探讨MR T2 mapping序列扫描在脊柱结核中的应用价值

杨培培,郑欢露,李白艳

新疆医科大学第一附属医院 影像中心,新疆 乌鲁木齐 830054

[摘 要]目的结合MR常规成像,探讨MR T2 mapping序列扫描在脊柱结核病变中的影像特征、T2值范围及其应用价值。 方法收集本院20例脊柱结核患者50个病变椎体、20例椎旁冷脓肿作为病例组,并以50个病变临近正常的椎体作为自身对照,50个正常椎体作为正常对照组,分别测量各椎体的T2值,并自动生成伪彩图。 结果对照组正常椎体、病变椎体、病变临近正常椎体、椎旁冷脓肿的T2值分别为(77.09±4.45)、(110.80±14.84)、(69.84±9.69)、(380.33±31.47)ms,病变椎体分别与病变临近正常椎体和对照组之间有统计学差异,P<0.01。 结论T2值的测量和T2 mapping伪彩图可以从定量的角度为脊柱结核的早期诊断提供有价值的信息,并为椎体病变的鉴别诊断奠定基础。

[关键词]脊柱结核;椎体;磁共振;T2 mapping;T2值

引言

T2 mapping序列作为一项能够反映生物组织分子水平微观变化的无创性多回波序列,不仅能直接观察病灶的信号变化,还能定量测定T2值,对病变进行量化分析 [1]。由于T2值对组织的各向异性(如胶原蛋白基质的走行),胶原纤维的密度及水含量变化较敏感,目前该序列常被用于检测软骨的损伤和退变 [2]、椎间盘退变 [3]、急性心肌梗塞 [4]等,但针对骨髓的研究较少,用于脊柱结核的研究,笔者尚未见详细报道。另外T2 mapping伪彩图可通过色阶的变化从结构形态成像直接观察关节软骨的形态和骨髓的异常 [5]

因此,笔者前瞻性研究了20例脊柱结核患者MR常规序列及T2 mapping序列成像,根据T2值受组织内水含量变化而变化的原理,通过测量病变椎体、病变临近的正常椎体及对照组椎体骨髓的T2值,为脊柱结核的早期检出及定量诊断提供理论依据及实用检查方法。

1 材料与方法

1.1 研究对象

(1)病例组。前瞻性收集我院2016年1月~2016年6月经临床活检、手术病理证实的20例脊柱结核患者,其中男13例,女7例,年龄17~78岁,平均49.1岁。所有患者均在施加干预措施前进行MR常规及T2 mapping序列扫描,并签署知情同意书。

(2)对照组。选取20例无脊柱疾病及其他影响脊柱的重要疾病的正常志愿者作为对照组,其中男10例,女10例,年龄20~40岁,平均29.3岁。同时以病变相邻正常椎体作为自身对照组。

1.2 仪器与方法

(1)仪器设备。应用由西门子公司生产的的1.5T磁共振扫描仪,梯度场40 mT/m,切换率150 T/(ms),运用脊柱线圈进行各椎体常规序列及T2 mapping序列的扫描。

(2)检查方法。所有患者均取仰卧位,分别对患者进行常规矢状位T1、T2加权序列、T2加权压脂序列、轴位T2加权序列及T2 mapping序列(TE取26.0、52.0、78.0、104.0、130.0 ms)并自动生成伪彩图的扫描。扫描序列及详细参数,见表1。

表1 所有患者MR常规序列和T2 mapping 序列的扫描参数

1.3 资料分析

(1)MRI表现分析。由两名经验丰富的影像科医师分别观察并确定病变组病变的部位、数量、范围、形态及在各序列上的信号特征,如有分歧,加入第三个医师共同商讨达成统一。

(2)感兴趣区的选择。利用西门子公司图像后处理的Functool 2软件,对病变部位在T2 mapping 序列上的信号特征进行分析,并测量T2值。结合常规核磁的信号特点,病变组的感兴趣区(Region of Interest,ROI)为显示椎体病变范围最大的3个层面分别划取椎体破坏相对较轻的区域,测量时在锁定区域后将图像放大,并尽量避开伪影、血管、硬化区及骨皮质;病变临近的正常椎体和对照组ROI选在显示椎体信号强度最均匀的连续3个层面内,并采用复制粘贴的方法尽量保持同一患者的ROI外形、大小及解剖位置一致,并重复测量3次,取平均值。

(3)T2 值和T2图经MR扫描仪得到的一系列T2WI原始图像,自动计算并生成T2 mapping伪彩图,其计算原理是按照下面公式 [5]进行:

公式中SI表示信号强度(Signal Intensity),SI0表示t=0时的信号强度,T2 ij表示ij坐标上的T2时间常数。在公式中代入T2 ij数据,就可以自动计算生成T2 mapping伪彩图。

1.4 统计学方法

分别测量病变、周围相对正常椎体及对照组椎体的T2值,数据以( ±s)表示,计算95%参考值范围。病变椎体与周围相对正常椎体之间采用配对样本t检验,病变椎体与对照组采用两独立样本t检验,结果以P<0.05为差异有统计学意义。见表2~3。

表2 病例组与对照组椎体骨髓T2值的比较

表3 病例组与周围相对正常椎体骨髓T2值的比较

2 结果

2.1 一般MR表现

主要观察分析各序列图像上脊柱结核的形态、信号特点、病灶范围、椎间盘异常改变及受累情况、椎旁软组织异常改变及病变累及椎管等的情况。

20例脊柱结核共侵犯50个椎体,其中受累腰椎29个,胸椎13个,颈椎5个,骶椎3。病变椎体主要表现为骨髓水肿及相邻骨质破坏,其中有4个椎体未出现明显的骨质破坏,仅表现为骨髓水肿,上述病变椎体在T1WI上呈混杂低信号或均匀低信号,在T2WI上为多呈混杂稍高信号,部分呈均匀高信号,在T2压脂序列上病灶显示更清楚;受累椎间盘正常形态消失,在T1WI上呈低信号,在T2WI上信号增高;所有病例均形成椎旁冷脓肿,在T1WI上呈不均匀等信号或低信号,在T2WI上呈混杂稍高信号或均匀稍高信号,范围较广,其中部分累及椎管。

2.2 T2值的测量

在T2 mapping伪彩图上正常椎体显示为较均匀的蓝色色阶,病变椎体及椎旁冷脓肿均显示为红绿蓝的混杂色阶 [6],见图1。对照组、病变椎体、临近正常椎体、椎旁冷脓肿的T2值,见表4。病变椎体分别与临近正常椎体和对照组之间有统计学差异(t=28.700、15.388,P<0.001),病变椎体的T2值明显高于正常椎体。

表4 各组椎体和椎旁脓肿的T2值(ms)

图1 腰椎T2 mapping矢状位和冠状位

注:a.腰椎T2 mapping矢状位,男,32岁,腰2~3椎体结核并椎旁脓肿形成;b.腰椎T2 mapping冠状位,同一患者。

3 讨论

脊柱结核(Spinal Tuberculosis,ST)约占骨骼及肌肉系统结核的50%,好发于儿童和青年人,其中男性多于女性 [7]。脊柱结核好发于椎体,主要是因为:① 椎体的负重较大,容易劳损;② 椎体主要为松质骨;③ 椎体上肌肉附着较少;④ 椎体的滋养动脉多为终末动脉,致使结核杆菌以逗留,而椎间盘无血管组成,故病变早期一般不会累及椎间盘。

典型的脊柱结核MRI表现较具特征性,但不典型和早期脊柱结核临床表现缺乏特异性,隐匿性较强,一些实验室检查为阴性,容易被忽视而延误了患者的最佳治疗。本研究中即有4例仅表现为单个或多个椎体骨髓水肿、轻度骨质破坏,椎间盘未见明显异常,因此现阶段急需影像医师熟悉掌握不典型和早期脊柱结核的影像学特征。

T2 mapping序列是一种无创性多回波序列,可以定量测定组织横向弛豫时间(即T2值),间接反映组织结构的各向异性、空间构成信息及病理生理情况下各组织间水分子的变化,可先于形态学变化前就检测出组织分子水平的生理学改变,因此可用于检测组织中水分子的微小变化 [8-9]。T2弛豫时间是指横向磁化驰豫相衰减到最大信号强度37%需要的时间,可用T2驰豫时间图进行量化 [10-11]。T2驰豫时间图成像,是对每一个像素的T2驰豫时间曲线进行的处理,获得T2驰豫时间图的技术过程,反映干扰射频脉冲后,受到应激的细胞核在相移改变时间及信号衰减变化 [12]。Pai 等 [13]研究对比了几个序列,考虑到扫描时间、信噪比及图像清晰度等原因,认为SE及FSE序列均比较理想,本次研究采用自旋回波(Fast Spinecho,FSE)序列,每次激发使用相同的TR 2400 ms,TE取26.0、52.0、78.0、104.0、130.0 ms等5个不同时间。

目前,T2 mapping伪彩图用于骨髓的研究较少。而脊柱结核病变首先发生于椎体,早期即可出现骨髓水肿,椎体内水分明显增多,随着结核杆菌进入血供丰富的椎体松质骨,导致椎体骨质破坏,形成脓液及液化坏死区,椎体内水分仍然很高,最终可累及椎间盘。但目前MRI上评价骨髓水肿的程度主要靠主观目测,缺乏客观数据,对炎症的程度和治疗效果的检测缺乏量化的标准 [14]。但T2值不同,它对周围组织环境的变化非常敏感,只要ROI周围环境发生哪怕细胞水平的改变,T2值就会发生改变。

杨泽宏等 [14]曾应用T2图研究正常人骶髂关节骨髓T2值,得出正常人骶髂关节骨髓含水量的高低,即骶髂关节髂骨侧骨髓的T2值高于骶骨侧,并高于L5椎体靠近下终板骨髓的T2值(L5椎体84.81 ms)。本研究表明正常人的椎体骨髓T2值为(77.09±4.45)ms,与该研究相符,且病变椎体骨髓T2值高于正常椎体,差异有统计学意义。究其原因可能是结核杆菌对椎体造成破坏,历经一个复杂的炎性病理过程(渗出、增生和坏死),可不同程度地导致椎体充血、水肿,细胞外含水量增加,且当椎体骨质破坏时,骨小梁排列紊乱,结构疏松,T2弛豫时间延长,T2值增高。在本研究中椎旁脓肿的T2值明显高于病变椎体,是因为脓液中胶原蛋白、蛋白多糖及水分子含量明显增加。但本组病例中,由于大部分受累椎间盘与邻近被破坏的椎体相互融合显示不清,未对此进行测量。本研究收入的病例组患者中,T2 mapping伪彩图上显示病灶范围较常规序列大,且有4个椎体在常规压脂序列上没有看到明显的骨髓水肿,但在T2 mapping伪彩图上可以看到色阶变化,且T2值升高,与甄涛 [15-16]研究一致。

尽管有如此结果,但由于本研究纳入样本量较少,MR T2 mapping序列扫描对脊柱结核诊断及鉴别诊断的价值究竟有多大,尚需扩大样本量作进一步研究。

4 结论

综上所述,T2值的测量和T2 mapping伪彩图从定量的角度为脊柱结核疾病的诊断提供丰富的信息,旨在将脊柱结核的诊断从以往看重大体形态改变引向注重微观、形态与功能的方向。随着T2 mapping序列应用范围的不断扩大,在骨骼系统中的应用必将得到进一步的发展,为椎体病变的诊断及鉴别诊断奠定基础。

[参考文献]

[1] Dardzinski BJ, Laor T,Schmithorst VJ,et al.Mapping T2 relaxation time in the pediatric knee: feasibility with a clinical 1.5-T MR imaging system[J].Radiology,2002,225(1):233-239.

[2] 宋玲玲,梁碧玲,沈君,等.MR T2图评价膝关节软骨的初步探讨[J].中华放射学杂志,2008(3):231-235.

[3] Takashima H,Takebayashi T,Yoshimoto M,et al.Correlation between T2 relaxation time and intervertebral disk degeneration[J]. Skeletal Radiol,2011,41(2):163-167.

[4] Ferreira VM,Piechnik SK,Dall’Armellina E,et al.Non-contrast T1-mapping detects acute myocardial edema with high diagnostic accuracy: a comparison to T2-weighted cardiovascular magnetic resonance[J].J Cardiov Magn Reso,2012,14(1):187-193.

[5] 崔倩.T2 mapping伪彩图及T2值对髌软骨损伤的诊断价值研究[D].大连:大连医科大学,2013.

[6] 张平,郭瑞敏,金腾,等.RSNA2013骨骼肌肉影像学[J].放射学实践,2014,29(2):120-123.

[7] 刘晓晨.多种影像学联合组织病理学检查对脊柱结核早期的评价[D].乌鲁木齐:新疆医科大学,2014.

[8] Mosher TJ,Dardzinski BJ.Cartilage MRI T2 Relaxation Time Mapping: Overview and Applications[J].Semin Musculoskel, 2005,8(4):355-368.

[9] 李烁.全身磁共振弥散加权成像的动物模型及临床初步研究[D].北京:中国协和医科大学,2007.

[10] Choi JA,Gold GE.MR imaging of articular cartilage physiology[J]. Magn Reson Imaging,2011,19(19):249-282.

[11] 阴骏.MRI矢状位T2图在腰椎间盘分级中的应用和量化分析[D].广州:广州医学院,2010.

[12] Potter HG,Black BR,Le RC.New techniques in articular cartilage imaging[J].Clin Sport Med,2009,28(1):77-94.

[13] Pai A,Li X,Majumdar S.A comparative study at 3 T of sequence dependence of T2 quantitation in the knee[J].Magn Reson Imaging,2008,26(9):1215-1220.

[14] 杨洚宏,蒋伟,陈建宇,等.正常人骶髂关节骨髓T2值初步探讨[J].影像诊断与介入放射学,2013,(5):361-363.

[15] 甄涛.磁共振T2 mapping序列在诊断强直性脊柱炎早期骶髂关节炎上的应用[D].武汉:华中科技大学,2013.

[16] 吴斌,金彪,殷胜利.磁共振扩散加权成像中感兴趣区大小对鉴别椎体良恶性病变的影响[J].中国临床医学影像杂志,2013, 24(10):722-725.

本文编辑 聂孝楠 C

Application Value of Magnetic Resonance T2 Mapping Sequence Scan in Spinal Tuberculosis

YANG Pei-pei, ZHENG Huan-lu, LI Bai-yan
Department of Imaging, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi Xinjiang 830054, China

Abstract:ObjectiveTo explore the image features, T2 value ranges and application value of magnetic resonance (MR) T2 mapping, which combined with routine magnetic resonance imaging (MRI) in the diagnosis of spinal tuberculosis. MethodsFrom 20 cases of spinal tuberculosis in our hospital, 50 abnormal vertebras, 20 abscesses in and by vertebra side were collected as the case group, 50 vertebras with adjacent lesions as the self-control group and 50 normal vertebras as the normal control group. T2 values were measured for each vertebral body in the three groups, along with generating pcolor automatically. ResultsThe T2 values of normal vertebras, abnormal vertebras, vertebras with adjacent lesions as well as abscesses in and by vertebra side were (77.09±4.45), (110.80±14.84), (69.84±9.69) and (380.33±31.47) ms respectively. The abnormal vertebras of the case group had statistical difference with vertebras of the self-control group and the control group separately (P<0.01). ConclusionThe T2 value measurement and T2 mapping pcolor imaging could provide valuable information for early diagnosis of spinal tuberculosis, and also lay a foundation for differential diagnosis of vertebral lesions.

Key words:spinal tuberculosis; vertebral; magnetic resonance; T2 mapping; T2 value

[中图分类号]R681.5;R445.2

[文献标识码]B

doi:10.3969/j.issn.1674-1633.2017.03.017

[文章编号]1674-1633(2017)03-0066-03

收稿日期:2016-07-05

修回日期:2016-09-02

通讯作者:李白艳,主任医师,教授,研究方向为骨关节影像诊断与辐射防护。

通讯作者邮箱:byl318@163.com