MR体素内不相干运动弥散加权成像及T2 mapping评估腰椎间盘退行性变

马春郁，姚红艳，陈晓飞，祁艳梅，董馥闻，贾润慧，周 晟

(1.甘肃中医药大学第一临床医学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省中医院放射影像科，甘肃 兰州 730050；3.甘肃省人民医院放射科，甘肃 兰州 730013)

腰椎间盘退行性变(lumbar intervertebral disc degeneration, IVDD)占腰痛病因的42%[1]，严重影响患者生活质量[2]，早期诊断IVDD具有重要临床意义。既往临床多采用常规MRI半定量Pfirrmann分级[3]评价IVDD。随着定量MRI早期诊断IVDD成为研究热点，有学者[4-5]采用T2*及Dixon等观察腰椎椎体骨髓脂肪含量及微循环变化，进而早期评估IVDD。体素内不相干运动弥散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging, IVIM-DWI)无须对比剂即可获得椎体骨髓表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)、慢ADC(slow ADC, ADCslow)、快ADC(fast ADC, ADCfast)及灌注分数(perfusion fraction, f)。T2 mapping技术可获得前纤维环(anterior annulus fibrosus, AAF)、髓核(nucleus pulposus, NP)及后纤维环(posterior annulus fibrosus, PAF)T2值。本研究采用IVIM-DWI及T2 mapping技术评估腰椎椎体骨髓弥散及微循环改变，观察其用于诊断IVDD的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性纳入2020年6月—2021年3月19例下腰部疼痛患者和31名健康志愿者共50人，男26人、女24人，年龄20～61岁、平均(31.5±12.0)岁，身高1.56～1.92 m、平均(1.67±0.09)m，体质量指数16.82～29.70 kg/m2、平均(21.91±3.05)kg/m2；共250个椎间盘(L1-2～L5-S1)、300个椎体(L1～S1)。排除标准：①脊柱畸形、肿瘤、外伤；②曾接受脊柱相关手术；③内分泌或代谢性疾病；④幽闭恐惧症或MR检查禁忌证；⑤图像质量不佳。本研究经院伦理委员会批准(2018-034-04)。受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE 3.0T Signa HDxt MR仪，8通道脊柱联合相控阵线圈。嘱受试者仰卧、头先进，屈曲双膝，佩戴MRI静音耳塞，采集L1～S1椎体矢状位T2WI、T2 mapping、IVIM-DWI(b值=0、10、20、40、60、80、100、200、400、600 s/mm2)，具体参数见表1。

表1 L1～S1椎体矢状位T2WI、T2 mapping及IVIM-DWI扫描参数

1.3 图像分析 由2名具有5年肌肉骨骼影像学诊断经验的医师分别观察图像并进行分析，意见产生分歧时，经协商达成共识。

1.3.1 IVDD分级 针对矢状位T2WI，参考Pfirrmann分级标准对IVDD程度进行分级。

1.3.2 测量椎间盘T2值 于ADW4.6影像工作站，采用Functool/T2 mapping软件，选取T2 mapping序列第二回波(TE 18.9 ms)正中矢状位图像，将各椎间盘自前至后平均分成5等分，使前1/5对应AAF、中1/5对应NP、后1/5对应PAF、其余2/5为NP和纤维环交界区；分别于AAF、NP及PAF区域内避开椎体终板及前后纵韧带手动勾画大小约20～30 mm2的椭圆形ROI(图1A、1B)[6]，测量其 T2值。每名医师分别测量2次(2次间隔14天)，以总平均值为最终结果。

1.3.3 测量椎体IVIM参数 将IVIM原始数据传至ADW4.6影像工作站，采用Functool/MADC软件，选取b值=10 s/mm2的正中矢状位IVIM-DWI，避开椎基静脉及骨皮质分别于L1～S1椎体手动勾画大小约400～600 mm2的矩形ROI(图1C～1E)，计算其ADC、ADCslow、ADCfast及f；每名医师分别测量2次(间隔14天)，计算平均值；以2名医师的平均值为最终结果。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，组间行LSD检验；以中位数(上下四分位数)表示不符合者，采用Kruskal-WallisH检验进行组间比较。采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)分析观察者内及观察者间测量椎体IVIM参数的一致性：ICC<0.4为一致性较差，0.4≤ICC≤0.75为一致性一般，ICC>0.75为一致性良好，并行Spearman或Pearson相关性分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

不同Pfirrmann分级椎间盘之间，AAF、NP及PAF的T2值差异均有统计学意义(F=3.182、P=0.014，F=21.226、P<0.001，F=9.543、P<0.001，图2A)，不同层面椎间盘NP、PAF的T2值差异均有统计学意义(F=2.783、P=0.027，F=8.066、P<0.001，图2B)。不同Pfirrmann分级椎间盘对应下位椎体ADC差异有统计学意义(P<0.05)，而不同Pfirrmann分级或不同层面椎间盘对应上、下位椎体其他IVIM参数间差异均无统计学意义(P均>0.05)；见表2、3。

表2 不同Pfirrmann分级椎间盘对应上、下位椎体IVIM参数比较

表3 不同层面椎间盘对应上、下位椎体IVIM参数比较(n=50)

椎间盘PAF的T2值与其上、下位椎体ADC呈正相关(r=0.128、P=0.043，r=0.148、P=0.019，图3)，而AAF及NP的T2值与其上、下位椎体ADC均无明显相关(P均>0.05)；且椎间盘AAF、NP及PAF的T2值均与其上、下位椎体ADCslow、ADCfast及f无明显相关(P均>0.05)。椎间盘Pfirrmann分级与AAF、NP及PAF的T2值均呈负相关(r=-0.187、P=0.003，r=-0.579、P<0.001，r=-0.401、P<0.001，图4)，与其上、下位椎体ADCslow均呈正相关(r=0.196、P=0.002，r=0.126、P=0.046)，而与其上、下位椎体ADC、ADCfast及f均无明显相关(P均>0.05)。椎间盘层面位置(L1-2→L5-S1)与NP及PAF的T2值均呈负相关(r=-0.183、P=0.004，r=-0.356、P<0.001)，与其上、下位椎体ADCslow呈正相关(r=0.196、P=0.003，r=0.126、P=0.026)，而与其上、下位椎体ADC、ADCfast及f均无明显相关(P均>0.05)。

观察者间测量ADC和f结果的一致性良好(ICC=0.978、0.925)，测量ADCslow结果的一致性一般(ICC=0.684)，而测量ADCfast的一致性较差(ICC=0.331)。观察者内测量ADC、ADCslow、ADCfast及f的一致性均良好(ICC=0.991、0.893、0.840、0.982)。

3 讨论

椎间盘NP为无血管组织，由其上、下终板通过渗透作用及外层纤维环毛细血管提供营养[7]；前者为主要途径，且与椎体微循环变化有关。本研究发现椎间盘Pfirrmann分级与AAF、NP及PAF的T2值均呈负相关，椎间盘层面位置与NP及PAF的T2值均呈负相关；可能由于脊柱应力和腰椎生理性前凸易致NP和PAF压力负荷增加而发生退变，使PAF T2值下降较AAF更为明显。

IVIM-DWI可基于双指数模型计算组织的ADC及ADCslow反映组织中的水分子扩散情况，通过计算ADCfast及f值反映组织灌注信息，目前多用于定量研究前列腺、乳腺、肝脏及髌下脂肪垫等相关疾病[8-11]，而少见用于骨骼[12]。影响IVIM-DWI参数的因素较多，包括磁场稳定性、受试者体位及勾画ROI方式[13]。本研究观察者间测量ADC和f结果的一致性良好，测量ADCslow的一致性一般；观察者内测量ADC、ADCslow、ADCfast及f的一致性均良好。

本研究发现，不同Pfirrmann分级椎间盘对应下位椎体ADC差异具有统计学意义，IVDD与下位椎体内水分子扩散相关，可能与下位椎体承重较大有关；椎间盘PAF的T2值与其上、下位椎体ADC呈正相关；可能与脊柱生理性弯曲致PAF承重增大等因素，以及本组受试者较年轻、椎间盘多处于退行性变早期有关。

本研究的主要局限性：①样本量小，特别是下腰部疼痛患者较少，且纳入受试者多较年轻，可能导致结果偏倚；②仅根据椎间盘Pfirrmann分级及层面标准分析，未对比观察患者与健康人；③未获得IVDD病理结果。

综上所述，IVIM-DWI及T2 mapping技术对评估IVDD具有一定潜在价值，尤其椎间盘T2值及其对应下位椎体ADC的价值较高。