随着年龄的增长，腰椎间盘容易发生退变，被认为是腰椎间盘突出症的病理基础，进而引起一系列临床症状及影像学表现。如何正确地量化评估腰椎间盘髓核的退变将关系到临床的诊断、治疗以及预后估计。本研究利用MRS、T2Map、DWI三种方法对无重度椎间隙狭窄的腰椎间盘退变进行研究，并尝试进行量化性评估。

1　材料和方法

1.1　临床资料

       受试者40例，男24例，女16例，年龄21~79岁，平均年龄45.1岁。其中有腰腿疼病史者21例，无症状者19例。

1.2　检查方法

       所有检查均在晨起直立4 h后进行，均使用GE HD 1.5 T磁共振机，采用8通道颈胸腰联合线圈（选用其中的L5、6线圈），T2Map（采用双回波技术，TR=3000 ms，TE采用60 ms/120 ms及90 ms/150 ms，TE时间随倾斜角度不同上下略有调整），DWI(TR=1500 ms，TE=60 ms左右，b值＝500)，MRS(取消压水射频脉冲，TR=1500 ms，TE=35 ms，单体素20 mm ×20 mm×4 mm采集，在L3水平放置蒸馏水溶液软瓶作为参照物)，在每个椎间盘定位时均采用图像放大后三维定位校正，如图1所示。

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图1  椎间盘定位及数据采集方法
Fig 1  The methods of locating lumbar and data acquisition

1.3　影像评估

       由2名10年以上工作经验的副主任医师在MR上对40例受试者200个椎间盘采用Pfirrmann等^[1]的椎间盘退变分级标准进行盲读分级，选取分级一致的177个椎间盘。

       Pfirrmann等的椎间盘退变分级标准。Ⅰ级：椎间盘髓核呈均匀的高信号（白），与纤维环分界清晰，椎间隙高度正常。Ⅱ级：椎间盘髓核呈不均匀的高信号（白），髓核内有或没有水平状的低信号带，与纤维环分界清晰，椎间隙高度正常。Ⅲ级：椎间盘髓核呈不均匀的中等信号（灰），与纤维环分界不清晰，椎间隙高度正常或轻度减低。Ⅳ级：椎间盘髓核呈不均匀的中等或低信号（灰或黑），髓核与纤维环不能区分，椎间隙高度正常或中度减低。Ⅴ级：椎间盘髓核呈不均匀的低信号（黑），髓核与纤维环不能区分，椎间隙重度狭窄。由于Ⅴ级椎间盘椎间隙重度狭窄，受MRS采集块最小只能为20 mm×20 mm×4 mm的限制，本组样本没有Ⅴ级椎间盘。

1.4　数据处理

       MRS数据经工作站（ADW 4.3版本）Sage 7软件处理得到各椎间盘及蒸馏水溶液的水峰下面积，取二者的比值获得MRS水峰相对值。利用工作站软件测量各椎间盘的T2值与ADC值（均选取200~204 mm²，测量均选取椎间盘中心即椎间盘髓核所在位置）。

1.5　统计学分析

       应用SPSS 13.0软件进行统计学分析，在相同位置不同级别与相同级别不同位置，根据T2值、ADC值及MRS水峰相对值采用χ²检验。

2　结果

2.1　各部位腰椎间盘分级（见表1）

       每个分级的T2值、ADC值、MRS水峰相对值方差均不齐，均值多重比较选择Tamhane's T2方法。

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表1  各部位腰椎间盘分级
Table 1  Pfirrmann grade of intervertebral discs in different lumbar anatomic levels

2.2　不同Pfirrmann级别腰椎间盘的T2值及ADC值见表2

       (1)T2值比较：除了在L2~3水平4级椎间盘与1、2、3级椎间盘之间无统计学差异，在其余各解剖位置均具有统计学差异。

       (2)ADC值比较：L1~2水平各级椎间盘之间均无统计学差异；L2~3水平仅1~3、2~3级椎间盘之间有统计学差异；L3~4水平椎间盘除了1～2级、3～4级椎间盘之间无统计学差异，其余各级椎间盘之间有统计学差异；L4~5水平椎间盘1~3级、1~4级、2~4级椎间盘之间有统计学差异；L5～S1水平仅2~4级椎间盘之间有统计学差异。

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表2  不考虑腰椎间盘解剖位置不同，按照Pfirrmann分级标准，不同级别椎间盘的T2值与ADC值
Table 2  T2 values and ADC values in different grades of intervertebral discs according to Pfirrmann grades without considering the different anatomic levels (95% CI)

2.3　按照Pfirrmann分级相同，各腰椎间盘按照L1～S1解剖位置不同各组数据的两两比较（P＝0. 05）

       (1)T2值、ADC值在L1~2、L2~3、L3~4、L4~5、L5～S1各解剖位置间进行两两比较均无统计学差异。

       (2)MRS水峰相对值在L1~2、L2~3、L3~4、L4~5、L5～S1各解剖位置间进行两两比较：Pfirrmann分级2级椎间盘在L5～S1与L1~2、L2~3、L4~5、与L1~2、L2~3解剖位置间有统计学差异；Pfirrmann分级3级椎间盘在L5～S1与L1~2、L2~3、L3~4解剖位置间有统计学差异。余各组间无统计学差异。

2.4　不同Pfirrmann级别腰椎间盘T2值、ADC值及MRS水峰相对值的比较（图2，图3，图4）

       不同Pfirrmann级别椎间盘的T2值之间均有显著差异(P<0.01)。不同Pfirrmann级别椎间盘的ADC值，除了1、2级之间差异不显著(P=0.11)，余均有显著差异(P<0.01)。不同Pfirrmann级别椎间盘的MRS无显著差异(P>0.05)。

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图2  不考虑腰椎间盘解剖位置，Pfirrmann分级与T2值关系的散点图
Fig 2  The scatter diagram of the relationship between T2 value and Pfirrmann grades without considering the different lumbar anatomic levels

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图3  不考虑腰椎间盘解剖位置，Pfirrmann分级与ADC值关系的散点图
Fig 3  The scatter diagram of the relationship between ADC value and Pfirrmann grades without considering the different lumbar anatomic levels

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图4  不考虑腰椎间盘解剖位置，Pfirrmann分级与MRS相对值关系的散点图
Fig 4  The scatter diagram of the relationship between the MRSRATIO and Pfirrmann grades without considering the different lumbar anatomic levels

3　讨论

       腰椎间盘作为一个完整的结构单元，由纤维环、髓核和软骨终板三部分组成。由于生理性及病理性因素的影响，腰椎间盘容易发生退行性变。有文献认为椎间盘退变与终板骨软骨炎有相关性^[2]。椎间盘退变包括细胞外基质合成与降解失衡，纤维环胶原变性、髓核含水量下降和粘弹性降低等，其中髓核的退变较纤维环和软骨终板更明显，主要表现为水份含量的降低、蛋白多糖浓度的下降和成分的改变。椎间盘退变使脊柱生物力学发生异常性改变，导致力学性能降低，从而造成椎间盘组织弹性下降，纤维环变薄弱，髓核因脱水由半流体向固态转变，椎间盘传递应力不均匀，软骨终板及纤维环出现放射状裂隙，甚至发生破裂，当椎间盘的压力增加及纤维环进一步退变时，最终导致椎间盘组织疝出。

       关于椎间盘退变及椎间盘涵水量的研究国内外均有文献报道，有学者通过X线测量腰椎间盘高度来评价椎间盘涵水量^[3]。X线在椎间盘的检查有多种成像方案、各种不同的kVp以及胶片类型和放大率，能描述终板的变化、判断椎间盘高度的减少、显示骨赘，但仅仅能够描述椎间盘退变的晚期改变。

       随着MRI技术的发展，MRI已逐渐成为腰椎间盘退变最简单、最精确的检查手段。因为MR的成像是基于运动状态的氢离子浓度和T1、T2弛豫时间，被认为是评价髓核生化的好方法。MRI有以下优点：椎间盘各个部位在MRI上清晰可辩；反映多个参数，可获得较CT等更多的成像信息；可直接进行多平面成像；无辐射损伤。MR的新技术MRS也开始应用到临床应用和研究中，曾有学者^{[4, 5]}在11.75 T磁共振机利用MRS对椎间盘退变的化学成分改变进行了研究。

       本研究首次在1.5 T磁共振机上，尝试用MRS对不同退变级别的椎间盘进行评价。在1.5 T的场强下，椎间盘的MRS很难清晰显示含量不高的化学成份的波峰，因此，本研究仅针对水峰进行研究。根据磁共振波谱的原理，在完全驰豫的波谱中谱线所包围的面积与共振原子核的数目成正比，MRS能够根据波形下面积来推算出组织中某一物质的相对含量以及根据各共振峰的面积之比来计算自旋核的相对浓度。本研究利用MRS水峰下面积对ROI区的椎间盘涵水量的相对浓度进行分析，以同等ROI区的蒸馏水的MRS水峰下面积为标准相除，做为相对量化指标（MRS水峰相对值）。MR磁体扫描间室内相对恒温，并且同一受试者各椎间盘与作为参照的蒸馏水的MRS各种扫描参数都是复制的；虽然受试者不同，扫描时MRS射频脉冲能量以及各种增益影响也不同，但通过与蒸馏水的MRS峰下面积相除这种方法基本消除了这种影响，因此可以认为不同受试者椎间盘的MRS峰下面积与蒸馏水的MRS峰下面积的比值具有可比性。

       本研究实验前通过磁共振原理分析认为MRS水峰下面积能够初步体现椎间盘涵水量，而椎间盘退变主要表现为水份含量的降低、蛋白多糖浓度的下降和成分的改变，因此分析MRS水峰相对值与椎间盘退变应该有一定的相关性，但结果显示MRS水峰相对值与椎间盘退变分级无明显相关性。笔者分析，有以下原因的可能会影响到实验结果：①为消除对于不同的受试者，射频脉冲的大小以及各种增益不同对实验结果产生的影响，笔者采用体外蒸馏水做为参照，但体外蒸馏水受温度影响，虽然扫描室内为中央空调，温差变化不大，但也会对实验结果有一定的影响。②曾有学者用X线评价椎间盘涵水量^[3]，表明椎间隙的高度与椎间盘的涵水量密切相关。但是，Pfirrmann分级5级的椎间隙重度狭窄，在测量T2值、ADC值及MRS均会受容积效应的影响，另外MRS采集块最小只能为20 mm × 20 mm×4 mm，受容积效应的影响会更大，会导致实验结果不准确，因此本研究中没有对Pfirrmann分级5级的椎间盘进行分析。③本组数据样本量偏小。

       本研究结果显示T2值与椎间盘退变的级别具有显著相关性。与相关文献报道的椎间盘水涵量的改变能够通过测量T2弛豫时间的改变来体现^{[6, 7]}一致。研究表明，一日内的椎间盘涵水量的变化也能通过T2弛豫时间来体现^[8,9,10,11]，因此本研究中受试者均在直立4小时后进行检查。有文献报道T1ρMR与椎间盘等级密切相关，并与椎间盘粘蛋白多糖含量密切相关^[12]。笔者分析认为，Pfirrmann分级标准本身就有对T2信号强度的要求，因此，椎间盘髓核的T2值与Pfirrmann分级具有高度一致性是可以预期的，本研究结果得出Pfirrmann分级标准1～4级椎间盘T2值的95％可信区间，初步为椎间盘退变的早期分级提供量化指标，为实现椎间盘退变分级的量化向前迈进了一步，由于样本量偏小，数据的准确性还有待进一步研究。

       ADC值与椎间盘退变的级别具有一定的相关性，仅在1、2级椎间盘之间差异不十分显著(P=0.11)，说明当椎间盘退变早期水分子的扩散运动下降不明显（椎间盘本身依靠终板内的营养成分渗透到椎间盘内），可以推论椎间盘通过水分子扩散方式获得的营养减少不明显，理论上此时的退变有恢复的可能性，对预防治疗椎间盘进一步退变有重要意义。而随着椎间盘退变增加到3级以后，提示椎间盘的营养供应明显减少。

       国内外文献报道^{[13, 14]}从L1～S1随着椎间盘位置的下移，ADC值随着下降，本研究并未体现这种差异，考虑原因可能有：(1)以往针对椎间盘ADC值的研究并未对椎间盘进行分级，仅按照无腰腿疼病史及无手术史来筛选受试者，那么随着L1～S1各椎间盘位置的下移，椎间盘受力增加，椎间盘的退变也越明显，有可能这种ADC值随椎间盘位置下移的差异是由于椎间盘退变程度的差异引起的。(2)也可能由于本组数据样本量偏小，未明确显示这种差异性。

       总之，本研究尚属于初步探讨阶段，还存在很多不足，诸多问题尚需进一步探讨，相信随着研究的进一步深入，对腰椎间盘退变的认识会更深入和全面。