腰椎MRI高信号区（HIZ）影像学分析：分类、特征及与下腰痛的相关性研究

椎间盘造影被认为是直接确定椎间盘纤维环破裂(internal disc disruption，IDD)和盘源性腰痛(discogenic low back pain，LBP)的最佳诊断方式。既往研究表明，椎间盘造影在盘源性腰痛诊断中起着至关重要的作用。但椎间盘造影术是一种有创的手术，可能导致椎间盘退变加速。因此，寻找一种可靠的无创诊断盘源性腰痛的方法，具有巨大的临床价值。

高信号区（high-intensity zone，HIZ）是腰椎T2加权磁共振图像上的一个征象，被发现是疼痛性IDD的诊断征象，阳性预测值为86%。既往研究报道，HIZ位于椎间盘Sharpey纤维区域终板边缘，注射钆-DTPA增强剂后显示这一区域强化，提示HIZ存在炎症和肉芽组织增生。在过去的几十年里，HIZ对LBP的预测价值一直存在相当大的争议，但越来越多的研究认为HIZ是椎间盘退变的一个自然过程，但并不是症状性IDD的可靠诊断指标。目前HIZ成像结果的诊断价值仍是有争议，深入了解这些特征背后的组织学发病机制对于理解和实施HIZ相关的临床决策框架至关重要。本论著回顾了1188例患者的5940张椎间盘的MR图像以及病历资料以探索腰椎MR影像中HIZ的影像特征，并探讨这些特征与下腰痛症状之间的相关性。该论著发表在2021年第14期Journal of Pain Research杂志上。

材料与方法

 

1.研究对象

511例LBP患者和677例非LBP患者经骨科医生通过体格检查和磁共振成像等标准临床评估确诊。在本研究中，LBP被定义为伴有或不伴有下肢牵涉性疼痛的下腰痛，持续至少6周。本研究的排除标准如下:(1)病历不完整;(2) MR图像质量较差;(3)脊柱结构紊乱;(4)存在疾病的证据，如感染、创伤、滑脱、腰椎管狭窄综合征、肿瘤、代谢性骨病。

2.HIZ

HIZ可位于纤维环的后侧、前侧、前外侧或后外侧，其与髓核信号分离，在腰椎T2加权MR图像上检测到与脑脊液信号强度大致相同。根据矢状T2加权MR图像上的形态，HIZ可分为点状型、圆形型、垂直型和不规则型。在相邻两张或两张以上的矢状面图像上，同一椎间盘位置相似的HIZ被认为是同一个HIZ,即连续矢状面HIZ。需要记录连续矢状面HIZ的连续矢状面图像的数量。

 

腰椎轴向t2加权MR图像显示L5-S1后纤维环(黑色箭头)出现HIZ。两个相邻的矢状图，A(红色)和B(蓝色)显示L5-S1(黑色箭头)的HIZ相似位置，即连续矢状面HIZ,在轴向T2加权MR图像上提示相同的HIZ病变。

 

HIZ矢状T2加权MR图像的形态学分类。A点状型、B圆形型、C垂直型、D不规则型。

点状型：小点状HIZ

圆形型：同心圆、椭圆形或类圆形

垂直型：与相邻终板垂直的层状信号

不规则型：不适合这三种类型中的任何一种形状

 

3.IDD包括：

（1）椎间盘突出：定义为局部髓核突出超出了纤维环的范围。

（2）椎间盘脱出：髓核突出超出椎间隙的距离大于椎间隙上下边缘的距。

（3）其他诊断体征包括“鼠尾征”、“锤头征”或其他矢状T2加权MR图像上的从髓核向前或向后延伸到纤维环的不规则形状信号。其相对于纤维环信号较亮，但低于正常髓核的信号强度。

（4）椎间盘膨出：定义为椎间盘后缘超过正常椎间盘空间的轮廓，通常超过25%(90°)的椎间盘的后缘，通常小于在上下椎体后缘3mm。

矢状位T2加权MR图像上，异常信号从髓核向前或向后延伸至纤维环。A.“鼠尾”异常信号;B.“锤头”信号异常。

数据收集

包括性别、年龄及下腰痛症状。HIZ的诊断和分析是由两名经验丰富的放射科医生进行双盲分析，磁共振图像读取和定位由两名放射科医生独立和单独进行。如果两个结果不同，两个放射科医生就讨论图像，直到他们对结果达成一致。如果两名放射科医生对结果仍有分歧，第三位读者会被邀请进行独立阅读。收集所有数据并录入SPSS软件进行分析。

    

统计学方法

测量数据用平均值±标准差(SD)和极差来描述。计数资料以百分数表示。使用分类变量的皮尔逊卡方检验比较比率差异。使用分类变量的皮尔逊卡方检验比较比率差异。计算比值比(OR)、阳性预测值(PPV)、阴性预测值(NPV)、阳性概率商(QPP)、阴性概率商(QNP)、特异性(S)、敏感性(E)和kappa系数(κ)，评价诊断准确性。所有统计检验的P值均小于0.05被认为具有统计学意义。

 

结果

回顾2010年3月至2015年10月间接受腰椎MR影像学检查的1188例(5940例椎间盘)纳入本研究。年龄16 ~ 90岁，女性553例(46.5%)，男性635例(53.5%)，平均48.3±16.3岁。1188名受试者中，共有575人(48.4%)在T2加权MR图像上出现HIZ。575例HIZ个体中，男性316例(55.0%)。平均年龄53.5±13.1岁(16-86岁)。共183人发现多个椎间盘内有HIZ改变。MR上HIZ多发于纤维环的前部或后部，后部HIZ(32.3%)明显高于前部HIZ (23.6%;χ² =22.607, P=0.000)。所有HIZ均位于纤维环外环，靠近纤维环外缘。只有部分不规则型HIZ延伸至纤维环中。只有1例在同一椎间盘中观察到多个HIZ，即在一个环中有2个后方HIZ。

 

矢状T2加权MR图像显示L4/5处2个后方HIZ(黑色箭头)。

共计在810个HIZ椎间盘中，263例(32.5%)有除了椎间盘突出以外IDD的诊断体征（这个比率并不高）。其中一例HIZ(一个椎间盘中只有一个HIZ)出现在较大的椎间盘突出的下半部分。

 

矢状T2加权MR图像显示L4/5处2个后方HIZ(黑色箭头)。

 

表2说明了矢状位T2加权MR图像上纤维环后/前HIZ的形态分类。圆点型HIZ由于面积小，更容易被遗漏。

（1）前、后环HIZ均以圆型居多(后型59.2%，前型63.4%，合并型61.0%)。

（2）在椎间盘膨出的病例中，多见于逗号状的垂直型HIZ，多位于外环的下部。

（3）轴向T2加权MR图像上的HIZ通常被识别为平行于邻近椎间盘外缘的线性或纺锤状高信号。然而，只有37个HIZ(4.6%)在轴位上被识别。

 

在575例存在HIZ的患者中，176例(30.6%)连续矢状面显示HIZ(2或3例连续矢状位图像)，296例(51.5%)存在下腰痛症状。连续矢状位HIZ患者下腰痛发生率明显高于单矢状位HIZ患者(58.0% vs 48.6%，χ² =4.259，P = 0.039)。连续矢状位HIZ排除LBP的特异性为89.1%，高于整体HIZ特异性为58.8%(包括单一矢状位和连续矢状位)。与单一矢状位HIZ MRI相比，连续矢状位HIZ MRI显示对于椎间盘源性腰痛患者有更好的优势比，具有更好的敏感性、特异性以及阴性、阳性预测值，尽管单一矢状位HIZ MRI相比敏感性较好，但特异性较低。 

从结构上看，纤维环的薄弱后部更容易受伤，因此增加了撕裂和随后HIZ形成的可能性。该研究亦发现后部HIZ比前部HIZ更常见。此外，HIZ都位于纤维环外缘附近，表面HIZ可能起源于纤维环的外环或纤维环外的组织。       

在本研究中，HIZ的分类是基于形状，包括尺寸和长轴与终板之间的夹角等。圆点型HIZ很小，很难按形状分类。“逗号”形，通常与椎间盘膨出有关，可能与环状纤维的折叠和周围组织的力学效应有关。

HIZ可能代表沿着撕裂延伸的血管化肉芽组织，在常规轴向MR扫描中，切片厚度为3-4毫米。若带血管蒂的肉芽组织很小，许多HIS可能不会出现在轴向T2加权MR图像上。本研究轴向图像上只发现了37个HIZ(4.6%)，这与在矢状图像上发现的HIZ形成了鲜明的对比。

椎间盘突出和脱出被定义为髓核移位超过纤维环，表明髓核沿纤维环裂隙从破裂的椎间盘中挤出。这通常发生在严重IDD，很容易在影像学上分辨。作者认为，HIZ标志可以作为椎间盘突出前IDD的指标，HIZ和椎间盘突出是腰椎间盘断裂的两个不同阶段。在本研究中，只有32.5%的HIZ盘在纤维环内显示“鼠尾”、“锤头”或其他异常信号。此外，信号强度较低，难以从环空中识别异常信号。因此，除HIZ外，作者不认为这些纤维环内异常信号可能是IDD的一个有价值的指标。

HIZ征象与椎间盘环状撕裂处血管化肉芽组织的组织学特征相对应。连续MR矢状位上的HIZ显示更有利于显示平行于椎间盘外缘的细长HIZ，既往有研究表明，与疼痛相关的HIZ与Dallas 4级纤维环破裂显著相关，即延伸至环外三分之一的放射状裂，累及>30°椎间盘周长。

本研究最大不足在于未将激发性椎间盘造影用于评估LBP，可能导致与下腰痛临床诊断相关的潜在偏倚。是什么因素导致了前方HIZ如此高的发病率，以及是什么原因导致了较大的椎间盘突出下段HIZ的形成，需要进一步研究。

本文仅代表作者个人观点，不代表骨今中外官方立场。希望大家理性判断，有针对性地应用。