基于MRI定量评估终板变性与椎间盘退变的相关性分析

黄晓姗 樊树峰 高智峰 向军益 黄时强

软骨终板（CEP）是椎间盘与椎体间的透明软骨，是椎体最薄弱的地方。软骨终板作为椎间盘的重要组成部分，在维持椎间盘的结构完整性、营养供应和传导应力分散中起重要作用［1］，终板变性是腰椎间盘退变的始动因素［2］，参与或加速椎间盘的退变。近年来水脂分离技术（Dixon）被广泛用于各临床检查，水脂分离技术可同时获取水像图和脂像图，其中脂像图反映脂肪信号，被广泛用于椎体、肝脏、肌肉等方面脂肪的定量测定，而水像图反映是水信号，可用于水含量的测定。最新研究显示IDEAL-SPGR、IVIM、T2mapping 等MRI技术可用于分析和测量软骨终板水含量的变化，反映终板变性程度。然而，这些技术扫描时间长、后处理复杂，难以在临床检查广泛推广。本研究旨在采用一种简易、方便的MRI 技术即Dixon 测量软骨终板的水含量，同时在T2WI 矢状图上测量终板凹角（ECA），用于评估终板的变性程度，并分析其与椎间盘退变的相关性。

1 资料与方法

1.1 临床资料 收集2020年3月至2021年1月本院79例体检或由于腰痛就诊患者的临床及腰椎影像资料，男36 例，女43 例；年龄12～68 岁，平均年龄（46.7±12.3）岁。（1）纳入标准：①体检或临床症状腰痛；②腰椎无外伤及手术病史；③无MR 检查的相关禁忌证。（2）排除标准：①BMI ≥28 kg/m2；②腰椎有器质性病变（肿瘤、畸形、炎症、许莫氏结节等）；③患者配合能力差，无法坚持或长时间坚持。所有腰椎间盘退变患者均按Pfirrmann（PM）分级［3］进行评估和分类。

1.2 方法（1）实验设备：MRI 扫描采用SIEMENS MAGNETON Avanto 1.5T 磁共振扫描系统；图像后续观察处理系统采用SIEMENS syngo MRI 后处理工作站。（2）检查方法：MRI 检查：患者采用仰卧位，头先进。线圈选取脊柱线圈，矢状位参数包括①T1WI：TR 400 ms，TE 11 ms；T2WI：TR 3000 ms；TE 100 ms；层厚4 mm；层距0.4 mm；FOV 30 cm×30cm；② Dixon：TR 3000 ms；TE 90 ms；层厚 4 mm；层距0.4 mm；FOV 30 cm×30 cm。

1.3 图像后处理及数据测量 图像由2 名不同级别的MRI 诊断医师采用双盲法独立判读。排除T1WI、T2WI显示腰椎Modic 改变或Schmorl 结节的椎体。Pfirrmann分级由两位诊断医师根据T2WI 正中矢状位图像确定；当意见不一致时，由更高级别诊断医师评估为准。在T2WI 图上：（1）测量L1～S1 各椎体终板ECA（见图1），ECA 测量：在腰椎中央矢状面T2WI 上，椎体骨端板呈弧形，从弧形顶部/底部沿端点画一条线，这两条线之间的角度被认为是ECA；（2）视觉评估各椎间盘Pfirrmann 分级。在Dixon 所得水像图经水像图/水像图+脂像图的后处理，得到水含量百分比图像，在此图像上测量L1-S1 各CEP 水含量值（见图2），将感兴趣区（ROI）设在CEP 的中心，显示椎间盘退变最突出、最具代表性的特征；测量3 次，取平均值。

图1 终板凹角（ECA测量）

图2 软骨终板水像图后处理伪彩图软骨终板水含量测量

1.4 统计学方法 采用SPSS 26.0 统计软件。计量资料用（）表示，多组间比较采用单因素方差分析，多重比较采用最小显著性差异检验，采用Spearman 秩相关分析CEP 水含量及ECA 与椎间盘PM 分级的相关性，其中r>0.7、0.5

2 结果

2.1 不同PM 分级椎间盘个数 在T2WI 矢状图像上，根据椎间盘的信号采用PM 分级，共395 个椎间盘，PM Ⅰ32 个，PM Ⅱ127 个，PM Ⅲ134 个，PM Ⅳ90个，PM Ⅴ12 个。

2.2 软骨终板（CEP）水含量值及终板凹角（ECA）终板共790 个，由于椎体Modic 改变及许莫氏结节、PM V 级椎间盘均会影响CEP 水含量及ECA 的测量，剔除30 个终板，因此CEP 水含量测定纳入760 个终板；由于L5/S1 下终板基本呈平直角度，因此在测量ECA 时剔除所有L5/S1 下终板79 个，最终711 个ECA 纳入分析。不同椎间盘PM 分级，CEP 的水含量和ECA 差异有统计学意义（P<0.05）（见表1、2）。

表1 不同PM分级椎间盘上下CEP含水量（%）

表2 不同PM分级椎间盘上下椎体终板ECA（°）

2.3 CEP 水含量值及ECA 与椎间盘PM 分级的相关性 CEP 含水量与椎间盘退变呈负相关，ECA 与椎间盘退变呈中等正相关，CEP 的含水量与椎间盘PM 分级相关性更高（见表5）。

表4 CEP含水量和ECA与椎间盘退变的相关性

3 讨论

终板MRI Dixon 序列可以同时获取脂像图及水像图，其中水像图的信号强化主要由水含量决定，CEP 水含量值可由水像图经过后处理所测得。CEP 水含量影响椎间盘营养物质的渗透，Dixon 水像图经过后处理所得伪彩图，不仅能够较清楚显示CEP 的位置，同时能够定量测量CEP 的水含量，椎间盘之间的营养扩散在较大程度上依赖于CEP 的中央部分。从生物力学角度看，椎间盘负荷和应力传导的重新分配也主要依赖CEP，大部分应力作用于最薄弱的区域，即中央区域［4］。因此测量CEP 含水量感兴趣区域置于CEP 中心；终板凹形不仅有利于应力的分布，也有利于营养物质的供给，终板凹形形态的改变可由ECA 来量化。

本资料结果显示，椎间盘PMI、II、III、IV 不同级别，CEP 水含量差异均有统计学意义，随着椎间盘退变加重，CEP 水含量明显减低，椎间盘PMIII 和IV 级的CEP 含水量值明显低于椎间盘PM Ⅰ和II 级的CEP含水量值，与万叶达［5］、陈晓峰等［6］研究结果一致。CEP 是椎间盘的重要组成部分，由于椎间盘无血管结构，其营养物质的供应几乎全部依靠终板的物质交换。有证据表明［7］，CEP 的组织学变化总是在髓核的组织学变化之前，在椎间盘退变前，CEP 中常存在明显结构和功能的改变。随着年龄的增长，人体骨质退化，CEP含水量及蛋白多糖、胶原蛋白减少，降低CEP 的物质交换率，限制营养物质的转运。另有学者［8］证实，严重退化的人椎间盘中软骨钙离子含量较高抑制胶原蛋白和聚集蛋白聚糖的合成能力，进而抑制组织的水合作用，从而阻碍溶质的扩散，降低CEP 的转运营养物质的功能。同时随着年龄的增长，CEP组织中硫酸角蛋白与硫酸软骨素的增加和胶原蛋白含量的减少，进一步降低CEP组织中水分含量［9］，最终导致CEP 的渗透率降低，转运功能下降，椎间盘发生退变，本资料结果也证实随着CEP 含水量的降低，椎间盘退变加重，椎间盘退变PM IV 级含水量最低，最低值含水量仅22%，且各软骨终板的含水量值与椎间盘退变的相关系数均>0.7，表明软骨终板的含水量严重影响椎间盘退变。在椎间盘结构正常时，由于终板凹形结构，终板承受的压力重要集中于终板中央区，而随着年龄的增长及椎间盘退变程度的加重，作用于终板上的力由中央区向外周移动，在长期应力负荷下，隆起的终板外周逐渐降低高度，最终导致椎体终板趋向平坦型，当终板应力突破极限时，终板形成赘生物，其形态表现为不规则型［10］，应力的改变最终导致椎间盘退变［11］。肖龙等［12］认为ECA 增大，总应力面积增大，单位面积内应力减小，是椎体适应生物力学变化的自我保护机制，能够降低椎体及椎间盘的损伤；其结果也证明随着椎间盘退变程度的加重，ECA 角度增大。本资料结果也证实椎体ECA 与腰椎间盘退变呈正相关，椎间盘PM IV 级ECA 与PMIII、PMII 和I 级ECA 差异有统计学意义，随着椎间盘退变程度加重，ECA 呈增大趋势，ECA 与椎间盘退变呈中等相关性。对比正常椎间盘（PMI 级），早期退变椎间盘（PMII、III 级）的CEP 含水量值明显减低，ECA 角度呈增大趋势，表明CEP 含水量值及ECA 角度能够在早期反映椎间盘退变的情况，有研究表明椎间盘早期退变状态下，利用钙离子通道阻滞剂等药物可以强化CEP功能，增加椎间盘营养，改善或延缓椎间盘的退变［13］。

软骨终板的含水量及终板凹角能够较好反映终板变性程度，与椎间盘退变密切相关。MRI 测量软骨终板含水量及终板凹角可用于诊断腰椎间盘早期退变，对预防椎间盘退变具有重要临床意义。