祝靜雅，王曉明

中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，沈陽 110004

椎間盤是在椎體與椎體之間，承受重力負(fù)荷并協(xié)助脊柱完成復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的一種組織結(jié)構(gòu)，主要由堅(jiān)固的外層纖維環(huán)及膠狀的內(nèi)核髓核構(gòu)成。纖維環(huán)為多層同心圓結(jié)構(gòu)主要富含I型膠原，維持抗張能力，髓核由水、蛋白多糖及II型膠原組成，維持間盤的抗壓能力[1]。當(dāng)椎間盤發(fā)生退行性改變時(shí)，髓核內(nèi)的膠原斷裂、蛋白多糖等細(xì)胞減少、水分流失，進(jìn)一步導(dǎo)致纖維環(huán)破裂，引起間盤突出、椎管狹窄、椎體滑脫等一系列疾病。一些研究表明年齡及腰椎間盤解剖位置與間盤的退變相關(guān)。目前MRI是最常用來評(píng)價(jià)椎間盤的工具，觀察椎間盤在T2加權(quán)序列的信號(hào)變化判斷其退變的程度[2]，但缺乏客觀指標(biāo)，更多是依賴于主觀判斷。本研究目的是通過DTI技術(shù)測(cè)量間盤組織中水分子的擴(kuò)散能力，通過定量分析，判定間盤的病理變化。通過對(duì)健康成人志愿者行腰椎DTI檢測(cè)，選取30名在常規(guī)磁共振上未能顯示出退變的作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，測(cè)定椎間盤ADC值及FA值，探討年齡及部位與腰椎間盤的相關(guān)性，目的在于用DTI探討當(dāng)常規(guī)磁共振未發(fā)生變化時(shí)，間盤的規(guī)律性變化。

1 材料與方法

1.1 志愿者納入標(biāo)準(zhǔn)

募集30名健康成人志愿者，男12名，女18名，年齡21～45之間，分為21～25歲組、26～30歲組、31～35歲組、36～40歲組、41～45歲組共五組，且符合：(1)對(duì)本實(shí)驗(yàn)知情同意，自愿參加；(2)無外傷及手術(shù)史；(3)無腰間盤突出病史；(4)無其他全身性疾病及運(yùn)動(dòng)史；(5)經(jīng)3名放射科醫(yī)生判斷為常規(guī)磁共振表現(xiàn)正常，間盤無退行性改變。

1.2 掃描方法及序列：

采用GE 3.0T [Signa，HDxt，General Electric(GE)Healthcare，Milwaukee，WI，USA]磁共振儀掃描，使用脊柱線圈。掃描體位：仰臥位；常規(guī)脊柱矢狀面SE序列T2WI(TR 3500 ms，TE 120 ms)和T1WI(TR 400 ms，TE 11 ms)平行椎間盤平面的 T2WI(TR 3500 ms，TE 120 ms)；DTI采用SE-EPI進(jìn)行矢狀面掃描，序列參數(shù)：TR 6000 ms，TE 1000 ms，層厚4.0 mm，間隔0.4 mm，F(xiàn)OV 36 cm×36 cm，矩陣128×128，b值400 s/mm2，擴(kuò)散方向6，掃描時(shí)間2 min 12 s。

1.3 ADC值及FA值測(cè)定

圖像后處理應(yīng)用ADW 4.4(Advantage Workstation；Sun Microsystems，Santa Clara，Calif)軟件(Functool 9.4.05a software，GE Healthcare)，生成ADC、FA偽彩圖，含水量多的椎間盤及腦脊液顯示為紅色，含水量少的椎體為藍(lán)、綠混雜色。于正中矢狀面b=0的DTI圖像L1～S1椎間盤中央?yún)^(qū)畫取橢圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，確保每個(gè)ROI的長軸與椎間盤的平面平行且位于椎間盤的中央。可在工作站軟件中直接測(cè)量出每個(gè)椎間盤的ADC值、FA值，每個(gè)椎間盤重復(fù)測(cè)量三次，取平均值(圖1～3)。

圖1～3 男，25歲。掃描后的b=0時(shí)DTI圖及重建后的FA、ADC圖Fig.1—3 Male,25 years old.The b=0 DTI image and rebuilding of FA,ADC image after scanning.

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：

圖4 A～E 分別為不同解剖位置ADC值的散點(diǎn)圖，L1～S1不同節(jié)段椎間盤的ADC值隨年齡增加均有下降趨勢(shì)，并且具有相關(guān)性 圖5 健康人群總體FA值的均值圖，L1～4輕度下降，L4～S1明顯升高，總體為上升趨勢(shì)(F=8.726，P＜0.05)。A：r=－0.470，P＜0.01；B：r=－0.513，P＜0.01；C：r=－0.593，P＜0.01，D：r =－0.697，P＜0.01；E：r=－0.601，P＜0.01Fig.4 A—E:The ADC scatter diagram of different segments,ADC value reduce gradually by age increasing in L1—S1.And it has a relationship.A:r=－0.470,P＜0.01.B:r=－0.513,P＜0.01.C:r=－0.593,P＜0.01.D:r=－0.697,P＜0.01.E:r=－0.601,P＜0.01.Fig.5 The all volunteers of FA mean map,L1—4 reduce lightly,L4—S1 increase obviously,in totally,it increases(F=8.726,P＜0.05).

將所測(cè)得的原始數(shù)據(jù)輸入SPSS17.0軟件包。繪制不同節(jié)段椎間盤ADC值、FA值隨年齡增加的變化趨勢(shì)圖；以單因素方差分析(one-wayANOVA)的方法比較各年齡組不同節(jié)段椎間盤ADC值、FA值的差異；采用Pearson相關(guān)分析法分析椎間盤ADC值、FA值與年齡的相關(guān)性，計(jì)算相關(guān)系數(shù)r值，P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本研究選取30名志愿者共150個(gè)腰椎間盤行DTI掃描，均得到了較為理想的圖像。測(cè)得ADC、FA值，分析結(jié)果顯示:隨著年齡的增加，不同節(jié)段ADC值均呈下降趨勢(shì)，(P＜0.01；表1，圖4)；FA值變化無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在不同的腰間盤節(jié)段L1～4呈輕度下降，L4～S1明顯增高，總體為上升趨勢(shì)(P＜0.05；表2，圖5)；不同節(jié)段的ADC值無顯著差異。

表1 不同年齡段組別志愿者在不同腰椎間盤節(jié)段ADC平均值(10-3 mm2/s，±s)Tab.1 The volunteers in different age groups and different segments of ADC mean value(10-3 mm2/s,±s)

表1 不同年齡段組別志愿者在不同腰椎間盤節(jié)段ADC平均值(10-3 mm2/s，±s)Tab.1 The volunteers in different age groups and different segments of ADC mean value(10-3 mm2/s,±s)

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表2 不同年齡志愿者在相同腰椎間盤節(jié)段FA平均值(±s)Tab.2 The volunteers in different age groups but same segments of FA mean value(±s)

表2 不同年齡志愿者在相同腰椎間盤節(jié)段FA平均值(±s)Tab.2 The volunteers in different age groups but same segments of FA mean value(±s)

Age group L1-2 L2-3 L3-4 L4-5 L5—S1Ⅰ 0.23±0.05 0.82±0.01 0.94±0.08 0.88±0.04 0.55±0.13Ⅱ 0.48±0.01 0.76±0.02 0.86±0.06 0.76±0.07 0.48±0.01Ⅲ 0.42±0.03 0.73±0.04 0.77±0.13 0.76±0.03 0.46±0.02Ⅳ 0.35±0.01 0.68±0.03 0.59±0.02 0.64±0.05 0.37±0.01Ⅴ 0.18±0.04 0.32±0.06 0.43±0.14 0.53±0.04 0.14±0.08 F value 7.68 8.53 6.49 3.51 8.99 P value ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

3 討論

DTI作為能無創(chuàng)的在人體內(nèi)評(píng)價(jià)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的磁共振技術(shù)，近年來被廣泛的應(yīng)用在椎間盤、腦組織以及前列腺的疾病[3-6]。本研究采用ADC值、FA值進(jìn)行評(píng)價(jià)。ADC值即表觀擴(kuò)散系數(shù)，可以反應(yīng)水分子的擴(kuò)散情況，當(dāng)ADC值下降，即表明水分子的擴(kuò)散能力降低，且其較常規(guī)的T2信號(hào)更為敏感[7]。FA值則為擴(kuò)散的各向異性。在那些具有固定排列順序的結(jié)構(gòu)中，水分子通常更加傾向于沿某一特定方向進(jìn)行擴(kuò)散，即稱為擴(kuò)散的各向異性[8]，反映了水分子的方向性。當(dāng)椎間盤彈性下降，被纖維結(jié)締組織取代，水分子擴(kuò)散受阻，導(dǎo)致FA值增高[9]，而在受壓的神經(jīng)根處其值減低[10-12]。

本研究發(fā)現(xiàn)隨著年齡的增長，處在不同節(jié)段腰椎間盤的ADC值是存在一定下降趨勢(shì)。這可能是由于隨著年齡的增長，椎間盤逐漸老化，髓核內(nèi)蛋白多糖減少，滲透壓下降，導(dǎo)致水分丟失。繼而髓核逐漸由粘稠的液狀物質(zhì)轉(zhuǎn)變成堅(jiān)硬的固態(tài)物質(zhì)，使水分子的擴(kuò)散能力減低。這個(gè)結(jié)果與椎間盤的病理生理變化是相符合的，也與一些研究[13-15]的結(jié)論一致。但有研究[16]表明ADC值的升高可能提示椎間盤早期退變，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相矛盾。ROI選擇的范圍的不同也許是其中一個(gè)原因。ROI范圍的選擇會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定的 差異，更靠近纖維環(huán)，或更圍繞著髓核。正常髓核ADC值較纖維環(huán)更高[17]。有學(xué)者認(rèn)為，正常椎間盤與退變椎間盤的ADC值有很大程度的重疊，而且由于ADC值是一個(gè)標(biāo)量系數(shù)，依賴選擇方向的測(cè)量及b值和信噪比的影響較大，因此ADC值的應(yīng)用價(jià)值有所爭(zhēng)議。

在本實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)A值隨著年齡的變化，其之間的相關(guān)性并沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這可能是由于雖然隨著年齡的增長，水分子的擴(kuò)散能力有所下降，但是髓核所形成的纖維組織是雜亂的，并沒有形成一定排列規(guī)律，所以水分子在各個(gè)方向擴(kuò)散能力下降是不同的，沒有顯著的沿某一方向運(yùn)動(dòng)。也可能是本實(shí)驗(yàn)所選志愿者年齡較小所致。

隨著腰椎間盤解剖節(jié)段的下移，F(xiàn)A值在L1～4呈輕度下降，L4～S1明顯增高，總體為上升趨勢(shì)。其中L5～S1處間盤與別處明顯不同，這可能是由于此處的間盤結(jié)構(gòu)本身與其余不同，而導(dǎo)致此處易發(fā)生突出等退行性改變。這種結(jié)構(gòu)的不同可能是由于承重的關(guān)系，髓核內(nèi)水分本身較別處少、彈性較弱，或者纖維環(huán)較別處薄弱?？梢云娴慕忉屟甸g盤的退變性改變下位比上位更好發(fā)的原因。而在L1～4處存在輕度下降趨勢(shì)，L1～2處值略高，也可能與L5～S1有相同的原因，或許在胸腰椎或腰骶椎相連接的間盤承重及活動(dòng)度都較其他部位更為嚴(yán)重，所以更加容易退變。ADC值在不同位置并沒有顯著差異，這說明FA值較其更為敏感，但與一些研究結(jié)果有所差異[18]。此外，本實(shí)驗(yàn)中得出的個(gè)別數(shù)值與其他個(gè)體不同，可能是由于測(cè)量誤差，偶有腰腿疼痛癥狀但是常規(guī)磁共振表現(xiàn)正常也是其中一個(gè)原因。

本研究尚存在著一定的局限性。由于ADC值受信噪比影響，b值得選取對(duì)結(jié)果有著一定的影響。b值小時(shí)，ADC主要反映組織內(nèi)血液灌注的情況，并不能很好的反映水分子擴(kuò)散的程度；b值大時(shí)，ADC值主要反映組織內(nèi)水分子擴(kuò)散受限的程度[19]。本研究經(jīng)多次調(diào)試選取獲得最佳圖像效果的b=400進(jìn)行掃描，而一些研究選取b=600或b=800進(jìn)行掃描。并且本研究采用在矢狀面上選取感興趣區(qū)，這也與一些研究中選取的橫斷面有所不同。這可能也是本研究ADC值結(jié)果與一些研究不同的原因。此外，本研究也欠缺對(duì)腰椎間盤生化及組織學(xué)的評(píng)定。最后，本研究?jī)H針對(duì)了健康的成年志愿者，未包括有癥狀的患者及年齡偏大的人群，對(duì)于性別、生活習(xí)慣及異常等因素造成的差異也未考慮。

綜上所述，本研究雖然存在一定局限性，但仍可清晰表明：在健康成人中ADC值隨著年齡的增長而下降，F(xiàn)A值隨著解剖部位的下降總體有增高趨勢(shì)。本研究體現(xiàn)了DTI較常規(guī)磁共振對(duì)于水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的先進(jìn)性，探討了健康成人腰椎間盤與年齡及解剖部位的相關(guān)性，對(duì)腰椎間盤退變的機(jī)制有了進(jìn)一步的了解。也為以后進(jìn)一步的研究打下了基礎(chǔ)。如：量化間盤退變程度的分級(jí)，有腰腿疼痛癥狀但常規(guī)磁共振陰性人群的原因等。

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