ВОЛЮМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕЖПОЗВОНКОВЫХ ДИСКОВ – ОСНОВА СТРАТИФИКАЦИИ ДЕГЕНЕРАТИВНОЙ ПАТОЛОГИИ ПОЗВОНОЧНИКА

Введение

Дегенерация межпозвонковых дисков, или дегенеративно-дистрофические изменения позвоночника, представляет собой естественный инволюционный процесс, характеризующийся прогрессирующим изнашиванием структур диска. В определенных клинических ситуациях данный процесс протекает с ускорением и интенсификацией, приобретая черты патологического состояния, которое манифестирует болевым синдромом, скованностью, ограничением подвижности и выступает одной из ведущих причин утраты трудоспособности [1–6].

Основная физиологическая роль межпозвонковых дисков заключается в поглощении механической энергии, возникающей при осевых нагрузках, скручивании, сгибании и ударных воздействиях на позвоночный столб. Анатомически диск состоит из двух ключевых структур: пульпозного ядра (лат. Nucleus pulposus) — гелеобразной гидратированной центральной части, состоящей приблизительно на 80 % из воды, и фиброзного кольца (лат. Anulus fibrosus) — многослойной периферической структуры из коллагеновых волокон, обеспечивающей механическую стабильность [2, 7, 8, 9].

Патофизиология дегенерации диска включает ряд взаимосвязанных процессов:

• Потерю жидкости и снижение гидратации пульпозного ядра, что приводит к уменьшению его упругости и амортизационной способности.
• Формирование микротравм и разрывов фиброзного кольца вследствие хронических нагрузок.
• Уменьшение высоты диска, приводящее к снижению межпозвонкового расстояния.
• Нарушение биомеханики позвоночно-двигательного сегмента с перераспределением нагрузки на фасеточные суставы и связочный аппарат [10, 11, 12, 13].

Клиническая картина часто длительное время остается бессимптомной. Манифестация боли связана с вовлечением окружающих структур: формированием протрузий, грыж диска, компенсаторным образованием остеофитов, развитием спондилоартроза, фасет-синдрома и стеноза позвоночного канала [7].

Актуальность проблемы дегенеративных заболеваний позвоночника обусловлена их высокой распространенностью, значительной долей пациентов трудоспособного возраста, ограниченной эффективностью консервативной терапии и рецидивирующим характером боли. Эпизодические дорсалгии отмечаются у 80 % населения, при этом переход в хроническую форму (≥3 месяцев) наблюдается в 15–45 % случаев, существенно снижая качество жизни и психоэмоциональный статус пациентов [14-18].

В диагностике дегенеративных изменений применяются следующие методы визуализации:

• Рентгенография, позволяющая оценить уменьшение межпозвонкового расстояния, наличие остеофитов и нестабильность сегмента, однако не визуализирующая непосредственно диск.
• Компьютерная томография, обеспечивающая детальную оценку костных структур и возможность идентификации протрузий и экструзий.
• Магнитно-резонансная томография (МРТ), признанная «золотым стандартом» благодаря возможности комплексной оценки костных и мягкотканных структур, состояния диска, нервных корешков и спинного мозга [1, 11-13].

Диффузионно-взвешенная МРТ (ДВИ) представляет собой методику, основанную на оценке диффузии молекул воды, что позволяет количественно охарактеризовать микроструктурные изменения тканей посредством измерения коэффициента диффузии (ИКД). Совокупность значений ИКД формирует параметрическую карту, отражающую диффузионные свойства биологических структур [19, 20].

В клинической практике широко используется семиотическая оценка дегенерации дисков на основе Т2-взвешенных изображений, включающая анализ интенсивности МР-сигнала, четкости границ между пульпозным ядром и фиброзным кольцом, а также высоты диска. Однако данный подход имеет существенные ограничения: субъективность визуальной оценки, зависимость от мощности томографа, а также низкая чувствительность на ранних стадиях дегенерации, когда микроструктурные изменения, выявляемые только на ДВИ, еще не сопровождаются макроскопическими признаками [11, 19, 20].

Известны методики количественной оценки дегенерации на основе определения ИКД пульпозного ядра в режиме ДВИ. Однако их недостатком является влияние артефакта «сигнал-шум» на результаты измерений, что ограничивает воспроизводимость и сопоставимость данных, полученных на аппаратах МРТ различной конфигурации.

В связи с этим, целью настоящей работы стала разработка унифицированного способа волюметрической оценки дегенерации межпозвонковых дисков, лишенного указанных методологических ограничений.

Материалы и методы

Мы разработали метод определения дегенерации межпозвонкового диска, включающий проведение магнитно-резонансной томографии позвоночника в сагиттальной плоскости в режиме диффузно-взвешенного изображения и определение измеряемого коэффициента диффузии пульпозного ядра межпозвонкового диска и ликвора, что позволяет нивелировать существующие недостатки известных способов и на основании волюметрии классифицировать стадии дегенерации дисков.

Отличительным приемом предлагаемого нами способа заключается в дополнительном определении измеряемого коэффициента диффузии ликвора в просвете дурального мешка, свободного от невральных структур, определение в сагиттальном и парасагиттальных срезах средние значения измеряемого коэффициента диффузии пульпозного ядра, после чего величину коэффициента дегенерации межпозвонкового диска предлагается вычислять по запатентованной формуле.

Измерение ИКД ликвора в просвете дурального мешка позволяет повысить точность определения дегенеративных изменений, за счет того, что ликвор является константной величиной для тканей ДВИ и не зависит от пакетов программ МРТ, аппаратуры и субъективного фактора при оценке стадии дегенерации.

Определение средних значений ИКД пульпозного ядра и ликвора обеспечивает повышение точности измерений и снижает вероятность ошибки.

Способ диагностики дегенерации межпозвонковых дисков апробирован в условиях отделения лучевой диагностики Иркутского научного центра хирургии и травматологии в качестве диагностики и определения тактики лечения у пациентов дегенеративными заболеваниями межпозвонковых дисков поясничного отдела позвоночника.

Проведено проспективное одноцентровое исследование с участием 20 пациентов (60 дисков) с диагнозом: Дорсопатия поясничного отдела позвоночника (МКБ 10: М51.1). Критерии включения: хроническая нерадикулярная боль или радикулопатия в фазе ирритации на фоне дегенерации диска I–III стадии классификации (Pfirrmann).

Группу составили 10 мужчин и 10 женщин в возрасте 39 ± 9,1 лет. Средняя длительность заболевания – 5,5 ± 2,1 месяца.

Группы были сопоставимы по полу, возрасту, антропометрическим показателям, исходной интенсивности боли и неврологическому статусу.

Всем пациентам было проведено МРТ в стандартных последовательностях и режиме DWI.

При проведении МРТ поясничного отдела позвоночника, на сагиттальном и парасагиттальных срезах определялись средние значения ИКД пульпозного ядра, дополнительно на сагиттальном срезе определялись ИКД ликвора в просвете дурального мешка, свободного от невральных структур; затем определяли величину коэффициента дегенерации межпозвонкового диска по формуле:

Х= ИКД_{ср.диска}/ИКД_{ликвора,}

 где: Х - коэффициент дегенерации межпозвонкового диска;

ИКД_{ср.диска} - средний показатель ИКД пульпозного ядра на сагиттальном и парасагиттальных срезах;

ИКД_{ликвора} - показатель ИКД ликвора на сагиттальном срезе в просвете дурального мешка, свободного от невральных структур.

При показателе Х менее 0,8 - определяли дегенерацию межпозвонкового диска, при этом, чем ниже значение коэффициента Х, тем больше выражены дегенеративные изменения в диске.

Статистическая обработка полученных результатов проводилась с использованием программы статистика Statistica v. 10.0 (StatSoft Inc., США). Данные были представлены в виде среднего значения и стандартного отклонения (M±SD) с медианой (25-й; 75-й перцентили).

Результаты исследования

Проведен анализ магнитно-резонансных томограмм дегенерированных так и не дегенерированных дисков (рис. 1).

500

а                                        б                                             в

Рис. 1. МРТ изображение поясничного отдела позвоночника с дегенерированными дисками и не дегенерированным диском: а) Т2 взвешенное изображение c указанными позвоночно-двигательными сегментами (ПДС); б) диффузно-взвешенное изображение с измеренными показателями ИКД дисков и ликвора в сагиттальной плоскости; в) аксиальный срез исследуемой зоны.

Fig. 1. MRI image of the lumbar spine with degenerated discs and a non-degenerated disc: a) T2-weighted image with the spinal motion segments indicated; b) diffusely weighted image with measured values of ICD discs and cerebrospinal fluid in the sagittal plane; c) axial section of the studied area.

Коэффициент Х рассчитывался на уровне ПДС L_III/L_IV, L_IV/L_V, L_V/S_I (таблица 1).

Таблица 1. Значение коэффициента Х у пациентов с дорсопатией поясничного отдела позвоночника в зависимости от локализации.

Table 1. The value of the X coefficient in patients with lumbar spine dorsopathy depending on the localization.

Межпозвонковые диски L_III/L_IV и L_IV/L_V на Т₂ взвешенном изображении имеют четкое разделение фиброзного кольца и пульпозного ядра, гиперинтенсивный сигнал, нормальную высоту межпозвонкового диска, гомогенную структуру.

Однако, после вычисления коэффициента Х по предлагаемой формуле установлено, что диск на уровне ПДС L_III/L_IV имеет меньшее значение, чем диск L_IV/L_V. Проанализированное МРТ исследование показало, что межпозвонковый диск L_III/L_IV имеет менее гомогенную структуру и поэтому был отнесен к I степени дегенерации по Pfirrmann CW. Хотя диски L_III/L_IV и L_IV/L_V визуально не значительно отличаются друг от друга, но при этом коэффициенты Х этих дисков имеют существенную разницу по их величине.

Установлено, что чем ниже значение коэффициента Х, тем больше выражены дегенеративные изменения в диске.

Рассчитана средняя и медиана Х - коэффициента дегенерации 60 межпозвонковых дисков у 20 человек для позвоночно-двигательных сегментов L_III/L_IV, L_IV/L_V, L_V/S_I., при этом значения величин коэффициента Х варьировало от 0,1 до 0,92 (рис. 2).

Рис. 2. Средняя и медиана Х - коэффициента дегенерации 60 межпозвонковых дисков у 20 человек для ПДС L_III/L_IV, L_IV/L_V, L_V/S_I.,

Fig. 2. Average and median X - coefficient of degeneration of 60 intervertebral discs in 20 people for L_III/L_IV, L_IV/L_V, L_V/S_I.

При сопоставлении полученных показателей Х - коэффициента дегенерации 60 межпозвонковых дисков с классификацией Pfirrmann CW дегенерированные диски имели коэффициент Х меньше 0,8, а при Х больше 0,8 признаков дегенерации не было выявлено.

         Сравнение полученных величин коэффициентов дегенерации межпозвонковых дисков с классификацией по Pfirrmann CW не выявило прямой корреляции, что обусловлено субъективностью оценки интенсивности сигнала, что также продемонстрировано на клиническом примере. 

Клинический пример. Больная Л., 42 лет (24.02.1981 г.р.) в 2023 г., поступила в нейрохирургическое отделение Иркутского научного центра хирургии и травматологии с жалобами на боли в поясничном отделе позвоночника на протяжении 14 лет. Свое состояние связывает с физическими нагрузками на позвоночник, переохлаждением. Боли в правой ноге появились с конца января 2023 года. Постепенно боли в пояснице, правой ноге становились более интенсивными, и практически постоянными. Консервативное лечение у невролога по месту жительства с временным эффектом. Выполнила МРТ поясничного отдела позвоночника. МРТ пояснично-крестцового отдела от 22.06.23 г. (рис.3).

В неврологическом статусе: вертеброгенная люмбоишиалгия справа; положительный симптом Лассега справа 80⁰ (+), прямой; умеренный стойкий болевой и мышечно-тонический синдромы.

Клинический диагноз: Дорсопатия. Дегенеративно-дистрофические изменения поясничного отдела позвоночника. Спондилоартроз L_IV-L_V. Протрузия на уровне L_IV-L_V. Люмбоишиалгии справа. Умеренный болевой и мышечно-тонический синдром. (Код МКБ М 51.1).

24.10.2023 г. пациентке Л. была проведена магнитно-резонансная томография в режиме диффузно-взвешенного изображения; были определены коэффициенты диффузии пульпозного ядра межпозвонкового диска в сагиттальной и парасагитальных плоскостях для межпозвонковых дисков на уровне позвоночно-двигательных сегментов (ПДС): L_II/L_III, L_III/L_IV, L_IV/L_V, L_V/S_I и коэффициент диффузии ликвора просвета дурального мешка, свободного от невральных структур.

а                                         б                                                   в

Рис. 3. МРТ изображение поясничного отдела позвоночника больной Л.: а) Т2 взвешенное изображение с оценкой изменений по Pfirrmann в сагиттальной плоскости; б) диффузно-взвешенное изображение с измеренными показателями ИКД дисков и ликвора в сагиттальной плоскости; в) аксиальный срез исследуемой зоны. Дегенеративно-дистрофические изменения поясничного отдела позвоночника. Спондилоартроз L_IV-L_V. Протрузия на уровне L_IV-L_V. Спондилез.

Fig. 3. MRI image of the lumbar spine of patient L.: a) T2 weighted image with Pfirrmann assessment of changes in the sagittal plane; b) diffusely weighted image with measured values of ICD discs and cerebrospinal fluid in the sagittal plane; c) axial section of the studied area. Degenerative-dystrophic changes of the lumbar spine. Spondyloarthritis L_IV-L_V. Protrusion at the L_IV-L_V level. Spondylosis.

Значения ИКД рассчитаны автоматически с помощью программного обеспечения и отображены в виде параметрической карты, на которой и были выделены области интереса: ИКД - ср. диск; ИКД ликвор. Полученные показатели представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнительная характеристика дегенерации межпозвонковых дисков по классификации Pfirrmann и рассчитанному коэффициенту X (на примере пациентки Л.)

Table 2.  Comparative characteristics of intervertebral disc degeneration according to the Pfirrmann classification and the calculated X coefficient (case of patient L.)

Были установлены величины коэффициентов дегенерации межпозвонковых дисков для исследованных уровней ПДС:

Х _LII/LIII = 1449,50/2364,75=0,61

Х _LIII/LIV = 1601,71/2364,75=0,68

Х _LIV/LV = 1330,40/2364,75=0,56

Х _LV/SI = 804/2364,75=0,34

Из сравнения величин Х с показателями степени дегенерации по Pfirrmann установлено значимое расхождение цифровых показателей для межпозвонковых дисков L_II/L_III, L_III/L_IV, следовательно, предлагаемый и рассчитанный коэффициент диффузии более точно и специфично отразил произошедшие дегенеративные изменения у пациентки.

Обсуждение

Настоящее исследование демонстрирует, что предлагаемый коэффициент дегенерации (X), рассчитываемый как отношение измеряемого коэффициента диффузии (ИКД) пульпозного ядра к ИКД ликвора, является эффективным инструментом для количественной оценки дегенеративных изменений в межпозвонковых дисках. Установленный пороговый уровень X < 0.8 для идентификации дегенерированных дисков обладает высокой диагностической значимостью, а также важен для выбора тактики лечения и динамического наблюдения за изменениями в межпозвонковых дисках.

Результаты работы коррелируют с выводами других исследований, подтверждающих потенциал диффузионно-взвешенной МРТ (ДВИ) в диагностике дегенерации дисков [2, 3, 20]. В частности, Zhang W. et al. (2014) показали, что значения ИКД пульпозного ядра значимо снижаются при дегенерации, что подтверждает патофизиологическую основу нашего метода – уменьшение гидратации и подвижности молекул воды в дегенерированном диске [19]. Однако ключевым ограничением является вариабельность абсолютных значений ИКД, полученных на аппаратах МРТ разной мощности и с разными настройками последовательностей, что затрудняет сравнение результатов между центрами. Предлагаемый нами коэффициент X позволяет нивелировать это ограничение. Использование ИКД ликвора в качестве внутреннего референса является методически обоснованным шагом. Ликвор представляет собой относительно стабильную среду с высоким и постоянным коэффициентом диффузии. Нормирование на него позволяет абстрагироваться от абсолютных значений сигнала и минимизировать влияние артефакта «сигнал-шум» и аппаратных вариаций, превращая коэффициент X в унифицированный, воспроизводимый параметр, не зависящий от мощности томографа. Этот подход концептуально близок к методам количественной МРТ, активно развивающимся в последние годы для объективизации диагностики [1, 2].

Как показано в работе, сравнение коэффициента X с классификацией Pfirrmann не выявило прямой линейной корреляции. Это не является недостатком предложенного метода, а, напротив, подчеркивает его принципиальное преимущество. Классификация Pfirrmann основана на субъективной визуальной оценке интенсивности МР-сигнала в T2-режиме, которая страдает от значительной межэкспертной-операторской вариабельности [12, 20]. Кроме того, T2-взвешенные изображения чувствительны к грубым морфологическим изменениям (при снижении высоты диска снижается интенсивность сигнала), которые являются относительно поздними проявлениями дегенерации. В отличие от этого, коэффициент X, будучи количественным параметром, отражает ранние биохимические и микроструктурные изменения на уровне гидратации и целостности матрикса пульпозного ядра, которые опережают макроскопические изменения, видимые в T2-режиме [2, 19]. Таким образом, расхождение между X и стадией по Pfirrmann может указывать на раннюю, еще не визуализируемую стандартными методами стадию дегенерации, что открывает возможности для досимптомной диагностики.

Клинический пример пациентки Л. наглядно демонстрирует практическую ценность и повышенную чувствительность предложенного метода. При стандартной оценке по Pfirrmann диски на уровнях LII/LIII и LIII/LIV были отнесены к одинаковой II стадии дегенерации. Однако расчет коэффициента X выявил между ними существенную количественную разницу 0,61 и 0,68. Это различие, не уловимое при визуальном анализе, указывает на то, что дегенеративные изменения в диске LII/LIII являются более выраженными. Данный случай иллюстрирует, что коэффициент X обеспечивает более тонкую и объективную градацию состояния дисков. Это имеет прямое клиническое значение для стратификации пациентов, планирования тактики лечения (например, выбора мишени для интервенционных методов воздействия) и для динамического наблюдения. Количественный характер метода позволяет фиксировать незначительные изменения в состоянии диска еще до того, как они приведут к смене визуальной стадии по Pfirrmann. Для пациентов с длительным болевым синдромом, как в представленном случае, это открывает возможности для более точной диагностики и, как следствие, для более целенаправленного и эффективного лечения.

Заключение
Таким образом, коэффициент дегенерации X является объективным, воспроизводимым и аппаратно-независимым параметром, который дополняет и совершенствует существующие методы диагностики. Его способность количественно оценивать микроструктурные изменения позволяет выявлять ранние стадии дегенерации и проводить более точную стратификацию патологии, что подтверждается результатами исследования и разбором клинического случая. Определение коэффициента дегенерации по предложенной формуле повышает точность оценки и унифицирует результаты исследований, проведенных на различных томографах. Применение этого способа в клиниках, имеющих магнитно-резонансный томограф, не требует значительных дополнительных затрат и легко интегрируется в стандартный протокол исследования.

В отличие от стандартной МРТ, количественные методы, подобные предложенному, позволяют проводить неинвазивную микроструктурную характеристику тканей и выявлять ранние биохимические маркеры дегенерации. Несмотря на значительные перспективы, для широкого внедрения количественной МРТ в рутинную клиническую практику требуется дальнейшее совершенствование технологий и накопление доказательной базы.