腰椎间盘局限性高信号区(HIZ)的发生与分布规律

文章摘要：腰椎间盘局限性高信号区(high-intensityzone，HIZ)是MRIT2加权像中椎间盘后缘的1个高信号区，其周围由低信号包绕。Aprill和Bogduk首先注意到HIZ与椎间盘造影中一致

腰椎间盘局限性高信号区(high-intensityzone，HIZ)是MRIT2加权像中椎间盘后缘的1个高信号区，其周围由低信号包绕。Aprill和Bogduk首先注意到HIZ与椎间盘造影中一致性疼痛之间的关系。他们认为HIZ是一个有价值的疼痛性破裂椎间盘的标志。与传统的椎间盘造影相比，具有无创的优点和较高敏感性。此后，学者们围绕HIZ开展了大量研究，但研究对象均为后缘HIZ且未见有关发生率和三维分布的大样本研究报道。本文系统地回顾了1000例随机抽取的腰椎MRI资料，对HIZ的发生规律与分布特点进行分析，统计了腰椎间盘前缘HIZ的发生率，以期为临床和其他相关研究提供参考依据。1资料与方法1．1研究对象1999年6月～2005年10月接受腰椎MRI检查的无选择病例1000例，男566例，女434例；年龄12～84岁；平均年龄49．49岁。1．2方法1．2．1资料采集采用德国SIEMENS1．0T超导型MR和美国GE1．5T超导型MR对受检者腰椎行常规sE序列矢状位和横断位扫描。Tl加权像TR=450／500ms，TE=15／20ms，T2加权像TR=2000／3500ms，TE=90ms。矢状位层厚3mm，横断位层厚4mm。1．2．2诊断标准和定位方法椎间盘前缘及后缘HIZ的诊断均参照Aprill等对后缘HIZ的描述和诊断标准。同一病例同一节段多层面相同位置出现的HIZ按1个计数。HIZ的立体定位方法如下：(1)确定前、后位置；(2)结合定位像中的定位线确定HIZ相对于正中层面的位置，分为左、中、右侧；(3)将椎间盘前、后缘自上而下三等分为上、中、下缘。1．2．3统计分析方法分析HIZ的发生率及分布特点，所得百分率精确至小数点后1位。所有数据输入SPSS11．0进行统计。率的比较采用Pear检验。2结果本组腰椎HIZ发生率46．7％(467例)，共650个。2．1HIZ在前缘与后缘的分布HIZ可发生于椎间盘前缘(图1)或后缘(图2)。本组中腰椎前缘HIZ269个，后缘381个，发生人数分别占总样本量的21．5％(215例)和31．7％(317例)。后缘发生率高于前缘。其中，同一病例前、后缘同时形成HIZ65例(6．5％)，同一节段前、后缘同时形成HIZ11例(1．1％)。后者中4例位于L3。椎间盘，7例位于L4，椎间盘。(图3)2．2HIZ的轴向分布HIZ的总体侧别差异较小，无统计学意义(x2=1．0922，P=0．296>0．05)。但前缘右侧发生数量多于左侧，后缘左侧多于右侧(表1)。2．3H1Z的矢状位分布HIZ好发于椎间盘下缘(68．6％)。其中前缘HIZ的这种分布趋势尤其明显(234／269)。后缘HIZ多位于中、下缘，其上、中、下缘的分布比例约为1：2：4。(表2)2．4HIZ的节段分布HIZ多发于L3、4～L5S1，。其中，前缘HIZ多见于L2、3和L3、4椎间盘，而后缘HIZ好发于L4、5和L5S1水平。(表3)2．5多节段HIZ多节段HIZ形成几率较低，其总体发生率约30．8％。其中，前缘和后缘多节段HIZ的发生几率相似，分别为20．5％和17．4％。多节段HIZ随HIZ节段增加而发生率降低(表4)。前缘多节段HIZ常见于中部腰椎间盘，36例(81．8％)发生于腰椎相邻节段。双节段HIZ以“L2、3和L3、4”及“L3、4及L4、5”多见。后缘多节段HIZ中，28例(50．9％)的其中1节段为L4、5或L5S1，26例(47．3％)同时包括L4、5和L5S1。40例(72．7％)HIZ发生于腰椎相邻节段。双节段HIZ以“L4、5和L5S1”及“L3、4及L4、5”发生率最高。相邻节段HIZ发生率达67．4％(表5)。3讨论腰椎间盘局限性高信号区(HIZ)通常是指后缘HIZ。它代表了椎间盘纤维环的破裂。从理论上讲，HIZ与椎间盘退变、椎问盘源性腰痛的发生存在某种间接联系。多年研究证实后缘HIZ与椎间盘源性腰痛存在显著的相关性。其机理主要是纤维环破裂引起的炎症反应“致敏”椎间盘后方痛觉神经末梢，进而引起下腰部疼痛。故后缘HIZ研究具有重要的临床意义。本组资料中HIZ的发生率46．7％，其中后缘发生率31．7％，前缘为21．5％。后缘H1Z发生率较高，这与椎间盘后缘纤维环受力相对较大且结构较薄弱有关。后缘纤维环较前缘更易退变或受损而发生破裂，进而引起后缘HIZ的形成。Bohm等对24个椎间盘统计发现后缘HIZ发生率29．2％，与本研究结果31．7％相似。相对于后缘HIZ，前缘HIZ的临床意义尚不清楚，相关研究亦未见诸报道。但据目前所知，椎间盘前分布有脊神经前支并邻接腹腔神经丛等结构，纤维环前缘破裂可否引起类似症状尚待进一步探讨。本研究发现前、后缘HIZ同时发生的几率较低，仅为6．5％(65例)。其中11例在同一节段的前、后缘同时形成HIZ，发生率为1．1％。这说明在椎间盘放射状破裂的多条裂隙中可以同时形成HIZ。前、后缘HIZ在矢状位图像中表现出显著的“下缘分布优势”，即多发于椎间盘纤维环的下缘。其中前缘HIZ的这一分布特点尤其明显。纤维环破裂是椎间盘退变的重要病理改变之一，它的发生与退变过程相关。HIZ作为纤维环破裂的影像学征象之一，与椎间盘退变亦应存在关联。Aprill等的研究结果初步证实HIZ代表椎间盘的4级退变。本组数据显示HIZ在下腰椎的发生率高于上腰椎，其中后缘HIZ多发于L4、5和L5S1水平，与临床椎间盘突出症的发病规律一致。而前缘HIZ发生率以L2、3和L3、4椎间盘较高，总体分布集中于L3、4-L5S1水平，亦与椎L3盘退变的规律相符。因此，可以认为HIZ的出现反映了椎L3盘退变的进展，是椎间盘退变的又一个重要征象。HIZ作为纤维环破裂的标志，可以单节段发生，亦可同时见于多个节段。本组资料显示多节段HIZ形成几率较低(30．8％)，其中前缘和后缘多节段HIZ的发生几率无统计学差异。多节段HIZ的发生率随节段增多而明显降低。前缘多节段H1Z发生率20．5％，81．8％发生于腰椎相邻节段。双节段HIZ以“L2、3和L3、4”及“L3、4及L4、5”多见。本组中后缘HIZ多节段发生率达17．4％左右，其中双节段发生率最高(15．5％)，其他类型相对较少。后缘多节段HIZ的好发部位与总体发生规律相似，即多发于腰椎下部椎间盘。40例(72．7％)后缘多节段HIZ发生于腰椎连续节段，而总体分布中连续多节段HIZ发生率亦达到了67．4％。其原因可能是单节段椎L3、4盘退变、破裂引起的力学改变导致相邻椎间盘退变加速，因此相邻节段更易形成HIZ，在MRI图像中，则表现为相邻多节段HIZ。本组中，后缘双节段HIZ可发生于多种节段组合，但以“L4、5和L5S1”(51．O％)及“L3、4及L4、5”(20．4％)最为多见。病例观察过程中发现多节段HIZ在MRI矢状位图像中的显示较少见于同一层面。因此，诊断多节段HIZ时应观察多层矢状位切面。综上所述，腰椎间盘HIZ发生率较高，临床常见于下腰椎和椎间盘后缘、下缘，可单节段发生，亦可同时发生于多个节段。  腰椎间盘MRI局限性高信号区的影像学分析王子轩，陈祥民，胡有谷腰椎间盘局限性高信号区(high-intensityzone，HIZ)最初由Aprill等描述为MRIT2加权矢状位图像中椎间盘后缘小而圆的局限性高信号区，代表纤维环破裂，是诊断椎间盘源性腰痛的重要MRI征象。此后，国内外学者据此进行诊断并开展相关研究，进一步证实了HIZ在临床诊断中的应用价值口。现有报道显示HIZ是椎间盘纤维环裂隙中富含毛细血管的肉芽组织，其形成机制尚未明了。由于相关研究多集中于应用价值的评价，尚未见系统的影像学分析。本文借助影像学方法对腰椎间盘HIZ进行了系统的形态学分析，以期为临床诊断和进一步研究提供参考。1资料与方法1．1研究对象1999年6月至2005年10月MRI诊断有HIZ腰椎病例138例(男87例，女51例)。年龄18～82岁，平均年龄51．68岁。其中，伴有HIZ的腰椎间盘177个(181个HIZ)，均未接受手术。2005年1月至2006年2月11例16个发生HIZ的腰椎间盘接受CT椎问盘造影(CTdiscography，CTD)。年龄23～58岁，平均45．31岁。1．2方法1．2．1资料采集采用GE1．5T超导型MRI对受检者腰椎行常规SE序列矢状位和横断位扫描。T1加权像TR／TE一500ms／20ms，T2加权像TR／TE一2000ms／90ms。矢状位层厚3mm，横断位层厚4mm。选用22G，15cm穿刺针在SIEMENSDSA机引导下经皮穿刺病变腰椎间盘并常规造影后迅速行CT扫描(TOSHI—BAAquilion4层螺旋CT)。扫描参数：电压120kv，电流250mA，层厚2mm，重建间隔2mm，重建函数FCl0。1．2．2诊断标准HIZ的诊断参照Aprill等的标准，即HIZ是MRIT2WI中位于纤维环内的局限性高信号强度(高亮)区，周围环以纤维环的低信号。HIZ与髓核不相连，信号强度高于髓核。椎间盘纤维环破裂的诊断包括髓核突出、脱出和椎间盘内破裂的表现。前两者的MR图像显示突出的髓核与椎间盘相连或游离，相邻硬膜囊受压。后者的直接征象表现为矢状位T2加权像中由髓核向前或后方延伸至纤维环内的“鼠尾”状、“槌头”状或其他不规则形状异常信号影。本组研究发现：此区域在正常图像条件下分辨困难，调整窗宽、窗位可较好的显示其形态。CTD形态学评价参照Aprill等改良的Dallas分级系统：0级，造影剂保持于髓核内；I级，造影剂呈放射状沿裂隙流入内1／3纤维环；II级，造影剂流人中1／3纤维环；III级，造影剂流入外1／3纤维环；IV级，造影剂流入外1／3纤维环且呈环形分布，其弧度以椎间盘中心为圆心超过30°。在椎间盘造影过程中行疼痛诱发试验，即加压推注造影剂时询问患者疼痛的主观感受。根据主诉疼痛与日常腰痛或牵涉痛的相似程度分为无疼痛，非典型疼痛和完全复制疼痛。患者描述与日常疼痛相似或完全一致者为完全复制性疼痛(阳性)，其余为无疼痛或非典型疼痛(阴性)。1．2．3资料分析局部放大，根据HIZ的形状和大小进行分类并计数。观察、分析腰椎MRIT2加权像中HIZ的形态、大小、信号强度、位置及其与椎间盘纤维环破裂征象的关系。根据三维定位结果对比分析CTD与腰椎MR影像，探讨腰椎间盘HIZ的形态特征及其与纤维环裂隙的关系。结合疼痛诱发试验探讨疼痛诱发试验阳性患者腰椎间盘HIZ的特点。腰椎间盘HIZ在MRI和CTD中的三维定位方法：根据矢状位T2加权像确定HIZ的前后位置及上下层面，结合定位像测量其左右位置。选取相应CTD层面，根据已知三维数据定位HlZ。1．2．4统计学方法所有数据输入SPSS11．0进行统计。率的比较采用确切概率法(a一0．05)。2结果2．1HIZ的形态与信号强度腰椎矢状位T2加权像中HIZ显示为点状(26个，14．36％)，圆形(105个，58．01％)，长椭圆形(31个，17．13％)以及逗点状(19个，lo．50％)：其中点状HIZ较小，诊断率较低，极易漏诊。长椭圆形及逗点状HIZ多见于膨出或突出的椎间盘(86．0％)，后者常位于外折纤维环的下部。圆形是最常见的形态。腰椎轴位图像中HIZ显示率较低(7．2％)，表现为与椎间盘外缘平行的线样或梭形高信号影。16个CTD图像中HIZ相应位置均可见与纤维环走行一致的长短不一的短弧状裂隙(造影剂充盈)，此裂隙与纤维环放射状裂隙相连。HIZ信号强度通常较高，但亦存在差异。其中，点状HlZ的信号强度一般较低。2．2HIZ的位置腰椎间盘HIZ可发生于纤维环前缘(54个)或后缘(127个)，均位于外侧近边缘处。CTD图像显示相应裂隙亦位于外层纤维环近外缘处。当HIZ与纤维环外组织距离较近时，其间隙区域信号强度略升高，但明显低于HIZ。2．3HIZ与纤维环破裂征象的关系74个(41．8oA)腰椎间盘在HIZ同一层面或相邻层面显示纤维环破裂征象。其中73个为椎间盘内纤维环破裂。1例(1个椎间盘)同时出现HIZ与椎间盘突出征象，HIZ位于突出物下方。椎间盘内破裂异常信号区的信号强度高于周围纤维环，但低于正常髓核。异常信号延伸部分多纡曲，在正常图像条件下分辨困难，调整窗宽、窗位可较好地显示其形态。2．4连续多层面HIZ与同一节段多发HIZ 49个椎间盘在矢状位2个相邻层面的同一位置出现HIZ，2个椎间盘在3个相邻层面的同一位置出现HIZ。3例同一节段多发HIZ。其中2例双HIZ分别位于椎间盘纤维环前、后缘。1例3个HIZ分布于前缘1个，后缘2个。2．5HIZ、CTD与疼痛诱发试验本组16个CTD结果显示改良DallasIII级和椎间盘疼痛诱发试验阴性6例(图1)，改良DallasIII级和疼痛诱发试验阳性1例，改良DallasIV级和疼痛诱发试验阳性8例(图2)，改良DallasIV级和疼痛诱发试验阴性1例。椎间盘疼痛诱发试验阳性与阴性患者的CTD形态学分级存在显著的统计学差异(双侧P一0．009，表1)。DallasIII级椎间盘的MRI显示单层面HIZ7例(7／7)。DallasIV级椎间盘的MRI中单层面HIZ2例，连续2层面HIZ7例(7／9)。3讨论3．1HIZ的形态与信号强度传统观念中的腰椎间盘HIZ沿用Aprill等的观点，可描述为矢状位图像中小而圆的形态。随着影像技术的进步，MRI空间分辨率不断提高，HIZ的形态得到了更好的显示。根据图像放大结果，其形态存在较多变化，但基本可以划分为4类，即点状，圆形，长椭圆形和逗点状。点状HIZ是指较小的高信号区，其形状在图像中无法准确显示，信号强度相对较低，故诊断时极易漏诊。圆形HIZ相对较大，信号强度亦较高，是最常见的类型(58．0％)。长椭圆形HIZ表现为长径与短径的较大差别，多见于纤维环中部。当HIZ的边缘出现尖角样改变，即可称为逗点状HIZ。此外，MRI中亦可见不规则的HIZ，但根据其大体形态均可归入以上4类。由于长椭圆形和逗点状HIZ发生率低(14．4％)且多见于膨出或突出的椎间盘(86．0％)，故提示HIZ的特殊形状可能与纤维环的折曲以及力学作用有关。在轴位图像中，HIZ显示为沿纤维环走行的线样或梭形高信号影，与CTD图像中相应位置的环状裂隙形态大致相符。这与Peng等口1的研究结果一致，即腰椎间盘HIZ是存在于纤维环裂隙中的含水量较高的肉芽组织。由于MR扫描层厚多大于HIZ直径，故其在轴位图像中的显示率较低。本组仅7．2oA的HIZ于轴位图像显示。椎间盘纤维环破裂是椎间盘退变的重要病理学改变之一。放射状破裂是早期出现的最常见破裂形态。此后，由于外侧剪力显著增高致外层纤维环层剥离，形成环状裂隙。当裂隙和其内部含水量较高的肉芽组织足够大时，在矢状位图像中可显示为圆形局限性高信号断面，即HIZ。本组三维定位结果显示，HIZ和腰椎间盘中与放射状破裂相连的环状裂隙形态、位置一致，故认为HIZ可提示纤维环中环状裂隙的形成。3．2HIZ的位置本组资料显示HIZ可发生于腰椎间盘后缘，也可见于前缘。后缘发生数量较前缘明显增多。Goel等研究证实伴有放射状裂隙的腰椎间盘后缘剪应力明显升高，纤维环层之间的剥离速度加快。因此，后缘环状破裂发生几率较前缘高，HIZ的形成几率亦相应增加。根据Peng等的研究：纤维环裂隙中的HIZ肉芽组织含有较多毛细血管。而近年相关研究证实成人椎间盘通常无血管分布，仅退变椎间盘外层纤维环可以存在间接的微小血管。本组资料中138例矢状位腰椎MR图像观察结果显示：HIZ均位于外层纤维环近外缘处，轴位图像及CTD结果亦证实相应规律。这一分布特点提示腰椎问盘HIZ血供可能来自外层纤维环或纤维环外。而当HIZ与纤维环外组织距离较近时，中间区域信号强度略升高。其菲薄的Sharpey纤维间隔中是否存在MRI难以分辨的细微裂隙或病理改变，尚待进一步研究。3．3HIZ与纤维环破裂征象的关系腰椎间盘纤维环破裂在MR影像中表现为髓核突出、脱出，或由髓核向前或后方延伸至纤维环内的“鼠尾”状、“槌头”状或其他不规则形状异常信号影，通过HIZ与纤维环破裂征象的对比分析发现：74个椎间盘在HIZ同一层面或相邻层面显示纤维环破裂征象。其中73个显示椎间盘内破裂。由于异常信号区信号强度较低，与周围纤维环分辨困难，需调整窗宽、窗位方能满足观察要求。本组资料中MRI对椎间盘内破裂直接征象的显示仅为HIZ的41．8％，敏感性相对较低。本研究采用的138例腰椎间盘MRI中仅1例(1个椎间盘)同时出现HIZ与椎问盘突出征象。由于HIZ是椎间盘内破裂的征象，而椎间盘突出均发生于纤维环完全破裂后，故两者在纤维环破裂过程中的发生时间不同，前者早于后者。两者同时出现可能与急性椎问盘损伤等原因有关，几率较小。3．4HIZ的连续多层面观察与同一节段多发HIZ 腰椎间盘HIZ的诊断一般采用MRI矢状位T2加权像，其影像仅显示矢状断面情况，若希望对其整体进行评价则必须采用矢状位结合轴位或矢状位连续观察。由于HIZ的轴位显示率低，矢状位连续观察尤为重要。本组51个椎间盘矢状位图像显示2个或2个以上相邻层面同一位置出现HIZ，其中2个椎间盘在3个相邻层面的同一位置出现HIZ。说明HIZ是与椎间盘边缘平行的条状影，其在轴向具有相应长度。矢状位图像中HIZ在同一节段同一位置同时出现的层面越多说明HIZ越长，即形成HIZ的环状裂隙越长。该结果与轴位及CTD观察结果一致。本组中3例同一节段内多发HIZ。其中2例双HIZ，1例3个HIZ。多发HIZ间接提示椎间盘内多处纤维环裂隙的存在。3．5HIZ、CTD与疼痛诱发试验CTD是目前诊断椎间盘内紊乱(internaldiscdisruption，IDD)和椎间盘源性腰痛的最敏感方法，它可以准确昆示椎间盘内纤维环裂隙形态并借助疼痛诱发试验区分无症状椎问盘和引起疼痛的异常椎间盘。本组中疼痛诱发试验阳性者多为改良DallasIV级(8／9)，阴性者多为DallasIII级(6／7)，二者存在显著的统计学差异(P疼痛诱发试验结果相关。HIZ在矢状位连续出现的层面越多，提示裂隙越长。本组DallasIV级椎间盘的MRI中连续2层面HIZ7例(7／9)，比例较高。其提示结果与CTD所见基本一致。综上所述，腰椎间盘HIZ代表与纤维环放射状破裂相连的环状裂隙，临床多见于椎间盘突出前的椎间盘内破裂。矢状位连续多层面HIZ提示裂隙较长，椎间盘疼痛诱发试验阳性发生几率较高。