MRI 在盘源性腰痛诊断中的应用进展

北京疼痛联盟 2021-12-29 14:28:32

窦智 倪家骧 综述
首都医科大学宣武医院疼痛科

    盘源性腰痛定义为腰部深处的慢性、轴性疼痛,性质为钝痛,有肌紧张或僵硬感,伴或不伴有腹股沟区、大腿前后侧疼痛,没有特定的缓解体位,且疼痛在轴向负荷增加时加重[1, 2],是一种常见的慢性疼痛疾病,在普通人群中发生率超过60%[3]。目前普遍认为盘源性腰痛与创伤、椎间盘退行性变有关,是纤维环撕裂、伤害性神经末梢长入以及间盘内硬膜区域化学性炎症刺激所引起的。
    MRI对软组织有很高的分辨率,能很好的反应椎间盘、脊髓、神经根的形态学信息,以及椎间盘的退变程度,常被用于脊柱区的检查。但是椎间盘退变是人群中普遍存在的现象,例如,大约从30岁开始腰椎间盘就会逐渐出现髓核胶状基质纤维化改变,以及水分的丢失, MRI表现为椎间盘中部水平带状低信号影,叫做核内裂( intranuclear cleft) [2];髓核信号的异常在无症状人群中40以下占1/3,超过60岁几乎全部[4]。因此,早期多认为盘源性腰痛的影像学表现是非特异性的,其诊断多依靠椎间盘造影[5]但随着MRI检查技术的进步,以及临床医生对退变椎间盘MRI特征变化认识的深入,近年来MRI在盘源性腰痛诊断中的应用取得了突飞猛进的发展。

1. 椎间盘造影
    鉴于椎间盘造影仍是公认的盘源性腰痛诊断金标准,而且大多数MRI研究均以椎
间盘造影的结果作为参照,因此简单对椎间盘造影做一介绍。通常是在透视或CT引导下将穿刺针刺入椎间盘中后部,以恒定压力注入造影剂,直到诱发出疼痛或注射量达
5-6mL为止。根据疼痛诱发的情况,可分为:无诱发、与临床症状不符的疼痛、与临床症状相似的疼痛以及与症状完全一致的疼痛,其中后两种被视为椎间盘造影阳性。
根据CT下椎间盘造影的结果,可以对椎间盘的退变程度及纤维环破裂程度进行分级 Dallas 分 级 ( Dallas Discogram Description, DDD) [6]。 DDD纤维环退变程度分级: 0级,造影剂充满髓核区域; 1级,造影剂填充<10%的纤维环; 2级,造影剂充填10-50%的纤维环区域; 3级,造影剂充填>50%的纤维环区域。 DDD纤维环破裂程度分级: 0级,纤维环无裂隙; 1级,纤维环裂隙在1/3到2/3的区域范围内; 2级,纤维环裂隙超过2/3的纤维环,但未超出纤维环边缘;3级,裂隙贯穿纤维环全层。 Aprill等认为DDD纤维环破裂程度分级的意义更大, 2-3级的患者造影诱发出疼痛的比例约90%[7]

    椎间盘造影是一种有创操作,有导致椎间盘炎、脑脊液漏、腹膜后出血、急性腰痛的风险,并使患者暴露于射线中[8, 9]。并且,Yu等将椎间盘造影阴性的患者盘内注射类固醇激素进行治疗,与对照组相比疼痛显著缓解,说明即便造影阴性也无法排除盘源性腰痛[1]
2. 椎体终板改变( Modic change, MC)
    Roos等和Modic等首先报道了慢性腰痛患者椎体终板形态和信号在MRI下的改变,并且认为这种特异性的改变可能与腰椎退行性变有关[10, 11]。他们把MC在MRI影像下的表现分为三种类型: I型(软骨下骨髓炎症反应),表现为T1相信号减低和T2相信号增高,对应的组织学检查结果为软骨板的裂隙及软骨下骨髓内血管增生。 II型表现为T1相信号增高, T2相为高信号或等信号,在这些病例中,组织学检查发现骨髓被脂肪组织取代,被认为是骨髓缺血的结果。 III型表现为T1、 T2相信号同时减低,原因是软骨下骨硬化(图1)。


    这种因骨髓水肿引起的椎间盘信号改
变可见于感染性椎间盘炎、凸入骨内的椎间盘突出( Schmorl’s node)以及胶原酶溶盘术后3个月。除了上述原因外,终板信号改变仅见于退变的椎间盘节段,可能是椎间盘及终板反复受到创伤和破坏后,引起间盘及骨髓的生物化学和力学改变,再加上骨髓对髓核的长期自身免疫反应所致,与盘源性腰痛的发生密切相关[12]。 Braithwaite等进行的回顾性研究表明, MC对预测椎间盘造影的结果有很强的特异性(真阳性率91.3%)。但是敏感性不够, MC在盘源性腰痛患者中的检出率仅30%左右,推测其原因可能是传统的自旋回波序列对MC不敏感[13]。但Dudli等发现即使借助提高场强,施加梯度回波序列,使用脂肪抑制技术也无法显著提高MC的检出率[12]。此外, MC II型和III型可长期存在,在正常人群中也有一定的检出率。这提示我们对于怀疑盘源性腰痛患者, MC可帮助临床确定责任间盘,但是无MC也无法排除盘源性腰痛的存在。
3. 椎 间 盘 高 信 号 区 (high-intensity zone, HIZ)
    HIZ最早由Aprill和Bogduk定义,为在矢状位T2相MRI图像中纤维环后部出现的比髓核更亮的高信号区,其周围被低信号的纤维环组织包绕。可分为3级, I级:轻度信号
增高; II级:中等程度信号增高; III级:显著的信号增高(图2) [7]。这种表现被认为是纤维环辐射状撕裂后,富毛细血管的肉芽组织长入所致,与日常的低能量损伤( low-energy injury)有密切关系[8]。光镜下检查也证实HIZ区正常的薄片状结构被杂乱的血管肉芽组织取代,其内还包含小圆形细胞和成纤维细胞,这些改变一直从髓核延续至纤维环后缘[14]。恰好与血管、神经长入这一病因学假说相符,因此许多学者便试图寻找HIZ与临床症状及椎间盘造影结果之间的相关性。
    Bogduk等认为HIZ代表有临床症状的痛性椎间盘,他们发现HIZ与纤维环破裂及椎间盘造影阳性率之间符合率有86%,认为其有希望替代椎间盘造影作为盘源性腰痛的诊断标准[15]。但Carragee等发现HIZ在无症状人群中出现率也很高( 25%) [16], Wang等通过对200例盘源性腰痛患者和健康受试者的对照研究,发现这两组之间腰椎MRI中HIZ的检出率并无显著差异,认为HIZ仅显示椎间盘内纤维环断裂的征象,不能显示纤维环
断裂的严重程度[17]与MC类似, HIZ同样也面临着检出率太低,诊断的敏感性较差的问题。有人认为采用轴向负荷MRI ( axial loaded MRI, alMRI),在施以轴向压力时髓核内的水分会被压入纤维环,可能更容易显示出HIZ。但Hebelka等研究发现alMRI与传统MRI相比并不能提高HIZ的检出率[18]。与之相反,由于轴向施压时,由于L5/S1曲度变大,间隙变窄,反而使得HIZ的亮度减弱[19]。一个回顾性研究发现,伴有放射痛的腰痛患者如腰椎MRI中发现HIZ,则椎间盘造影的阳性率更高,但在仅有轴性腰痛的患者中, HIZ的有无与椎间盘造影结果之间无显著相关性[20]
    鉴于MC和HIZ对于诊断盘源性腰痛的敏感 性 都 较 低 , 于 是 便 有 人 提 出 引 入Pfirrmann椎间盘退变程度分级,将≥3级作为盘源性腰痛的一项诊断标准,并结合MC和HIZ等特征,以椎间盘造影诱发的结果为准,MRI预测的敏感性可达94%,特异性可达77%[4,5, 21]

4. MRI新技术
    上述提到的均为传统MRI技术下对椎间盘形态及信号特征的探索,但传统MRI信号受到组织各向异性(胶原纤维方向)、胶原浓度和水分含量的影响,椎间盘的状态虽然可用Pfirrmann评分评价,但仅仅是半定量评价,且影响因素很多[22]。随着MRI检查技术的进步,现已可以针对椎间盘内的某些成分进行定量分析。定量MRI以T2弛豫时间为分析对象,与T2加权像的信号强度相比, T2弛豫时间能够反应组织成分特性,不受扫描参数的影响,更利于定量评价椎间盘退变程度。可用于测定髓核含水量,比较前部和后部纤维环内胶原含量的差异,但对蛋白多糖不敏感,并且不能分辨早期退变征象。 Ogon等将椎间盘分为前部纤维环、髓核和后部纤维环,用多自旋回波序列采集到轴位椎间盘中间层面的T2图像,分别计算感兴趣区的T2均值。结果发现慢性腰痛患者椎间盘T2值较对照组明显降低,尤其是后部纤维环位置,且后部纤
维环的T2值与VAS评分呈负相关[23]
    T1-Rho: T1ρ值与硫酸黏多糖的含量呈正相关,在横截面施加自旋锁脉冲,以减弱信号衰减,通过维持脉冲以获取组织(如椎间盘)的T1ρ图。 T1ρ值降低,可作为椎间盘退变的标志。但有研究表明T1ρ与传统T2加权像相比,在椎间盘退变程度的测定方面无显著优势[24]。 Borthakur等发现T1ρ值与临床症状之间有显著相关性,但相关研究还
很少,而且样本量不大[25]蛋白多糖的合成受盘内pH的影响,而盘源性腰痛与局部的低pH有显著相关性[26, 27]Melkus等利用化学交换饱和转移( chemicalexchange saturation transfer, CEST) MRI进行椎间盘的糖胺聚糖成像,并间接反映盘内pH,但需要超高场强( 7T)的MRI机器,而且需注射对比剂,不利于临床应用[28]。Liu等改进了这一技术,利用R1ρ散布比率和–OH CEST ( ratio of R1ρdispersion and–OH CEST, RROC),在3.0T磁共振扫描仪下进行盘内pH依赖性成像。借助标准化的RROC值可以很方便的寻找到与椎间盘造影结果相一致的椎间盘[29]
    钆延迟增强 MRI软骨成像( delayed gadolinium enhanced MRI of cartilage,dGemric):注射钆剂后,其通过终板毛细血管弥散进入间盘组织, MRI成像下对比剂的浓聚程度反映了蛋白多糖的浓度。但对比剂有过敏及导致肾纤维化的风险,而且其相对于传统MRI在临床评价方面尚未确定是否有优势。
    核磁共振光谱成像( nuclear magneticresonance spectroscopy, NMR
spectroscopy):通过化学位移来测定椎间盘中水和蛋白多糖的含量,有证据表明相较于含水量的减低,蛋白多糖的丢失与盘源性疼痛的关系更大。但NMR spectroscopy信噪比较低,乳酸盐与脂质的光谱接近,区分度不大,椎间盘高度的减低都会影响MRS的准确性。
    钠离子MRI:传统MRI是借助组织内氢离子成像,而钠离子MRI相较传统MRI虽然信噪比较低,但能很好的反应黏多糖的含量。不需造影剂,但对场强要求很高( 7T)。
总结
    到目前为止,仍然没有公认的盘源性疼痛MRI检查技术或诊断指标,目前常用的MC、
HIZ等椎间盘特征性改变虽然与椎间盘造影结果的一致性很高,但敏感性仅为30%左右,可在一定程度上替代椎间盘造影,但不能作为盘源性疼痛的筛查指标。许多新的MRI成像技术已经可以对椎间盘内的水分、黏多糖、蛋白多糖等多种成分进行定量或半定量分析,这对探索盘源性疼痛的发病机制有重要意义,但受到设备限制,而且缺乏这些新兴指标与临床症状之间的相关性研究,目前这些技术距离临床应用仍需一段时日。


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