MRI成像在评价椎间盘退行性改变中的应用

1、MRI成像在评价椎间盘退行性改变中的应用在实验研究和临床实践中，对椎间盘退变进行早期精确的评估至关重要。普通的放射照片仅提供了退变中晚期有限的退变征象。脊髓造影通过显示硬膜囊及神经根管的轮廓从而间接反应椎间盘的变化。椎间盘造影虽可早期精确的显示椎间盘的退变情况，因其作为一种损伤性的技术手段，不利于进行较大范围的流行病学的调查及反复实验研究。CT通过横断面扫描可清晰显示出椎间盘、神经根和硬膜囊的界限，但不能直接进行多种平面成像，不易区分纤维化的疤痕组织和椎间盘组织，同普通X线一样具有辐射损伤等缺点，用于大范围的调查研究受到一定的限制。与CT等其它检查手段相比，MRI弥补了CT和脊髓造影的不足，具

2、有下列独特的优点：MRI反映组织的多个参数，可获得较CT更多的成像信息；椎间盘各个部分包括纤维环、髓核和软骨终板在MRI上清晰可辩；MRI可直接进行矢状位、冠状位及斜位等多平面成像；无辐射损伤便于人群的调查和实验研究。随着技术的不断改进，表面线圈技术的应用以及软件的开发，MRI已是研究椎间盘退行性改变的最简单最精确的检查手段。 1椎间盘MRI检查中脉冲序列的选择及成像基础为更好的区分病变和正常的椎间盘组织，在MRI检查中必须选择适当的脉冲序列，自旋回波(SE)成像最常用于临床检查和动物实验研究。在SE序列上组织的信号强度取决于3项组织参数和2项仪器参数，前者包括氢离子浓度，T1和T2弛豫时间，

3、后者为脉冲重复时间TR和回波时间TE。一般临床成像的范围TR为3003000 ms,TE为30120 ms，短的TR、TE脉冲序列为T1加权，而长TR、TE为T2加权，以上五种变数的交互作用，对每种组织产生特定的信号强度。椎间盘退变过程中伴随着胶原和蛋白多糖的分解，以及由于自由水(bulk phase)或结合水(hydration layer)进行性丢失，纤维环和髓核因而逐渐干瘪或皱缩(desiccation)。鉴于MRI对于组织水的含量的轻微的增减有很强的敏感性，可以显示出椎间盘的变性和干瘪性1，2的变化，因此MRI可能是认知椎间盘早期退变最好的手段。常规的MRI成像取决于组织中运动状态的氢

4、离子的浓度和T1、T2值，同时由于它是评价椎间盘病变的非损伤性的手段，结合应用能够显示椎间盘结构或生物化学退变的标记物，MRI提供了一个评价椎间盘生化状态的很好方法。2正常椎间盘的MRI表现在SE序列T1加权像上，椎间盘呈现相对较低的信号，其中椎间盘中部比周围部分信号强度略低，外周部分纤维环与前后韧带汇合处的信号强度更低，分不清髓核和纤维环。SE序列T2加权成像或质子密度加权成像除周边Sharpey纤维呈低密度信号外，均呈较高信号。由于信号强度的变化与水含量有关，故中心部分有较长的T1和T2，而周围部分有较短的弛豫时间。3退变椎间盘病理解剖变化及在MRI上的表现3.1纤维环和髓形椎间盘退变早期

5、，由于水和生物化学的改变(主要是蛋白多糖和硫酸软骨素的降解)，使得椎间盘内自由水和结合水都减少，前者引起T1明显延长，后者造成T2稍有延长。椎间盘皱缩或干瘪时，其信号和强度的改变于T2加权像最为敏感，信号强度由高变低，夹层正常结构发生紊乱，椎间盘也变薄。随着病变的进展，纤维环内出现广泛的裂隙，充满髓核物质，此时整个椎间盘显示高强度信号，此后由于水含量的逐渐的减少，椎间盘在T1、T2加权像上显示低强度信号，T1加权像上显示椎间盘高度明显降低。有时在一些退变较为严重的病例，由于在椎间盘裂隙内自由水的增加，整个椎间盘表现出低信号的同时，在T2自旋回波序列上可出现条状的高信号区。退变过程中，髓核中心出

6、现不同长度的纤维化、钙化，在T1、T2加权像上表现为斑点状的低信号。髓核严重的干瘪，可出现盘内积气(nitrogen)，在T2加权像上也显示低信号即所谓的“真空现象”。3.2裂隙或裂伤退变的椎间盘可出现各种程度不同的裂隙或裂伤，包括放射型、环状型和边缘型3。MRI对这些裂隙的检测取决于损伤的类型、裂隙内部或周围的基质成分、肉芽组织和软骨样物质的分布等。放射状的裂隙从髓核向纤维环延伸，如内部含有自由水或髓核物质，在T2加权像表现为较高强度的信号。纤维环的环状裂隙经常含有较其周围纤维组织更多的水份，T2加权像表现为边缘低强度信号的轮廓中出现环状的高信号区域。如果裂隙内或周围有血管分布，静脉注射对照

7、增强剂(Gd-DTPA)，对照增强剂可通过血管弥散入裂隙内，显示密度较高的信号。检测未与髓核交通的边缘性裂伤时，MRI被认为是唯一的成像形式4。3.3变性椎间盘邻近的椎体部分(终板)Modic57根据退变椎间盘邻近的椎体部分(终板)的信号强度改变的特征分为三种类型型终板T1加权像为低信号，T2加权像呈高信号，因椎间盘疾病接受MRI检查的病人约4%的像出现这种类型，约30%经过木瓜凝乳蛋白酶治疗的病人的MRI成像也表现为该类型。型T1加权像呈高信号，T2加权像信号强度轻微的增加，16%的病例出现这种类型。型T1加权像与T2加权像表现均为低信号。上述三种类型异常的信号分别反映了它们相应的病理变化型

8、主要是因终板的裂隙和破裂而在邻近的椎体的骨髓中出现了血管化的纤维组织，使椎体T1、T2弛豫时间延长；型由于邻近椎体中黄骨髓成分明显增多，致使椎体T1显著缩短、T2也变短；型系骨质硬化，造成椎体T1延长、T2缩短。显示上述三种类型的信号改变以矢状位T1加权像、T2加权像为佳。3.4软骨终板内疝椎间盘退变的早期，髓核物质通过软骨终板或纤维环的破裂处疝入附近椎体骨质内，形成一椎体内压迹即Schmorl结节，MRI对软骨内疝的评价效果较好，T1加权像表现为软骨下椎体骨质内的低强度信号，而T2加权像显示为椎体骨质内高强度信号的椎间盘物质。4椎间盘生物化学组成与MRI软骨终板弥散性能的改变可导致的椎间盘内

9、营养的变化，进而影响到椎间盘的结构和生物化学物质的转运。应用Gd-DTPA增强扫描，可在不影响椎间盘正常结构的情况下对椎间盘的弥散特性进行研究。Ibrahim等8对兔椎间盘的增强扫描进行了评估。应用0.3 mmol/kg最小剂量的造影剂检查了椎间盘的增强扫描情况，发现首先在近椎体的软骨终板部分检测到增强，以后在椎体的中心出现增强，随着时间的延长和造影剂剂量的增加，增强也越明显。应用0.1 mmol/kg标准临床剂量的造影剂，椎间盘的增强小于10%，肉眼观察无法检测到，只有在超过25%的增强肉眼下才可检测到。目前0.3 mmol/kg剂量的造影剂在临床上已被广泛的采用，因此在此剂量下评估椎间盘软

10、骨终板的弥散性能是可行的，尽管造影剂的颗粒大小和所带的电荷与正常弥散到椎间盘的溶质分子完全不同，但通过对这些造影剂的弥散性能的研究可在一定程度上反应出椎间盘软骨终板的弥散性能。人类椎间盘早期老化改变主要表现为蛋白多糖、蛋白多糖聚合体数量的减少以及髓核的脱水，常规的MRI成像是基于运动状态的氢离子的浓度，以及T1和T2驰豫时间，因此MRI似乎是评价椎间盘生化状态的很好的方法9，10，11。由于信号强度的产生不仅取决于椎间盘结合的水，也取决于椎间盘内氢原子的生物化学环境也即是自由状态的水，借助于特定的成像方式及设备，我们可以根据MRI所测定的椎间盘内部的驰豫时间参数而制定出局部参数谱。Chatan

11、i等12评估了正常成年羊椎间盘不同区域的驰豫时间，比较了它们与水含量的关系，发现：T1加权信号强度与水含量呈正相关；T2加权信号强度在水含量超过椎间盘重量的75%时随着水含量的减少而降低，但水含量低于椎间盘重量的75%时两者之间无明显的关系；水含量的改变对T1和T2驰豫时间的影响存在着差异，因此临床上主要用于评估椎间盘的水化的程度的T2加权成像并不能精确反应出椎间盘内部水的含量；因大分子物质结构和组成存在差异，故而在椎间盘的不同部分T1和T2值也存在差异。Boos等13应用MRI通过检测椎间盘驰豫时间的变化来诊断椎间盘的退行性改变。他们观察了正常和退变椎间盘氢离子驰豫时间每日的变化情况，通过测

12、定清晨和傍晚驰豫值发现，与正常椎间盘相比T1值在退变椎间盘相对更低。磁化转换(MT)是一项研究生化状态的新技术4，临床上应用此技术使得MRI成像的对比度更加清晰。应用MT可以测定自由水和结合水的交叉驰豫时间，因此MT可能是评价退变早期椎间盘的生物化学的变化的更为精确手段。5椎间盘退变程度的评估标准Tertti等9根据椎间盘退变程度，在T2加权像上将之分为三种信号类型：型髓核显示高信号强度(明亮)，为正常；型中等信号强度(灰色)，表明退行性变的早期；型低强度信号或信号缺失(黑色)，表明显著的退变。同时他们还利用感兴趣区(ROI)设备测量了相对信号强度。Videman等对椎间盘干瘪或皱缩性变化进行

13、了半定量的数字评估15，具体方法是：选择SE脉冲序列，为尽可能的减小因主观因素所产生的偶然误差，要求由两个以上的专业人员对每个椎间盘的前、中、后三部分退变程度进行主观评估，根据退变程度评定为四级：级，椎间盘无退变征象，显示为高信号密度，评定为0分；级，轻度的退变，信号密度轻微的降低，评定为1分；级，中等程度的退变，信号密度中等程度的降低，评定为2分；级，严重的退变信号缺失，评定为3分。每个椎间盘退变分数为前、中、后三部分退变分数之和，变化范围09，0分元退变，9分退变最为严重。本法为我们提供了评价椎间盘退变的半定量的标准。266003青岛大学医学院附属医院骨科研究室骨科参考文献1 Modic

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