MRI技術(shù)在腰椎間盤突出癥中對脊柱多裂肌的定量分析

戴凱峰， 黃永礎(chǔ)， 蔡雅麗， 汪林， 林錢森

腰椎間盤突出癥是一種常見的腰椎疾病，常引起腰痛、肌肉痙攣和運動受限［1?3］。腰椎間盤突出癥除了通過壓迫神經(jīng)根引起神經(jīng)根病變相關(guān)征象和癥狀外，腰椎間盤突出癥的存在還會影響椎旁肌，但在臨床實踐中往往被忽視［4?7］。椎旁肌在腰椎功能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定中起著重要作用，其中最內(nèi)側(cè)的多裂肌因其獨特的神經(jīng)支配而受到特別關(guān)注［8］。與椎旁肌肉系統(tǒng)的其他組成部分不同，多裂肌具有來自節(jié)段神經(jīng)后根內(nèi)側(cè)支的單側(cè)神經(jīng)支配。越來越多的文獻(xiàn)描述了腰椎間盤突出癥患者多裂肌的大小和組成，并使用磁共振成像（MRI）測量［3?8，9?12］。測量多裂肌橫截面積的價值一直是一個有爭議的話題［13］。然而，通過測量MRI信號強度來間接評估腰椎多裂肌，在描述肌肉疝出的影響方面，已被證明優(yōu)于橫斷面面積測量［12，14?17］。然而，這些測量通常是復(fù)雜和耗時的，并且需要額外的軟件程序，這大大影響了測量工作效率。

本研究的目的是評估單側(cè)腰椎間盤突出癥患者L4/L5或L5/S1腰椎多裂肌群的組成，采用MRI視覺定性分級系統(tǒng)，并與MRI信號強度測量的定量結(jié)果進(jìn)行比較。此外，定量和定性結(jié)果與癥狀持續(xù)時間和疝的嚴(yán)重程度進(jìn)行比較。

1 臨床資料與方法

1.1 研究人群

本研究回顧性分析從2017年1月至2018年10月我院在放射科進(jìn)行檢查50例患者。研究對象為MRI診斷為單側(cè)后外側(cè)（也稱為關(guān)節(jié)下）椎間盤突出，導(dǎo)致L4/L5或L5/S1水平神經(jīng)根受壓的患者。

納入標(biāo)準(zhǔn)：患者年齡為≥18周歲；臨床診斷為單側(cè)小腿癥狀，與疝側(cè)及水平一致；均接受脊柱MRI掃描檢查。

排除標(biāo)準(zhǔn)：脊柱手術(shù)史；惡性腫瘤史；在MRI檢查前1個月有急性外傷史的脊柱雙側(cè)或多層病變患者；臨床癥狀與MRI不一致的患者；椎旁肌水腫患者。

本研究得到我院倫理委員會的批準(zhǔn)。所有參與本研究的對象均簽署了書面知情同意書。

1.2 MRI圖像獲取

所有MRI圖像獲得均在同一臺3.0 T12通道脊柱線圈（Magnetom Avanto；Siemens Medical Solu?tions，Erlangen，Germany）。腰椎MRI包括軸向T2加權(quán)像（重復(fù)時間［TR］：3370 ms；回波時間［TE］：116 ms；矩陣大?。?08×320）；矢狀面 T2加權(quán)像（TR：3370 ms；TE：116ms；矩陣大小：208×320；切片厚度：4 mm，矢狀位攪拌順序（TR，1990 ms；TE，66 ms；反轉(zhuǎn)時間，160 ms；翻轉(zhuǎn)角度，150°；矩陣大小，208×320；切片厚度為4 mm）。所有患者均診斷為L4/L5或L5/S1單側(cè)后外側(cè)疝，引起神經(jīng)壓迫。椎間盤突出被定義為椎間盤突出物向正常椎間盤間隙外突出［18］。神經(jīng)壓迫的嚴(yán)重程度采用由Pfirrmann等人提出的基于MRI的神經(jīng)壓迫分級系統(tǒng)對進(jìn)行分級［19］。分為：1級，疝與神經(jīng)接觸；2級，神經(jīng)異常；3級，因疝壓迫神經(jīng)。以上椎棘突下端為標(biāo)志，從L4/L5或L5/S1水平采集單片T2加權(quán)像，得到平行于肌肉平面的圖像。然后將獲得的圖像進(jìn)行保存，以供進(jìn)一步評估。腰椎間盤突出癥的診斷、第一個數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)備和突出癥的分級由一位具有20年骨骼肌肉放射學(xué)經(jīng)驗的觀察者完成。

然后由兩名具有5年脊髓MRI經(jīng)驗的調(diào)查員評估患者影像資料，他們對癥狀持續(xù)時間和神經(jīng)壓迫的嚴(yán)重程度不知情。此外，通過下棘突獲得的單片圖像在很大程度上阻止了研究人員識別疝的一側(cè)，這一因素在以前的研究中沒有被提及。首先，兩名調(diào)查員均接受相同時間的指導(dǎo)和訓(xùn)練，定性評估腰椎多裂肌脂肪。評分系統(tǒng)最初提出是使用計算機斷層掃描對肩袖肌肉［20］。隨著方法的改進(jìn)后用于評估腰椎多裂肌。該系統(tǒng)由5個等級組成：0級，正常肌肉組織；1級，脂肪條紋；2級，存在明顯的脂肪，但少于肌肉組織；3級，脂肪突出，相當(dāng)于肌肉；4級，大量脂肪超過肌肉組織。在訓(xùn)練期間，兩位研究人員評估了這些圖像，并自我評估了彼此之間的溝通技巧，以增強測量的一致性。研究人員使用 Image J成像軟件（1.43版，National Insti?tutes of Health，Bethesda，MD，USA）在 L4/L5或L5/S1水平對多裂肌進(jìn)行分級。

經(jīng)過培訓(xùn)后，研究人員將獨立評估這些患者圖像的等級。在第一階段中，使用定性評分系統(tǒng)對圖像進(jìn)行定性分級和評分，然后在下一階段中，以隨機順序?qū)D像進(jìn)行重新評估以進(jìn)行定量測量。為了進(jìn)行定量測量，研究人員手動以L4/L5或L5/S1水平繪制了腰部多裂肌的邊界，并使用Im?ageJ成像軟件計算信號強度，其中較高的信號強度等于腰椎內(nèi)部的更多脂肪。研究人員還在同側(cè)腰大肌上繪制了10 mm的感興趣區(qū)域（ROI），并如前所述計算了多纖維信號強度與腰大肌的比值［23］。對于定量測量，研究人員計算了每個ROI的平均信號值。圖1顯示了代表性患者的肌肉劃分示意圖。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 23.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。定量資料采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行統(tǒng)計描述。定量資料符合正態(tài)性和方差齊性，統(tǒng)計差異性比較用t檢驗，Wil?coxon的符號秩檢驗用于評估多裂肌的定性視覺分級評分。檢驗水準(zhǔn)α定為0.05。

2 結(jié)果

2.1 患者的一般臨床資料分析

本研究共納入50例符合要求患者30例男性（60.0%）和20女性（40.0%）?；颊咭话阗Y料詳見表1。

2.2 患者多裂肌在MRI上定性及定量分析

研究顯示，患側(cè)多裂肌的信號強度顯著高于對側(cè)（表明脂肪含量更高）（P＜0.001；見表2）。而在腰大肌信號強度方面發(fā)現(xiàn)兩側(cè)比較無統(tǒng)計學(xué)上差異（P＞0.05）。同側(cè)多裂肌與腰大肌信號強度的比較在兩組觀察者（observer，OB））1和2之間均無明顯差異（P＞0.05）。而多裂肌與腰大肌信號強度的比值在兩側(cè)之間存在統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異，且患側(cè)明顯高于健側(cè)。Wilcoxon的符號秩檢驗用于評估多裂肌的定性視覺分級評分，結(jié)果表明，在0級時，健側(cè)多裂肌得分高于患側(cè)（P＜0.001；見表2）。

表1 所有納入患者的一般臨床資料的分析

2.3 患者多裂肌與腰大肌的比值與各臨床癥狀之間的分析

兩位研究者在患者年齡和患側(cè)多裂肌與腰大肌信號強度比之間均確定了中等正相關(guān)性，如表3所示。Spearman的等級相關(guān)系數(shù)分析顯示兩位研究者的癥狀持續(xù)時間和視覺上分級的肌肉脂肪含量之間的統(tǒng)計學(xué)存在正相關(guān)性（分別為P＜0.001，r=0.729和r=0.72）。此外，神經(jīng)壓迫的嚴(yán)重程度與肌肉脂肪含量之間存在統(tǒng)計學(xué)上的顯著相關(guān)性（分別為P＜0.001，r=0.885和r=0.888）。

表3 各臨床癥狀之間與多裂肌與腰大肌的信號強度比值分析

3 討論

有研究表明，腰椎間盤突出癥同一水平和同一側(cè)的多裂肌的脂肪組成明顯高于對側(cè)，并且多裂肌脂肪含量增加的視覺分級是一種可靠的方法［7，12，17］。目前的研究還確定了肌肉脂肪成分與癥狀持續(xù)時間，肌肉脂肪變化和神經(jīng)壓迫程度之間的實質(zhì)相關(guān)性。公認(rèn)的腰椎多裂癥在腰椎功能中起著重要作用。目前，許多證據(jù)表明，腰椎間盤突出癥中的多纖維肌功能障礙會對腰椎間盤突出癥患者的功能預(yù)后產(chǎn)生負(fù)面影響，了解肌肉功能障礙的存在和程度將極大地幫助醫(yī)生制定最合適的康復(fù)計劃以恢復(fù)功能［21?25］。因此，腰椎間盤突出癥或神經(jīng)根損傷患者多指肌的組成和形態(tài)已引起廣泛關(guān)注。關(guān)于腰椎間盤突出癥對椎旁肌的影響的最早研究發(fā)現(xiàn)，在豬神經(jīng)根損傷模型中，由于神經(jīng)損傷，多纖維橫斷面積減少，脂肪含量增加［26］。

基于Hodges等［26］研究的理論基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步探索了與腰椎間盤突出癥相關(guān)的神經(jīng)根壓迫與腰間多裂肌脂肪浸潤之間的潛在關(guān)聯(lián)，與目前的結(jié)果相一致。一項測量多裂肌信號強度的研究表明，與L4/L5突出和腿部疼痛癥狀一致的患者，多裂肌的脂肪含量與突出水平相同，且在同一側(cè)［10］。但是，在這項研究中，肌肉的結(jié)構(gòu)變化在同一側(cè)上很明顯，但在突出點以下的一個水平上［17］。據(jù)報道，使用一種更直接的半定量測量方法，涉及到肌肉與椎板的距離，在與突出側(cè)和水平上增加，并且肌肉到椎板的距離增加與脂肪萎縮有關(guān)［12］。但是，與目前的發(fā)現(xiàn)相反，脂肪浸潤增加與癥狀持續(xù)時間之間沒有關(guān)聯(lián)，這些發(fā)表的研究均發(fā)現(xiàn)脂肪浸潤或脂肪浸潤增加以及神經(jīng)壓迫的嚴(yán)重性［12，17］。與目前的結(jié)果一致，Wan 等［27］和 Kim等［7］發(fā)現(xiàn)腰椎間盤突出癥患者的癥狀持續(xù)時間與多裂肌萎縮呈負(fù)相關(guān)。盡管Wan等［27］的研究重點是評估腰背痛而不是椎間盤突出癥，但作者指出，癥狀持續(xù)時間與脂肪浸潤以及肌肉萎縮密切相關(guān)。

一項使用與本研究相同的視覺分級系統(tǒng)評估單側(cè)L4/L5椎間盤突出患者多裂肌的研究發(fā)現(xiàn)，腰椎間盤突出癥同一側(cè)的肌肉得分明顯更高。但是，尚未探究癥狀持續(xù)時間或突出癥嚴(yán)重程度與肌肉組成之間的潛在關(guān)聯(lián)［10］。除了這項已發(fā)表的研究，本研究還利用定量和定性方法來測量腰椎間盤突出癥患者的多裂肌成分，并證明多裂肌的定性測量與定量方法相當(dāng)。先前已經(jīng)研究了Goutal?lier評分系統(tǒng)評估腰椎多裂肌脂肪含量的可行性和可靠性［28］。與目前的研究人群（僅由單側(cè)腰椎間盤突出癥患者組成）不同，先前的研究隨機包括不同程度的患者與當(dāng)前結(jié)果相似，Goutallier評分系統(tǒng)的結(jié)果與使用ImageJ軟件獲得的定量測量結(jié)果相當(dāng)，此外，視覺觀察的脂肪含量分級具有極好的觀察者間可靠性。因此，由于直觀，實用的視覺評分系統(tǒng)似乎與定量方法一樣有效，因此可沒有必要應(yīng)用定量分析，這可能不方便集成到日常解釋算法中，尤其是由于放射科醫(yī)生每天要拍攝的影像數(shù)量呈指數(shù)級增長，越來越使他們不堪重負(fù)。

本研究存在一定局限性。首先，未獲得組織學(xué)樣本以與影像學(xué)檢查結(jié)果進(jìn)行比較，但是，先前發(fā)表的研究表明神經(jīng)根損傷情況下多纖維的脂肪浸潤增加，以及MRI影像神經(jīng)中多纖維成分改變的能力［29］。因此，筆者認(rèn)為該限制不應(yīng)影響本研究結(jié)果的可靠性。其次，由于節(jié)段神經(jīng)直接以相同的水平支配神經(jīng)，因此腰椎多裂肌只在與突出癥相同的水平上進(jìn)行評估。第三，通過臨床檢查評估單側(cè)神經(jīng)根病，并且無法獲得患者的電診斷檢查結(jié)果。

總之，單側(cè)腰椎間盤突出癥患者的定量測量方法和多裂肌的視覺分級均顯示出與腰椎間盤突出癥同一側(cè)和同一水平的多裂肌的脂肪浸潤增加，并且脂肪肌肉的浸潤與癥狀持續(xù)時間和神經(jīng)壓迫的嚴(yán)重程度有關(guān)。此外，關(guān)于脂肪浸潤的肌肉組成的直觀而實用的視覺分級與定量測量同樣有用。因此，在日常實踐中，視覺上評價多裂肌的脂肪浸潤可能是優(yōu)選的，并應(yīng)包括在報告算法中。