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腰肌勞損磁共振影像學研究現(xiàn)狀及進展*

孫力盟1李長勤2姚健3

(1.泰山醫(yī)學院，山東泰安271016；2.泰山醫(yī)學院附屬醫(yī)院，山東泰安271000；3.山東省影像研究所，山東濟南250012)

關鍵詞：腰肌勞損；影像學；磁共振波譜學；磁共振成像

腰肌勞損(chronic lumbar muscle strain或acute)是指因為腰背部肌肉、筋膜、韌帶等軟組織的慢性損傷，導致的局部無菌性炎癥，從而引起腰背部一側或兩側的彌漫性疼痛的臨床綜合征，包括腰背肌筋膜炎、肌纖維織炎、肌筋膜疼痛綜合征、第三腰椎橫突綜合征等[1]，該病好發(fā)于30~40歲的青壯年男性，外傷及長期勞損為該病的主要發(fā)病誘因，此外還與氣候、空氣濕度有很大的關系[2]。隨著社會的發(fā)展以及職業(yè)環(huán)境改變，越來越多的不良工作姿勢以及違反人體生理規(guī)律的體育活動，促使腰肌勞損的發(fā)病率顯著升高，影響患者的生活質量。

1腰肌勞損的解剖學及病理學基礎

1.1　腰肌勞損解剖學基礎

腰背部的結構肌肉主要包括腰背筋膜、斜方肌、背闊肌、骶棘肌、橫突棘肌(半棘肌、多裂肌和回旋肌)和深層短肌(橫突間肌、棘突間肌)[3]。腰部是連接軀干和下肢的樞紐，兩側的橫突是腰肌和腰方肌的起點，并有腹橫肌、背闊肌的深部筋膜附著，是腰部肌肉收縮運動的支點，因此腰腹部肌肉彈力收縮時腰部受力最大，且是軀干活動范圍及強度最大的部位之一，易使肌肉及筋膜的附著點處形成無菌性的炎癥，刺激局部的神經纖維，日久可以引起軟組織變性，導致腰背部、臀部及腿部疼痛[4]。

1.2　腰肌勞損病理學基礎

解釋腰肌勞損的病理生理學說有很多，但目前尚未定論。

一般認為長期不正確的姿勢和負重，使肌肉長期處于疲勞狀態(tài)，內外平衡失調，力量不足，使得韌帶、筋膜挫傷，肌肉纖維拉傷，甚至出現(xiàn)局部的組織液滲出和微血管破裂，蔓延到鄰近肌間隙后形成瘢痕組織，最終導致局部粘連、變性、甚至肌肉萎縮，也就是肌筋膜炎，分布于肌肉組織中的神經纖維受到病變組織的壓迫、刺激甚至部分神經末梢被破壞，產疼痛感[5]。

針對分子生物學水平的學說也是層出不窮，總的來說分以下兩個方面：一方面腰背部肌肉、筋膜及韌帶持續(xù)牽拉使肌肉內的壓力增加，破壞肌膜、肌漿網膜、肌原纖維或通過磷脂酶A2溶解肌膜結構成分。腫脹的肌纖維導致局部組織壓力過高，壓迫血管，引起血供受阻，使得肌肉消耗的ATP不能及時補充，持續(xù)收縮肌肉進行無氧酵解而產生的代謝產物如乳酸等不能及時清除，導致局部自由基及脂質過氧化水平增加，釋放大量炎性介質(比如IL-α、IL-1β、IL-6、IL-8和腫瘤壞死因子-α、粒-巨噬細胞集落刺激因子、P物質、單核細胞趨化蛋白1、一氧化氮、堿性成纖維細胞生長因子、轉化生長因子β等)，炎性介質持續(xù)堆積后容易刺激周圍感覺神經，引起慢性腰痛[6-7]。

另一方面，腰部軟組織受到損傷之后未得到及時正確的治療，或治療不徹底，或反復多次損傷，致使受傷的組織不能完全修復，局部存在慢性無菌性炎癥，微循環(huán)障礙，乳酸等代謝產物堆積，加之受損的肌纖維變性或疤痕化，也可刺激或壓迫神經末梢而引起慢性腰痛[8]。兩方面形成惡性循環(huán)，使腰背部疼痛日益嚴重。

有文獻顯示椎間盤的神經末梢大部分是無髓纖維，因此更容易受到炎性介質的影響而導致疼痛[9]。Muramoto[10]認為上述炎性因子會刺激前列腺素E2的增加，前列腺素E2能導致神經根異常放電，腰部椎間盤內的髓核同時能自動釋放腫瘤壞死因子-α，它和前列腺素E2具有協(xié)同作用。炎性因子引起組織的水腫使周圍組織受到壓迫，產生疼痛感和壓痛點。

2腰肌勞損的臨床表現(xiàn)及診斷

慢性腰肌的具體表現(xiàn)為反復發(fā)作的腰背酸痛、脹痛，偶有放射至下肢的疼痛感，但通常不過膝[11]，個別會有植物神經紊亂癥狀。在重體力勞動或活動后加重，并出現(xiàn)腰背部肌肉保護性僵直，時輕時重，休息或改變姿勢可緩解[12]。由于腰背部肌肉損傷時牽扯面積較大，查體時，壓痛點不能精確定位，但通常是位于腰椎橫突、骶棘肌及髂嵴后緣等部位，可以觸診到腰部肌肉的緊張，或有硬結及肥厚感，腰部外形及活動多無異常，部分患者腰部活動稍受限[12]；直腿高舉試驗陽性，也可以陰性，但踝反射陰性，無伸拇肌力障礙。有部分患者的腰痛現(xiàn)象與氣候及溫度相關，比如陰冷、潮濕的天氣會引起或加重患者病情[2]。目前該病在臨床診斷上沒有明確的“金標準”，多依靠相關的病史，比如外傷或外傷后治療不當，長期負重勞動，久坐或久站及醫(yī)者的主觀判斷，其輔助診斷如X線多用作該病的鑒別診斷[13]。

3腰肌勞損的傳統(tǒng)影像學表現(xiàn)

目前醫(yī)學影像學(medical imaging)主要包括X光成像(X-ray)、電腦斷層掃描(computed tomography，CT)、核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、超聲成像(ultrasound)、正子發(fā)射斷層掃描(PET)、腦電圖(EEG)、腦磁圖(MEG)、穿顱磁波刺激(TMS)等。應用于運動系統(tǒng)的是X線成像，CT、MRI、PET、超聲，本綜述主要針對磁共振對肌肉的檢查。

3.1　X線檢查

X線檢查的成像原理是當射線穿透某一部位后被穿透路徑上不同組織吸收射線后影像相互疊加得出的投影的總和[14]，X線吸收系數(shù)與檢查部位的密度有直接關系，也就是說當X線照射的部位和器官的密度越高厚度越大的時候X線被增減的機會就越多，投射到膠片上的熒光就會越暗。由于腰背部解剖結構復雜，肌肉相互重疊，X線檢查就會因為影像重疊和密度分辨率不高而受到限制。此外拍攝一次X線檢查只能夠針對一個部位，不容易直接獲得診斷患者的檢查結果，除了在腰椎化膿性炎癥、結核、原發(fā)腫瘤和轉移瘤及椎體骨折等引起的腰背疼痛疾病具有一定程度的診斷意義之外，診斷肌肉病變的效果并不理想，常用來進行腰部疼痛的初篩，目前已經不作為首選診斷方式。

3.2　電子計算機斷層掃描(CT)檢查

CT為斷層影像，相當于運用X線對人體進行多層面連續(xù)掃描，測定通過X線量，經數(shù)字化后計算得出該層面組織各個單位容積的吸收系數(shù)，重建圖像[15]。CT可以直接觀察椎體骨質和軟組織解剖結構，對不同密度的組織進行CT值的測量，清楚顯示腰椎管狹窄、椎間盤突出等，在一定程度上能夠補充X線檢查的不足，因為成像原理相同，針對腰肌勞損，除極個別可以發(fā)現(xiàn)腰筋膜鈣質影，其肌群形態(tài)學發(fā)生改變以前，在CT上仍沒有明確的陽性表現(xiàn)。也就是說在腰肌勞損的診斷上，X線和CT都不能進行功能性的診斷，同時這兩者都有一個共同的缺點，就是對人體有輻射傷害，在短時間內都不能進行重復檢查。

4腰肌勞損的MRI檢查

1945年伊西多·拉比發(fā)現(xiàn)原子核與磁場及外加射頻場的相互作用，這是人類首次認識核磁共振現(xiàn)象，核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)是磁性原子核的磁矩在恒定磁場和射頻電磁波的共同作用下，在其核磁能級間的共振吸收(躍遷)現(xiàn)象；1952年布洛赫和珀賽爾各自觀察到質子的核磁共振信號；1971年應用于醫(yī)學成像研究，1976年利用核磁共振現(xiàn)象取得人體的MRI圖像。

4.1　MRI的基本成像原理

MRI成像的基本原理是人體內的原子核在正常狀態(tài)下不穩(wěn)定，易受外加磁場干擾，當施加一個外來磁場后，人體內的原子核就由無序的排列方式變?yōu)檠刂鞔艌龇较蛴行虻呐帕校较蚩梢韵喾匆部梢韵嗤?，以方向一致的居多。原子核接受能量宏觀磁矩發(fā)生變化。當射頻脈沖停止激勵后，原子核沿原來的方向恢復，在恢復過程中原子核吸收的射頻脈沖能量就會以電磁波的形式釋放并被線圈接收后產生信號，這就是MRI信號，線圈接受信號后感應出電壓，通過傅里葉轉換及復雜的計算組成MRI圖像，因此MRI是一種無射線、無創(chuàng)性檢查。人體中75%是水，水中1H含量多，因而原子核主要是指的1H核，MRI能夠敏感地反映1H的變化，包括量的變化，與其他原子結合的變化，原子周圍環(huán)境的變化，從而為MRI診斷疾病奠定基礎。相比X線和CT，MRI除了軟組織成像要顯著優(yōu)于前兩者之外還能進行多參數(shù)、高對比度成像，同時MRI還能夠進行三維重建從而在立體空間上觀察人體的結構和病變[16]。

4.2　常規(guī)檢查肌肉的MRI序列

針對腰背部肌肉檢查的常規(guī)MRI序列使用快速自旋回波T1加權矢狀面成像(FSE-T1WI)、快速自旋回波T2加權矢狀面成像(FSE-T2WI)、短時反轉恢復T2加權矢狀面成像+脂肪抑制(T2+STIR+FS)、短時反轉恢復T2加權橫斷面成像+脂肪抑制(T2+STIR+FS)?？焖僮孕夭?FSE)序列使用最為頻繁。每一個序列都有其在診斷上的獨特優(yōu)勢，需要結合起來共同判斷。正常肌肉在T1WI圖像呈稍低信號，能夠較好地顯示出腰背部的脂肪、筋膜、肌肉和骨骼解剖結構和骨質中骨髓信號的改變，但缺點在于不能較好的區(qū)分關節(jié)軟骨及關節(jié)積液。T2WI圖像呈低信號，能較好的顯示積液、病灶，但不能清晰的顯示出軟骨及軟骨的下區(qū)界面。脂肪在T1WI圖像及T2WI圖像呈高信號，脂肪抑制后呈低信號。脂肪抑制(FS)序列：短時反轉恢復(STIR)序列，能夠較好地顯示出正常軟組織結構或其病變情況，F(xiàn)ast STIR較T2WI能夠更加敏感地顯示出軟骨旁骨髓水腫、軟組織水腫，因此絕大多數(shù)人都選用FS序列來判斷骨髓水腫、軟骨病變、肌肉損傷。骨皮質在T1WI圖像及T2WI圖像上均為極低信號，骨髓質與脂肪信號相似，并可被脂肪抑制。在CT上能夠顯示的腰筋膜鈣質影在MRI中不能顯示或呈低信號。

4.3　腰肌勞損在MRI上的表現(xiàn)

正常的肌肉在MRI上表現(xiàn)為形態(tài)飽滿、輪廓清晰平滑的均質低信號。男性的腰背肌厚度通常比女性要飽滿，肌纖維也要粗大，在MRI上表現(xiàn)為腰背部肌群的橫軸位測量厚度及皮下脂肪與腰背肌MRI信號比值要呈現(xiàn)明顯的性別差異[17]。Gyftopoulos[18]認為長時間的過度勞損，最終會引起椎旁肌纖維細微的改變，從而引起功能上的退化或缺失，成為導致其再損傷的原因之一。也就是說長時間的腰背部肌肉疲勞狀態(tài)會導致其形態(tài)學發(fā)生改變，表現(xiàn)在肌肉體積的萎縮，肌肉邊緣輪廓的模糊和凹陷，信號呈現(xiàn)出不均質改變，這點在橫軸位的脂肪壓制像上體現(xiàn)得尤為明顯[19]。同時也有學者認為從事體力勞動或體育活動的人群，腰部肌肉盡管長時間處在疲勞當中，但是其從事的活動特殊性導致其肌肉纖維的增生和粗大，腰部肌肉的萎縮和變性體現(xiàn)的不明顯。觀察肌間隙的脂肪浸潤也是衡量腰肌勞損的指標之一，有資料顯示通常脂肪的浸潤要早于肌肉形態(tài)學的改變，尤其是針對女性[20]。脂肪浸潤通常伴隨有肌間隙的擴大，在MRI上呈現(xiàn)出三級信號[21]，Ⅰ度表現(xiàn)為肌間隙顯示不清或僅能顯示線狀、點狀間隙擴大；Ⅱ度顯示為多灶性間隙擴大伴脂肪信號；Ⅲ度浸潤表現(xiàn)為肌間隙呈羽毛狀或網格狀增寬，以上間隙的擴大和脂肪的浸潤是相伴相生的，也就是說擴大的肌間隙里通常由脂肪填充。如果想看到更明顯的脂肪浸潤，可以運用偽彩技術來繪制偽彩圖，在偽彩圖上脂肪顯示成紅色，更直觀的顯示出脂肪在肌間隙的浸潤[22]。

腰肌勞損的特征性表現(xiàn)是肌筋膜炎[23]，也就是位于肌間隙和肌骨間隙的組織液滲出，組織粘連和積液，因此T2-STIR-FS、T2-TIRM-FS、T2+T2-TSE-FS就顯得尤為重要，在腰肌勞損的診斷中和常規(guī)序列共同應用。用壓脂像和T2WI像結合診斷腰背部肌肉的形態(tài)學改變棘突旁間隙和腰背肌間隙的扭曲、積液真實性最好，橫突窩和關節(jié)突窩積液、髂外肌-骨間隙積液的診斷真實性相對就較低[21]。有作者[24-25]認為診斷腰肌勞損在MRI平掃過程中腰背部肌肉和筋膜的水腫信號是判斷腰肌勞損的重要標志之一，且淺筋膜的病變發(fā)現(xiàn)率要高于深筋膜。具體表現(xiàn)為腰背部皮下、腰肌及筋膜下線狀、條狀或片狀的長T1長T2，F(xiàn)S-T2WI高信號。但是很多臨床診斷為腰肌勞損的患者腰背肌水腫信號的MRI平掃檢出率較低，因為腰肌勞損主要是針對慢性病灶，而淺筋膜的水腫在急性擠壓傷、創(chuàng)傷中多見。

5腰肌勞損的功能磁共振檢查

隨著MRI的技術逐漸發(fā)展，常規(guī)MRI對疾病的診斷和評估價值越顯有限，尤其是當疾病沒有造成形態(tài)上的改變時，常規(guī)磁共振掃描就受到了限制，而功能性MRI(functional magnetic resonance imaging，fMRI)新技術能夠研究人體的能量代謝，對于早期發(fā)現(xiàn)和定量評估腰肌勞損結構及功能性改變具有重要性作用，這意味著MRI診斷進入了功能成像的階段。通常意義上磁共振功能成像(fMRI)包括灌注加權成像(PWI)、磁共振彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)、MR波譜分析(Magnetic resonance spectroscopyMRS)。針對肌肉的病變DWI及MRS具有其獨特的診斷優(yōu)勢。

5.1　磁共振彌散加權成像

磁共振彌散加權成像(DWI)是目前唯一能夠檢測水分子在活體組織內血管外細胞間無規(guī)則布朗(彌散)運動成像的影像學檢查方法[26]，其定量指標是表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)。水分子與活體組織內的細胞均采用微米數(shù)量級來進行衡量，經過測量ADC值能夠提供定性和定量的功能信息，也就是說DWI使MRI對活體的研究深入到微觀水平。DWI通過分析細胞內外水分子跨膜運動功能狀態(tài)的改變來診斷和鑒別疾病，近年來DWI也開始應用于骨骼肌肉系統(tǒng)的研究，目前主要應用于脊柱骨折、骨髓感染、骨髓惡性腫瘤等骨髓疾病。近年來新發(fā)展的一種MR DWI技術，MR背景信號抑制全身DWI(diffusion-weighted whole-body imaging with background body signal suppression，DWIBS)也稱“類PET”技術，以短TI反轉恢復(short time inversion recovery，STIR)、DWI及EPI等技術為基礎，在自由呼吸下進行連續(xù)掃描，經過后處理獲得三維圖像，可一次性大范圍直觀地顯示全身病變，同時抑制背景信號(肌肉、血管及大部分臟器)，更有利于骨肌系統(tǒng)病變的顯示[27]。有資料顯示針對腰肌勞損，診斷真實性最好的是棘突旁間隙積液征象，其次是腰骶背肌間隙不規(guī)則扭曲積液征象[21]。因為細胞數(shù)量多的部位比細胞完成性喪失的部位更大的限制水分子的擴散運動，DWI對積液敏感，同時不顯示血管信號，在診斷腰肌勞損上和平掃MRI序列進行結合，能夠有助于腰肌勞損的診斷，但是陽性率比起STIR-FS、TIRM-FS、T2+T2-TSE-FS序列要低，這是因為上述序列可能將血管影誤判為積液。但是DWI目前在應用過程中仍存在問題：比如b值的選擇，空間分辨率低，當運動和存在金屬物件時偽影較大，T2投射效應導致ADC的測量準確性不可靠[28]。

5.2　磁共振波譜分析

磁共振波譜分析技術是利用磁共振現(xiàn)象和化學位移作用對原子核及其代謝產物進行分析的方法，是目前唯一在活體進行無創(chuàng)性組織生化代謝的檢查方式，其敏感度依賴于被檢測原子核的自旋量子數(shù)、自然豐度、相對靈敏度、場強及勻場等因素。MRS對硬件的要求包括磁體、RF(射頻)線圈、RF放大器、RF發(fā)射器、接收器和計算器。目前MRS技術能對1H、14N、13C、19F、31P、39K、23N等多種微量化合物進行測定，其中研究較多的原子是31P和1H。31P-MRS是最早應用的MRS，目前多用于骨肌系統(tǒng)，能夠檢測到無機磷酸鹽(Pi)、磷酸肌酸(PCr)和三磷酸腺苷(ATP)，但是磷譜在檢測代謝物的敏感度上較低，同時需要較大的感興趣區(qū)(最小為8 cm3)[30]。針對較小面積的肌肉不能進行檢測，在硬件上需要相應的支持，很多醫(yī)院都不具有可以進行磷譜檢查的條件，但是大多有磁共振設備的醫(yī)院都有氫譜的相應設備。

1H-MRS目前多應用在中樞神經系統(tǒng)、前列腺、肝臟，允許的最小的感興趣區(qū)選擇是1 cm3，這意味著感興趣區(qū)的選擇可以是較小的肌肉，但是對于骨肌系統(tǒng)目前國內外僅限于用來研究脊椎骨的水脂比及脂肪含量。而目前MRS檢查分為兩種：單體素波譜(SV)和多體素波譜(PMVSI)，都可以運用到肌肉的檢測中。

單體素波譜優(yōu)點是能進行代謝物弛豫時間的測定進而計算代謝物的濃度，可以獲得更好的勻場效果和更好的波形，同時具備操作簡便，掃描時間短，減少了在掃描過程中因患者不適而造成的移動偽影。同時單體素一次操作僅能獲得一個一維性波譜，不能提供病變代謝異常的空間分布，不能對兩側病變做出比較。同時，單體素波譜相當于是多種代謝產物的混合體現(xiàn)，因此不能全面而準確地反映病變的特征和空間變異。單體素需要準確定位，避開血管、脂肪組織、減少污染。

多體素波譜稱為化學位移成像(CSI)或磁共振波譜成像(MRSI)。不同于單體素波普的是在除了針對ROI(region of interest)的多次累加之外，對整個體層一句不同的相位編碼進行多次采集，經過傅里葉轉換得到各個體素的波普信息。可以對病變及周圍的組織進行連續(xù)測量，相當于是覆蓋范圍較大的多個小體素的波譜，因此就避免了感興趣區(qū)周圍組織不均質而造成的部分容積效應，達到信號強、信噪比高的效果，相比較單體素波普而言，具備獲得多體素波譜代謝物分布圖的效果。但是多體素波譜應用于腰背部肌肉的檢測上受到脂肪的污染影響較大，而且在ROI的選擇上，多體素波譜的選擇面積較大，腰背部解剖結構復雜，勻場效果差，檢查時間長，導致最后波譜的分辨率下降，因此在選擇MRS方法上使用單體素波譜要優(yōu)于多體素波譜。

有資料顯示人體正常骨骼肌組織1H-MRS成像中主要的波峰包括脂質峰(Lipid)、膽堿峰(Cho)、肌酸峰(Cr)[31]。其中EMCL和IMCL合并起來共同構成Lipid峰。據(jù)文獻表示細胞內脂質峰(IMCL)位于1.3~1.4 ppm，細胞外脂質峰(EMCL)位于1.5~1.6 ppm，膽堿峰(Cho)位于3.21 ppm，肌酸峰(Cr)位于3.02 ppm[32]，正常肌肉組織中Lipid峰信號強度高，常呈第一高峰，Cho峰含有磷酸甘油膽堿(GPC)和磷酸膽堿(PC)，參與細胞磷脂的合成與降解為磷脂代謝的中間產物，反映細胞膜的轉運功能，含量與細胞膜的磷脂代謝、細胞密度及細胞增生有關，正常組織中作為活性代謝產物的游離Cho含量很低，在MRS中Cho為最小峰。Cr主要由PCr構成，在維持新陳代謝中起一定的作用，在低代謝狀態(tài)下增加，在高代謝狀態(tài)下降低。經大樣本監(jiān)測后發(fā)現(xiàn)EMCL在女性中的峰值要高于男性，而IMCL、Cho、Cr在性別之間的差異就沒有那么明顯[33]。

波譜在顯示肌肉損傷的時候能看到細胞內脂質的減低，而細胞外脂質峰卻相對比較穩(wěn)定，有文獻顯示，在有神經癥狀的肌肉損傷中IMCL對于早期具有重要的輔助診斷價值，EMCL對于遠期評價及動態(tài)監(jiān)測的價值要更大一些[34]。Cr和Cho則相對比較穩(wěn)定，在健康人群和腰肌勞損人群中沒有明顯的差異。但是腰背部解剖結構的復雜，使得得出的波譜基線不穩(wěn)，呈鋸齒狀，在計算峰下面積時存在困難。

總之MRI在診斷腰肌勞損上有自己獨特的優(yōu)勢，能夠反映不同程度腰肌勞損的影像學特征，能夠直觀全面地分析腰肌勞損的嚴重程度，為臨床診斷腰肌勞損提供客觀影像學依據(jù)，早期發(fā)現(xiàn)病變，提前干預治療，同時可以作為治療后的評價指標，從而提高人們生活和學習的質量。而功能性磁共振對于退行性變的肌肉病變目前還處于探索中，目前應用于肌肉退行性變的技術主要有DWI及MRS，隨著功能性磁共振技術的普及和后處理軟件的更新，將會越來越普遍地應用到臨床工作中，為臨床診斷疾病和評價治療效果提供依據(jù)，磁共振技術將擁有更廣泛的使用前景。

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收稿日期(2015-07-22)

doi:10.3969/j.issn.1004-7115.2016.01.049

中圖分類號：O482.53

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7115(2016)01-0116-05

通訊作者：李長勤，教授，碩士生導師， E-mail：chqinli@163.com。

作者簡介：*孫力盟(1989-)，女，山東泰安人，碩士研究生。