腰椎Modic改变的影像学研究进展及意义

腰椎Modic改变是指腰椎终板及终板下骨质在MRI上的异常信号改变。Roos等[1]于1987年率先报道了在腰椎间盘退变性疾病患者的MRI中发现邻近终板区域的椎体信号异常。1988年Modic等[2]系统描述了在退变的腰椎间盘终板及终板下骨质MRI信号改变的类型、分型标准及组织学变化。近年来，随着MRI在腰椎退变性疾病诊断中的广泛应用,广大学者将腰椎间盘退变性疾病( degenerative disc diseases,DDD)中终板及终板下骨质MRI信号的改变皆称之为腰椎Modic改变。目前对于腰椎Modic改变的研究正在逐步的深入，现将腰椎Modic改变的MRI研究进展作一概述。

1 腰椎Modic改变的解剖学特点

上下软骨终板是椎间盘的一个重要结构,是位于椎间盘与骨性终板间的薄层透明软骨, 它覆盖椎间盘的上下部分,分别将椎间盘固定于椎体的骨性终板上,每个软骨终板都覆盖骨性终板的大部分,只保留周围少部分骨环。椎体被软骨终板覆盖的部分称为骨性终板或软骨下骨,它是椎体的一部分。尽管软骨终板和骨性终板属于不同结构,但会同时受到力学因素的影响,而且退变的终板在影像学上也很难将二者区分开。事实上,无论临床还是基础研究,尤其在力学研究中, 软骨终板与骨性终板常被视为一个整体终板除具有在椎体和椎间盘之间起组织转换和阻止含水髓核突入椎体内部的作用外,同时兼有吸收脊柱负荷产生静水压的功能[3]。很多研究阐明了Modic改变的分布特点。Modic等[4]研究发现，Modic改变最先出现于L4～5，L5～S1节段。Kuisma[5]等的研究证实了上述观点，同时也证实了Modic改变的深度和范围也以L4～5，L5～S1节段最为广泛。终板的病理、生理变化均会影响椎间盘的功能,反之亦然。因此研究终板退变对于揭示椎间盘退变的及下腰痛机理是十分必要。

2 Modic改变的发生机制

目前学者普遍认为Modic改变的形成可能与以下几个因素有关：(1)椎间盘退变终板承受的轴向载荷及应力增加→影响局部骨髓的微环境, 骨髓在组织学上发生改变[6]；(2)反复的力学负荷→终板及终板下骨显微骨折；(3)椎间盘重复性创伤→髓核内部炎性物质(肿瘤坏死因子/PGP/白细胞介素)产生→通过终板扩散导致局部炎症[7]；(4)低毒力感染等因素。

3 腰椎Modic改变的分型及影像学表现

Modic将终板的Modic改变分为3型:Ⅰ型(又称为炎症期或水肿期),表现为T1加权像上提示为低信号,在T2加权像上为高信号;Ⅱ型(脂肪期或黄骨髓期),在T1加权像呈高信号,T2加权像上表现为等信号或轻度高信号,脂肪抑制像表明该变化主要由大量脂肪沉积所致；Ⅲ型(骨质硬化期)，在T1加权像及T2加权像上均表现为低信号。相应的组织学表现为:Ⅰ型改变表现为纤维血管组织替代(炎症修复期),即骨性终板撕裂,终板及终板下区域有丰富的肉芽组织长入,纤维血管组织替代了增厚的骨小梁间的正常骨髓；Ⅱ型改变表现为黄骨髓替代,在慢性受损的终板及终板下区域,大量脂肪细胞沉积；Ⅲ型改变表现为终板及终板下硬化骨替代。在临床工作中，Ⅰ型，Ⅱ型较常见，Ⅲ型很少出现。随着Modic分型在临床应用越来越广泛，退变终板MRI检查中常常出现Ⅰ型，Ⅱ型混合改变，Fayad等[8]在原分型基础上，又加分两型，ModicⅠ-2型（兼有水肿和脂肪变性，以水肿变性为主），ModicⅡ-1型（兼有水肿和脂肪变性，以脂肪变性为主），然而此分型尚未得到学术界的广泛认同。

4 Modic改变与腰痛关联性研究中的影像学作用

椎间盘退变和终板异常可能是椎间盘源性下腰痛的病因［9］。软骨终板及终板下骨有承载椎间盘负荷的作用，该载荷区长期过度负载，终板会出现裂隙，尤其是伴有骨质疏松的患者，病变更易继续加重，可能发展为微骨折。如果终板损伤是近期的，T1加权像为低信号，T2加权像为高信号；如果椎间盘因为脱水而丢失缓冲功能，这种损伤继续加重。随着病程的延长，临近终板的软骨细胞凋亡增加，红骨髓被脂肪代替，ModicⅠ型可演变成ModicⅡ型，MRI表现为T1加权像该区信号增强,T2加权像则表现为等信号或轻度增强信号。Burke等［10］报道，在不同Modic改变的患者中终板内IL6、IL8及PGE2水平有差异，他们强调ModicⅠ型以下腰痛为主，ModicⅡ型以坐骨神经痛为主。ModicⅠ型者促炎症因子增加，导致终板水肿，终板下骨微骨折，终板裂隙血管增加，神经末梢增多，最终ModicⅠ型被ModicⅡ型代替，红骨髓被脂肪代替。ModicⅡ型改变可维持2～3年，继而发展为ModicⅢ型［10］。ModicⅢ型X线片病变处表现为硬化，腰椎终板接近自身融合。Ohtori等[11]采用免疫组织化学方法检测18例患者终板的肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)及蛋白基因产物(protein gene product， PGP)9.5的表达,其中椎间盘源性腰痛患者14例(Modic改变Ⅰ型4例,Ⅱ型5例,无Modic改变者5例),对照4例(脊柱侧凸2例,腰椎新鲜爆裂骨折2例,均无Modic改变),作者发现Ⅰ型和Ⅱ型组TNF及PGP9.5高表达,且Ⅰ型比Ⅱ型组表达更高,而无Modic改变组则为低表达或不表达。表明终板的异常改变与 TNF 诱导的炎症反应及神经轴突长入有关,并推测终板的TNF高表达及PGP9.5阳性的神经轴突长入可能是椎间盘源性腰痛的原因之一。Modic改变可能与椎间盘源性腰痛有关,但目前尚存在争议,上述分歧在于学者们选择研究的对象、方法及样本含量不同。

5 Modic改变与腰椎退行性变关联性研究中的影像学作用

Modic等[2]对474例腰痛患者(除外肿瘤患者)的腰椎MRI 研究发现,在593个(323例)不同程度退变的椎间盘中有137个(97例)出现Modic改变,表明在所有退变的椎间盘中约有1/5出现Modic改变。而所有发现 Modic改变的病例均存在不同程度的腰椎间盘退变,如椎间隙的狭窄、髓核或整个椎间盘在T2加权像上表现为低信号、椎间盘膨出或突出等[2]。Kokkonen等[12]对36例疑为椎间盘源性腰痛患者行腰椎MRI及CT引导下椎间盘造影术(L3/4、L5/S1),共108个椎间盘,其中5个L5/S1椎间盘穿刺失败,造影成功103个椎间盘,椎间盘退变程度根据达拉斯椎间盘造影描述法(dallas discogram description)分级标准评价:0级, 造影剂位于髓核内;1级,造影剂充填少于10%的纤维环；2级,造影剂充填10%～50%的纤维环;3级,造影剂充填大于50%的纤维环。103个椎间盘中,Ⅰ型Modic改变17个,其中椎间盘退变1级4个,2级8个,3 级5个;Ⅱ型20个,其中椎间盘退变1级1个,2级4个,3级15个；Ⅲ型2个,其中椎间盘退变2级1个,3 级1个；无 Modic 改变者64个,其中椎间盘退变0级7个,1级29个,2级22个,3级6个。而Karchevsky等[13]对100例患者(具体疾病不详,连续抽取已行腰椎MRI的患者116例,除外16例腰椎手术患者)腰椎MRI研究发现,58例共422个终板及终板下骨质出现Modic改变,其中Ⅰ型171个,Ⅱ型242个,Ⅲ型9个,涉及上终板及终板下骨质202个,下终板及终板下骨质220个。可见，MRI检查出现终板及终板下骨质改变者均有不同程度的椎间盘退变,说明Modic改变与腰椎间盘退变有关。

6 影像学观察下的Modic改变治疗效果的研究

Modic等[2]研究发现,Ⅰ型Modic改变患者不经任何干预发展成为Ⅱ型Modic改变约需要14～ 36个月,木瓜水解蛋白酶可加速Ⅰ型向Ⅱ型的演变过程,而Ⅱ型Modic改变至少保持稳定2～3 年,其发展成Ⅲ型Modic改变时间目前尚未明确。Buttermann[14]采用硬膜外皮质激素注射(epidural steroid injections,ESI)或椎间盘内皮质激素注射( intradiscal steroid injections,ISI)治疗DDD并随访2年,ESI 组232例,其中伴有Ⅰ型Modic改变者93例,不伴有Ⅰ型者139例；ISI组171例,其中伴有Ⅰ型Modic改变者78例,不伴有Ⅰ型者93例,采用VAS评分、Oswestry残疾指数(oswestry disability index,ODI)、疼痛图等评价,不论是 ESI 组还是ISI组,最初6个月内伴Ⅰ型变化组与不伴Ⅰ型变化组相比,疼痛和功能评分改善明显, 6个月后伴Ⅰ型变化组与不伴Ⅰ型变化组效果相近。Toyone等[15]推断Ⅰ型Modic改变与腰椎不稳密切相关,与Ⅱ型改变相比更需要进行融合术。Chataigner等[16]采用前路椎间盘切除、椎间融合术治疗伴有Ⅰ型改变的腰痛患者29例, 均获得骨性融合,26例疼痛缓解满意,3例仍有轻微疼痛。Lang等[17]发现行腰椎融合术的Ⅰ型患者发生假关节时, 复查MRI中Ⅰ型信号持续存在。Vital等[18]采用后路椎弓根内固定及后外侧植骨融合术治疗Ⅰ型患者17例, 术后随访6个月,均获得满意疗效,13例术后演变为Ⅱ型,4例变为正常的终板下骨质信号。目前临床干预措施多集中于Ⅰ型改变者, 大多取得满意疗效。本研究结果显示，ModicⅠ型患者行椎间融合术临床效果优于ModicⅡ型，说明MRI的Modic征表现对指导临床治疗具有重要意义。

7 Modic改变与椎间盘造影的研究

椎间盘造影一直是诊断椎间盘源性腰痛的有效手段。Braithwaite等[19]对58例拟诊为椎间盘源性腰痛患者进行腰椎MRI及椎间盘造影检查发现,椎间盘造影对椎间盘源性腰痛的敏感度为86.7%,特异度为79%,阴性预测值为80.3%,阳性预测值为85.7%。在进行椎间盘造影的152个椎间隙中,有23个椎间盘出现Modic改变,在这23个椎间隙中造影诱发腰痛者有21个,其余2个未出现诱发疼痛；而无Modic改变的129个椎间盘中,仅有69个在造影时诱发腰痛,敏感度为23.3%,特异度为96.8%,阴性预测值为46.5%,阳性预测值为96.3%。上述研究表明Modic 改变对腰椎间盘源性疼痛的诊断有较高价值,与椎间盘造影基本一致,但敏感度较低。而且对少数MRI表现正常信号的病例进行椎间盘造影也能诱发疼痛,此时造影提示椎间盘纤维环外层有放射状撕裂,表明 MRI检查并不能完全取代椎间盘造影。Saifuddin等[20]在20例椎间盘造影术前及术后2h内行MRI检查,其中7例在术后平均72d时再次行MRI检查,发现终板及终板下区域均无新的信号出现,提示无并发症的椎间盘造影不会导致腰椎Modic改变出现；如椎间盘造影术后出现类似于Modic改变的变化,可能存在椎间隙的感染。

总之，具有显著影像学特征的腰椎Modic改变的研究需要充分运用生理学、病理学、生物学、生物力学、影像学、药物学以及临床医学等多种专业研究手段，才能逐渐揭示其内在的特点以及与腰椎病的相关性，从而为研究腰椎退行性变和下腰痛提供有力的帮助。

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