1. 华北医疗健康集团邢台总医院脊柱骨科, 河北 邢台 054000;
2. 河北省眼科医院检验科, 河北 邢台 054000
2020-12-04 收稿, 2021-05-21 录用
*通讯作者: 魏运栋
摘要: 本次研究目的是探讨磁共振成像（MRI）椎旁肌脂肪浸润占比、横截面积、腰椎前凸角诊断腰椎不稳的应用价值。选取退变性腰椎不稳患者87例作为观察组，同时选取体检健康者50例作为对照组，两组均给予MRI检查，比较两组椎旁肌脂肪浸润占比、横截面积、腰椎前凸角差异。结果显示观察组多裂肌横截面积、竖脊肌脂肪浸润占比明显低于对照组（P < 0.05）；观察组多裂肌脂肪浸润占比和腰椎前凸角明显高于对照组（P < 0.05）；观察组不同节段不稳、不同Frymoyer分型患者MRI各参数比较，差异均有统计学意义（P < 0.05）；多裂肌横截面积及脂肪浸润占比、竖脊肌脂肪浸润占比、腰椎前凸角诊断腰椎多节段不稳的ROC曲线下面积均较大。本次研究证实MRI椎旁肌脂肪浸润占比、横截面积、腰椎前凸角诊断腰椎不稳有一定应用价值，其中腰椎前凸角诊断价值高。
关键词: 磁共振成像椎旁肌脂肪浸润占比横截面积腰椎前凸角腰椎不稳
The Value of MRI in the Diagnosis of Lumbar Instability
WANG Shaofeng1, MENG Xiaoqing2, ZHAO Yulong1, YUAN Qian1, WEI Yundong1
1. Jizhong Energy Xingtai Mining Group General Hospital, Xingtai 054000, Hebei, P. R. China;
2. Hebei Eye Hospital, Xingtai 054000, Hebei, P. R. China
*Corresponding author: WEI Yundong
Abstract: The purpose of this study was to investigate the value of magnetic resonance imaging (MRI) in the diagnosis of lumbar instability, including the proportion of paravertebral muscle fat infiltration, cross-sectional area and lumbar lordosis. Eighty-seven patients with degenerative lumbar instability were selected as observation group, and 50 healthy subjects were selected as the control group. MRI examination was performed in both groups, the proportion, cross-sectional area and lumbar lordosis of paravertebral muscle fat infiltration were compared between the two groups. The results show that the cross-sectional area of the multifidus muscle and the percentage of fat infiltration in erector spinae in the observation group were significantly lower than those in the control group (P < 0.05). The percentage of fat infiltration and lumbar lordosis in the observation group were significantly higher than those in the control group (P < 0.05). The MRI parameters of patients with different segmental instability and frymoyer classification in the observation group were statistically significant (P < 0.05). The area under the ROC curve of the cross-sectional area and the proportion of fat infiltration of the multifidus muscle in diagnosing multisegment instability were big enough (P < 0.05), as well as the fat infiltration proportion in erector spinae and lumbar lordosis. This study confirmed that proportion of fat infiltration and cross-sectional area in paravertebral muscles on MRI have certain application value in the diagnosis of lumbar instability, as well as the lumbar lordosis, which has the highest diagnosis value.
Key words: magnetic resonance imagingvertebral sideproportion of fat infiltrationcross-sectional arealumbar lordosis anglelumbar instability
腰椎不稳是指腰椎间盘关节在正常负荷情况下无法维持其正常生理活动，运动范围异常增加以及由此引起的一系列临床症状[1]。退变性腰椎不稳指的是由变性引起的腰椎不稳，不包括先天性缺陷、创伤、感染、肿瘤和医源性不稳等因素，关于发病机理、诊断标准和治疗原则尚无统一意见[2]。椎旁肌是人体躯干姿势反射弧的效应器，对于维持脊柱的稳定性具有重要意义。目前，国内外****已经研究了椎旁肌的功能及其与脊柱畸形的关系[3]。有****使用磁共振成像(MRI)研究了椎旁肌退变，发现椎旁肌退变的特征是肌肉体积减少和脂肪沉积增加，并且可以通过MRI证实[4, 5]。有研究显示退变性腰椎不稳患者椎旁肌T2WI MRI分析显示脂肪浸润更强[6]。还有****研究了退变性腰椎侧弯的患者，发现两侧脊柱旁肌的变性不一致[7]。但是，目前尚无相关文献讨论退变性腰椎不稳患者椎旁肌的退变情况。为了探讨MRI椎旁肌脂肪浸润占比、横截面积、腰椎前凸角诊断腰椎不稳的价值，本研究选取2018年1月至2020年7月在我院就诊的退变性腰椎不稳患者87例139个节段进行研究。
1 资料与方法1.1 一般资料选取2018年1月至2020年7月在我院就诊的退变性腰椎不稳患者87例139个节段(观察组)，其中男性48例，女性39例；年龄41~72岁，平均年龄(54.34±8.12)岁；单节段不稳患者57例，多节段不稳患者30例；Frymoyer分型：轴向旋转不稳患者20例，前水平位移不稳患者40例，后水平位移不稳患者27例。纳入标准：诊断符合Frymoyer提出的腰椎不稳诊断标准[8]；在我院行MRI检查；无神经根受压迫；患者及家属知情同意。排除标准：有腰椎侧凸病史；有椎旁肌治疗史；合并有脊柱肿瘤；既往有脊柱手术史者。同时选取体检健康者50例作为对照组，观察组和对照组一般资料比较差异无统计学意义(P＞0.05)。见表 1。
表1
 表 1 观察组和对照组一般资料比较
| 表 1 观察组和对照组一般资料比较 |
1.2 MRI检查所有患者均接受了高分辨率的1.5T腰椎MRI检查。T1WI使用自旋回波序列，T2WI使用快速自旋回波序列。扫描采用表面线圈，层厚4 mm，采集矩阵为512×256。序列参数：T1WI重复时间482 ms，回波时间10 ms；T2WI重复时间2300 ms，回波时间99 ms。
1.3 图像分析椎旁肌(多裂肌、竖脊肌和腰大肌)区域：使用T2WI选取L4~L5和L5~S1椎间盘扫描(3层)，选择中间层作为研究对象，测量每组患者的左右两侧数值，然后取其平均值。横截面积通过Image J软件测量。椎旁肌(多裂肌、竖脊肌和腰大肌)脂肪浸润的百分比：使用Image J阈值技术可获得相应的结果。
腰椎前凸角测量：嘱患者仰卧，在T2WI序列中，选择正中矢状位切面，并在L3椎体的前缘作垂直线。分别取S1、S2椎体前边缘的中点。连接两个点作切线，然后制作该切线的垂直线。两条垂直线之间的角为腰椎前凸角。
1.4 统计学处理统计分析采用SPSS 22.0软件，脂肪浸润占比、横截面积、腰椎前凸角等资料采用(x±s)表示，组间指标差异比较使用t检验或F检验；性别等资料采用频数或百分比表示，组间指标差异比较使用χ2检验；诊断价值采用受试者工作特征(ROC)曲线分析。检验水准：α为0.05。
2 结果2.1 观察组和对照组MRI参数比较观察组多裂肌横截面积明显低于对照组(P＜0.05)；观察组多裂肌脂肪浸润占比明显高于对照组(P＜0.05)，而竖脊肌脂肪浸润占比明显低于对照组(P＜0.05)；观察组腰椎前凸角明显高于对照组(P＜0.05)。见表 2。
表2
表 2 观察组和对照组MRI参数比较
| 表 2 观察组和对照组MRI参数比较 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.2 观察组不同节段不稳患者MRI参数比较观察组多节段不稳患者多裂肌横截面积明显低于单节段不稳患者(P＜0.05)；观察组多节段不稳患者多裂肌脂肪浸润占比明显高于单节段不稳患者(P＜0.05)，而竖脊肌脂肪浸润占比明显低于单节段不稳患者(P＜0.05)；观察组多节段不稳患者腰椎前凸角明显高于单节段不稳患者(P＜0.05)。见表 3
表3
表 3 观察组不同节段不稳患者MRI参数比较
| 表 3 观察组不同节段不稳患者MRI参数比较 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.3 观察组不同Frymoyer分型MRI参数比较观察组轴向旋转不稳患者多裂肌横截面积明显低于前水平位移不稳患者和后水平位移不稳患者，而脂肪浸润占比及腰椎前凸角明显高于前水平位移不稳患者和后水平位移不稳患者(P＜0.05)。见表 4。
表4
表 4 观察组不同Frymoyer分型MRI参数比较
| 表 4 观察组不同Frymoyer分型MRI参数比较 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.4 MRI参数诊断多节段不稳的价值多裂肌横截面积及脂肪浸润占比、竖脊肌脂肪浸润占比、腰椎前凸角诊断多节段不稳的ROC曲线下面积分别为0.646、0.676、0.677和0.882，P＜0.05，截断值分别为7.10 cm2、38.20%、30.50%和46.50°，灵敏性分别为63.50%、75.20%、58.00%和97.00%，特异性分别为66.50%、62.00%、78.00%和71.00%，ROC曲线见图 1。
图 1
 | 图 1 ROC曲线分析图 |
3 讨论脊柱是多组织复合结构，椎体的形状、小关节、椎间盘、连接椎体的韧带、周围的肌肉以及完整的本体感受系统使人体运动得以完成[9]。腰椎的稳定性与其结构密切相关，在稳定状态下，动态和静态稳定性系统是相互依赖和相互补偿的。任何一个系统的功能下降都会导致脊柱不稳定[10]。正常人的椎旁肌处于平衡状态，当脊柱不稳定时，为了维持脊柱平衡并稳定脊柱，椎旁肌张力负荷增加。研究指出[11, 12]，当椎体彼此相对运动时，多裂肌活动可提供超过2/3的脊柱刚度。与其他腰部稳定肌相比，多裂肌的特点是截面积大、纤维长度短，而且多裂肌每单位体积的质量大，即可以在有限的空间内产生很大的收缩力，并且在维持腰椎的稳定性和控制脊椎的运动中起着重要的作用。
退行性腰椎不稳的定义和影像学诊断标准一直存在争议。尽管许多影像学研究用于腰椎不稳的诊断，但腰椎不稳的定义缺乏常规参考标准，并且在检查过程中由于患者自身的原因、患者位置的微小变化或X射线束的放大效应均可能会导致椎间位移变化[13]。因此，也有人质疑通过过屈、过伸侧位X射线片对腰椎不稳的诊断[14]。本文主要研究腰椎不稳的MRI参数变化情况。有研究显示[15]，腰椎不稳MRI影像学表现为多裂肌横截面积减小、竖脊肌脂肪浸润增多，且多节段不稳患者损伤严重。具有多节段病变的腰椎不稳患者通常具有多种病理变化，例如后纵韧带肥大性骨化和黄韧带肥大，病理基础复杂，病情严重。竖脊肌由多条肌肉束组成，并由多条神经支配，其易发生脂肪浸润。研究发现多裂肌、竖脊肌前馈活动的缺乏导致肌肉稳定脊柱的作用不充分，进而损伤脊柱的稳定性。椎间盘变性与腰椎不稳有直接相关性，椎间盘变性造成椎间隙变小，进一步导致周围韧带的松弛，多裂肌横截面积减小、竖脊肌脂肪浸润增多，导致腰椎不稳。但本研究中观察组竖脊肌脂肪浸润占比明显低于对照组，多节段不稳患者竖脊肌脂肪浸润占比明显低于单节段不稳患者，与临床已有研究结果不一致，可能与本研究样本量较少有关，需要进一步验证该结果。
正常的腰椎具有向前的躯体前凸，其意义是提高肌肉和韧带的效率，承受脊柱的压力并节省能量。研究表明，腰椎前凸60%由L4~S1节段组成[16]。使用SpineView脊柱测量软件和多因素分析的研究表明[17]，与对照组相比，退变性腰椎滑脱患者的胸椎后凸角，腰椎前凸角和T0偏移角显著增加。多裂肌主要参与脊柱的伸展并维持腰椎前凸的存在，这是影响脊柱动态稳定性的重要因素。与正常患者相比退变性腰椎不稳患者多裂肌退变较为明显，而腰大肌未见明显退变，腰椎前凸角理论上应该减小，但脊柱是一个复杂的运动单元，腰椎的不稳定性会导致整个脊柱上椎旁肌力量的变化，从而导致腰椎退变的发生，因此在退变性腰椎不稳患者中，腰椎前凸角度没有减少而是增加了[18]，与本研究结果一致，说明腰椎前凸角指标可用于客观评估脊柱失平衡状态。
腰椎包括5个椎体，每个椎体可以在任何平面上进行水平运动和旋转运动。因此，当腰椎整体运动时，在每个运动段中发生的运动形式非常复杂，可以表现为水平前后位移的增加、矢状面角运动的增加、冠状面角运动的增加、轴向旋转运动的范围的增加以及运动的瞬时中心位置的变化[19, 20]。本研究通过影像学资料对腰椎不稳患者根据Frymoyer分型进行分组，观察不同类型腰椎不稳患者MRI参数差异，发现观察组轴向旋转不稳患者多裂肌横截面积明显低于前水平位移不稳患者和后水平位移不稳患者，脂肪浸润占比及腰椎前凸角明显大于前水平位移不稳患者和后水平位移不稳患者，说明轴向旋转不稳者退变程度明显(横截面积减小、脂肪浸润增多、腰椎前凸角增大)，稳定性差。主要因为轴向旋转不稳者，椎间盘和小关节轴发生不对称退变，导致脊柱轴上承重不均匀而产生不同的旋转方向，使其腰椎稳定性明显低于水平位移不稳者。这表明多裂肌横截面积易发生快速废用性萎缩。MRI参数诊断多节段不稳的灵敏性和特异性处于较高水平，检测价值较高。
综上所述，MRI椎旁肌脂肪浸润占比、横截面积、腰椎前凸角诊断腰椎不稳有一定应用价值，其中腰椎前凸角诊断价值高。但本研究退变性腰椎不稳定的椎旁肌退变情况缺乏组织化学、细胞生物学和病理学的直接证据，并且样本量较少，需要加大样本量进一步的研究。
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