椎旁肌影像學(xué)參數(shù)的評(píng)估及其與腰椎手術(shù)關(guān)系的研究進(jìn)展

穆月明，閻崇楠，劉 齊，王 歡

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院脊柱外科，沈陽(yáng) 110004

腰椎椎旁肌為附著于腰椎周圍的多裂肌、豎脊肌、腰大肌及腰方肌等肌肉的總稱，對(duì)于增加腰椎的穩(wěn)定性有著重要作用［1］，大多數(shù)腰椎手術(shù)會(huì)不同程度地?fù)p傷腰椎椎旁肌，椎旁肌受損可導(dǎo)致去神經(jīng)支配的萎縮和脂肪浸潤(rùn)，造成腰椎失穩(wěn)。有研究［2］表明，椎旁肌的退行性變與腰椎疾病及腰椎手術(shù)有一定的相關(guān)性。腰椎手術(shù)中椎旁肌破壞后易疲勞，對(duì)腰椎的保護(hù)降低，通過(guò)CT、MRI 及超聲等影像學(xué)技術(shù)測(cè)量椎旁肌橫截面積（CSA）、脂肪浸潤(rùn)（FI）、肌肉密度（MD）、腰椎凹陷值（LIV）及質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)（PDFF）等參數(shù)，可反映椎旁肌在腰椎手術(shù)前后的變化［3］，明確腰椎椎旁肌與腰椎手術(shù)的關(guān)系，輔助腰椎手術(shù)術(shù)式選擇與改進(jìn)，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率。本文就椎旁肌影像學(xué)參數(shù)的評(píng)估及椎旁肌退行性變與腰椎手術(shù)的關(guān)系作如下綜述。

1 椎旁肌影像學(xué)參數(shù)的評(píng)估

椎旁肌參數(shù)的測(cè)量大多采用CT、MRI 及超聲等技術(shù)［4-5］，核磁光譜能夠檢測(cè)腰背部肌肉代謝變化，檢測(cè)結(jié)果與肌肉活檢結(jié)果具有良好的一致性［6］；3D多回波MR測(cè)量腰背部肌肉及脂肪含量的結(jié)果與核磁光譜結(jié)果一致［7］。近期有學(xué)者使用MR 彈力成像技術(shù)評(píng)價(jià)椎旁肌硬度［8］，以進(jìn)一步研究椎旁肌硬度與腰椎疾病的關(guān)系。MRI 對(duì)于軟組織的分割要優(yōu)于CT，可直接顯示脂肪組織，并直接運(yùn)用到肌肉形態(tài)計(jì)量及組織位置判定中［9］。CT 可直接測(cè)定MD，超聲可顯示出自動(dòng)分割軟件難以處理的偽影［10］。

衰老、腰椎疾病及腰椎手術(shù)可使骨骼肌量減少，并被沒(méi)有彈性的結(jié)締組織替代，這種類型的肌肉萎縮稱為肌少癥［11］，正負(fù)調(diào)節(jié)因子失衡而產(chǎn)生血清集聚蛋白C末端片段（CAF）和骨骼肌特異性肌鈣蛋白T（sTnT）是形成肌少癥的主要機(jī)制［12］，這種變化使椎旁肌功能性CSA減小。CT、MRI及超聲均可測(cè)量椎旁肌CSA［13］。橫斷面MRI T2 加權(quán)像可定量測(cè)量椎旁肌CSA，可獲得的參數(shù)包括雙側(cè)總CSA、功能性CSA與總CSA之比（即萎縮率）、左右側(cè)CSA的不對(duì)稱性和左右側(cè)萎縮率的差異［14］。不同平面的CSA測(cè)量結(jié)果也有所不同，單一平面可選擇椎間盤中點(diǎn)、椎板中點(diǎn)、上下終板或椎體中點(diǎn)［5，14-16］，也有學(xué)者運(yùn)用CT重建圖像測(cè)量與肌肉纖維垂直的平面［3］。

在病理狀態(tài)下或隨著年齡增加，肌衛(wèi)星細(xì)胞通過(guò)PPAR 家族因子刺激分化為脂肪細(xì)胞而不是肌細(xì)胞，同時(shí)，來(lái)自骨髓的循環(huán)祖細(xì)胞也可生成肌間脂肪組織，從而導(dǎo)致肌間脂肪或者脂肪組織增加［17］，即FI。評(píng)估FI 的方法可分為視覺(jué)半定量評(píng)估和定量測(cè)量。Goutallier等［18］采用視覺(jué)半定量評(píng)估將FI分為5級(jí)：0級(jí)為無(wú)FI；1級(jí)為有少量FI；2級(jí)為FI小于肌肉量；3級(jí)為FI同肌肉量相等；4級(jí)為FI大于肌肉量。Kalichman等［19］將FI程度分為3級(jí)：1級(jí)，正常肌肉狀態(tài)，F(xiàn)I最高為椎旁肌CSA的10%；2級(jí)，適當(dāng)?shù)募∪馔诵行宰?，F(xiàn)I程度為椎旁肌CSA的10% ～ 50%；3 級(jí)，嚴(yán)重的肌肉退行性變，F(xiàn)I 程度大于椎旁肌CSA 的50%。這種分類方式具有較高組內(nèi)和組間的可信度。近期，關(guān)于椎旁肌的定量測(cè)量研究逐漸增多，運(yùn)用MRI測(cè)量FI程度時(shí)可用三維雙梯度回波Dixon 技術(shù)將水脂分離，單獨(dú)計(jì)算脂肪分?jǐn)?shù)，使測(cè)量結(jié)果可信度更高［20］。Fortin 等［21］將MRI 測(cè)量FI 分為2 種方法：①脂肪CSA 與總CSA 之比；②T2 加權(quán)像的信號(hào)強(qiáng)度作為FI 的指標(biāo)，更高的信號(hào)代表著更高的FI程度。

MD 通常采用CT 測(cè)量，通過(guò)CT 值即亨斯菲爾德單位（HU）來(lái)評(píng)價(jià)肌肉纖維的密度。此外，有研究者提供的數(shù)據(jù)是整體肌肉的密度，而另有研究者則提供了保留最多的肌肉質(zhì)量中心的一小部分肌肉（6 mm 或10 mm 圓圈）的數(shù)據(jù)［3］。Takayama 等［11］認(rèn)為，CSA 與FI 程度雖然是評(píng)價(jià)椎旁肌萎縮的重要指標(biāo)，但是操作過(guò)于復(fù)雜，因此，LIV 作為新的評(píng)價(jià)椎旁肌退行性變的參數(shù)被提出，并通過(guò)試驗(yàn)得出，隨著年齡增加，椎旁肌CSA減少且LIV也減小，LIV 同椎旁肌CSA 有著密切的聯(lián)系。Tamai 等［22］對(duì)LIV 的定義為連接多裂肌兩側(cè)最高點(diǎn)和棘突頂部之間的最小距離，研究發(fā)現(xiàn)，LIV 數(shù)值越小，下腰部前凸發(fā)生概率越大?；瘜W(xué)位移編碼水/脂MRI定量測(cè)量得出PDFF是評(píng)價(jià)椎旁肌中脂肪成分的一個(gè)標(biāo)志物，PDFF和CSA均可預(yù)測(cè)椎旁肌的等長(zhǎng)肌力，Schlaeger 等［23］的研究發(fā)現(xiàn)，PDFF 對(duì)于等長(zhǎng)肌力的預(yù)測(cè)要優(yōu)于CSA，同時(shí)化學(xué)位移編碼水/脂MRI 也可用于檢測(cè)椎旁肌肉成分的細(xì)微變化。

Kalichman 等［3］的研究表明，男性的椎旁肌CSA 大于女性、MD 高于女性，年輕人MD 高于年長(zhǎng)者，因此，在椎旁肌的評(píng)估過(guò)程中應(yīng)將年齡、性別和體質(zhì)量指數(shù)（BMI）作為協(xié)變量。目前關(guān)于CSA、FI 及MD 的評(píng)估和測(cè)量方法多種多樣，導(dǎo)致了不同研究結(jié)果之間無(wú)法直接比較，且關(guān)于椎旁肌形態(tài)的研究經(jīng)常出現(xiàn)矛盾的結(jié)果。大多數(shù)研究都是以單層截面為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)價(jià)，事實(shí)上脊柱的不同平面有著很大的不同，且橫截面選取的方向不同也會(huì)有很大的不同。Urrutia 等［24］的研究得出，單層面測(cè)量的椎旁肌CSA和FI并不能完全代表整個(gè)脊柱，在未來(lái)的研究中應(yīng)運(yùn)用多級(jí)測(cè)量所有脊柱水平的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估方法，從而得出統(tǒng)一的結(jié)論。

現(xiàn)有針對(duì)椎旁肌影像學(xué)參數(shù)評(píng)估的研究多由骨科醫(yī)師或放射科醫(yī)師手動(dòng)繪出，手動(dòng)分割工作量較大，易疲勞并容易出現(xiàn)一定誤差，可重復(fù)性差，且樣本數(shù)據(jù)量較少，不利于得出統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。自動(dòng)圖像分割可彌補(bǔ)人力的缺點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)完成大量的測(cè)量工作，自動(dòng)圖像分割已在神經(jīng)影像分析中應(yīng)用，Xiao 等［25］通過(guò)對(duì)117 例患者腰椎MRI 的分析為自動(dòng)圖像分割建立了地圖集，但還未實(shí)現(xiàn)對(duì)腰椎MRI的自動(dòng)圖像分割。Bien 等［26］運(yùn)用深度學(xué)習(xí)模型實(shí)現(xiàn)了從內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)集生成膝關(guān)節(jié)MRI 準(zhǔn)確的臨床病理學(xué)分類，從而輔助臨床醫(yī)師提高對(duì)影像學(xué)資料的解讀及對(duì)膝關(guān)節(jié)疾病的診斷。Baum 等［27］研發(fā)出一種基于水脂序列MRI 的椎旁肌自動(dòng)分割算法，將左右側(cè)腰大肌、腰方肌和豎脊肌納入研究范圍，同手動(dòng)分割的圖像相比，平均dice系數(shù)為0.83（0.75 ～ 0.90）。因此，運(yùn)用人工智能替代人工手動(dòng)分割，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)圖像分割，輔助橫斷面MRI 掃描的椎旁肌影像學(xué)參數(shù)的評(píng)估，對(duì)于提高椎旁肌影像學(xué)參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性和建立較為統(tǒng)一的椎旁肌影像學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有著極大的幫助。

2 椎旁肌退行性變與腰椎手術(shù)的關(guān)系

術(shù)前測(cè)量椎旁肌CSA 和FI 與腰椎手術(shù)預(yù)后效果有一定的相關(guān)性。一項(xiàng)對(duì)173 例接受人工椎間盤置換術(shù)治療的患者進(jìn)行2年隨訪的隨機(jī)試驗(yàn)研究［28］發(fā)現(xiàn)，術(shù)前MRI T2加權(quán)像的多裂肌FI程度越低，術(shù)后2 年腰痛發(fā)生率越低，患者預(yù)后越好，多裂肌FI程度可以預(yù)測(cè)人工椎間盤置換術(shù)的預(yù)后效果。Zotti等［29］對(duì)接受腰椎減壓術(shù)的椎管狹窄患者資料進(jìn)行分析，結(jié)果表明，多裂肌CSA 減小與腰椎減壓術(shù)預(yù)后不良有一定的相關(guān)性，術(shù)前測(cè)量多裂肌CSA 可預(yù)測(cè)腰椎減壓術(shù)后的臨床效果。Khan 等［30］的研究發(fā)現(xiàn)，脊柱手術(shù)中肌肉量、CSA 與術(shù)后功能指標(biāo)及融合率呈正相關(guān)，背部肌肉形態(tài)測(cè)量應(yīng)作為預(yù)后指標(biāo)納入術(shù)前手術(shù)方案制訂中。Canvasser 等［31］回顧性分析了1 309 例經(jīng)外科手術(shù)治療并在術(shù)后3 個(gè)月內(nèi)行腹部計(jì)算機(jī)斷層掃描的患者資料，通過(guò)測(cè)量棘旁肌CSA 發(fā)現(xiàn)，棘旁肌CSA 越大，術(shù)后死亡率越低。綜上，椎旁肌退行性變影像學(xué)參數(shù)的變化對(duì)腰椎手術(shù)的預(yù)后有一定的預(yù)測(cè)價(jià)值，健康的椎旁肌往往提示良好的臨床預(yù)后。Canvasser 等［31］的研究更是提出，椎旁肌CSA 不僅對(duì)腰椎手術(shù)的預(yù)后有重要的影響，對(duì)外科手術(shù)的死亡率亦有著重要的評(píng)估價(jià)值。

Matejka 等［32］的組織學(xué)研究表明，在胸腰椎骨折內(nèi)固定術(shù)中，傳統(tǒng)開(kāi)放手術(shù)與微創(chuàng)入路相比，不僅導(dǎo)致了椎旁肌肌纖維病理性結(jié)構(gòu)的存在，還破壞了Ⅰ型肌纖維（慢肌纖維）和Ⅱ型肌纖維（快肌纖維）的組成比例，導(dǎo)致Ⅰ型肌纖維和Ⅱ型肌纖維數(shù)量減少，使椎旁肌CSA 和MD 減小。Fan 等［33］通過(guò)對(duì)91例患者分組對(duì)照研究得出，傳統(tǒng)開(kāi)放手術(shù)術(shù)后多裂肌CSA 較術(shù)前減小超過(guò)500 mm2（Z=-3.920），而微創(chuàng)手術(shù)對(duì)多裂肌CSA 無(wú)明顯影響，2 種手術(shù)術(shù)后椎旁肌均有更多的FI，但傳統(tǒng)開(kāi)放手術(shù)術(shù)后椎旁肌FI程度更高。Lv 等［34］的研究發(fā)現(xiàn)，開(kāi)放術(shù)式與微創(chuàng)術(shù)式相比，術(shù)后豎脊肌和多裂肌的平均CSA 明顯減小。張鵬翼等［35］對(duì)比經(jīng)肌間隙入路與傳統(tǒng)后正中入路治療胸腰椎骨折，結(jié)果表明，經(jīng)肌間隙入路對(duì)椎旁肌的損傷較小，具有出血量少，術(shù)后患者恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)。Xu 等［36］以新西蘭白兔為雙節(jié)段前路腰椎融合術(shù)手術(shù)模型，以MRI 及椎旁肌顯微照片為測(cè)量工具，結(jié)果顯示，術(shù)后12 個(gè)月時(shí)多裂肌無(wú)明顯萎縮。在腰椎手術(shù)中，微創(chuàng)術(shù)式相較于開(kāi)放術(shù)式對(duì)椎旁肌退行性變影響較??；不同入路對(duì)椎旁肌的損傷程度也不同，經(jīng)肌間隙入路較傳統(tǒng)入路術(shù)后椎旁肌退行性變程度更輕，而動(dòng)物模型的前路手術(shù)并未導(dǎo)致多裂肌影像學(xué)參數(shù)的明顯變化。

腰椎融合術(shù)較減壓術(shù)對(duì)椎旁肌退行性變的影響更大。Pourtaheri 等［37］回顧12 篇文獻(xiàn)共納入529 例患者，其中365 例采用腰椎融合術(shù)，164 例采用腰椎減壓術(shù)，結(jié)果顯示，與腰椎融合術(shù)相比，單純減壓術(shù)后腰椎椎旁肌萎縮更少，可能是融合節(jié)段的運(yùn)動(dòng)被限制，相應(yīng)節(jié)段椎旁肌活動(dòng)減少導(dǎo)致退行性變。Tonomura 等［38］對(duì)34 例腰椎椎管狹窄癥患者的研究表明，保留椎旁肌的椎板減壓術(shù)后，MRI 測(cè)量的多裂肌T2 加權(quán)信號(hào)強(qiáng)度較術(shù)前無(wú)明顯變化，即FI 不明顯，在減壓節(jié)段術(shù)后出現(xiàn)了椎旁肌萎縮現(xiàn)象，但減壓的椎間盤數(shù)量和節(jié)段不影響椎旁肌萎縮范圍。Bresnahan 等［39］的研究得出，針對(duì)腰椎椎管狹窄癥患者的后路單純減壓手術(shù)，微創(chuàng)手術(shù)比傳統(tǒng)開(kāi)放手術(shù)對(duì)多裂肌和豎脊肌的負(fù)面影響小，術(shù)后效果更好。腰椎椎管狹窄癥患者單純減壓可更好地保留椎旁肌，在確保充分解決椎管狹窄及腰椎穩(wěn)定的前提下避免不必要的融合，可減小患者術(shù)后椎旁肌的FI程度與萎縮。

椎旁肌退行性變與腰椎術(shù)后相鄰節(jié)段退行性變的發(fā)生也有密切關(guān)系。Zhu 等［40］的研究發(fā)現(xiàn)，行單節(jié)段后路腰椎融合術(shù)的患者，相鄰節(jié)段退行性變及頑固性腰痛患者的多裂肌明顯萎縮。Kim 等［41］通過(guò)一項(xiàng)回顧性研究分析得出，術(shù)前椎旁肌CSA是預(yù)測(cè)術(shù)后發(fā)生相鄰節(jié)段退行性變的重要因素。Malakoutian 等［42］通過(guò)建立數(shù)字模型模擬椎旁肌的缺失，對(duì)后路腰椎融合的鄰近節(jié)段進(jìn)行生物力學(xué)分析，結(jié)果表明，椎旁肌可減小腰椎融合相鄰節(jié)段的剪切力，且這種作用獨(dú)立于脊柱內(nèi)固定器。另一項(xiàng)關(guān)于采用傳統(tǒng)后路腰椎融合術(shù)治療的30 例患者的研究顯示，術(shù)中造成肌肉損傷及去神經(jīng)支配導(dǎo)致椎旁肌萎縮，與不良的臨床預(yù)后有一定相關(guān)性［43］。綜上，椎旁肌對(duì)腰椎融合術(shù)后腰椎整體的穩(wěn)定性具有重要的作用，椎旁肌CSA減小以及FI程度增加可能是導(dǎo)致術(shù)后鄰椎病發(fā)生的重要因素，其中以多裂肌退行性變的影響最為明顯。因此，在腰椎手術(shù)中應(yīng)避免損傷椎旁肌，將減少椎旁肌破壞納入腰椎術(shù)式的選擇標(biāo)準(zhǔn)中，以期減少術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。

3 總結(jié)與展望

椎旁肌影像學(xué)參數(shù)對(duì)腰椎手術(shù)及普通外科手術(shù)的術(shù)前預(yù)測(cè)、術(shù)式選擇和預(yù)后有一定作用。但目前椎旁肌影像學(xué)參數(shù)的評(píng)估方法存在手工描繪效率低、描繪區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)不一致等缺點(diǎn)，未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系，得出的研究結(jié)果難以相互比較，且缺少大樣本數(shù)據(jù)。未來(lái)可使用人工智能代替人工行自動(dòng)圖像分割等，提供精確性及可靠性更好的統(tǒng)一定量測(cè)量方法，準(zhǔn)確且大量完成椎旁肌影像學(xué)參數(shù)測(cè)量工作，提高腰椎椎旁肌研究的可信度，形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系運(yùn)用于臨床，改進(jìn)現(xiàn)有的術(shù)前鍛煉、術(shù)式選擇和術(shù)后康復(fù)模式，最終獲得更加良好的臨床預(yù)后。