ADC值评估腰椎间盘退变程度的研究

李丽，周治国，王敏，胡雪梅，李锋

随着人们的生活方式及工作方式的改变，“腰痛”给人们的生活工作带来了极大的困扰。而腰椎间盘退变是引起腰痛的重要原因之一。如何正确评估腰椎间盘退变程度将关系到临床的早期诊断、治疗、预后估计及治疗后疗效评价。本研究利用扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）技术中的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）及修正的 Pfirrmann分级对腰椎间盘退变进行相关性研究，旨在评估MR－DWI技术在腰椎间盘退变中的诊断价值。

材料与方法

1.临床资料

在本院经临床诊断为腰椎退行性病变的患者46例，男26例，女21例，年龄25～66岁，平均45岁。临床表现以腰疼为主，35例伴有下肢麻木和放射痛，症状持续时间多在2周～10年。征集健康志愿者39例，男22例，女17例，年龄12～37岁，平均28岁；均无急慢性腰背部疼痛史及手术外伤史。患者及志愿者均排除其它全身性疾病。

2.成像技术

使用GE 1.5TSigna CV／i超导 MR机，4通道相控阵脊柱线圈。常规行脊柱矢状面SE序列T1WI（TR 4 0 0ms，TE 1 0ms）和T2WI（TR 3 0 0 0ms，TE 102ms），以及平行于椎间盘平面的横轴面T2WI（TR 3000ms，TE 120ms）扫描。再采用SE序列平面回波成像技术行多次激发DWI扫描，扫描参数：矢状面扫描，全部使用自动匀场和抑脂技术，扫描层数5层，矩阵128×128，视野36cm×36cm，采集次数6次，TR 3000ms，TE 65ms，层厚5mm，层距1mm，成像时间约72s。同时在层面选择、相位编码和频率编码三个方向上施加扩散敏感梯度，b值设为600s／mm2。在椎体前方设置预饱和带，饱和带宽30cm。

3.图像分析

由2位有经验的放射科医师在T2WI矢状面图像上（图1a）观察并确定各个椎间盘的修正Pfirrmann分级（表1）[1]。

表1 Pfirrmann分级系统

图1 健康志愿者。a）矢状面T2WI示各腰椎间盘髓核为高信号，高于骶骨前脂肪信号且低于脑脊液信号，Pfirrmann分级为2级；b）矢状面DWI伪彩图上测量各椎间盘信号；c）DWI黑白图示各椎间盘的ROI，面积50～58mm2，ADC值为0.00200～0.00230mm2／s。

Pfirrmann分级为1～2级被认定为正常，3～4级为轻度退变，5级及5级以上为重度退变。ADC值的测量在DWI图像上进行，选择信号分布均匀的椎间盘中央、扫描中心层面，避开脑脊液和伪影的影响，兴趣区（region of interest，ROI）大小50～70mm2（图1b），在ADC图中直接测量计算每个椎间盘（L1～2至L5～S1）的平均ADC值（图1c）。

4.统计学分析

将数据利用SPSS 12.0软件包进行统计学分析。将分级为1～8级的椎间盘ADC值分别进行t检验及单因素方差分析。并且将正常、轻度退变、重度退变椎间盘的ADC值分别进行t检验及单因素方差分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

85例受试者均成功行DWI检查和ADC值测量，总计测量425个椎间盘。其中1级椎间盘9个（L1水平6个，L2水平2个，L4水平1个），2级椎间盘205个（L1：65，L2：58，L3：44，L4：20，L5：18），3级椎间盘82个（L1：8，L2：14，L3：24，L4：21，L5：15），4级椎间盘65个（L1：4，L2：8，L3：8，L4：21，L5：24），5级椎间盘26个（L1：1，L2：2，L3：6，L4：5，L5：12），6级椎间盘19个（L1：1，L3：2，L4：7，L5：9），7级椎间盘14个（L3：1，L4：9，L5：4），8级椎间盘5个（L2：1，L3：2，L4：1，L5：3）。

各级椎间盘平均ADC值见表2、图2。各级椎间盘两两比较的统计分析结果表3。

表2 各级椎间盘平均ADC值测量结果

表3 各级椎间盘ADC值均数两两比较t检验结果

方差分析显示，各级椎间盘平均ADC值的差异有高度统计学意义（F＝54.607，P＜0.001）。t检验分析发现，1级、2级椎间盘与其他各级椎间盘平均ADC值比较，差异有高度统计学意义（P＜0.01）；3级椎间盘分别与4、5、6、7级椎间盘平均ADC值比较，差异亦有统计学意义（P＜0.05）；4～8级椎间盘之间平均ADC值两两比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

正常椎间盘214个，平均 ADC值为（2.03±0.16）×10－3mm2／s；轻度退变椎间盘147个，平均ADC值为（1.68±0.31）×10－3mm2／s；重度退变椎间盘64个，平均 ADC值为（1.54±0.33）×10－3mm2／s。正常椎间盘、轻度及及重度退变椎间盘平均ADC值之间差异有高度统计学意义（F＝81.356，P＜0.001）。其中，正常椎间盘与轻度和重度退变椎间盘的ADC值比较，差异均有高度统计学意义（t值分别为14.322和16.332，P＜0.001）；轻度与重度退变椎间盘的ADC值比较，差异有统计学意义（t＝2.980，P＝0.003）。

讨 论

髓核是无血管组织，其营养物质的吸收和代谢主要依靠软骨终板的渗透作用。而髓核退变早期的主要表现为细胞外水的丢失和蛋白多糖含量下降。扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）技术是基于水分子的微观运动，能反映组织中水分子无序扩散运动快慢的信息。DWI常用表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）来描述分子的综合微观运动。髓核内细胞外水的丢失将导致椎间盘内水分子扩散运动减弱，从而使其ADC值降低。故此，ADC值可用于评价髓核的早期退变[2]。

图2 不同椎间盘分级平均ADC值分布图。1～4级椎间盘，随着级数上升，ADC值逐渐下降；4～7级椎间盘的平均ADC值呈现平台期；8级的ADC值较7级上升明显。

本研究对46例腰椎退行性病变患者和39例志愿者的425个椎间盘进行了MRI扫描，均得到了较为理想的影像。为了清晰地分辨出椎间盘早期退变，本研究采用了修正的Pfirrmann分级系统[3]。本研究中发现，1～4级椎间盘随着级数的增加ADC平均值逐渐递减，两者呈负相关。这一结果表明ADC值可以较好的反映早期髓核的退变程度。由此佐证了“椎间盘的早期退变主要表现为髓核的细胞外水的丢失”这一观点[4]。故此，笔者认为ADC值适用于早期椎间盘退变的追踪随访和观察。然而，本研究中4～8级椎间盘的ADC平均值之间差异无统计学意义，笔者认为出现这种现象可能有如下两种可能性：①因为髓核内其它物质（如粘多糖）含量的改变也会引起T2信号的改变[5]，而ADC值仅反映测量组织中水的扩散系数，故与T2信号的改变不一定一致；②是否说明髓核在中重度退变时细胞外水分含量改变不大，这需要进一步研究进行探讨。本研究中还发现，8级椎间盘的ADC平均值较4～7级要高，这与Chiu等[6]报道的结果相似，其认为这可能与椎间盘破裂导致的水分子微观自由运动状态改变有关。

由于1级及8级椎间盘的数目相对较少，也为了更好地了解ADC值、腰椎间盘退变与腰椎间盘位置的关系，将1～2级椎间盘认定为正常，3～4级为轻度退变，5级及5级以上为重度退变。本研究中发现正常椎间盘、轻度及重度退变椎间盘平均ADC值之间差异均有统计学意义。对比正常腰椎间盘，退变椎间盘的ADC值有明显减低。

综上所述，MRI DWI的ADC值可以较好的反映早期髓核退变程度，对提高腰椎间盘早期变性的诊断具有一定的价值，适用于早期椎间盘退变的追踪随访和观察。然而，对于中重度椎间盘退变，DWI应联合MRI的T2信号对其进行评价。然而，目前尚无较好的MRI技术对椎间盘退变进行准确评估，椎间盘退变机制及MRI技术还需进一步的研究和探讨。

[1]James FG，Yi XJ，Wang MD，et al.Modified Pfirrmann grading system for lumbar intervertebral disc degeneration[J].SPINE，2007，32（24）：708－712.

[2]李丽，李锋，熊伟.功能 MRI在腰椎退行性疾病诊断中的应用进展[J].中国脊柱脊髓杂志，2010，20（5）：428－431.

[3]于斌，王以朋，邱贵兴.腰椎间盘退变的 MRI分级评价方法研究进展[J].中国骨与关节外科，2010，3（5）：410－412.

[4]夏晓萍，戚乐，叶文琦，等.椎间盘的磁共振研究进展[J].健康研究，2011，31（3）：225－227.

[5]Haneder S，Apprich SR，Schmitt B，et al.Assessment of glycosaminoglycan content in intervertebral discs using chemical exchange saturation transfer at 3.0T：preliminary results in patients with low－back pain[J].Eur Radiol，2013，23（3）：861－868.

[6]Chiu EJ，Newitt DC，Segal MR，et al.Magnetic resonance imaging measurement of relaxation and water diffusion in the human lumbar interverteral disc under compression in vitro[J].Spine，2001，26（19）：437－444.