腰椎間盤突出癥磁共振成像下終板形態及其與椎間盤退變的關系①

李春林，李放，張志成，葉超群

腰椎間盤突出癥磁共振成像下終板形態及其與椎間盤退變的關系①

李春林1,2，李放1，張志成1，葉超群1

目的研究腰椎間盤突出患者下腰椎MRI終板形態的分布規律，分析終板形態和椎間盤突出、Modic改變的關系。方法回顧分析110例腰椎間盤突出患者術前腰椎MRI。根據正中矢狀面T1像將終板形態分型。根據Pfirrmann法評定椎間盤退變等級。結果下腰椎終板最常見形態為凹面型。隨著節段的下降，平坦型終板逐漸多見，L5～S1節段主要為平坦型。不規則型終板最少，且主要集中在L5～S1節段。終板形態由凹面型到平坦型再到不規則型，對應的間盤退變程度逐漸加重(P＜0.05)。椎間盤突出節段以平坦型和不規則型終板多于凹面型多見，無突出節段則以凹面型多見(P＜0.01)，而平坦型和不規則型間無顯著性差異(P＞0.01)。不規則型終板比凹面型和平坦型更容易伴發Modic改變(P＜0.01)，凹面型和平坦型間無顯著性差異(P＞0.01)。結論終板形態變化能在一定程度上反映椎間盤突出時間盤的退變情況。不規則型終板更容易伴發Modic改變。

腰椎間盤突出；磁共振成像；終板；椎間盤退變；Modic改變

[本文著錄格式]李春林，李放，張志成，等.腰椎間盤突出癥磁共振成像下終板形態及其與椎間盤退變的關系[J].中國康復理論與實踐,2012,18(5):458-460.

下腰痛是常見疾病，腰椎間盤退變是產生下腰痛的常見原因。終板與椎間盤緊密相鄰，是椎間盤生物力學的直接傳導部位。臨床研究發現，腰椎間盤退變時終板會發生重塑以適應退變[1]。隨著運動保留技術的發展，有些治療手段要求椎體終板為凹面形[2-3]，以便植入牢固。下腰椎椎間盤突出的特殊生物力學環境使其成為脊柱退變最嚴重的部位。本研究觀察腰椎間盤突出癥患者下腰椎MRI下終板形態、終板信號變化，研究腰椎間盤突出癥患者下腰椎終板形態變化規律，分析終板形態和椎間盤退變程度、椎間盤突出情況以及與M odic改變的關系并探討其臨床意義。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧分析2010年1月～2011年6月間收治的110例腰椎間盤突出癥患者，其中男性72例，女性38例，年齡20～64歲，平均43.7歲。入選標準：①患者有下腰痛及根性癥狀，經6個月保守治療癥狀無明顯改善；②無腰部手術史；③根據癥狀、體征、腰椎X線片、MRI確診為下腰椎腰椎間盤突出癥，且排除脊柱側彎畸形、腰椎骨折、結核、腫瘤、感染等疾??；④均選擇開放手術。

1.2 方法 采用GE Sigma Tw ins EXCITEⅡ1.5 T磁共振掃描儀常規行腰椎矢狀面T1W I、T2W I掃描以及橫斷面T2W I掃描。椎間盤退變程度按Pfirrmann分級標準[4]判定并給予評分，Ⅰ級為1分，Ⅱ級為2分，Ⅲ級為3分，Ⅳ級為4分，Ⅴ級為5分。終板形態按Pappou等的方法[5]，在T1像上將終板形態分為凹面形、平坦形、不規則形。同一個節段出現兩種形態時，將終板形態歸為較重的一型。

按終板M odic改變分級標準[6]判定各節段終板有無M odic改變。

MRI影像學資料由1名骨科醫師和1名核磁室醫師相對獨立地進行盲法分析。最后集中討論，有爭議時請另外1名骨科醫師評定，并取多數認同意見作為結果。

1.3統計學分析 采用SPSS 17.0統計軟件進行分析。終板形態與椎間盤退變的關系行K ruskal-Wallis秩和檢驗，顯著性水平α=0.05；終板形態與M odic改變、椎間盤突出之間的關系行Pearsonχ2檢驗，顯著性水平α=0.01。

2 結果

各節段終板形態的分布見表1。凹面型終板占50.6%，主要分布于L3～4、L4～5節段。平坦型終板隨著節段的下降逐漸多見，L5～S1節段64.4%為平坦型，其中S1上終板平坦型居多。不規則型最少(23.0%)，且46.1%集中在L5～S1節段。

表1 各節段終板形態分布(n)

凹面型、平坦型、不規則型終板平均Pfirrmann分級評分分別為(3.31±0.81)分、(3.66±0.64)分、(4.16± 0.67)分，各形態之間相比退變等級均有顯著性差異(H=61.411,P＜0.05)。

椎間盤突出節段以平坦型和不規則型終板占多數，無突出節段則以凹面型占多數(χ2=39.422,P＜0.01)，平坦型和不規則型分布無顯著性差異(P＞0.01)。見表2。

表2 伴或不伴椎間盤突出節段終板形態分布(n)

有30%(33/110)患者35個節段終板伴有M odic改變。伴有M odic改變的終板形態以不規則型為主(χ2= 28.366,P＜0.01)，凹面型與平坦型之間無顯著性差異(P＞0.01)。見表3。

表3 伴或不伴M odic改變終板形態分布(n)

3 討論

椎間盤突出癥的治療中，運動保留技術越來越多地得以應用。但是這些技術對終板形態有一定要求，如椎間盤置換術最適合于凹面型終板。因此研究終板形態與腰椎間盤退變的關系對臨床工作有指導意義。

以往終板形態的研究多數集中在椎體解剖結構。影像學研究則主要觀察椎體在CT三維重建下及MRI下的橫徑、矢狀徑、周徑、面積等，并測量終板凹陷角及相對曲率[7-8]。終板凹陷角測量雖然能夠比較客觀量化地反映椎體終板的凹陷程度，但操作復雜，并且由于頂點定位的不穩定使其誤差較大。Pappou等分析腰椎退變疾病患者和腰椎間盤突出患者終板形態與椎間盤退變的關系結果[5]與本研究類似，但選取研究對象不同，并且未研究終板形態與M odic改變及椎間盤突出的關系。目前MRI終板形態與椎間盤退變程度之間的關系尚不十分清楚，終板形態與間盤突出情況及Modic改變之間的關系還未見報道。

軟骨終板是椎體與髓核之間的一薄層軟骨板，呈橢圓形盤狀結構，周邊厚中央薄。軟骨終板下椎體也稱骨性終板，骨性終板和軟骨終板在影像學上很難區別，在基礎和臨床研究中兩者相互作用、相互影響，常被看作一個整體功能單位來研究，特別是在生物力學研究中。研究表明，終板在維持椎體的正常形態、椎間盤生物力學傳導、緩沖應力重新分布[9]及椎間盤營養、代謝過程[10]中起重要作用。完全去除終板后，椎體的抗壓能力將下降約39%[11]。因此終板退變和椎間盤退變的關系十分密切。

許多學者認為，終板退變可能參與或加重椎間盤退變，但仍存在許多爭議[1,10,12-15]。Holm等的研究表明，終板損傷后，相鄰髓核的壓力負載減少25%～27%，而纖維環應力增加，且主要在后側，故后方纖維環易發生纖維環勞損和髓核后突，認為椎體軟骨終板的損傷可導致椎間盤退變的發生[12]。Grant等認為，終板退變后產生形態學變化，從而失去緩沖作用，進而可能參與或加重椎間盤退變過程[1]。還有學者認為，軟骨終板細胞的凋亡引起椎間盤營養和代謝途徑障礙可能是導致椎間盤退變的重要因素[10,13-14]。

但也有相反觀點。Kokkonen等認為，終板退變更像是腰椎間盤退變的后果，而不是造成椎間盤破壞的原因[15]。大量研究認為，椎間盤退變會引起終板形態[7,9,16-18]和終板MRI信號[6,19-21]的變化。

Wolff理論指出，骨的負載改變時，骨組織會進行改建以適應骨的負載。椎間盤生物力學研究表明，椎間盤正常時，椎間盤傳導的應力主要集中在椎體終板的中央；應力不僅影響椎間盤的容積和形狀，也對終板產生作用，尤其是軸向應力負荷可導致終板及終板下骨小梁彎曲變形[9,18]。這可能就是本研究中相對正常的椎間盤多以凹面型終板為主的原因。

當椎間盤退變時，髓核流體力學特征逐漸消失，應力由終板中央向外周轉移，導致外周終板應力相對集中，這種應力的重新分布不僅使終板剪切力增加，終板容易發生微骨折[9,17]，也可激活終板和椎體的骨重建過程，最終導致椎體周邊高度丟失和椎體矢狀徑增加，終板傾向平坦化。本研究中，平坦型終板隨著節段的下降逐漸多見，S1節段上終板以平坦型為主，可能都與L4～5、L5～S1節段應力負荷大有關。

不規則型終板所占比例最少且主要集中在L5～S1節段，可能是異常應力負荷長期作用的結果。L5～S1節段位于腰骶結合部，剪切力最大，所以出現不規則型終板的可能性相對其他節段更大。

本組椎間盤突出癥患者下腰椎終板形態由凹面到平坦再到不規則，對應椎間盤退變程度逐漸加重，提示終板形態變化與椎間盤突出以及退變程度相關，但不能明確其中的因果關系。

終板MRI信號的改變(M odic改變)與椎間盤退變也有很高的相關性[6,19]。椎間盤退變性疾病中，M odic改變大約占19%～59%[6,22-23]。目前多認為M odic改變是由于椎間盤退變后異常的應力負荷[6]、腰椎不穩定[21]、釋放炎癥因子[20]等導致椎體微小骨折、影響骨髓局部的微環境，導致其組織學上的改變，最終表現為終板MRI信號改變。本組椎間盤突出患者伴M odic改變者占30%，不規則型更容易伴發M odic改變，支持M odic改變可能是終板受長期異常應力，退變達到一定程度的結果。

Pfirrmann分級系統是較為直觀且被廣泛接受的椎間盤退變分級方法，但由于其本身的局限性，使其在高齡患者各項指標強弱的判斷上存在爭議，也可致椎間盤退變程度的判定存在一定誤差。另外由于本研究是回顧性研究，故不能明確椎間盤退變導致終板形變重塑。前瞻性研究能更好地顯示終板形態的動態變化及椎間盤退變之間的關系。

[1]Grant JP,Oxland TR,Dvorak MF,et al.The effects of bone density and disc degeneration on the structural property distributions in the lower lumbar vertebral endplates[J].Orthop Res,2002,20(5):1115-1120.

[2]Gam radt SC,Wang JC.Lumbar disc arthroplasty[J].Spine, 2005,5(1):95-103.

[3]DiM artino A,Vaccaro AR,Lee JY,et al.Nucleus pulposus replacement:basic science and indications for clinical use[J]. Spine,2005,30(16 Suppl):S16-S22.

[4]Pfirrmann CW,Metzdorf A,Zanetti M,et al.Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration[J].Spine,2001,26(17):1873-1878.

[5]Pappou IP,Camm isa FP Jr,Girardi FP.Correlation of end plate shape on MRI and disc degeneration in surgically treated patients with degenerative disc disease and herniated nucleus pulposus[J].Spine,2007,7(1):32-38.

[6]M odic MT.Modic type 1 and type 2 changes[J].Neurosurg Spine,2007,6(2):150-151.

[7]陳之青,陳其昕,李方財,等.椎體終板的凹陷角與腰椎間盤退變的相關性[J].中國骨傷,2004,17(7):396-398.

[8]Gu HS,Zhou WY,Li ZY.Clinic research between vertebral endplatemorphology and lumbar disc herniation[J].JClin Rehabil Tissue Eng Res,2010,14(50):9497-9500.

[9]Li FC,Zhang N,Chen WS,et al.Endplate degeneration may be the origination of the vacuum phenomenon in intervertebral discs[J].M ed Hypotheses,2010,75(2):169-171.

[10]Gruber HE,Gordon B,Norton HJ,etal.Analysis of cell death and vertebral end plate bonem ineral density in the annulus of the aging sand rat[J].Spine,2008,8(3):475-481.

[11]Lowe TG,Hashim S,W ilson LA,etal.A biomechanical study of regional endplate strength and cagemorphology as it relates to structural interbody support[J].Spine,2004,29(21): 2389-2394.

[12]Holm S,Holm AK,Ekstr?m L,etal.Experimental disc degeneration due to endplate injury[J].Spinal Disord Tech,2004,17 (1):64-71.

[13]Xu HG,Chen XW,Wang H,et al.Correlation between chondrocyte apotosis of vertebral cartilage endplate and degeneration of intervertebral disc[J].Zhonghua YiXue Za Zhi,2008, 88(3):194-197.

[14]Haschtmann D,Stoyanov JV,Gédet P,et al.Vertebral endplate trauma induces disc cell apotosis and promotes organ degeneration in vitro[J].Eur Spine,2008,17(2):289-299.

[15]Kokkonen SM,KurunlahtiM,Tervonen O,etal.Endplate degeneration observed on magnetic resonance imaging of the lumbar spine:correlation with pain provocation and disc changes observed on computed tomography diskography[J].Spine, 2002,27(20):2274-2278.

[16]Grosland NM,Goel VK.Vertebral endplate morphology follow s bone remodeling principles[J].Spine,2007,32(23): 667-673.

[17]張玙,徐宏光,吳天亮.腰椎Modic改變病因學研究進展[J].國際骨科學雜志,2009,30(05):314-316.

[18]Zhao F,Pollintine P,Hole BD,etal.Discogenic origins of spinal instability[J].Spine,2005,30(23):2621-2630.

[19]A lbert HB,Briggs AM,Kent P,et al.The prevalence of MRI-defined spinal pathoanatom ies and their association with Modic changes in individuals seeking care for low back pain[J].Eur Spine,2011,20(8):1355-1362.

[20]Peng B,Zhang Y,Hou S,et al.Intradiscalmethylene blue injection for the treatment of chronic discogenic low back pain[J].Eur Spine,2007,16(1):33-38.

[21]Zhang YH,Zhao CQ,Jiang LS,et al.Modic changes:a systematic review of the literature[J].Eur Spine,2008,17(10): 1289-1299.

[22]K jaer P,Leboeuf-Yde C,Korsholm L,et al.Magnetic resonance imaging and low back pain in adults:a diagnostic imaging study of 40-year-old men and women[J].Spine,2005,30 (10):1173-1180.

[23]Kuisma M,Karppinen J,Niinim?ki J,et al.Modic changes in endplates of lumbar vertebral bodies:prevalence and association with low back and sciatic pain among m iddle-aged male workers[J].Spine,2007,32(10):1116-1122.

Relationship between Endp late Shape on M agnetic Resonance Im aging and Disc Degeneration in Herniated Nucleus Pu lposus

LI Chun-lin,LIFang,ZHANG Zhi-cheng,etal.General Hospital ofBeijing M ilitary Area,Beijing 100700,China

Ob jectiveTo investigate endplate shape in low lumbar spine in patientswith herniated nucleus pulposus,and analyze the relationship between endplate shape and herniation of intervertebral disc,Modic changes.M ethodsThe preoperative MRIof 110 patientswas reviewed.The endplate shape was divided into 3 types.Disc degeneration was classified with the Pfirrmann's w ay.Resu ltsConcave type was themost common in the low er lumbar spine.Flatwasmore prevalent in lower than in upper.The L5～S1segmentw as flat inmost cases. Irregular type was the leastandmainly appeared at the L5～S1segment.Disc degeneration worsened from concave,flat,to irregular.Herniated intervertebral disc dom inated with flatand irregular endplates,and no-herniated ones dom inated with concave.M odic changesmore associated with irregular endplates.ConclusionEndplate shapemay respond to the disc degeneration.Modic changes associate with irregular endplate.

lumbar disc herniation;magnetic resonance imaging;endplate;disc degeneration;M odic changes

R681.5

A

1006-9771(2012)05-0458-03

2012-01-16

2012-03-28)

1.北京軍區總醫院骨科，北京市100700；2.山西醫科大學第二臨床醫學院，山西太原市030001。作者簡介：李春林(1983-)，男，山西懷仁縣人，碩士研究生，醫師，主要研究方向：脊柱外科。通訊作者：李放。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.05.019