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第一部分腰椎间盘退变的T2 mapping、T2*mapping直方图分析研究目的:探索T2、T2*值直方图分析评估椎间盘退变（Intervertebral disc degeneration,IVDD）、表征椎间盘结构异质性以及鉴别下腰痛（Low back pain,LBP）患者及正常人的可行性。材料与方法:收集同时行腰椎常规磁共振成像（Magnetic resonance imaging,MRI）及轴位T2 mapping、T2*mapping成像检查的61例慢性非特异性LBP患者及20例年龄匹配的正常对照者的394个腰椎间盘。依据退变分级方法Pfirrmann分级将所有椎间盘分为Ⅰ-Ⅴ级。应用后处理软件获得椎间盘的T2、T2*值直方图参数,包括平均值、中位数、第5、10、25、75、90和95百分位数（5th、10th、25th、75th、90th、95th）、标准差、偏度、峰度和熵。计算椎间盘的T2*伪彩图上“红色区域”的面积占整个椎间盘横截面积的比例,即“红色区域面积比率（Red zone ratio,RZR）”。使用统计学方法探索T2、T2*值直方图参数、RZR与Pfirrmann分级的关系,以及它们在LBP组和正常对照组的差异。结果:两位放射科医师对394个腰椎间盘的Pfirrmann分级的观察者内一致性极好（放射医师1:κ=0.847,p<0.001;放射医师2:κ=0.834,p<0.001）,观察者间一致性良好（κ=0.715,p<0.001）。椎间盘的各T2、T2*值直方图参数的组间相关系数（Intraclass correlation coefficient,ICC）为0.901-0.992,95%置信区间（Confidence intervals,CIs）为0.878-0.994,测量的可重复性为良好到极好。所有T2、T2*值直方图参数与Pfirrmann分级均具有统计学相关关系（p<0.001）,并具有区分正常（I-II级）和退变（III-Ⅴ级）椎间盘的诊断价值,曲线下面积（Area under the curve,AUC）为0.605-0.880（p<0.001）。椎间盘的T2*伪彩图上可以见到明亮的“红色区域”,在直方图中显示为右侧一个单独的峰。RZR的范围为0.517%-30.598%,平均值为9.889%±6.606。RZR与Pfirrmann分级呈高度负相关关系（r=-0.708,p<0.001）,且可以区分正常和退变的椎间盘（AUC=0.884,p<0.001）,相关系数r及AUC均高于前述所有的直方图参数。所有T2、T2*值直方图参数及RZR在LBP组和正常对照组之间差异均无统计学意义（p=0.130-0.777）。结论:本研究证实了T2、T2*mapping直方图分析用于检测和评估IVDD的可行性,但其诊断LBP的价值还有待进一步研究。本研究发现的椎间盘T2*伪彩图上的“红色区域”可能为椎间盘的解剖学、组织学、退变机制和治疗的研究提供新思路和新方向。第二部分髓核和纤维环分界的定量研究:基于T2弛豫时间的高斯拟合直方图分析目的:探讨基于T2弛豫时间的高斯拟合直方图分析定量髓核（Nucleus pulposus,NP）和纤维环（Annulus fibrosus,AF）界限以及早期精准评估椎间盘退变（Intervertebral discs degeneration,IVDD）的可行性。材料与方法:收集同时行腰椎常规MRI及轴位T2 mapping检查的61例慢性非特异性下腰痛（Low back pain,LBP）患者及20例年龄匹配的正常对照者的394个腰椎间盘。依据Pfirrmann分级方法将所有椎间盘分为Ⅰ-Ⅴ级。首先通过后处理软件获得AF、NP的T2值的平均值（Mean）和标准差（Standard deviation,SD）,分别记为Mean1、SD1和Mean2、SD2,以及200组构成直方图的单体素值及频数。然后使用MATLAB软件依据200组体素值及频数生成AF和NP的T2值直方图及高斯拟合曲线。提取两条高斯拟合线的特征参数,包括AF和NP的高斯均值（μ）和半高全宽（W）,记为μ1、W1和μ2、W2,并获得反映AF和NP界限的定量参数△μ=μ2–μ1。评估上述定量参数与Pfirrmann分级的关系以及各参数在LBP组和正常对照组间的差异。结果:两位放射科医师对394个腰椎间盘的Pfirrmann分级的观察者内一致性极好（放射医师1:κ=0.847,p<0.001;放射医师2:κ=0.834,p<0.001）,观察者间一致性良好（κ=0.715,pμ2）。所有定量参数的ICC的范围是0.919-0.979,测量可重复性极好。AF的Mean1、SD1和W1与Pfirrmann分级无统计学相关关系（p=0.202-0.911）,μ1与Pfirrmann分级低度相关（r=0.108,p=0.032）。NP的Mean2（r=-0.630）、SD2（r=-0.422）和W2（r=-0.652）与Pfirrmann分级中度负相关（p<0.001）,μ2（r=-0.714）和△μ（r=-0.751）与Pfirrmann分级高度负相关（p0.05）。对于区分I和II级、II和III级、III和Ⅳ级,W2具有比SD2高的AUC（p=0.008;0.002;0.000）。在区分I和II级、II和III级、Ⅲ和Ⅳ级时,μ2+W2+△μ组合的AUC显著高于Mean2+SD2组合（p=0.048;0.000;0.000）。所有的定量参数在LBP组和正常对照组间差异无统计学意义（p=0.084-0.978）。结论:本研究证实了应用基于T2弛豫时间的高斯拟合直方图分析定量椎间盘的AF和NP的界限的可行性。较传统的平均值或SD,该方法得到的高斯拟合定量参数与Pfirrmann分级具有更强的相关性和更好的区分不同退变分级的能力,特别是反映AF和NP界限的高斯参数△μ。第三部分腰椎小关节骨关节炎的T2 mapping、T2*mapping直方图分析及与椎间盘退变的相关性研究目的:探索T2、T2*值直方图分析用于评估腰椎小关节骨关节炎（Facet joint osteoarthritis,FJOA）的可行性,并探索FJOA与椎间盘退变（Intervertebral discs degeneration,IVDD）的相关性。材料与方法:收集同时行腰椎常规MRI及轴位T2 mapping、T2*mapping检查的61例慢性非特异性下腰痛（Low back pain,LBP）患者及20例年龄匹配的正常对照者,共394个腰椎间盘,788个腰椎小关节。分别依据Pfirrmann和Weishaupt分级方法将IVDD分为Ⅰ-Ⅴ级、将FJOA分为0-3级,并按照年龄将所有研究对象分入5个年龄组。计算每个年龄组椎间盘和椎小关节的退变比率:退变比率=异常个数/总数。使用后处理软件获得椎小关节的T2、T2*值直方图参数。评估T2、T2*值直方图参数与Weishaupt分级的关系以及鉴别正常和退变椎小关节的能力。比较不同年龄组椎间盘及椎小关节的退变比率的差异,探索“三关节复合体”中椎间盘和椎小关节直方图参数的相关性以及退变分级的相关性。结果:两位放射科医师对788个腰椎小关节的Weishaupt分级的观察者内一致性（放射医师1:κ=0.422,p<0.001;放射医师2:κ=0.454,p<0.001）及观察者间一致性中等（κ=0.405,p<0.001）。20-29岁组包含22名受试者的109个椎间盘和218个椎小关节,30-39岁组包含18名受试者的87个椎间盘和174个椎小关节,40-49岁组包含16名受试者的80个椎间盘和160个椎小关节,50-59岁组包含有13名受试者的59个椎间盘和118个椎小关节,60-69岁年龄组包含12名受试者的59个椎间盘和118个椎小关节。5个年龄组椎间盘的退变比率依次为15.60%、22.99%、56.25%、93.22%、94.92%,椎小关节的退变比率依次为36.7%、39.08%、43.75%、64.41%、73.73%。仅T2值的一些参数（平均值、中位数、第5、10、25和75百分位数）的测量可重复性良好（ICC=0.777-0.875）,其他参数的测量可重复性由低到中等不等（ICC=0.158-0.684）。仅T2值的平均值、中位数、第5、10、25、75百分位数、偏度、峰度以及T2*值的平均值与Weishaupt分级具有低度相关关系（|r|=0.072-0.246,p<0.05）。仅T2值的平均值、中位数、第5、10、25、75百分位数、偏度和峰度具有鉴别正常（Weishaupt 0和1级）和退变（2和3级）椎小关节的能力（AUC=0.546-0.620）。“三关节复合体”中椎间盘与椎小关节的退变分级间呈低度正相关关系（左:Kendall’s tau-b=0.256,p<0.001;右:Kendall’s tau-b=0.300,p<0.001）,两椎小关节间的退变分级呈中度正相关（Kendall’s tau-b=0.541,p<0.001）。椎小关节T2值的10th（p=0.045）、T2*值的平均值（p=0.004）、75th（p=0.015）、90th（p=0.044）和熵（p=0.001）在LBP组和正常对照组之间差异具有统计学意义。结论:在小于39岁的年龄组中,椎小关节的退变比率高于椎间盘。“三关节复合体”中椎间盘和椎小关节具有相互影响的关系,但不如成对的椎小关节间的相互关联性强。T2、T2*值直方图分析对诊断FJOA的可行性还有待进一步研究。但椎小关节的部分T2、T2*值直方图参数（包括T2值的10th、T2*值的平均值、75th、90th和熵）具有鉴别LBP患者和正常人的潜在诊断价值。