磁共振PDWI和T2 Mapping在长爪沙鼠腰椎间盘退变中的价值比较

阎国强 ， 舒 雄 ， 赵丹慧

(1. 北京市创伤骨科研究所 ， 北京 西城 100035 ； 2. 北京积水潭医院 ， 北京 西城 100035)

腰椎间盘退行性改变是一种多重因素导致的、退变引起的一系列疾病，在临床极为常见，其典型表现为髓核组织脱水、蛋白多糖缺失、纤维环排列紊乱等，MRI可以直接反映椎间盘的含水量变化[1]。传统的MRI检查序列是目前评估椎间盘形态学的最佳方法，但在评估早期形态学改变之前退变的程度仍不理想[2]。质子密度加权成像和T2mapping 在腰椎间盘成像中具有明显优势。本试验使用7.0 T MRI的质子密度加权像(PDWI)与T2mapping 来定量评估长爪沙鼠腰椎间盘退变的程度。

1 材料与方法

1.1 实验动物 普通级近交系雄性长爪沙鼠15只， 体重30～80 g，其中3、6、9、12月龄各5只，来源于首都医科大学实验动物中心。饲养于北京积水潭医院动物实验室普通级设施，自由取水和饲料。室温维持在18～26 ℃，湿度维持在40%～60%。适应性饲养2周后，异氟醚吸入麻醉，每只沙鼠的MRI检查范围为L1/L2～L7/S1椎间隙，包含7个 椎间盘。所有操作符合北京积水潭医院动物伦理委员会要求。

1.2 影像学检查 所有长爪沙鼠均行磁共振矢状位常规序列和T2mapping扫描。检查采用7.0 T超导MRI小动物磁共振成像仪(Bruker，Switzerland)，大鼠体部线圈，俯卧位。结构像扫描采用T2_TurboRare扫描序列(TR：1 175 ms，TE：30 ms，image size：320×320)，质子密度成像采用PD_T2_MSME(TR：2 000 ms， TE：12/60 ms，image size：256×256)，层厚0.5 mm，field of view：50 mm×50 mm。T2mapping采用T2map_MSME扫描序列采用25个回波 SE序列扫描。具体扫描参数为TR：1 000 ms，TE从9 ms开始，以9 ms为平均间隔，至225 ms，层厚为0.5 mm，激励次数为2次，image size：256×256，field of view：50 mm×50 mm，扫描时间约16 min。

1.3 数据处理 椎间盘信号强度/脂肪信号平均值(SSdisc/SSfat)的测量：将图像数据应用Image J(1.48v)处理后，在T2WI正中矢状位图像中以髓核为中心绘制椎间盘椭圆形感兴趣区域(ROI)，测量L1/L2～L7/S1椎间盘信号强度(SSdisc)，以膀胱腹侧的大面积脂肪作为ROI，测量3个点的平均信号强度(SSfat)，见图1。

图1 SSdisc/SSfat测量中ROI的选择Fig.1 Selection of ROI in SSdisc/SSfat measurement

椎间盘T2值的测量：在ParaVision(6.0.1)进行图像后处理，获得腰椎正中矢状位图像，以髓核为中心绘制椎间盘椭圆形ROI，测量L1/L2～L7/S1椎间盘的T2值，见图2。

图2 T2值测量中ROI的选择Fig.2 Selection of ROI in T2 measurement

每次测量均由同一名经过培训的MRI技师完成。

2 结果

2.1 4个月龄组的SSdisc/SSfat比较 本文引入脂肪信号平均值作为校正，结果显示，椎间盘信号强度/脂肪信号的比值随月龄的增长呈下降趋势，以3月龄组为参照，SSdisc/SSfat在6月龄组和9月龄组时无统计学意义，直到12月龄时才出现统计学意义(P<0.05)，见表1、图3。

图3 SSdisc/SSfat随月龄的变化Fig.3 SSdisc/SSfat changes with age*：P<0.05

2.2 4个月龄组椎间盘的T2值比较 结果显示，椎间盘T2值随月龄的增长呈下降趋势，以3月龄为参照，T2值在6月龄时无统计学意义，但在9月龄时出现统计学意义(P<0.05)，到12月龄时出现极显著性差异(P<0.01)，见表2、图4。

表2 不同月龄组椎间盘T2值Table 2 T2 value of intervertebral disc in different age groups (ms)

图4 T2值随月龄的变化Fig.4 T2 changes with age*：P<0.05，**：P<0.01

3 讨论

腰椎间盘主要由软骨、纤维环和髓核三部分构成。健康纤维环呈同心圆排列，像轮胎一样包绕着其内柔软的髓核组织。纤维环内胶原纤维的走行并不一致，其外周纤维较垂直，而越到中心倾斜度越大，紧密附着在软骨终板上[3]。随着年龄的增大，胶原物质组件被纤维软骨所替代，根据年龄大小的差别，髓核中水分的百分比占髓核总量的75%～90%不等[4]。作为机体内最大的无血管组织，腰椎间盘的营养物质主要来源于椎体毛细血管经上下终板渗透。随着年龄的增长，软骨终板增厚钙化，血液的渗透距离及障碍增加，导致营养供应不均衡，从而引起一系列的生化反应，进而导致腰椎间盘退行性改变。MRI影像学的方法可以有效的观察椎间盘内组织结构的生物化学改变和组织的代谢情况，成为研究腰椎间盘内组织结构退行性变的一种无创性手段，也是目前临床上应用较广的手段[5-6]。

健康的长爪沙鼠从体成熟时期虽然出现缓慢椎间盘退变，但早期椎间盘退变常无明显的症状，还未达到可在MRI上使用Pfirrmann分级的标准，因此拥有合适的影像学检查方法是至关重要的。有研究使用相邻的脑脊液的信号为参照，将髓核与脑脊液信号强度比值作为校正值来定量分析腰椎间盘退变的程度[7]。由于沙鼠脑脊液量很少，在MRI影像检查中几乎没有明显的影像显示，为了避免环境和机器等方面的因素造成结果误差，使研究结果更严谨，本试验引入了腹腔内脂肪的信号强度作为校正，计算椎间盘信号强度与脂肪信号强度平均值的比值(SSdisc/SSfat)。本试验结果表明，随着月龄的增加，SSdisc/SSfat值相应的缓慢降低，到12月龄时出现显著性差异(P<0.05)。

另外，研究表明，T2值变化主要受到水含量的影响[6]，当椎间盘退变是髓核的含水量减少，导致其T2值降低，因此T2值与退变的程度呈明显负相关。本试验结果显示，腰椎间盘T2值随着月龄的增加呈下降趋势，以3月龄做参照，T2值在9月龄时出现显著差异(P<0.05)，到12月龄时出现极显著差异(P<0.01)。

本试验结果显示，T2值与年龄的负相关程度更为明显，说明T2mapping对监测椎间盘早期变化更为敏感。虽然目前的技术条件下，T2mapping方法的精确性尚有待提高，但随着技术的发展，这些技术必将在椎间盘早期病变的检测和治疗中发挥更重要的作用。

综上，磁共振PDWI和T2mapping序列均能定量评估沙鼠腰椎间盘退变，其中T2mapping测量T2弛豫时间是作为一种评估椎间盘退变的补充序列，能显示MRI常规序列不能显示的早期退变，在腰椎间盘退变中可以提供尽早的诊断依据，能更好地展现腰椎间盘退变的生理特性。