rentradВестник рентгенологии и радиологииJournal of radiology and nuclear medicine0042-46762619-0478Limited Liability Company "LUCHEVAYA DIAGNOSTIKA", Russian Association of Radiologists10.20862/0042-4676-2016-97-6-357-364rentrad-187Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL RESEARCHДИФФУЗИОННО-ВЗВЕШЕННАЯ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ В ДИАГНОСТИКЕ ДЕГЕНЕРАЦИИ МЕЖПОЗВОНКОВЫХ ДИСКОВ ПОЯСНИЧНО-КРЕСТЦОВОГО ОТДЕЛА ПОЗВОНОЧНИКАDIFFUSION-WEIGHTED MAGNETIC RESONANCE IMAGING IN THE DIAGNOSIS OF INTERVERTEBRAL DISC DEGENERATION IN THE LUMBOSACRAL SPINEБывальцевВ. А.Byval’tsevV. A.

д. м. н., заведующий курсом нейрохирургии ИГМУ, руководитель Центра нейрохирургии ДКБ, заведующий научно-клиническим отделом нейрохирургии ИНЦХТ, профессор кафедры травматологии, ортопедии и нейрохирургии ИГМАПО

MD, PhD, DSc, Head of the Neurosurgery Course of the ISMU, Head of Neurosurgery Center of RCH, Head of Scientific and Clinical Department of Neurosurgery of ISCST, Professor of Department of Traumatology, Orthopedics and Neurosurgery of ISMAPE

byval75vadim@yandex.ruСтепановИ. А.StepanovI. A.

аспирант

Postgraduate

byval75vadim@yandex.ruКалининА. А.KalininA. A.

к. м. н., ассистент курса нейрохирургии ИГМУ, врач-нейрохирург Центра нейрохирургии ДКБ

MD, PhD, Assistant of Neurosurgery Course of ISMU, Neurosurgeon of Neurosurgery Center of RCH

byval75vadim@yandex.ruБелыхЕ. Г.BelykhE. G.

аспирант

Postgraduate

byval75vadim@yandex.ruГБОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России, ул. Красного Восстания, 1, Иркутск, 664003, Российская Федерация; НУЗ «Дорожная клиническая больница на ст. “Иркутск-Пассажирский”» ОАО «РЖД», ул. Боткина, 10, Иркутск, 664005, Российская Федерация; ФГБНУ «Иркутский научный центр хирургии и травматологии», ул. Борцов Революции, 1, Иркутск, 664003, Российская Федерация; ГБОУ ДПО «Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования» Министерства здравоохранения РФ, мкр Юбилейный, 100, Иркутск, 664049, Российская ФедерацияРоссияIrkutsk State Medical University, Ministry of Health of the Russia, ul. Krasnogo Vosstaniya, 1, Irkutsk, 664003, Russian Federation; Railway Clinical Hospital on the station “Irkutsk-Passazhirskiy” of Russian Railways Ltd., ul. Botkina, 10, Irkutsk, 664005, Russian Federation; Irkutsk Scientific Center of Surgery and Traumatology, ul. Bortsov Revolutsii, 1, Irkutsk, 664003, Russian Federation; Irkutsk State Medical Academy of Postgraduate Education, Ministry of Health of the RF, mikrorayon Yubileynyy, 100, Irkutsk, 664049, Russian FederationRussian FederationГБОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России, ул. Красного Восстания, 1, Иркутск, 664003, Российская ФедерацияРоссияIrkutsk State Medical University, Ministry of Health of the Russia, ul. Krasnogo Vosstaniya, 1, Irkutsk, 664003, Russian FederationRussian FederationГБОУ ВПО «Иркутский государственный медицинский университет» Минздрава России, ул. Красного Восстания, 1, Иркутск, 664003, Российская Федерация; НУЗ «Дорожная клиническая больница на ст. “Иркутск-Пассажирский”» ОАО «РЖД», ул. Боткина, 10, Иркутск, 664005, Российская ФедерацияРоссияIrkutsk State Medical University, Ministry of Health of the Russia, ul. Krasnogo Vosstaniya, 1, Irkutsk, 664003, Russian Federation; Railway Clinical Hospital on the station “Irkutsk-Passazhirskiy” of Russian Railways Ltd., ul. Botkina, 10, Irkutsk, 664005, Russian Federation;Russian FederationФГБНУ «Иркутский научный центр хирургии и травматологии», ул. Борцов Революции, 1, Иркутск, 664003, Российская ФедерацияРоссияIrkutsk Scientific Center of Surgery and Traumatology, ul. Bortsov Revolutsii, 1, Irkutsk, 664003, Russian FederationRussian Federation201614012017976357364Copyright © Бывальцев В.А., Степанов И.А., Калинин А.А., Белых Е.Г., 20172017Бывальцев В.А., Степанов И.А., Калинин А.А., Белых Е.Г.Byval’tsev V.A., Stepanov I.A., Kalinin A.A., Belykh E.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.russianradiology.ru/jour/article/view/187

Цель исследования – количественная оценка степени дегенерации межпозвонковых дисков (МПД) с помощью построения функциональных карт диффузионно-взвешенных изображений (ДВИ) и определение корреляционной зависимости между значениями измеряемого коэффициента диффузии (КД) и изменениями МПД на Т1- и Т2-взвешенных изображениях. Материал и методы. Исследованы 545 МПД у 109 пациентов, не имеющих в анамнезе болевого синдрома в спине и оперативных вмешательств на позвоночнике. Всем пациентам выполнена МРТ поясничного отдела позвоночника, построены карты ДВИ и определены значения КД. Результаты. Для каждого из пяти МПД определялись статистически значимые различия средних значений КД. Результаты множественного регрессионного анализа показали, что возраст и степень дегенерации являются наиболее значимыми факторами. Степень дегенерации МПД отрицательно коррелирует со значениями КД на всех уровнях (р<0,001). Также имеет место отрицательная корреляционная зависимость между возрастом и значением КД на всех уровнях (р<0,001). Однако пол не влияет на значение КД (р>0,05), за исключением уровня LIII–IV. Заключение. Возраст и степень дегенеративных изменений МПД влияют на значение КД. Значения КД отрицательно коррелируют со степенью дегенерации МПД по Pfirrmann и возрастом исследованных пациентов. Режим ДВИ МРТ может быть использован в качестве перспективного неинвазивного метода диагностики ранних стадий дегенерации МПД. 

Objective: to quantify the degree of degeneration of intervertebral discs (IVDs), by constructing functional diffusion-weighted imaging (DWI) maps, and to determine a correlation between the measured diffusion coefficient (DC) values and IVD changes on T1- and T2-weighted images. Material and methods. 545 IVDs were examined in 109 patients with no history of back pain syndrome and surgical spinal interventions. All the patients underwent magnetic resonance imaging of the lumbar spine; DWI maps were constructed and DC values estimated. Results. Statistically significant differences in the mean values of DC were determined for each of five IVDs. Multiple regression analysis showed that age and degree of degeneration were the most significant factors. The degree of IVD degeneration was negatively correlated with the values of DC at all levels (p<0.001). Also, there was a negative correlation between age and the value of DC at all levels (p<0.001). However, gender did not affect the value of DC (p>0.05), with the exception of L3-4. Conclusion. Age and the degree of degenerative changes in IVDs affect the value of DC. The value of DC is negatively correlated with the IVD degeneration graded by Pfirrmann and with the age of the examined patients. DW MRI can be used as a promising noninvasive method to diagnose the early stages of IVD degeneration.

диффузионно-взвешенная магнитно- резонансная томографиядегенерация межпозвонкового дискакоэффициент диффузиикарта диффузионно-взвешенных изображенийdiffusion-weighted magnetic resonance imagingintervertebral disc degenerationdiffusion coefficientdiffusionweighted imagesReferencesAn H.S., Anderson P.A., Haughton V.M., Iatridis J.C., Kang J.D., Lotz J.C. et al. (2004) Introduction: disc degeneration: summary. Spine. 2010; 29 (23): 2677–8.An H.S., Anderson P.A., Haughton V.M., Iatridis J.C., Kang J.D., Lotz J.C. et al. (2004) Introduction: disc degeneration: summary. Spine. 2010; 29 (23): 2677–8.Smith L.J., Kurmis A.P., Slavotinek J.P., Fazzalari N.L. In vitro evaluation of a manganese chloride phantom-based MRI technique for quantitative determination of lumbar intervertebral disc composition and condition. Eur. Spine J. 2011; 20 (3): 434–9.Smith L.J., Kurmis A.P., Slavotinek J.P., Fazzalari N.L. In vitro evaluation of a manganese chloride phantom-based MRI technique for quantitative determination of lumbar intervertebral disc composition and condition. Eur. Spine J. 2011; 20 (3): 434–9.Kettler A., Wilke H. Review of existing grading systems for cervi cal or lumbar disc and facet joint degeneration. Eur. Spine J. 2006; 15 (6): 705–18.Kettler A., Wilke H. Review of existing grading systems for cervical or lumbar disc and facet joint degeneration. Eur. Spine J. 2006; 15 (6): 705–18.Theilmann R.J., Borders R., Trouard T.P., Xia G., Outwater E., Ranger-Moore J. et al. Changes in water mobility measured by diffusion MRI predict response of metastatic breast cancer to chemotherapy. Neoplasia. 2012; 6 (6): 831–7.Theilmann R.J., Borders R., Trouard T.P., Xia G., Outwater E., Ranger-Moore J. et al. Changes in water mobility measured by diffusion MRI predict response of metastatic breast cancer to chemotherapy. Neoplasia. 2012; 6 (6): 831–7.Ohgiya Y., Oka M., Hiwatashi A., Liu X., Kakimoto N., Westesson P.A. et al. Diffusion tensor MR imaging of the cervical spinal cord in patients with multiple sclerosis. Eur. Radiol. 2010; 17 (10): 2499–504.Ohgiya Y., Oka M., Hiwatashi A., Liu X., Kakimoto N., Westesson P.A. et al. Diffusion tensor MR imaging of the cervical spinal cord in patients with multiple sclerosis. Eur. Radiol. 2010; 17 (10): 2499–504.Khalil C., Hancart C., Le Thuc V., Chantelot C., Chechin D., Cotton A. Diffusion tensor imaging and tractography of the median nerve in carpal tunnel syndrome: preliminary results. Eur. Radiol. 2013; 18 (10): 2283–91.Khalil C., Hancart C., Le Thuc V., Chantelot C., Chechin D., Cotton A. Diffusion tensor imaging and tractography of the median nerve in carpal tunnel syndrome: preliminary results. Eur. Radiol. 2013; 18 (10): 2283–91.Antoniou J., Demers C.N., Beaudoin G., Goswami T., Mwale F., Aebi M. et al. Apparent diffusion coefficient of intervertebral discs related to matrix composition and integrity. Magn. Reson. Imaging. 2014; 22 (7): 963–72.Antoniou J., Demers C.N., Beaudoin G., Goswami T., Mwale F., Aebi M. et al. Apparent diffusion coefficient of intervertebral discs related to matrix composition and integrity. Magn. Reson. Imaging. 2014; 22 (7): 963–72.Beattie P.F., Morgan P.S., Peters D. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging of normal and degenerative lumbar intervertebral discs: a new method to potentially quantify the physiologic effect of physical therapy intervention. J. Orthop. Sports. Phys. Ther. 2010; 38 (2): 42–9.Beattie P.F., Morgan P.S., Peters D. Diffusion-weighted magnetic reso nance imaging of normal and degenerative lumbar intervertebral discs: a new method to potentially quantify the physiologic effect of physical therapy intervention. J. Orthop. Sports. Phys. Ther. 2010; 38 (2): 42–9.Kealey S.M., Aho T., Delong D., Barboriak D.P., Provenzale J.M., Eastwood J.D. Assessment of apparent diffusion coefficient in normal and degenerated intervertebral lumbar disks: initial experience. Radiology. 2015; 235 (2): 569–74.Kealey S.M., Aho T., Delong D., Barboriak D.P., Provenzale J.M., Eastwood J.D. Assessment of apparent diffusion coefficient in normal and degenerated intervertebral lumbar disks: initial experience. Radiology. 2015; 235 (2): 569–74.Niinimaki J., Korkiakoski A., Ojala O., Karppinen J., Ruohonen J., Haapea M. et al. Association between visual degeneration of intervertebral discs and the apparent diffusion coefficient. Magn. Reson. Imaging. 2009; 27 (5): 641–7.Niinimaki J., Korkiakoski A., Ojala O., Karppinen J., Ruohonen J., Haapea M. et al. Association between visual degeneration of intervertebral discs and the apparent diffusion coefficient. Magn. Reson. Imaging. 2009; 27 (5): 641–7.Williams J.R. The Declaration of Helsinki and public health. Bull. World Health Organ. 2008; 86 (8): 650–2.Williams J.R. The Declaration of Helsinki and public health. Bull. World Health Organ. 2008; 86 (8): 650–2.Pfirrmann C.W., Metzdorf A., Zanetti M., Hodler J., Boos N. Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration. Spine. 2001; 26 (17): 1873–8.Pfirrmann C.W., Metzdorf A., Zanetti M., Hodler J., Boos N. Magnetic resonance classification of lumbar intervertebral disc degeneration. Spine. 2001; 26 (17): 1873–8.Siemionow K., An H., Masuda K., Andersson G., Cs-Szabo G. The Effects of age, gender, ethnicity, and spinal level on the rate of intervertebral disc degeneration. A review of 1712 intervertebral discs. Spine. 2011; 36 (17): 1333–9.Siemionow K., An H., Masuda K., Andersson G., Cs-Szabo G. The Effects of age, gender, ethnicity, and spinal level on the rate of intervertebral disc degeneration. A review of 1712 intervertebral discs. Spine. 2011; 36 (17): 1333–9.Бардонова Л.А., Белых Е.Г., Степанов И.А., Бывальцев В.А. Роль матричных металлопротеиназ и провоспалительных цитокинов в регенерации межпозвонкового диска. Тихоокеанский медицинский журнал. 2015; 4: 21–6.Bardonova L.A., Belykh E.G., Stepanov I.A., Byval’tsev V.A. Role of matrix metalloproteinases and proinflammatory cytokines in intervetrtebral disc regeneration. Tikhookeanskiy Meditsinskiy Zhurnal (Pacific Medical Journal, Russian journal). 2015; 4: 21–6 (in Russ.).Keller T.S., Colloca C.J., Harrison D.E., Harrison D.D., Janik T.J. Influence of spine morphology on intervertebral disc loads and stresses in asymptomatic adults: implications for the ideal spine. Spine J. 2013; 5 (3): 297–309.Keller T.S., Colloca C.J., Harrison D.E., Harrison D.D., Janik T.J. Influence of spine morphology on intervertebral disc loads and stresses in asymptomatic adults: implications for the ideal spine. Spine J. 2013; 5 (3): 297–309.Belykh E., Giers M., Bardonova L., Theodore N., Preul M., Byvaltsev V. The role of bone morphogenetic proteins 2, 7, and 14 in approaches for intervertebral disk restoration. World Neurosurg. 2015; 84 (4): 870–7.Belykh E., Giers M., Bardonova L., Theodore N., Preul M., Byvaltsev V. The role of bone morphogenetic proteins 2, 7, and 14 in approaches for intervertebral disk restoration. World Neurosurg. 2015; 84 (4): 870–7.Anderson D.G., Tannoury C. Molecular pathogenic factors in symptomatic disc degeneration. Spine J. 2011; 4: 260–6.Anderson D.G., Tannoury C. Molecular pathogenic factors in symptomatic disc degeneration. Spine J. 2011; 4: 260–6.Roughley P.J. Biology of intervertebral disc aging and degeneration: involvement of the extracellular matrix. Spine. 2009; 29 (23): 2691–9.Roughley P.J. Biology of intervertebral disc aging and degeneration: involvement of the extracellular matrix. Spine. 2009; 29 (23): 2691–9.Бывальцев В.А., Белых Е.Г., Степанов И.А., Гиерс М., Прул М. Цитокиновые механизмы дегенерации межпозвонкового диска. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2015; 6: 5–11.Byval’tsev V.A., Belykh E.G., Stepanov I.A., Giers M., Prul M. Cytokine’s mechanisms of intervertebral disc degeneration. Sibirskiy Meditsinskiy Zhurnal (Irkutsk) (Siberian Medical Journal (Irkutsk), Russian journal). 2015; 6: 5–11 (in Russ.).Takatalo J., Karppinen J., Niinimaki J., Taimela S., Mutanen P., Sequeiros R.B. et al. Association of modic changes, Schmorl’s nodes, spondylolytic defects, high-intensity zone lesions, disc herniations, and radial tears with low back symptom severity among young Finnish adults. Spine. 2012; 37 (14): 1231–9.Takatalo J., Karppinen J., Niinimaki J., Taimela S., Mutanen P., Sequeiros R.B. et al. Association of modic changes, Schmorl’s nodes, spondylolytic defects, high-intensity zone lesions, disc herniations, and radial tears with low back symptom severity among young Finnish adults. Spine. 2012; 37 (14): 1231–9.Wang Y.X., Griffith J.F. Effect of menopause on lumbar disc degeneration: potential etiology. Radiology. 2012; 257 (2): 318–20.Wang Y.X., Griffith J.F. Effect of menopause on lumbar disc degeneration: potential etiology. Radiology. 2012; 257 (2): 318–20.Kim K.W., Chung H.N., Ha K.Y., Lee J.S., Kim Y.Y. Senescence mechanisms of nucleus pulposus chondrocytes in human intervertebral discs. Spine J. 2009; 9 (8): 658–66.Kim K.W., Chung H.N., Ha K.Y., Lee J.S., Kim Y.Y. Senescence mechanisms of nucleus pulposus chondrocytes in human intervertebral discs. Spine J. 2009; 9 (8): 658–66.Rodriguez A.G., Slichter C.K., Acosta F.L., Rodriguez-Soto A.E., Burghardt A.J., Majumdar S. et al. Human disc nucleus properties and vertebral end-plate permeability. Spine. 2011; 36 (7): 512–20.Rodriguez A.G., Slichter C.K., Acosta F.L., Rodriguez-Soto A.E., Burghardt A.J., Majumdar S. et al. Human disc nucleus properties and vertebral end-plate permeability. Spine. 2011; 36 (7): 512–20.Rodriguez A.G., Rodriguez-Soto A.E., Burghardt A.J., Berven S., Majumdar S., Lotz J.C. Morphology of the human vertebral end-plate. J. Orthop. Res. 2012; 30 (2): 280–7.Rodriguez A.G., Rodriguez-Soto A.E., Burghardt A.J., Berven S., Majumdar S., Lotz J.C. Morphology of the human vertebral end-plate. J. Orthop. Res. 2012; 30 (2): 280–7

The authors declare that there are no conflicts of interest present.