馬曉暉　張偉　劉棟　趙建　李石玲　張旭靜　趙振江　高宇

作者單位: 050051石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院CT室，河北省骨科生物力學(xué)重點實驗室(馬曉暉、張偉、趙建、李石玲、張旭靜、趙振江、高宇) ;河北省石家莊市劉增位中醫(yī)診所(劉棟)

1.5T與3.0T MRI彌散加權(quán)成像對腰椎間盤退變診斷價值的比較

馬曉暉張偉劉棟趙建李石玲張旭靜趙振江高宇

作者單位: 050051石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院CT室，河北省骨科生物力學(xué)重點實驗室(馬曉暉、張偉、趙建、李石玲、張旭靜、趙振江、高宇) ;河北省石家莊市劉增位中醫(yī)診所(劉棟)

【摘要】目的比較不同場強磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)設(shè)備診斷腰椎間盤退變的價值。方法120例腰椎間盤退變患者的600個椎間盤，分別采用1.5T和3.0T超導(dǎo)磁共振儀掃描，測得椎間盤表觀系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值;依據(jù)Pfirrmann標(biāo)準(zhǔn)對腰椎間盤進行分級。結(jié)果1.5T MR椎間盤Pfirrmann分級:Ⅰ級31個，Ⅱ級94個，Ⅲ級86個，Ⅳ級78個，Ⅴ級11個;3.0T MR椎間盤Pfirrmann分級:Ⅰ級41個，Ⅱ級80個，Ⅲ級81個，Ⅳ級91個，Ⅴ級7個。不同級別椎間盤ADC值比較，1.5TMR的Ⅳ和Ⅴ級椎間盤ADC值均分別小于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級，Ⅴ級椎間盤ADC值明顯低于Ⅳ級盤(P＜0.05)。3.0TMR組Ⅰ和Ⅱ級盤ADC值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，其余椎間盤隨分級增高，ADC值明顯減低(P＜0.05)。同一級別椎間盤3.0TMR組ADC值明顯低于1.5TMR 組(P＜0.05)。同水平同級別椎間盤2組MR設(shè)備ADC值比較，L1/2的各級椎間盤，3.0TMR組ADC值明顯小于1.5TMR(P＜0.05) ; L2/3的Ⅱ和Ⅲ～Ⅴ級盤3.0 TMR組ADC值明顯小于1.5TMR組(P＜0.05) ; L3/4和L4/5的Ⅲ和Ⅳ～Ⅴ級盤3.0TMR組ADC值明顯低于1.5TMR(P＜0.05) ; L5/S1的Ⅰ～Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ～Ⅴ級盤3.0TMR組ADC值明顯低于1.5TMR組(P＜0.05)。結(jié)論MR測得的ADC值可用于腰椎間盤退變評估，椎間盤Pfirrmann分級越高，其對應(yīng)的ADC值越低;與1.5TMR設(shè)備比較，3.0TMR對診斷早期輕度腰椎間盤退變更加敏感。

【關(guān)鍵詞】1.5T磁共振;3.0T磁共振;表觀彌散系數(shù);腰椎間盤退變

項目來源:河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點課題(編號: 20120344)

E-mail: zw77988@163.com

下腰痛是一種臨床常見病，疼痛癥狀主要是由于腰間盤退變，周圍痛覺感受器受刺激引起。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)作為一種無創(chuàng)、無輻射檢查技術(shù)，現(xiàn)已成為診斷椎間盤退變的最佳方法之一［1］。MRI的T2加權(quán)成像及T2脂肪抑制序列目前常作為診斷椎間盤退變的主要依據(jù)，但存在一定主觀性，不能對椎間盤退變進行定量評估［2］。彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)能反映組織中水分子彌散運動信息［3］，從分子水平研究疾病變化。DWI常采用表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值作為參數(shù)進行測量，近年來已成為研究椎間盤退變的熱門技術(shù)［4］。本文擬通過對120例下腰痛患者椎間盤進行研究，分別在1.5T及3.0TMR設(shè)備上進行常規(guī)MRI及DWI檢查，比較不同場強MR設(shè)備對腰間盤退變分級診斷及二者ADC值的差異，旨在探討一種臨床上可用于早期診斷腰椎間盤退變的更敏感的影像學(xué)方法。

1　資料與方法

1.1一般資料2012年7月至2013年6月河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院就診的腰椎間盤退變患者，共120例600個椎間盤，隨機分為2組，分別在1.5T或3.0TMR設(shè)備上行腰椎1/2～腰5/骶1(L1/2～L5/S1)常規(guī)MRI及DWI檢查。入選患者均排除以下情況:腰椎手術(shù)史、急性腰部外傷、腰椎腫瘤、腰椎彌漫性轉(zhuǎn)移瘤、腰椎結(jié)核、血液病累及腰椎、嚴(yán)重腰椎先天發(fā)育不良、重度腰椎壓縮骨折及MRI圖像有偽影者。

1.2方法MRI及DWI采用SIEMENS Avanto 1.5T 和SIEMENS Verio 3.0T超導(dǎo)磁共振設(shè)備。1.5TMR矢狀位T2WI參數(shù): TR/TE=3 500 ms/88 ms，F(xiàn)OV 280× 280 mm，層厚4 mm，層數(shù)11層，矩陣384×288，采集次數(shù)2次，采集時間124 s。矢狀位DWI參數(shù): TR/TE=2 900 ms/73 ms，F(xiàn)OV 280×280 mm，層厚4 mm，層數(shù)11層，矩陣128×128，采集次數(shù)8次，采集時間102 s。3.0T MR矢狀位T2WI參數(shù): TR/TE=3 000 ms/101 ms，F(xiàn)OV280×280 mm，層厚4 mm，層數(shù)11層，矩陣384×288，采集次數(shù)2次，使用并行采集技術(shù)，加速因子為2，采集時間80 s。矢狀位DWI參數(shù): TR/TE=5 842 ms/83 ms，F(xiàn)OV 281×281 mm，層厚4 mm，層數(shù)11層，矩陣160×128，采集次數(shù)6次，使用并行采集技術(shù)，加速因子為2，采集時間156 s。兩臺MR的DWI序列均使用自動勻場及頻率選擇法脂肪抑制技術(shù)，椎體前緣設(shè)置預(yù)飽和帶。b值均選擇0和800 s/mm2，掃描結(jié)束自動生成ADC圖。

1.3圖像分析參考Pfirrmann椎間盤退變分級標(biāo)準(zhǔn)［5］，由兩名影像科副主任醫(yī)師分別對600個椎間盤獨立分級后匯總分析，診斷不一致協(xié)商解決。在正中矢狀面ADC圖上進行ADC值測量。圓形興趣區(qū)(ROI)選擇在髓核中央信號分布均勻位置，面積35～40 mm2。每個椎間盤測量兩次取平均值記錄。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析應(yīng)用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件，計量資料以±s表示，行單因素方差分析，兩獨立樣本采用t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.11.5T和3.0T MR測定椎間盤Pfirrmann分級結(jié)果見表1。

表1　1.5T和3.0TMR2組患者椎間盤分級　例

2.2按Pfirrmann分級2組MR測定椎間盤ADC值比較1.5TMR患者Ⅳ和Ⅴ級盤ADC值明顯小于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ級;Ⅴ級盤ADC值明顯低于Ⅳ級(P＜0.05)。3.0TMR患者Ⅰ和Ⅱ級盤之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P ＞0.05)，其余各椎間盤隨級別增高，ADC值明顯減低(P＜0.05)。同一級別椎間盤比較，3.0TMR組ADC值明顯低于1.5T組(P＜0.05)。見表2。

表2　不同級別椎間盤1.5T和3.0T MR的ADC值比較×10－3mm2/s，±s

表2　不同級別椎間盤1.5T和3.0T MR的ADC值比較×10－3mm2/s，±s

Pfirrmann分級1.5TMR椎間盤數(shù)量(例)　ADC值3.0TMR椎間盤數(shù)量(例)　ADC 值　t值　P值Ⅰ級31　1.86±0.15　41　1.75±0.14　3.07　0.003Ⅱ級　94　1.87±0.14　80　1.75±0.16　5.27　0.000Ⅲ級　86　1.79±0.15　81　1.62±0.21　5.40　0.000Ⅳ級　78　1.41±0.35　91　1.16±0.33　4.65　0.000Ⅴ級　11　1.21±0.26　7　0.82±0.31　3.00　0.008 F值69.83　62.62 P值0.000　0.000

2.3同水平同級別椎間盤ADC值比較2組患者L1/2的Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ～Ⅴ級椎間盤比較，3.0 TMR測得的ADC值明顯小于1.5T(P＜0.05)。L2/3的Ⅱ和Ⅲ～Ⅴ級盤3.0 TMR組ADC值明顯小于1.5T組(P＜0.05)。L3/4和L4/5的Ⅲ和Ⅳ～Ⅴ級盤3.0T MR組ADC值明顯低于1.5T(P＜0.05)。L5/S1的Ⅰ～Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ～Ⅴ級盤3.0T MR組ADC值明顯低于1.5T組(P＜0.05)。見表3。

2.4典型病例1.5T MR掃描男性患者，34歲。T1WI序列矢狀位示椎體形態(tài)正常，椎間盤未見明顯異常信號。T2WI-STIR序列矢狀位示L5/S1信號減低，Pfirrmann分級為Ⅲ級。MRI序列和ADC圖示L5/S信號減低，ADC圖ROI大小為35～40 mm2。見圖1 A～D。

3.0T MR掃描女性患者，28歲。T1WI序列矢狀位示椎體形態(tài)正常，椎間盤未見明顯異常信號。T2WI-STIR序列矢狀位示L4/5和L5/S信號減低，Pfirrmann分級均為Ⅲ級。DWI序列和ADC圖示L4/5 和L5/S1信號減低，ADC圖ROI大小為35～40 mm2。見圖2A～D。

表3　同水平同級別椎間盤1.5T和3.0T MR的ADC值比較　×10－3mm2/s，±s

表3　同水平同級別椎間盤1.5T和3.0T MR的ADC值比較　×10－3mm2/s，±s

注: (1) 1.5TMR組L1/2、L2/3的Ⅳ和Ⅴ級盤樣本量較小，2組MR設(shè)備L1/2、L2/3的Ⅲ～Ⅴ級合并分析; (2) 2組患者L3/4、L4/5和L5/S1的Ⅰ和Ⅴ級樣本量較小，將上述部位的Ⅰ～Ⅱ級和Ⅳ～Ⅴ級合并分析

椎間盤水平　Pfirrmann分級1.5TMR椎間盤數(shù)量(例)　ADC值3.0TMR椎間盤數(shù)量(例)　ADC值t值　P值L1/2?、窦?7　1.35±0.35　33　1.15±0.36　2.32　0.023 17　1.87±0.17　20　1.72±0.14　3.09　0.003Ⅱ級　29　1.82±0.19　22　1.68±0.16　2.61　0.010Ⅲ～Ⅴ級　14　1.72±0.21　18　1.44±0.27　2.59　0.016 L2/3　Ⅰ級　12　1.84±0.08　13　1.79±0.16　0.77　0.452Ⅱ級　24　1.86±0.13　22　1.74±0.16　2.85　0.007Ⅲ～Ⅴ級　24　1.67±0.25　25　1.36±0.38　3.41　0.001 L3/4?、瘛蚣墶?9　1.88±0.11　23　1.86±0.13　0.52　0.607Ⅲ級　26　1.79±0.17　20　1.68±0.19　2.07　0.045Ⅳ～Ⅴ級　15　1.40±0.24　17　1.17±0.33　2.07　0.047 L4/5?、瘛蚣墶?4　1.94±0.07　10　1.87±0.12　1.93　0.066Ⅲ級　16　1.86±0.15　19　1.68±0.22　2.77　0.009Ⅳ～Ⅴ級　30　1.43±0.39　31　1.08±0.37　3.50　0.001 L5/S1?、瘛蚣墶?0　1.94±0.06　11　1.70±0.05　10.37　0.000Ⅲ級　13　1.79±0.13　16　1.61±0.21　2.69　0.012Ⅳ～Ⅴ級

圖1　1.5T MR設(shè)備掃描的男性患者，34歲。圖1　A為T1WI序列矢狀位示椎體形態(tài)正常，椎間盤未見明顯異常信號;圖1　B為T2WI-STIR序列矢狀位示L5～S1信號減低，Pfirrmann分級為Ⅲ級;圖1　C、D為彌散加權(quán)成像序列(DWI)和表觀擴散系數(shù)(ADC)，圖示L5-S1信號減低，ADC圖ROI大小為35～40 mm2

圖2　3.0T MR設(shè)備掃描的女性患者，28歲。圖2　A為T1WI序列矢狀位示椎體形態(tài)正常，椎間盤未見明顯異常信號;圖2　B為T2WI-STIR序列矢狀位示L4～5及L5～S1信號減低，Pfirrmann分級均為Ⅲ級;圖2　C、D為彌散加權(quán)成像序列(DWI)和表觀擴散系數(shù)(ADC)圖示L4～5及L5～S1信號減低，ADC圖ROI大小為35～40 mm2

3　討論

椎間盤沒有血管，髓核的營養(yǎng)供應(yīng)主要依靠軟骨終板毛細(xì)血管床的彌散滲透作用獲得［6］。研究表明，椎間盤營養(yǎng)物質(zhì)的缺失及應(yīng)力的異常對椎間盤退變起重要作用［7］。椎間盤退變主要表現(xiàn)為髓核的退變，即髓核內(nèi)水分的缺失及蛋白多糖含量的減少。磁共振彌散加權(quán)成像可以反映組織中水分子彌散信息，從而對椎間盤髓核退變程度作出評判。

DWI是在常規(guī)序列中加入一對彌散敏感梯度，目的是觀察因髓核內(nèi)水分子及蛋白多糖擴散運動改變而引起的信號變化。當(dāng)間盤未發(fā)生退變時，髓核內(nèi)蛋白多糖及水分子含量保持相對穩(wěn)定，形成大分子結(jié)合水，彌散受限，表現(xiàn)為高信號。當(dāng)發(fā)生退變時，髓核內(nèi)水分減少，蛋白多糖含量降低而發(fā)生成分改變，表現(xiàn)為低信號。由此得到反映間盤退變的DWI及ADC圖像。

DWI中反映彌散運動敏感程度的參數(shù)是擴散敏感因子，即b值，它是一個可選擇參數(shù)。目前尚沒有關(guān)于b值選擇的最佳標(biāo)準(zhǔn)。研究認(rèn)為，b值選擇1 000 s/mm2時，髓核與纖維環(huán)顯示清晰，測得的ADC值更穩(wěn)定［8］。亦有學(xué)者認(rèn)為，b值選擇取決于組織的TE時間，椎體DWI常采用低b值，多應(yīng)低于500 s/mm2［9，10］。本研究結(jié)合兩臺設(shè)備性能指標(biāo)，b值選擇為800 s/mm2，這樣既能真實反映組織擴散程度，又能得到信噪較好的圖像質(zhì)量。測量興趣區(qū)放置于正中矢狀面的髓核中心位置，盡量避開軟骨終板所導(dǎo)致的容積效應(yīng)影響，利于獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

本研究中兩種場強MR均表現(xiàn)為椎間盤Pfirrmann分級(Ⅰ、Ⅱ級除外)越高，對應(yīng)ADC值越低，符合文獻報告［10］，提示MRI的DWI序列測得的ADC值可用于評估椎間盤退變程度。但兩種場強MR測定的Ⅰ、Ⅱ級椎間盤ADC值均未見明顯差別，也與已往研究結(jié)果一致［11］，分析原因可能與Ⅰ、Ⅱ級椎間盤髓核均無明顯病變有關(guān)。進一步研究發(fā)現(xiàn)1.5T MR設(shè)備測定腰椎間盤ADC值Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級與Ⅳ、Ⅴ級存在統(tǒng)計學(xué)差異，而3.0T MR設(shè)備除上述差異外，Ⅰ、Ⅱ級與Ⅲ級盤ADC值也存在統(tǒng)計學(xué)差異，按照Pfirrmann分級標(biāo)準(zhǔn)，Ⅲ級屬于間盤輕度退變或表述為退變早期階段，提示3.0T MR設(shè)備對間盤輕度退變的ADC值測量比1.5T MR設(shè)備更加敏感。由此看出，場強越高的MR設(shè)備對間盤早期退變的ADC值測量更具優(yōu)勢。

同水平椎間盤按Pfirrmann分級后進行比較，發(fā)現(xiàn)L2～3水平的Ⅰ級盤和L3～4、L4～5水平的Ⅰ～Ⅱ級盤在兩臺MR設(shè)備測定的ADC值沒有統(tǒng)計學(xué)差異，說明場強不同的MR設(shè)備對于正常椎間盤ADC值測量無明顯差別。但L1～2、L5～S1正常椎間盤ADC值存在統(tǒng)計學(xué)差異，分析原因可能是正常腰椎間隙解剖從L1～2至L4～5逐漸增大，而到L5～S1又減小，L1～2和L5～S1間隙較窄，興趣區(qū)內(nèi)ADC值的測量受椎體上下緣軟骨終板容積效應(yīng)的影響所致。兩臺MR設(shè)備之間相同節(jié)段高分級椎間盤的比較結(jié)果差異有統(tǒng)計學(xué)意義，更進一步證明高場MR設(shè)備對退變椎間盤的ADC值測量更加敏感。

本研究兩臺MR設(shè)備的同一級別腰椎間盤平均ADC值，3.0T MR設(shè)備均小于1.5T MR。分析原因主要是磁場強度的不同，磁場強度越高，梯度磁場的幅度及切換率也越高，對水分子擴散運動的檢測越敏感。因此，在選取相同b值的情況下，高場MR設(shè)備上ADC值測量數(shù)值較低。

綜上，本研究得到以下結(jié)論: (1) MRI的DWI序列測得的ADC值可用于評估椎間盤退變，椎間盤的Pfirrmann分級越高，其對應(yīng)的ADC值越低; (2) 3.0T MR設(shè)備對間盤早期輕度退變的ADC值測量比1.5T MR更加敏感。相信隨著高場MR設(shè)備的使用，DWI序列的進一步完善及對ADC值的進一步研究，水分子擴散的量化指標(biāo)對椎間盤退變的診斷，尤其是間盤的早期退變以及間盤退變的預(yù)防和預(yù)后判斷將提供更多的依據(jù)及可行性。

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Comparative study on 1.5T and 3.0T MRI diffusion weighted imaging in diagnosis of lumbar intervertebral disc degeneration

MA Xiaohui*，ZHANG Wei*，LIU Dong，et al.*
Department of CT/MRI，Hebei Provincial Key Laboratory of Orthopedic Biomechanics，The Third Hospital of Hebei Medical University，Shijiazhuang 050051，China

【Abstract】Objective To explore the diagnosis value of different magnetic resonance imaging (MRI) equipment for lumbar intervertebral disc degeneration.Methods The 600 discs of 120 cases of lumbar disc degeneration were divided into 2 groups，the data were obtained by using 1.5T (Avanto; Siemens，Erlangen，Germany) and 3.0 T MRI scanner (Verio; Siemens，Erlangen，Germany)，apparent diffusion coefficient (ADC) was obtained by Diffusion Weighted Imaging (DWI)，using the Pfirrmann’s grading system in 600 discs.Results 1.In 1.5T group: gradeⅠdisc 31，gradeⅡdisc 94，gradeⅢdisc 86，gradeⅣ78，and gradeⅤ11;3.0T group: gradeⅠ41，gradeⅡ80，gradeⅢ81，gradeⅣ91，and gradeⅤ7.2.In 1.5T group，there were significant differences in mean ADC values between gradeⅣ，Ⅴdiscs and gradeⅠ，Ⅱ，Ⅲdiscs.As compared with gradeⅣdisc，the gradeⅤdiscs had a lower ADC values (P＜0.05).In 3.0TMR group，there were significant differences in ADC values of every grade discs except for gradeⅠandⅡdiscs (P＜0.05).Furthermore，there were significant differences in ADC values of every level discs between the two kinds of MRI，the higher grade disc had lower ADC values (P＜0.05).3.At L1/2 level disc，as compared with 1.5TMR，the ADC values were significantly decreased in every grade in 3.0TMR (P ＜0.05) ; at L2/3 level，as compared with 1.5TMR，lower ADC values were found in gradeⅡandⅢ～Ⅴdiscs in 3.0TMR (P＜0.05) ; at L3/4 and L4/5 level，as compared with 1.5TMR，ADC values were significantly decreased in gradeⅢ和Ⅳ～Ⅴin 3.0TMR (P＜0.05) ; at L5/S1 level，as compared with 1.5TMR，lower ADC values were found in gradeⅡ，Ⅲ，andⅣ～Ⅴdiscs in 3.0TMR (P＜0.05).ConclusionADC values detected by DWI can assess lumbar intervertebral disc degeneration，the higher Pfirrmann classification of intervertebral disc，the lower ADC values.As compared with 1.5TMR，3.0TMR is more sensitive in the diagnosis of lumbar intervertebral disc degeneration.

【Key words】1.5T magnetic resonance; 3.0T magnetic resonance; apparent diffusion coefficient; lumbar disc degeneration

(收稿日期:2014－11－08)

通訊作者:張偉，050051石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院;

doi:10.3969/j.issn.1002－7386.2015.07.005

【文章編號】1002－7386(2015) 07－0981－04

【文獻標(biāo)識碼】A

【中圖分類號】R 814.46