床休息存在形体状态上的差异，可以通过T2值来反映相关含水量的变化情况。Morgan等[20]发现，T2值可以反应腰椎间盘的生化信息，T2值与椎间盘胶原组织成分相关程度甚至高于T2值与Pfirrmann分级的相关程度，提示T2 mapping成像技术可以较好的反应腰椎间盘的早期退变程度。T2 mapping成像技术的优势在于可以定量测量椎间盘的T2值，较以往的方法能更早、更敏感发现椎间盘退变，并且更加客观。然而，Qasim等[21]研究表明，T2 mapping成像技术也存在一定的局限性，因为其对运动伪影非常敏感，甚至脑脊液和血管的血流波动也可能导致信号采集的误差甚至丢失，主磁场的均匀性也可能影响T2值的测量结果，故应尽量避免影响T2值测量结果的因素，如降低耳塞噪音等可以减少患者因身体不适而带来的运动伪影，对图像质量和扫描时间也应合理权衡，可以避免产生运动伪影。

本研究结果表明，不同Pfirrmann分级腰椎间盘T2值前纤维环、后纤维环和髓核数值呈逐渐降低趋势，且经过pearson相关分析，髓核各分区T2值呈显著正相关。虽然大部分指标Ⅳ级与Ⅴ级间无统计学差异，可能T2 mapping成像技术对水分的变化更为敏感，因此本研究中T2值呈现较为明显的下降趋势，但也可能与样本量较少有关。观察组Pfirrmann分级平均得分低于对照组，表明腰椎间盘退变患者前纤维环、后纤维环及髓核T2值较低，应考虑外科方法提高其Pfirrmann分级得分，此结果与Buchbender等[22]研究结果具有一致性。在本研究中，患者在常规压脂序列上无明显的骨髓异常和水肿情况，但在T2 mapping成像技术伪彩图中却可发现异常，大致也通过T2值的升高来解释。

T2 mapping成像技术可对组织器官具体横向弛豫时间进行描述，评价其组成成分，评估其功能变化，可明确作为诊断腰椎间盘退行性病变的量化依据，对于诊断腰椎间盘退行性病变等级有积极意义，值得进一步推广。