T2 mapping技术在腰椎间盘退变评估中的应用价值

王建伟，许晓泉，王德杭，邹月芬，时　寅，徐　磊，施海彬

（南京医科大学第一附属医院放射科，江苏 南京　210029）

T2 mapping技术在腰椎间盘退变评估中的应用价值

王建伟，许晓泉，王德杭，邹月芬，时寅，徐磊，施海彬

（南京医科大学第一附属医院放射科，江苏 南京210029）

目的：探讨T2 mapping技术评估腰椎间盘退变的应用价值。材料与方法：对33例经临床诊断为椎间盘退变的病例行腰椎磁共振常规序列和T2 mapping扫描。椎间盘退变分级采用Pfirrmann标准。基于矢状位T2 mapping伪彩图，采用手动勾画感兴趣区法，分别测量椎间盘前后纤维环及髓核的T2值。采用单因素方差分析分别比较不同Pfirrmann等级椎间盘的前后纤维环及髓核的T2值差异。Pfirrmann等级与椎间盘不同部位T2值的相关性采用Spearman相关分析评估。结果：前后纤维环Ⅰ～Ⅴ级的T2值差异无统计学意义（前纤维环，P=0.233；后纤维环，P=0.906）。髓核Ⅰ～Ⅴ级的T2值差异有统计学意义（P= 0.000）。两两比较后发现，Ⅱ～Ⅲ级、Ⅲ～Ⅳ级的T2值差异有统计学意义（Ⅱ～Ⅲ级，P=0.000；Ⅲ～Ⅳ级，P=0.008）。而Ⅰ～Ⅱ级、Ⅳ～Ⅴ级的T2值差异无统计学差异（Ⅰ～Ⅱ级，P=0.357；Ⅳ～Ⅴ级，P=0.489）。Spearman相关分析结果显示，髓核T2值与Pfirrmann分级呈明显负相关（r=-0.765，P=0.000），前纤维环T2值与Pfirrmann分级呈弱负相关（r=-0.166，P=0.036），而后纤维环T2值与Pfirrmann分级不相关（r=0.051，P=0.521）。结论：T2 mapping技术可定量显示不同等级椎间盘的不同组织结构间的T2值差异，为临床定量化诊断椎间盘退变提供参考。

椎间盘；腰椎；磁共振成像

腰椎间盘退变是引起腰骶部疼痛的主要原因［1］。MRI是评估腰椎间盘退变的重要影像学手段。但常规MR序列根据椎间盘的结构形态和信号强度等形态学改变来评估椎间盘退变。基于常规MR的形态学评估，受评估者主观影响较大，且无法反应椎间盘退变早期的细微成分的改变。T2 Mapping技术，可以通过定量测量组织T2弛豫时间，来反应组织生化成分和微结构的改变，已有报道将其应用于组织代谢以及软骨生化信息等方面的研究［2-4］，但应用于椎间盘退变方面的报道仍不多见，因此，本文采用T2 mapping技术对腰骶部痛患者进行扫描，以探讨该技术在腰椎间盘退变早期评估中的应用价值。

1　材料与方法

1.1一般资料

纳入2013年12月—2014年10月间临床诊断为椎间盘退变的患者33例，男17例，女16例，平均年龄（39.9±18.5）岁，临床症状主要为反复发作的腰骶部疼痛。

1.2检查方法

MR扫描采用1.5T超导型磁共振扫描仪（Signa HDx，GE，美国）和颈胸腰联合相控阵线圈。MR扫描位置以及序列包括矢状位T2WI、T1WI、轴位T2WI和矢状位T2 mapping。矢状位T2WI扫描参数：TR 3160ms，TE 102 ms，层厚4 mm，层间距2 mm，矩阵384×224，带宽41.67 Hz；矢状位T1WI扫描参数：TR 640 ms，TE 57 ms，层厚4 mm，层间距2 mm，矩阵320×224，带宽41.67 Hz；轴位T2WI扫描参数：TR 2 580 ms，TE 120 ms，层厚4 mm，层间距2 mm，矩阵320× 192，带宽27.78 Hz；矢状位T2 mapping扫描参数：TR 1250ms，TE为n×9.2ms，层厚4mm，层间距2mm，矩阵288×224，带宽31.25 Hz。参与本研究患者均签署知情同意书。

1.3图像后处理与分析

腰椎间盘退变的形态学诊断和分级由两位放射科医师依据Pfirrmann标准［7］完成。当两名医师的评估结果存在差异时，由第3名高年资医师判断并纳入统计分析。Pfirrmann分级系统依据腰椎矢状位T2WI图像，主要观察髓核结构、髓核信号强度、髓核与纤维环分界以及椎间盘高度等四方面形态学信息，并据此将椎间盘退变程度分为Ⅰ～Ⅴ级。同时，将原始数据导入GE后处理工作站，采用Functool软件重建和分析 T2 mapping伪彩图。选取 T2 mapping伪彩图正中矢状位层面作为感兴趣层面，将椎间盘分为前（前纤维环）、中（髓核）、后（后纤维环）3个感兴趣区，手绘测量每个感兴趣区T2值。每个感兴趣区测量3次，最后取平均值作为该区的T2值。定量测量由两名放射科医师独立完成，两者测量的平均值纳入统计分析。

1.4统计学处理

2　结果

2.1一般结果

33例病人均完成检查，所有常规MR图像清晰，无明显伪影。另外，分析矢状位T2 mapping重建彩图，发现其中1例T2 mapping伪彩图运动伪影严重，不能入组，因此共测得160个椎间盘T2值并纳入统计分析。

2.2不同Pfirrmann等级及椎间盘部位的T2值差异

采用单因素方差分析对不同Pfirrmann等级椎间盘不同部位的T2值进行比较，结果提示：在前后纤维环，Ⅰ～Ⅴ级的T2值差异无统计学意义（前纤维环，P=0.233；后纤维环，P=0.906）；在髓核，Ⅰ～Ⅴ级的T2值之间差异有统计学意义（P=0.000）。两两比较后发现，Ⅱ级与Ⅲ级的T2值之间，Ⅲ级与Ⅳ级的T2值之间的差异有统计学意义（Ⅱ级与Ⅲ级，P=0.000；Ⅲ级与Ⅳ级，P=0.008）。而Ⅰ级与Ⅱ级的T2值，Ⅳ级与Ⅴ级的T2值无统计学差异（Ⅰ级与Ⅱ级，P=0.357；Ⅳ级与Ⅴ级，P=0.489）。

另外，本研究还观察，在同一Pfirrmann等级情况下的不同椎间盘部位之间的T2值差异。统计结果显示，当Pfirrmann分级Ⅰ～Ⅲ级时，髓核T2值明显高于前、后纤维环T2值（髓核与前纤维环：Ⅰ～Ⅲ级，P=0.000；髓核与后纤维环：Ⅰ～Ⅲ级，P=0.000），并且前纤维环T2值高于后纤维环T2值（Ⅰ级，P= 0.040；Ⅱ级，P=0.000；Ⅲ级，P=0.000）。当Pfirrmann分级为Ⅳ级时，髓核及前纤维环T2值明显高于后纤维环（髓核与后纤维环，P=0.010；前纤维环与后纤维环，P=0.019），但髓核与前纤维环之间的T2值的差异无统计学意义（P=0.806）。当Pfirrmann分级为Ⅴ级时，前纤维环、髓核以及后纤维环之间的T2值差异无统计学意义（P=0.470）。不同Pfirrmann等级及椎间盘部位的T2值详见表1，代表性病例示意图见图1，2。

表1　椎间盘Pfirrmann分级与椎间盘不同部位的T2值

2.3椎间盘不同部位的T2值与Pfirrmann等级的相关性研究

将前纤维环、髓核和后纤维环的T2值与Pfirrmann分级作相关性分析，结果提示：髓核T2值与Pfirrmann分级呈明显负相关（r=-0.765，P=0.000）。前纤维环T2值与Pfirrmann分级呈负相关，但相关系数r仅为-0.166（r=-0.166，P=0.036）。后纤维环T2值则与Pfirrmann分级不相关（r=0.051，P=0.521）。椎间盘Pfirrmann分级与髓核部位T2值的相关性分析结果见图3。

图1　17岁男性，腰骶部疼痛。图1a：矢状位常规T2WI提示L1～L5椎间盘Pfirrmannn等级均为Ⅱ级。图1b：T2 mapping伪彩图提示PfirrmannnⅡ级椎间盘髓核T2值（白箭）高于前后纤维环T2值（黑箭）。　图2　50岁女性，因腰骶部疼痛伴下肢放射痛。图2a：矢状位常规T2加权像提示L3/L4椎间盘Pfirrmannn等级为Ⅲ级（白箭），L5/S1椎间盘Pfirrmannn等级为Ⅳ级（白弯箭）。图2b：T2 mapping伪彩图提示L4/5椎间盘髓核T2值（白箭）较高于前后纤维环T2值（黑箭）。L5/S1椎间盘的前纤维环、髓核和后纤维环的T2值差异不大（白弯箭）。Figure 1.　Male，17 years old.Lumbosacral pain.Figure 1a：Sagittal T2WI shows that the L1～L5 lumbar intervertebral discs are Pfirrmannn gradeⅡ.Figure 1b：T2 mapping pseudocolor image of the same case shows that T2 values of the NP（white arrow）is higher than those of the AAF and PAF（black arrow）.　Figure 2.　Female，50 years old.Lumbosacral pain with radiating pain in lower extremity.Figure 2a：Sagittal T2WI shows that the L3/L4 lumbar intervertebral disc is Pfirrmannn gradeⅢ（white arrow）.The L5/S1 lumbar intervertebral disc is Pfirrmannn gradeⅣ（white curved arrow）.Figure 2b：T2 mapping pseudocolor image of the same case shows that T2 values of the NP of the L4/L5（white arrow）is higher than those of the AAF or PAF（black arrow）.There is little difference between the T2 values of the NP and those of the AAF or PAF.

图3　椎间盘髓核部T2值与Pfirrmann分级呈明显负相关（r=-0.765）。Figure 3.Significant negative correlation is shown between T2 values of NP and the Pfirrmann grades（r=-0.765）.

3　讨论

常规磁共振检查序列，可以清晰显示腰椎各解剖结构，可以根据椎间盘、椎体、关节、韧带等结构的形态或信号强度的改变等信息来评估腰椎退变的情况［5-6］。Pfirrmann分级就是以矢状位T2WI图像上腰椎间盘的形态学信息作为分级指标，对腰椎间盘退变程度作出评估［7］。但Pfirrmann分级是基于形态学的定性评估标准，受评估者的主观因素影响较大，比如在本研究中，两位医师就常常对Ⅱ级和Ⅲ级椎间盘的判定产生较多分歧。T2 mapping技术是测量组织T2弛豫时间的MR技术，一般选用SE序列，设置多个TE，得到一组T2WI图像，再根据所得到的这组T2WI图像的数据计算出组织的T2值，最终重建出T2 mapping图［8］。目前，T2 mapping技术已经较为成熟的应用于膝关节等关节软骨在病变早期软骨成分变化的定量评估［3，9］，但应用于椎间盘退变方面的研究还不多见。因此，本研究拟将T2 mapping技术应用于椎间盘退变诊断过程中，拟探讨T2 mapping技术在腰椎间盘退变定量化诊断中的应用价值。

本研究对不同Pfirrmann等级椎间盘的不同部位的T2值进行比较，结果发现不同等级之间的前后纤维环T2值无明显差异，而髓核T2值有明显差异，且髓核T2值下降与Pfirrmann等级提高呈明显负相关，与文献报道相近［6，10-11］。究其机制，笔者认为可能与椎间盘不同部位的组成成分及椎间盘退变的机制有关。椎间盘退变过程中，髓核退变主要以水分下降为主，而纤维环主要成分是胶原纤维，退变时主要以胶原纤维的增生以及胶原纤维微结构破坏为主。虽然髓核水分的下降以及纤维环纤维各向异性的改变均会对T2值产生影响，但T2 mapping技术对水分的变化更为敏感，因此髓核的T2值呈现较为明显的下降趋势，而纤维环T2值的变化不如髓核明显［6，12］。另外，本研究结果发现，Ⅱ级与Ⅲ级椎间盘髓核的T2值有明显差异，此结果为形态学无法区分等级的早期椎间盘退变提供了可能的定量区分依据。

同时，本研究还比较了相同Pfirrmann等级下，不同椎间盘部位之间的T2值差异。结果发现，Pfirrmann分级为Ⅰ～Ⅲ级的椎间盘，髓核的T2值明显高于纤维环的T2值，与以往研究结果一致［13-14］。分析其机制，可能与椎间盘的结构成分差异和退变过程的病生改变有关。在健康或轻度退变的椎间盘，髓核的含水量明显高于纤维环含水量，因此其T2值明显高于纤维环T2值。进一步比较发现，Ⅰ～Ⅳ级的椎间盘，后纤维环的T2值低于前纤维环T2值，此结果可能与腰椎间盘退变时的生物力学有关［1，15］，髓核向后方传导的压力负荷较向前方的大，并且椎间盘后方韧带较前方薄弱，所以后纤维环退变更为严重，T2值也更低。而当椎间盘退变达Ⅴ级时，纤维环与髓核之间T2值无差异，分析原因，主要是由于椎间盘严重退变导致结构崩解，前后纤维环和髓核的正常组织成分均被纤维组织所取代，三者趋于同质，因此三部位的T2值无明显差异。

当然，T2 mapping技术也存在一定局限性，它对运动伪影非常敏感，甚至脑脊液的流动和血管的搏动也可以导致信号采集的误差甚至丢失。在本研究中，即有1例病人由于运动伪影而导致T2 mapping采集失败。主磁场的均匀性也会影响T2值的测量结果。因此，研究中要注意避免这些不利因素对于T2值测量结果的影响，如扫描前的解释工作和耳塞降噪准备等均可以减少病人因不适而带来的运动伪影，并且，对扫描时间与图像质量的权衡和取舍也是避免运动伪影产生的关键。

综上所述，T2 mapping技术可以定量测量椎间盘不同组织结构的T2值，为临床定量化诊断椎间盘退变提供依据。

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The application value of T2 mapping technique in the assessment of lumbar disc degeneration

WANG Jian-wei，XU Xiao-quan，WANG De-hang，ZOU Yue-fen，SHI Yin，XU Lei，SHI Hai-bin
（Department of Radiology，The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University，Nanjing 210029，China）

Objective：To evaluate the application value of T2 mapping technique in the assessment of lumbar disc degeneration.Materials and Methods：33 cases diagnosed as lumbar disc degeneration underwent lumbar routine magnetic resonance imaging and T2 mapping scanning.All their intervertebral discs（IVDs）were graded by Pfirrmann scale.T2 values of the anterior annulus fibrosus（AAF），the nucleus pulposus（NP）and the posterior annulus fibrosus（PAF）were measured manually on the sagittal T2 map.ANOVA analysis was used to compare the differences of T2 values at the AAF，NP and PAF of degenerated IVD with different Pfirrmann grades.The correlation between T2 values and Pfirrmann grades of the IVDs was evaluated by Spearman analysis.Results：No significant differences were found about T2 values of AAF or PAF at different Pfirrmann grades（AAF，P=0.233；PAF，P=0.906），while significant difference was found about T2 values of NP at different Pfirrmann grades（P=0.000）.After multiple comparisons，T2 values of PfirrmannⅡ～Ⅲ and PfirrmannⅢ～Ⅳ showed statistical differences（PfirrmannⅡ～Ⅲ，P=0.000；PfirrmannⅢ～Ⅳ，P=0.008）.But T2 values of PfirrmannⅠ～Ⅱ and PfirrmannⅢ～Ⅴ had no statistical differences（PfirrmannⅠ～Ⅱ，P=0.357；PfirrmannⅣ～Ⅴ，P=0.489）.Significant negative correlation was found between T2 values of NP and Pfirrmann grades（r=-0.765，P=0.000），while only poor correlation was found between T2 values of AAF and Pfirrmann grades（r=-0.166，P=0.036），and no correlation between T2 values of PAF and Pfirrmann grades（r=0.051，P=0.521）.Conclusion：T2 mapping technique could quantitatively demonstrate the differences of T2 values between the different structures of IVDs at different Pfirrmann grades，which provided evidence for clinical quantitative diagnosis of the IVD degeneration.

Intervertebtal disk；Lumbar vertebrae；Magnetic resonance imaging

R681.53；R445.2

A

1008-1062（2015）05-0355-04

2014-11-25

王建伟（1982-），男，江苏宝应人，主管技师。

施海彬，南京医科大学第一附属医院放射科，210029。

江苏高校优势学科建设工程资助项目（JX10231801）。