磁共振扩散张量成像对女性青少年特发性胸腰弯侧凸腰椎间盘的定量分析.pdf
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1、医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024磁共振扩散张量成像对女性青少年特发性胸腰弯侧凸腰椎间盘的定量分析高瑶,张丽雯,杨烁慧上海中医药大学附属市中医医院放射科 上海 200071【摘 要】目的探讨磁共振扩散张量成像(DTI)技术在评估女性青少年特发性胸腰弯侧凸(AIS)腰椎间盘(腰 1/2-腰5/骶 1)早期退变中的价值。方法选取 38 例临床诊断为 AIS 的女性患者及与其年龄相匹配的 20 例女性健康志愿者(对照组)行腰椎间盘常规 MRI 和 DTI 检查,根据 T2WI 图像椎间盘进行 Pfirrmann(Pm)分级。将 3
2、8 例 AIS 患者中腰 1-骶 1 椎间盘未发生任何退变(Pm级)为未退变组(24 例),任何节段存在退变(分级高于 Pm级)为退变组(14 例)。测量 AIS 两组患者及对照组腰椎间盘的各项异性分数(FA)值和平均弥散率(MD)值,应用 ANOVA 方差分析及 LSD-t 检验比较 3 组腰椎间盘间以及每组各节段椎间盘间 FA 值和 MD 值的差异。结果AIS 退变组腰椎间盘 MD 值显著低于未退变组,差异有统计学意义(P0.05)。AIS 两组腰椎间盘 MD 值显著低于对照组(P0.05)。退变组腰椎间盘 FA 值显著高于未退变组,差异有统计学意义(P0.05)。AIS 两组腰椎间盘 F
3、A 值显著高于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。AIS 退变组腰 1/2、腰 2/3、腰 3/4 椎间盘的 MD 值和 FA 值分别与腰 4/5、腰 5/骶 1 椎间盘 MD 值及 FA 值差异有统计学意义(P0.05)。结论DTI 结果显示在 Pfirrmann 分级未见异常的情况下,通过对 FA 值和 MD 值的测定能够早期发现和评价女性 AIS 患者腰椎间盘的退变。【关键词】腰椎间盘;扩散张量成像;青少年特发性脊柱侧凸;磁共振成像中图分类号:R445.2;R682.3 文献标识码:A 文章编号:1006-9011(2024)01-0090-06A study of diffusio
4、n tensor imaging in lumbar intervertebral disc of adolescent idiopathic scoliosis with major thoracolumbar curveGAO Yao,ZHANG Liwen,YANG ShuohuiDepartment of Radiology,Shanghai Municipal Hospital of Traditional Chinese Medicine,Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shangh
5、ai 200071,China【Abstract】ObjectiveTo evaluate the value of diffusion tensor imaging(DTI)to appraise the early degeneration of the lumbar intervertebral discs(IVDs)in female adolescent idiopathic scoliosis with major thoracolumbar curve.MethodsThirty-eight female AIS patients and twenty healthy volun
6、teers(HVs)matched in the gender and age underwent 3T magnetic resonance imaging(MRI)including conventional MRI and DTI sequences.According to T2WI,AIS patients were divided into two groups:One which included L1-S1 lumbar IVDs did not occur any deterioration(Pfirrmann),and another included deteriorat
7、ion of any segments(grade higher than Pfirrmann).The fractional anisotropy(FA)and mean diffusion rate(MD)values of lumbar IVDs were measured and compared between AIS patients and HVs with ANOVA analysis and followed by LSD t-tests.Further analyses were done on the different lumbar segmental with ANO
8、VA analysis and LSD t-tests.ResultsMD value of the lumbar IVDs in AIS degeneration group was significantly lower than that in the non-degenerative group(P0.05),while FA value of lumbar IVDs in AIS degeneration group was significantly higher than that in the non-degenerative group(P0.05).The MD value
9、 of the lumbar IVDs in AIS group was significantly lower than that in HVs group(P0.05),while,FA value of lumbar IVDs in AIS group was significantly higher than that in HVs group(P0.05).The MD and FA values of L1/2,L2/3,and L3/4 IVDs in AIS degeneration group were significantly different from L4/5 an
10、d L5/S1 IVDs,respectively(P0.05).ConclusionThe early degeneration of lumbar IVDs can be demonstrated by FA and MD values in AIS patients even without visible changes on T2-weighted images.DTI can be used as a sensitively noninvasive technique to quantitatively evaluate the degeneration of IVDs in AI
11、S patients.【Key words】Lumbar intervertebral disc;Diffusion tensor imaging;Adolescent idiopathic scoliosis;Magnetic resonance imaging作者简介:高瑶(1992-),女,医学硕士,住院医师,主要从事医学影像学诊断工作通信作者:杨烁慧 E-mail:caddie_90医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 2024青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)为一种常
12、见的脊椎三维畸形,该病常见于女性1。AIS病因未明,因此很难从病因学预防AIS。AIS的进展与生长相关,而与脊柱生长最密切的因素就是椎间盘和椎体的生长。磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)能够活体评估椎间盘病程早期水分子各个扩散方向上的改变2。因此,本文的目的是行腰椎间盘常规MRI及DTI检查,评价AIS患者早期退变腰椎间盘中内部结构的完整性以及成分的改变。1资料与方法1.1一般资料选取2021年3月至2022年3月在我院就诊并确诊为 AIS 患者 38 例,年龄 1018 岁,平均年龄(15.0 1.3)岁其中又分为未退变组(24例),退变组(14例
13、)。另选取20例女性健康志愿者作为对照组,年龄 1018 岁,平均年龄(14.8 1.3 岁)。纳入标准:1)根据全脊柱站立位 X线摄影检查、体格检查或 CT扫描确诊的;2)脊柱侧凸以胸腰弯为主弯的AIS患者3;3)无MRI检查绝对禁忌证(如幽闭恐惧症、心脏起搏器等)。排除标准:1)年龄18岁;2)依据MRI常规序列显示存在神经骨骼系统发育畸形者,肿瘤导致的脊柱侧凸者及神经肌源性侧凸者;3)既往有脊椎手术外伤史或有支具治疗史;4)MRI存在伪影,图像不清晰;5)存在MRI检查禁忌证,如安装心脏起搏器、颅内动脉夹层、严重心脑肾功能不全和幽闭恐惧症者等。本文经医院伦理委员会批准通过,且均获得了受试
14、者的知情同意。1.2检查方法为了缩小昼夜差异对椎间盘造成的潜在影响,所有受检者的MRI扫描均在晚上810点进行。采用3.0T MRI扫描,16通道体部相控阵线圈,自动移床追踪扫描技术。受检者取仰卧位,双膝下垫膝垫,使脊柱处于自然生理状态,头先进,双手以解剖位置于身旁两侧,腹部线圈覆盖受检者腰椎部分,嘱受检者平静自然呼吸,尽量保持腰部不动。行分段式检查从而得到全脊柱序列矢状位、冠状位以及侧凸节段横断位T1WI、T2WI图像,腰椎节段需另加扫描矢状位 T1WI、T2WI及 DTI序列。T1WI采用 TSE序列,TR500 ms,TE16 ms,层厚 3 mm,矩阵 180(AP)360(FH)64
15、(RL),扫描总时间:2 min 14 s;T2WI 采用TSE序列,TR2800 ms,TE90 ms,层厚3 mm,矩阵180(AP)360(FH)64(RL),扫描总时间2 min 9 s;DTI扫描采用单次激发自旋回波平面成像序列,TR 3500 ms,TE 78 ms,FOV 350 mm350 mm,扩散方向32个,层厚3 mm,间距1,矩阵16082,平面内像素大小(233)mm3,b值为 0和 700 s/mm2,扫描总时间 9 min 23 s。AIS 患者行腰椎间盘扫描时应根据侧凸的程度调整扫描野倾斜度,以确保完整的腰椎间盘(腰1/2-腰5/骶1椎间盘)在扫描范围内。1.3
16、图像分析由 2 位拥有 10 年和 5 年骨肌系统 MRI 诊断经验的放射科医师进行独立测量和分析。将 DTI 扫描的原始数据导入 Philips 自带的后处理工作站(Extended MRI Work Space R 2.6 Philips Healthcare),对DTI数据进行校正,利用后处理工作站DTI软件包对图像进行后重建处理,自动计算生成各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、平均扩散率(mean diffusivity,MD)参数图,利用 Fiber tracing技术得到FT图。2位放射科医师以T2WI图像为参照基准,在 DTI参数图选择各节段腰椎间盘
17、最大的 3个层面分别手动绘制腰椎间盘的感兴趣区(Region of Interest,ROI),测量每层椎间盘的 FA 值和 MD值,计算 3 次测量的均值为每层椎间盘最终参数值。ROI的大小为40 mm250 mm2,同时避开腰椎间盘周围血管、骨性结构及其后方脑脊液。为了观察 FA 值和 MD 值观察者内一致性,第二位观察者于 2周后采用相同测量方法对 FA 值和 MD 值进行重复测量。2位放射科医师根据 Pm 分级系统4对腰椎间盘独自进行判断,以 T2WI 图像为基准进行分组,意见不统一时协商决定。Pm 分级是依据椎间盘内部结构、高度、信号及髓核与纤维环的界限分级,共分 5 级。Pm级:椎
18、间盘内部结构均质,色亮白,高度正常,信号高于或约等于脑脊液,髓核与纤维环界限清晰;Pm级:椎间盘内部结构非均质,色亮白,高度正常,信号与脑脊液相似,髓核与纤维环界限清楚;Pm级:椎间盘内部结构非均质,色灰,高度轻度降低,信号中等,髓核与纤维环界限模糊;Pm:椎间盘内部结构非均质,色灰,高度中度降低,信号中等或低信号,髓核与纤维环界限消失;Pm:椎间盘内部结构非均质,色黑,高度重度降低,信号黑,髓核与纤维环界限消失。本文 38 例中 T2WI 图像腰 1-骶 1 椎间盘全为Pm级有 24例,Pm级或级的椎间盘有 14例;其中 3 例仅有腰 4/5 间盘为 Pm级,7 例仅有腰 5/骶 1 椎间盘
19、为 Pm级,腰 4/5 和腰 5/骶 1 椎间盘为Pm或级的有 4 例,余腰椎间盘均为 Pm级。未见 Pm和 Pm级患者。对照组的腰椎间盘均为Pm级。91医学影像学杂志2024年第34 卷第1 期 J Med Imaging Vol.34 No.1 20241.4统计学分析为了减少测量偏倚,取2位阅片医师的三次腰椎间盘测量的FA和MD的均值用于后续的数据统计。本文三组的定量数据经K-S正态性检验后符合正态分布(P0.05),用均值 标准差(-x s)表示,一般资料采用独立样本t检验分析。三组受试者之间所有节段腰椎间盘FA均值及MD均值采用单因素方差分析(ANOVA)及LSD-t检验。每组受试者
20、腰椎各节段椎间盘之间的FA均值及MD均值是否有差异也采用 ANOVA 及 LSD-t检验。通过计算组内相关系数(intraclass correlation coefficients,ICCs)获得观察者间和观察者内的一致性评价,P0.05),见表2。2.2三组腰椎间盘MD值和FA值变化未退变组所有节段腰椎间盘MD值显著高于退变组,差异有统计学意义(1.781 0.132 10-3mm2/s VS 1.658 0.217 10-3mm2/s;t=5.69,P0.05)。对照组所有节段腰椎间盘 MD 值分别高于未退变组,差异有统计学意义(1.937 0.140 10-3mm2/s VS 1.78
21、1 0.132 10-3mm2/s;t=10.41,P0.05)和退 变 组,差 异 有 统 计 学 意 义(1.937 0.140 10-3mm2/s VS 1.658 0.217 10-3mm2/s;t=12.06,P0.05)(图1A)。AIS未退变组所有节段椎间盘FA值显著低于退变组,差异有统计学意义(0.170 0.019 VS 0.186 0.026;t=-5.855,P0.05)。对照组所有节段腰椎间盘FA值均显著低于AIS未退变组(0.126 0.021 VS 0.170 0.019,t=-19.90,P0.05)和退变组,差异有统计学意义(0.126 0.021 VS 0.1
22、86 0.026;t=-19.31,P0.05)(图1B)。随着椎间盘 Pm分级的增加,椎间盘纤维束走行趋于紊乱,纤维束稀疏,纤维环欠完整(图2)。2.3三组各节段腰椎间盘FA值、MD值与腰椎间盘节段的关系退变组腰椎间盘各节段FA均值、MD均值及两两比较结果,见表3。退变组腰1/2、腰2/3、腰3/4椎间盘FA值分别显著低于腰4/5、腰5/骶1椎间盘,差异有统计学意义(P0.05)。退变组腰1/2、腰2/3、腰3/4 椎间盘 MD 值分别显著高于腰 4/5、腰 5/骶 1 椎间盘,差异有统计学意义(P0.05)。未退变组和对照组腰椎各节段椎间盘间的FA值和MD值差异无统计学意义(P0.05)。
23、2.4DTI 参数值在观察者内及观察者间的可重复性腰椎间盘MD值的观察者内和观察者间的ICC分 为 0.837(95%置 信 区 间 为 0.7720.883)和0.812(95%置信区间为 0.7370.865),腰椎间盘FA 值观察者内和观察者间的 ICC 分为 0.901(95%置信区间为0.8620.929)和0.892(95%置信区间为0.8490.922)。3讨论本文通过DTI技术对AIS患者及对照组腰椎间盘进行测量和比较,发现椎间盘分级均为 Pm级时,AIS患者椎间盘FA值显著高于对照组,MD值显著低于对照组。退变组的腰1/2、腰2/3、腰3/4椎间表1AIS患者和健康志愿者的一
24、般特征比较(-x s)一般特征身高(cm)年龄(岁)体重(kg)BMI(kg/)AIS患者(n=38)158.1 12.015.0 1.344.2 7.417.7 2.1健康志愿者(n=20)156.5 7.814.8 1.343.2 6.717.4 1.04t0.5100.5020.5010.629P0.6120.6180.6180.532表2AIS未退变组和退变组患者一般特征比较(-x s)一般特征身高(cm)年龄(岁)体重(kg)BMI(kg/)Cobb角()未退变组(n=24)157.5 12.914.9 1.344.2 8.617.9 2.335.2 7.2退变组(n=14)158.
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