多b值DWI在椎间盘退行性病变中的应用价值

椎间盘退行性病变是一种高发病率的脊柱疾病，是腰背痛的最主要原因[1]。相关研究发现，椎间盘退行性病变引起病变区域水含量、蛋白多糖成分含量、髓核细胞下降[1]，进而导致椎间盘高度及完整性的变化。目前，椎间盘退行性病变的病理生理过程虽已提出，但已知的微细结构改变主要包括神经根受压等尚未明确[2]；因此，研究其微细结构的改变，有助于后期的药物及手术治疗。

虽然目前MRI等检查方法在椎间盘退行性病变的诊断与分级中有重要作用[3，4]，但是，目前协助临床医生确定腰背痛(Low Back Pain, LBP)的发病根源的工具仍然没有[5]。新的MRI技术不仅能从形态学角度，同时能在生物化学变化角度定性定量分析该疾病，比现有方法更加完善。相关研究对椎间盘退行性病变进行DWI序列研究，发现ADC值能有效反映该疾病水分子的微观扩散运动[6]。另有研究发现基于体素内不相干运动(Intravoxel Incoherent Motion, IVIM)的双指数模型多b值DWI能有效反映组织微细结构的改变[7,8]。

动物模型能有效追踪影像学数据随药物使用过程的改变[9]，而针刺模型是模拟椎间盘退行性病变及其分级最简单有效的方法[10-12]。大鼠因为其价格低廉且易于培养，因此大鼠椎间盘常用来模拟椎间盘退行性病变[13]。但是，鼠腰椎间盘针刺模型很难在短时间内检测到组织学以及影像学上的差异。本研究采用针刺鼠尾椎间盘模拟椎间盘退行性病变模型，进而采集其多b值DWI数据，分析其不同针刺时间的影像学表现及参数差异，旨在探讨其病理过程中椎间盘微细结构的改变。

表1 不同穿刺时间点的ADCstandard、ADCslow、DDC值

指标正常对照组3h组48h组3d组7d组10d组ADCstandard(×10-4mm2/s)3.22±0.203.90±0.234.79±0.255.19±0.354.98±0.404.61±0.25ADCslow(×10-4mm2/s)2.29±0.142.57±0.193.25±0.173.83±0.273.56±0.313.31±0.23DDC(×10-4mm2/s)3.43±0.384.82±0.536.64±0.567.25±0.695.91±1.076.37±0.60

材料与方法

1.研究对象

选取18只雌性健康大鼠，体重250～300 g，年龄3个月。将18只大鼠根据穿刺时间，分为正常对照组及针刺3 h、48 h、3 d、7 d组、10 d等6组。

回眸2013年，青龙管业在国家政策的大力支持下，在水利发展的大好机遇中，锲而不舍，奋发图强，特别是在举世闻名的南水北调工程中一丝不苟地践行着建设者的使命与责任，获得了承建方的一致认可与嘉奖。

选取正常组为对照组，其他五组为实验组。沿椎间盘穿刺3 mm，分别在穿刺3 h、48 h、3 d、7 d、10 d后进行扫描。以标准表观扩散系数(standard apparent diffusion coefficient,ADCstandard)、快速表观扩散系数(fast apparent diffusion coefficient,ADCfast)、慢速表观扩散系数(slow apparent diffusion coefficient,ADCslow)、分布扩散系数(distributed diffusion coefficeint,DDC)等为指标进行研究。本研究对正常-针刺3 h、正常-针刺48 h、正常-针刺3 d、正常-针刺7 d、正常-针刺10 d，以及针刺3 h-针刺48 h、针刺3 h-针刺3 d、针刺3 h-针刺7 d、针刺3 h-针刺10 d、针刺48 h-针刺3 d、针刺48 h-针刺7 d、针刺48 h-针刺10 d、针刺3 d-针刺7 d、针刺3 d-针刺10 d、针刺7 d-针刺10 d的数据进行比较分析。

不同穿刺时间点的ADCstandard、ADCslow、DDC值均呈现出先上升后下降的趋势(表1，图2～4)。统计学分析结果显示，与正常对照组对比，针刺48 h、3 d、7 d、10 d的ADCstandard、ADCslow、DDC值差异均有统计学意义(P值均<0.05)；与针刺3 h对比，针刺48 h、3 d、7 d的ADCstandard、ADCslow、DDC值差异均有统计学意义(P值均<0.05)；针刺3 d与针刺10 d的ADCslow值差异有统计学意义(P=0.026)。余不同时间点各定量指标间差异均无统计学意义(P值均>0.05)。

2.检查方法

对采集的大鼠尾椎间盘多b值DWI数据采用GE750A工作站进行后处理，采用Functool进行MADC数据测量，在鼠尾椎间盘设置兴趣区(region of interest，ROI)，并手动勾画，计算得到相对应的ADCstandard、ADCfast、ADCslow、DDC等评价指标的数值。

椎间盘退行性病变是脊柱最常见的病变，常伴头晕、麻木等，是引起腰背痛的重要原因，常规MRI通常表现为椎间盘突出、关节增生、脊髓受压等。鼠尾穿刺模型是常用的模拟椎间盘退行性病变的模型，能有效获取该病的影像学和病理学信息。生物学研究认为，随着穿刺时间的延长，其糖胺聚糖含量降低；但对其精细结构的观察尚未实现。因此，研究其微细结构的变化，对于后期药物治疗及预后有重要意义。

3.数据处理

MRI检查采用GE Discovery MR 750 MRI扫描仪，3 cm直径小动物线圈，分别行矢状面T2WI、横轴面多b值DWI序列扫描(图1)。矢状面T2WI序列扫描参数：TR 2000 ms，TE 36 ms，矩阵256×256，视野8.0 cm×1.0 cm，层厚1 mm，层间距0 mm；横轴面多b值DWI序列扫描参数：b值分别取20、50、80、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000、2400、2800、3200、3600、4000、4500 s/mm2，TR 2000 ms，激励次数2，视野4.0 cm×1.0 cm，层厚1 mm，层间距0 mm，扩散方向ALL。

4.统计学分析

采用SPSS 20.0软件进行统计学分析。ADCstandard、ADCfast、ADCslow、DDC均以均值±标准差表示，采用Mann-Whitney U检验比较正常-针刺3 h、正常-针刺48 h、正常-针刺3 d、正常-针刺7 d、正常-针刺10 d，以及针刺3 h-针刺48 h、针刺3 h-针刺3 d、针刺3 h-针刺7 d、针刺3 h-针刺10 d、针刺48 h-针刺3 d、针刺48 h-针刺7 d、针刺48 h-针刺10 d、针刺82 h-针刺7 d、针刺82 h-针刺10 d、针刺7 d-针刺10 d等相关指标的差异。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

综上所述，通过对2017年贵德县农业气象条件进行分析，对其温度、降水以及日照等条件都进行了全面的比较，进而对其冬小麦的生长和发育情况进行了对比探讨得知，阴雨天气对小麦的生产发育不利，因此要做好水肥管理。同时冬季偏暖，会延长病菌的繁殖，从而影响小麦的产量。

讨 论

为了验证本文提出算法的有效性，采用夜间监控视频作为检验素材，仿真实验在MATLAB 2018a 软件，Windows 10（x64）平台下进行，初始的粒子数目设定N=90。为了验证本文所提出方法的有效性和优势，将实验结果与经典粒子滤波算法的结果进行了对比分析，仿真实验结果如图2 所示。从图中可以看出，基于模糊粒子滤波的识别结果较经典的粒子滤波算法更为准确，在夜间监控视频中，能够更好地将被识别目标和背景区分开来，鲁棒性更好。

表2 不同时间点各定量指标的统计学分析结果

比较组别ADCstandard值t值P值ADCslow值t值P值DDC值t值P值N-3h-1.6010.132-1.2830.240-1.2810.240N-48h-2.8870.002*-2.8870.002*-2.8820.002*N-3d-2.8820.002*-2.8870.002*-2.8820.002*N-7d-2.8820.002*-2.8870.002*-2.8820.002*N-10d-2.8820.002*-2.0850.041*-2.8820.002*3h-48h-2.2460.026*-2.2420.026*-2.2420.026*3h-3d-2.4020.015*-2.4860.009*-2.2420.026*3h-7d-2.0820.041*-2.5620.009*-2.0820.041*3h-10d-1.7610.093-1.1210.310-1.6010.13248h-3d-0.6420.589-1.4410.180-0.6410.58948h-7d-0.6420.589-0.4800.699-0.9610.39448h-10d-0.3210.818-0.8010.485-0.1600.9373d-7d-0.9610.394-0.8010.485-0.1600.9373d-10d-1.2810.240-2.1660.026*-0.8010.4857d-10d-0.6410.589-1.2810.240-0.3200.818

注：N代表正常对照组，* 代表P值<0.05。

图1 a) 针刺48h C6/C7和C7/C8尾椎椎间盘矢状面T2WI图像； b) 对应C6/C7尾椎椎间盘横轴面 DWI图像。

图2 不同针刺时间点的ADCstandard值误差条图，代表ADCstandard值的离散程度。 图3 不同针刺时间点的ADCslow值误差条图，代表ADCslow值的离散程度。 图4 不同针刺时间点的DDC值误差条图，代表DDC值的离散程度。

ADC值在探究椎间盘退行性病变的水分子扩散受阻[16]、神经根受压等方面具有独特优势[17-21]。Li等[2]采用扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)追踪腰椎间盘突出神经纤维素，发现退行病变处的FA值及ADC值存在明显变化。相关研究发现DWI能有效区分退行性病变与感染性异常等病变[22]；相关研究采用DWI序列分析不同年龄段患者的腰椎间盘退行性病变，发现腰椎骨髓ADC值随着年龄的增长呈线性下降趋势，反映了骨髓转化过程中细胞组成的逐渐变化趋势[23]；ADC值的变化被认为是压迫神经根的水肿及Wallerian变性引起的。

TANG等[14]对12例腰椎间盘退行性病变患者进行研究，MRI表现为明显腰间盘突出症，且交感神经阻滞术治疗时椎间盘突出明显粘连，T2WI呈高信号，所有患者均通过该手术缓解疼痛，术后疼痛缓解程度与手术时间具有一定相关性。Bechara等[4]通过MRI指数评估，每个患者中退变程度最严重与最轻微的椎间盘与影像学参数具有最高的负相关与正相关系数程度。所有主观参数均具有较低的相关系数和回归拟合度。与常规序列相比，磁共振三点法非对称回波水脂分离成像结合扰相梯度回波序列(Iterative Dixon water fat separation with Echo asymmetry and Least squares estimation and with spoiled gradient recalled echo，IDEAL-SPGR)在诊断软骨损伤的分级方面具有更高的准确性，但IDEAL-SPGR在诊断软骨损伤的灵敏度和特异性方面没有明显差异[15]。

三是构建专业化服务团队。将群众需求和自身服务能力有机结合起来，鼓励党员干部结合自身专业和岗位实际，有机组建各类服务团队，如志愿服务团队、科技服务团队、信息化服务团队、就业服务团队等，针对性开展服务工作。在全校范围内倡议和吸引具相关专业背景和能力的党员同志补充到服务团队中，切实提升服务实效和影响力。

本研究结果显示椎间盘退行性病变的ADCstandard值在不同穿刺阶段差异有统计学意义，而ADCstandard值是经过计算机计算的标准ADC值，代表水分子的扩散状况，包含少量的血流灌注信息，因此不仅反映了水分子的扩散受限，同时可能也反映了血流灌注的异常。ADCfast值可无创反映不同椎间盘不同穿刺阶段的血流灌注信息，本研究结果显示不同穿刺阶段的ADCfast值差异无统计学意义，在微细结构上反映了血流信息未发生显著改变，微循环未发生明显变化。ADCslow剔除了血管内水的血流灌注的影响，精确反映了水分子真实的扩散情况，使其测量较常规DWI序列更加准确，本研究中发现其值在不同组间差异具有统计学意义(P<0.05)，是水分子扩散受阻的结果，可能与神经根等组织的水肿有关。DDC是拉伸指数模型的重要参数，是标准ADC的拉伸指数模型表现形式，代表表观扩散率在体素中的分布情况，其值在不同组间差异具有统计学意义(P<0.05)，是组织水分子微循环变化的结果。

本研究以基于IVIM的双指数模型多b值DWI为基础，分析了各定量参数的意义，为研究椎间盘微细结构提供了影像学基础。但本研究同时存在以下不足：①由于实验中不可控因素，导致样本量较少，可能会使研究结果存在一定误差；②本研究以鼠尾椎间盘为研究对象，模拟椎间盘退行性病变，研究其不同针刺时间点的影像学表现差异，由于目前缺乏鼠尾椎间盘病理学的相关研究资料，亦需要病理学研究与临床分期相对应。

综上所述，多b值DWI的各定量参数在描述血管内水的血流灌注及血管外水的扩散效应中有广阔的应用前景，也将在椎间盘退行性病变的诊断中发挥重要作用。

参考文献 ：

[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] 于红梅，翟昭华，马代远，等.3.0T磁共振多b值DWI在鼻咽癌N分期中的应用[J].放射学实践，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，陆建平，王鹤，等.高场MRI多b值DWI在良恶性脑膜瘤诊断中的应用[J].放射学实践，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.