正常成人腰椎间盘的DWI初步研究

郭家川，刘 英

（1.四川省医学科学院 四川省人民医院放射科，四川 成都 610072；2.四川省骨科医院放射科，四川 成都 610041）

DWI是一种检测水分子在组织结构中扩散运动的新技术，具有无创性，现在越来越多地应用到全身各个器官的检查中[1-3]。DWI能够通过平均ADC值对腰椎间盘髓核进行测量，对退变作出定量分析，为临床提供客观的诊断依据[1，4]。目前国内外对正常成人腰椎间盘髓核的ADC值研究较少，尤其是对正常成人ADC值的系统观察更少。本研究应用1.5 T MRI定量测量正常成年人腰椎间盘髓核ADC值，并分析腰椎间盘髓核平均ADC值随年龄及节段的变化规律，为MRI诊断腰椎间盘退行性变提供客观的理论依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年7月至2017年6月在四川省人民医院及四川省骨科医院行腰椎MRI检查的成人健康志愿者56例。纳入标准：自愿签署知情同意书的健康成人（年龄18～60岁）。排除标准：①有腰部疼痛病史；②从事重体力劳动或运动员；③常规T1WI、T2WI检查腰椎间盘有膨出或突出者；④有腰椎滑脱或畸形者；⑤无法完成MRI检查或MRI图像有伪影影响测量者。其中1例有腰椎滑脱、1例未成功行DWI、1例运动伪影较大被剔除。符合纳入及排除标准的志愿者共53例，其中男30例，女23例；年龄18～60岁，平均（38.15±12.87）岁。按照年龄将志愿者分为3组，分别为18～30岁组20例、31～45岁组16例与46～60岁组17例。

1.2 仪器与方法 使用GE 1.5 Tesla超导型Singa Excite MRI扫描仪及相控阵脊柱线圈。患者取仰卧位，头先进。扫描序列及参数：脊柱矢状位快速自旋回波（FSE）序列 T1WI（TR 440 ms，TE 13.8 ms）、快速恢复快速自旋回波（frFSE）序列 T2WI（TR 2 000 ms，TE 103.4 ms）、短时反转恢复（STIR）序列 T2WI（TR 2 840 ms，TE 53.7 ms）；采用 SE 序列平面回波（EPI）成像行多次激发DWI。矢状面扫描，TR 3000ms，TE 66.8 ms，扫描层数9层，层厚5 mm，层距1 mm，矩阵256×256，FOV 32 cm×32 cm，NEX 4～8次。b值设为500 s/mm2，在椎体前方设置宽度20～30 cm的预饱和带，以减少腹主动脉搏动对测量的影响。

1.3 ADC值的测量方法 将符合标准的腰椎间盘DWI数据传至后处理工作站，通过Functool 2软件可直接得到ADC图（图1）。在矢状位ADC图像上分别测量各椎间盘髓核ADC值。测量时应选择矢状位中心层面图像的椎间盘中央部位，ROI大小为50 mm2，形状为椭圆形，尽可能地位于髓核，避开周围的纤维环。所有图像数据测量工作均由2名影像诊断医师采用盲法完成，取平均值。

图1 男，32岁，正常志愿者 图1a T1WI示各腰椎间盘呈均匀稍低信号 图1b T2WI示各腰椎间盘呈夹心饼样高信号 图1c DWI示各腰椎间盘呈高信号 图1d ADC伪彩图示各腰椎间盘髓核与纤维环分界清楚

1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0软件进行统计学处理，计量资料以±s表示，并给出其95%可信区间。采用单因素方差分析比较L1～5各腰椎间盘髓核平均ADC值的差异，以及不同年龄段腰椎间盘髓核平均ADC值的差异，以P＜0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正常志愿者不同解剖层面腰椎间盘髓核平均ADC值的比较（表1） 53例共265个腰椎间盘，其平均 ADC 值为（1.73±0.24）×10-3mm2/s，95%的可信区间为下限1.71×10-3mm2/s，上限1.76×10-3mm2/s。不同解剖层面之间的腰椎间盘髓核平均ADC值差异无统计学意义（F=0.57，P=0.68）。

表1 正常志愿者不同解剖层面的腰椎间盘髓核平均 ADC 值 （×10-3mm2/s，±s）

表1 正常志愿者不同解剖层面的腰椎间盘髓核平均 ADC 值 （×10-3mm2/s，±s）

解剖层面 个数 平均ADC值 95%可信区间下限 上限椎间盘L1～2 53 1.70±0.23 1.64 1.76 L2～3 53 1.72±0.20 1.67 1.78 L3～4 53 1.75±0.20 1.69 1.80 L4～5 53 1.77±0.23 1.70 1.83 L5～S1 53 1.73±0.32 1.65 1.82

2.2 正常志愿者不同年龄段的腰椎间盘髓核平均ADC值的比较（表2） 不同年龄段之间的腰椎间盘髓核平均ADC值差异有统计学意义（F=20.46，P=0.00），进一步行两两比较，3个年龄组差异均有统计学意义（均 P＜0.05）。

表2 正常志愿者不同年龄段的腰椎间盘髓核平均 ADC 值 （×10-3mm2/s，±s）

表2 正常志愿者不同年龄段的腰椎间盘髓核平均 ADC 值 （×10-3mm2/s，±s）

年龄组（岁） 例数 平均ADC值 95%可信区间下限 上限18～30 20 1.88±0.15 1.81 1.95 31～45 16 1.75±0.11 1.69 1.81 46～60 17 1.55±0.19 1.46 1.65

3 讨论

腰椎间盘由纤维环、髓核及覆盖椎体上、下缘的透明软骨终板组成[5]，其血供来源于软骨终板，神经来源于窦椎神经。椎间盘髓核中水分的含量是判断其功能的一项重要指标，营养物质传递主要依靠水分子的扩散，在椎间盘退变时，髓核中水的含量明显降低。目前MRI是评价腰椎间盘病变的主要方法，包括 MRI常规序列及特殊成像序列（DWI、DTI、T2Mapping）。本研究应用DWI对正常腰椎间盘进行定量测量。DWI是利用分子热运动现象进行功能成像的一种新技术，能无创评价活体组织水分子扩散运动[6]，不仅能反映活体组织中水分子扩散运动快慢的信息，还能将这种扩散差异量化并形成图像信号。

DWI是某一固定b值的信号强度成像，随着b值的增加，图像的扩散权重加大，T2权重减小，但图像的SNR降低。研究[7]表明，较高的b值主要反映组织的分子水平信息，较低b值则主要反映组织的血流灌注状态。谢学斌等[8]研究认为，b值为1 000 s/mm2时，既可了解ADC值的变化，又可在ADC伪彩图中显示髓核和纤维环的变化。本研究在预实验中显示b值为1 000 s/mm2时，图像SNR较大。大多数学者[9-10]也认为，信号丢失较多时同样会影响ADC值的测量，b值为400或500 s/mm2时可提高SNR。因此，本实验参考国内外文献[11-13]，b值选择的原则是在兼顾SNR的同时尽可能提高b值，选择b=500 s/mm2时，既在预实验中得到了较好的图像，又兼顾了扩散的权重、SNR。

本研究测定的正常成人腰椎间盘髓核平均ADC值为（1.73±0.24）×10-3mm2/s，与谢学斌等[8]研究的结果对比稍小，可能与其研究中正常腰椎间盘T2信号均未降低，而本研究所选的志愿者是指无腰腿痛病史及椎间盘膨出、突出的正常成人，部分椎间盘可能有生理性退变、椎间盘T2信号轻度降低、ADC值亦降低有关。腰椎间盘髓核ADC值与其解剖层面的关系尚有争议[9-11，14]。陈耀康等[14]研究显示椎间盘髓核ADC值与椎间盘的解剖位置无相关性，与本研究结果一致。 而李颖等[9，11]的研究认为，从 L1～2至 L5～S1随着椎间盘位置的下移，ADC值有下降趋势；Kerttula等[10]研究认为随着椎间盘位置的下移，ADC值逐渐升高。这种差异可能与前述研究样本量偏小或研究对象不同有关，也可能与选取的b值不同有关。本研究b值为500 s/mm2，既得到较好的图像质量，又兼顾了扩散权重，得到较真实的ADC值。文献[15]报道，年龄为椎间盘退变的第一要素，20岁后腰椎间盘开始退变，随着年龄增加，椎间盘微环境的稳态被进一步削弱和破坏。本研究发现，随着年龄增长，腰椎间盘髓核ADC值有降低趋势，这与腰椎间盘退变规律相吻合，与Byvaltsev等[1]研究结果一致。

综上所述，腰椎间盘的解剖层面对正常成人腰椎间盘髓核平均ADC影响不大，随着年龄增长，ADC值有降低趋势。应用DWI探讨正常成人椎间盘髓核ADC值范围，可为MRI诊断腰椎间盘退行性变提供客观的理论依据。