方紀成， 李麗， 胡軍武， 萬常華， 朱文珍

椎間盤退行性病變是一種高發(fā)病率的脊柱疾病，是腰背痛的最主要原因[1]。相關研究發(fā)現，椎間盤退行性病變引起病變區(qū)域水含量、蛋白多糖成分含量、髓核細胞下降[1]，進而導致椎間盤高度及完整性的變化。目前，椎間盤退行性病變的病理生理過程雖已提出，但已知的微細結構改變主要包括神經根受壓等尚未明確[2]；因此，研究其微細結構的改變，有助于后期的藥物及手術治療。

雖然目前MRI等檢查方法在椎間盤退行性病變的診斷與分級中有重要作用[3，4]，但是，目前協(xié)助臨床醫(yī)生確定腰背痛(Low Back Pain, LBP)的發(fā)病根源的工具仍然沒有[5]。新的MRI技術不僅能從形態(tài)學角度，同時能在生物化學變化角度定性定量分析該疾病，比現有方法更加完善。相關研究對椎間盤退行性病變進行DWI序列研究，發(fā)現ADC值能有效反映該疾病水分子的微觀擴散運動[6]。另有研究發(fā)現基于體素內不相干運動(Intravoxel Incoherent Motion, IVIM)的雙指數模型多b值DWI能有效反映組織微細結構的改變[7,8]。

動物模型能有效追蹤影像學數據隨藥物使用過程的改變[9]，而針刺模型是模擬椎間盤退行性病變及其分級最簡單有效的方法[10-12]。大鼠因為其價格低廉且易于培養(yǎng)，因此大鼠椎間盤常用來模擬椎間盤退行性病變[13]。但是，鼠腰椎間盤針刺模型很難在短時間內檢測到組織學以及影像學上的差異。本研究采用針刺鼠尾椎間盤模擬椎間盤退行性病變模型，進而采集其多b值DWI數據，分析其不同針刺時間的影像學表現及參數差異，旨在探討其病理過程中椎間盤微細結構的改變。

表1 不同穿刺時間點的ADCstandard、ADCslow、DDC值

材料與方法

1.研究對象

選取18只雌性健康大鼠，體重250～300 g，年齡3個月。將18只大鼠根據穿刺時間，分為正常對照組及針刺3 h、48 h、3 d、7 d組、10 d等6組。

選取正常組為對照組，其他五組為實驗組。沿椎間盤穿刺3 mm，分別在穿刺3 h、48 h、3 d、7 d、10 d后進行掃描。以標準表觀擴散系數(standard apparent diffusion coefficient,ADCstandard)、快速表觀擴散系數(fast apparent diffusion coefficient,ADCfast)、慢速表觀擴散系數(slow apparent diffusion coefficient,ADCslow)、分布擴散系數(distributed diffusion coefficeint,DDC)等為指標進行研究。本研究對正常-針刺3 h、正常-針刺48 h、正常-針刺3 d、正常-針刺7 d、正常-針刺10 d，以及針刺3 h-針刺48 h、針刺3 h-針刺3 d、針刺3 h-針刺7 d、針刺3 h-針刺10 d、針刺48 h-針刺3 d、針刺48 h-針刺7 d、針刺48 h-針刺10 d、針刺3 d-針刺7 d、針刺3 d-針刺10 d、針刺7 d-針刺10 d的數據進行比較分析。

2.檢查方法

MRI檢查采用GE Discovery MR 750 MRI掃描儀，3 cm直徑小動物線圈，分別行矢狀面T2WI、橫軸面多b值DWI序列掃描(圖1)。矢狀面T2WI序列掃描參數：TR 2000 ms，TE 36 ms，矩陣256×256，視野8.0 cm×1.0 cm，層厚1 mm，層間距0 mm；橫軸面多b值DWI序列掃描參數：b值分別取20、50、80、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、2400、2800、3200、3600、4000、4500 s/mm2，TR 2000 ms，激勵次數2，視野4.0 cm×1.0 cm，層厚1 mm，層間距0 mm，擴散方向ALL。

3.數據處理

對采集的大鼠尾椎間盤多b值DWI數據采用GE750A工作站進行后處理，采用Functool進行MADC數據測量，在鼠尾椎間盤設置興趣區(qū)(region of interest，ROI)，并手動勾畫，計算得到相對應的ADCstandard、ADCfast、ADCslow、DDC等評價指標的數值。

4.統(tǒng)計學分析

結 果

不同穿刺時間點的ADCstandard、ADCslow、DDC值均呈現出先上升后下降的趨勢(表1，圖2～4)。統(tǒng)計學分析結果顯示，與正常對照組對比，針刺48 h、3 d、7 d、10 d的ADCstandard、ADCslow、DDC值差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.05)；與針刺3 h對比，針刺48 h、3 d、7 d的ADCstandard、ADCslow、DDC值差異均有統(tǒng)計學意義(P值均<0.05)；針刺3 d與針刺10 d的ADCslow值差異有統(tǒng)計學意義(P=0.026)。余不同時間點各定量指標間差異均無統(tǒng)計學意義(P值均>0.05)。

討 論

椎間盤退行性病變是脊柱最常見的病變，常伴頭暈、麻木等，是引起腰背痛的重要原因，常規(guī)MRI通常表現為椎間盤突出、關節(jié)增生、脊髓受壓等。鼠尾穿刺模型是常用的模擬椎間盤退行性病變的模型，能有效獲取該病的影像學和病理學信息。生物學研究認為，隨著穿刺時間的延長，其糖胺聚糖含量降低；但對其精細結構的觀察尚未實現。因此，研究其微細結構的變化，對于后期藥物治療及預后有重要意義。

表2 不同時間點各定量指標的統(tǒng)計學分析結果

注：N代表正常對照組，*代表P值<0.05。

圖1 a) 針刺48h C6/C7和C7/C8尾椎椎間盤矢狀面T2WI圖像； b) 對應C6/C7尾椎椎間盤橫軸面 DWI圖像。

圖2 不同針刺時間點的ADCstandard值誤差條圖，代表ADCstandard值的離散程度。 圖3 不同針刺時間點的ADCslow值誤差條圖，代表ADCslow值的離散程度。 圖4 不同針刺時間點的DDC值誤差條圖，代表DDC值的離散程度。

TANG等[14]對12例腰椎間盤退行性病變患者進行研究，MRI表現為明顯腰間盤突出癥，且交感神經阻滯術治療時椎間盤突出明顯粘連，T2WI呈高信號，所有患者均通過該手術緩解疼痛，術后疼痛緩解程度與手術時間具有一定相關性。Bechara等[4]通過MRI指數評估，每個患者中退變程度最嚴重與最輕微的椎間盤與影像學參數具有最高的負相關與正相關系數程度。所有主觀參數均具有較低的相關系數和回歸擬合度。與常規(guī)序列相比，磁共振三點法非對稱回波水脂分離成像結合擾相梯度回波序列(Iterative Dixon water fat separation with Echo asymmetry and Least squares estimation and with spoiled gradient recalled echo，IDEAL-SPGR)在診斷軟骨損傷的分級方面具有更高的準確性，但IDEAL-SPGR在診斷軟骨損傷的靈敏度和特異性方面沒有明顯差異[15]。

ADC值在探究椎間盤退行性病變的水分子擴散受阻[16]、神經根受壓等方面具有獨特優(yōu)勢[17-21]。Li等[2]采用擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)追蹤腰椎間盤突出神經纖維素，發(fā)現退行病變處的FA值及ADC值存在明顯變化。相關研究發(fā)現DWI能有效區(qū)分退行性病變與感染性異常等病變[22]；相關研究采用DWI序列分析不同年齡段患者的腰椎間盤退行性病變，發(fā)現腰椎骨髓ADC值隨著年齡的增長呈線性下降趨勢，反映了骨髓轉化過程中細胞組成的逐漸變化趨勢[23]；ADC值的變化被認為是壓迫神經根的水腫及Wallerian變性引起的。

本研究結果顯示椎間盤退行性病變的ADCstandard值在不同穿刺階段差異有統(tǒng)計學意義，而ADCstandard值是經過計算機計算的標準ADC值，代表水分子的擴散狀況，包含少量的血流灌注信息，因此不僅反映了水分子的擴散受限，同時可能也反映了血流灌注的異常。ADCfast值可無創(chuàng)反映不同椎間盤不同穿刺階段的血流灌注信息，本研究結果顯示不同穿刺階段的ADCfast值差異無統(tǒng)計學意義，在微細結構上反映了血流信息未發(fā)生顯著改變，微循環(huán)未發(fā)生明顯變化。ADCslow剔除了血管內水的血流灌注的影響，精確反映了水分子真實的擴散情況，使其測量較常規(guī)DWI序列更加準確，本研究中發(fā)現其值在不同組間差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，是水分子擴散受阻的結果，可能與神經根等組織的水腫有關。DDC是拉伸指數模型的重要參數，是標準ADC的拉伸指數模型表現形式，代表表觀擴散率在體素中的分布情況，其值在不同組間差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，是組織水分子微循環(huán)變化的結果。

本研究以基于IVIM的雙指數模型多b值DWI為基礎，分析了各定量參數的意義，為研究椎間盤微細結構提供了影像學基礎。但本研究同時存在以下不足：①由于實驗中不可控因素，導致樣本量較少，可能會使研究結果存在一定誤差；②本研究以鼠尾椎間盤為研究對象，模擬椎間盤退行性病變，研究其不同針刺時間點的影像學表現差異，由于目前缺乏鼠尾椎間盤病理學的相關研究資料，亦需要病理學研究與臨床分期相對應。

綜上所述，多b值DWI的各定量參數在描述血管內水的血流灌注及血管外水的擴散效應中有廣闊的應用前景，也將在椎間盤退行性病變的診斷中發(fā)揮重要作用。

參考文獻 ：

[1] Zou F，Jiang J，Lu F，et al.Efficacy of intradiscal hepatocyte growth factor injection for the treatment of intervertebral disc degeneration[J].Mol Med Rep，2013，8(1):118-122.

[2] Li CT，Wang QZ，Xiao WF，et al.3.0T MRI tractography of lumbar nerve roots in disc herniation[J].Acta Radiol，2014，55(8):969-975.

[3] Christian WA，Metzdorf A，Zanetti M，et al.Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration[J].Spine，2001，26(17):1873-1878.

[4] Bechara BP，Agarwal V，Boardman J，et al.Correlation of pain with objective quantification of magnetic resonance images in older adults with chronic low back pain[J].Spine，2014，39(6):469-475.

[5] Brayda-Bruno M，Tibiletti M，Ito K，et al.Advances in the diagnosis of degenerated lumbar discs and their possible clinical application[J].Eur Spine J，2014，23 (Suppl 3):S315-323.

[6] Zhang W，Ma XH，Wang Y，et al.Assessment of apparent diffusion coefficient in lumbar intervertebral disc degeneration[J].Eur Spine J，2014，23(9):1830-1836.

[7] Tang MY，Zhang XM，Chen TW，et al.Various diffusion magnetic resonance imaging techniques for pancreatic cancer[J].World J Radiol，2015，7(12):424-437.

[8] Clark CA，Hedehus M，Moseley ME.In vivo mapping of the fast and slow diffusion tensors in human brain[J].Magn Reson Med，2002，47(4):623-628.

[9] Silveira JW，Issy AC，Castania VA，et al.Protective effects of cannabidiol on lesion-induced intervertebral disc degeneration[J].PLoS One，2014，9(12):1-13.

[10] Norcross JP，Lester GE，Paul W，et al.An in vivo model of degenerative disc disease[J].J Orthop Res，2003，21(2):183-188.

[11] Han B，Zhu K，Li FC，et al.A simple disc degeneration model induced by percutaneous needle puncture in the rat tail[J].Spine，2008，33(18):1925-1934.

[12] Keorochana G，Johnson JS，Taghavi CE，et al.The effect of needle size inducing degeneration in the rat caudal disc:evaluation using radiograph,magnetic resonance imaging，histology，and immunohistochemistry[J].Spine J，2010，10(11):1014-1023.

[13] Issy AC，Castania V，Castania M，et al.Experimental model of intervertebral disc degeneration by needle puncture in Wistar rats[J].Braz J Med Biol Res，2013，46(3):235-244.

[14] Tang YZ，Shannon ML，Lai GH，et al.Anterior herniation of lumbar disc induces persistent visceral pain:discogenic visceral pain[J].Chin Med J(Engl)，2013，126(24):4691-4695.

[15] Blankenbaker DB，Ullrick SR，Kijowski R，et al.MR arthrography of the hip:comparison of IDEAL-SPGR volume sequence to standard MR sequences in the detection and grading of cartilage lesions[J].Radiology，2011，261(3):863-871.

[16] 于紅梅，翟昭華，馬代遠，等.3.0T磁共振多b值DWI在鼻咽癌N分期中的應用[J].放射學實踐，2015，30(7):728-731.

[17] Dallaudiere B，Dautry R，Preux PM，et al.Comparison of apparent diffusion coefficient in spondylarthritis axial active inflammatory lesions and type 1 Modic changes[J].Eur Radiol，2014，83(2):366-370.

[18] Dallaudiere B，Lincot J，Hess A，et al.Clinical relevance of diffusion tensor imaging parameters in lumbar disco-radicular conflict[J].Diagn Interv Imaging，2014，95(1):63-68.

[19] Eguchi Y，Ohtori S，Yamashita M，et al.Diffusion-weighted magnetic resonance imaging of symptomatic nerve root of patients with lumbar disk herniation[J].Neuroradiology，2011，53(9):633-641.

[20] Eguchi Y，Ohtori S，Yamashita M，et al.Diffusion magnetic resonance imaging to differentiate degenerative from infectious endplate abnormalities in the lumbar spine[J].Spine，2011，36(3):198-202.

[21] 彭雯佳，陸建平，王鶴，等.高場MRI多b值DWI在良惡性腦膜瘤診斷中的應用[J].放射學實踐，2012，27(1):11-16.

[22] Eguchi Y，Ohtori S，Yamashita M，et al.Clinical applications of diffusion magnetic resonance imaging of the lumbar foraminal nerve root entrapment[J].Eur Spine J，2010，19(11):1874-1882.

[23] Herrmann J，Krstin N，Schoennagel BP，et al.Age-related distribution of vertebral bone-marrow diffusivity[J].Eur J Radiol，2012，81(12):4046-4049.