腰椎退行性疾病中椎旁肌退變的影像學(xué)研究進(jìn)展

張元成，敖 俊

(遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院脊柱外科，貴州 遵義 563003)

腰椎退行性疾病是腰椎間盤、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)或椎旁肌退變引發(fā)的以下腰痛為主要臨床表現(xiàn)的一系列疾病，是脊柱外科的常見病及多發(fā)病。椎旁肌對于維持腰椎的生理曲度及動態(tài)穩(wěn)定性具有重要意義[1]，若椎旁肌出現(xiàn)退變，可加速腰椎結(jié)構(gòu)的退變[2]，使腰椎的生理曲度丟失，穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致一系列癥狀的發(fā)生。椎旁肌在解剖上分為前群和后群，前群主要包括腰大肌、腰小肌和腰方肌，后群主要為多裂肌、豎脊肌、半棘肌、回旋肌和橫突間肌。椎旁肌的退變在形態(tài)學(xué)上包括肌肉質(zhì)和量的改變，即脂肪浸潤(肌肉被脂肪組織滲透代替)和肌肉萎縮(肌纖維變細(xì)或減少，肌肉體積縮小)。通過影像學(xué)圖像分析測量椎旁肌脂肪浸潤程度及椎旁肌橫截面積，以此作為評估肌肉質(zhì)和量的指標(biāo)，探討肌肉退變與腰椎退行性疾病的關(guān)系。本文將從MRI、CT、超聲及新型影像學(xué)技術(shù)研究椎旁肌退變的方法、優(yōu)缺點(diǎn)及目前的進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為臨床診療提供參考。

1 MRI在評價椎旁肌退變中的應(yīng)用

MRI具有良好的軟組織分辨率，是目前研究椎旁肌最常使用的影像學(xué)方法。MRI可靠性高，其測量肌肉橫截面積及脂肪浸潤程度在測量者間及測量者內(nèi)均具有極好的可信度[3]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，通過對椎旁肌進(jìn)行組織活檢獲得的肌間脂肪組織沉積與MRI獲取的脂肪滲透具有良好的一致性[4]。目前的研究需要借助圖像處理軟件將肌肉邊界進(jìn)行分割，從而對目標(biāo)肌肉的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定，美國國立衛(wèi)生研究院網(wǎng)站的Image J是應(yīng)用最多的軟件。

1.1 MRI對椎旁肌橫截面積的測量

椎旁肌橫截面積作為評估肌肉量的指標(biāo)，對于分析腰椎退行性疾病相關(guān)因素與肌肉退變具有重要意義。在測量椎旁肌橫截面積時，操作者需熟悉目標(biāo)肌肉的解剖學(xué)及影像學(xué)表現(xiàn)，在圖像中沿肌肉邊界畫出感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)，雖然存在一定的主觀性，但是M?ki等[5]證實這種方法在評估者內(nèi)部具有較高的可重復(fù)性和可靠性。在測量平面的選擇上，有研究選擇單一節(jié)段的測量結(jié)果代表整體肌肉的水平[6]；但是Urrutia等[7]認(rèn)為單一節(jié)段的橫截面積并不能反映整體椎旁肌的退變情況，在病變程度較重時，即使單一節(jié)段的病變也可引起多節(jié)段椎旁肌的改變。因此，需要對多節(jié)段椎旁肌橫截面積進(jìn)行評估[8]。為了降低個體間差異，研究中多使用被測量者某一椎體橫截面積作為基值，通過將同水平肌肉橫截面積與椎體橫截面積的比值作為矯正值進(jìn)行分析[9]。

1.2 MRI對椎旁肌脂肪浸潤程度的評估

MRI T2加權(quán)成像常用于脂肪浸潤的定量研究，利用Image J的閾值，對ROI內(nèi)脂肪組織進(jìn)行著色，著色面積即為脂肪面積；或使用閾值分析ROI及皮下脂肪的像素灰度值，可以得到兩種峰值強(qiáng)度不同的信號區(qū)域，兩者交叉的范圍即為ROI內(nèi)脂肪面積[10]。脂肪面積與ROI總面積的比值即為脂肪浸潤占比。

Sorensen等[11]于2006年對椎旁肌脂肪浸潤程度進(jìn)行了分級，根據(jù)脂肪浸潤占比大小將脂肪浸潤程度分為3級：1級，正常/輕度肌肉退變，脂肪浸潤占比0～20%；2級，中度肌肉退變，脂肪浸潤占比20%～50%；3級，重度肌肉退變，脂肪浸潤占比大于50%。該方法的提出彌補(bǔ)了脂肪浸潤嚴(yán)重程度評估的空缺，為臨床確定脂肪浸潤程度提供了標(biāo)準(zhǔn)，被廣大學(xué)者所接受。

2 CT在評價椎旁肌退變中的應(yīng)用

CT作為傳統(tǒng)的影像學(xué)檢查方法，可通過處理其圖像來獲取肌肉密度(即CT值，單位：HU)、橫截面積及脂肪浸潤等數(shù)據(jù)，可重復(fù)性好，軟組織分辨率高。早期的研究已經(jīng)證明，通過CT可以評估肌肉量減少及脂肪沉積增加等肌肉退變征象[12]。

2.1 CT測量椎旁肌橫截面積

通過CT測定椎旁肌橫截面積的方法與MRI基本一致，均需要繪制ROI，可通過圖像處理軟件對腰椎旁肌橫截面積進(jìn)行測量，且CT還可以使用其獨(dú)有的CT值參數(shù)中標(biāo)準(zhǔn)化閾值(-29～+150 HU)識別肌肉組織，以獲得肌肉的橫截面積[13]。

2.2 CT測量椎旁肌肌肉密度

肌肉質(zhì)量的改變與脂肪浸潤程度密切相關(guān)[14]，由于CT對脂肪內(nèi)質(zhì)子敏感，因此可通過CT評價肌纖維密度來反映肌肉質(zhì)量的改變。肌肉密度用CT值表示，指CT圖像中各組織與X射線衰減系數(shù)相當(dāng)?shù)膶?yīng)值，不同的組織由于其衰減系數(shù)不一而具有不同的CT值，在肌肉組織中，脂肪沉積程度越高，其CT值越低。Goodpaster等[15]通過肌肉活檢發(fā)現(xiàn)，肌肉中脂質(zhì)濃度每增加1 g/100 mL，CT值下降1 HU?；诖嗽恚赏ㄟ^椎旁肌CT值評估肌肉質(zhì)量。

測量CT值時，ROI的選擇目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。Hicks等[16]在研究中選擇測量整塊肌肉的平均CT值；Kalichman等[17]則通過測量肌肉中心無脂肪組織沉積的CT值代表正常肌肉的密度；還有研究通過測量肌肉中心及內(nèi)、外側(cè)邊緣的CT值，取均值代表整塊肌肉的密度[18]。由于測量時ROI選擇不同，因此，難以將各個研究中正常和異常的肌肉密度參數(shù)進(jìn)行對比，有待未來通過更多的研究制定出統(tǒng)一的測量準(zhǔn)則。

3 超聲在評價椎旁肌退變中的應(yīng)用

超聲成像是近年來研究肌肉形態(tài)特征和尺寸的常用方法之一，與其他成像方式相比，超聲是一種無創(chuàng)傷、低風(fēng)險、低成本、便攜式的檢查方法。

3.1 超聲測量椎旁肌橫截面積

超聲主要是對椎旁肌后群進(jìn)行測量，在成像后，通過屏幕上的光標(biāo)沿肌肉邊界標(biāo)記或使用圖像處理軟件Image J等測量肌肉橫截面積，為了保證可靠性，測量時需要精確標(biāo)記肌肉邊界的內(nèi)邊緣[19]。對于超聲成像測量軀干肌肉尺寸可靠性的評估，多項研究結(jié)果顯示，超聲評價椎旁肌退變的可靠性從差到優(yōu)不等，整體報告的可靠性在可接受的范圍內(nèi)，高質(zhì)量的研究表明，其在操作者間往往具有較高的一致性[20-23]。

3.2 超聲測量椎旁肌其他參數(shù)

超聲還可以對肌肉的厚度、多普勒流速和僵硬度等進(jìn)行多平面定量分析[24-26]。有研究證明，使用超聲聯(lián)合肌電圖來研究椎旁肌時，多裂肌厚度與肌電圖信號高度相關(guān)，但在MRI與肌電圖聯(lián)合檢測時未發(fā)現(xiàn)肌肉厚度及橫截面積與肌電圖信號的相關(guān)性[23]。Espahbodi等[25]利用多普勒成像研究了椎旁肌動脈血流發(fā)現(xiàn)，腰痛患者和正常人群的收縮期峰值血流速度(peak systolic blood flow velocity，PSV)均有類似成像，但腰痛患者的動脈血流PSV比值更高，表明腰痛患者的椎旁肌需要更多的血供，這可能與腰痛的病理或代償機(jī)制有關(guān)。Masaki等[26]通過超聲橫波成像捕捉肌肉組織內(nèi)部的橫波傳播，計算速度獲得剪切模量，從而獲取肌肉的彈性圖像和組織剛度，結(jié)果顯示，腰痛與腰椎多節(jié)段椎旁肌僵硬有關(guān)。

超聲作為一種評估椎旁肌退變的方法，雖然其在軟組織分辨率及抗干擾方面存在不足，但其實時性是其他影像學(xué)手段無法取代的。當(dāng)前的研究主要通過研究正常人與腰椎退行性疾病患者超聲中某一參數(shù)的差異，分析椎旁肌退變與腰椎退行性疾病的關(guān)系。目前，超聲對椎旁肌的評估尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在未來的工作中應(yīng)側(cè)重于椎旁肌的定量評估，建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為腰椎退行性疾病患者的診斷和治療提供實時、客觀的評估工具。

4 新型影像學(xué)技術(shù)在椎旁肌研究中的應(yīng)用

近年來，隨著對椎旁肌的深入研究，一些新型的影像學(xué)技術(shù)也被用于椎旁肌的研究中。Boissière等[27]利用MRI三維重建技術(shù)計算椎旁肌體積，年齡與椎旁肌體積無明顯相關(guān)性。這與傳統(tǒng)MRI方法得出的結(jié)果不一致，MRI三維重建技術(shù)雖然在評估椎旁肌體積方面更有優(yōu)勢，但其作為一種新技術(shù)，可信度有待進(jìn)一步論證。Schlaeger等[28]運(yùn)用基于化學(xué)位移編碼的水脂MRI檢測椎旁肌成分發(fā)現(xiàn)，椎旁肌肉質(zhì)子密度脂肪分?jǐn)?shù)可作為評估背伸肌力量的預(yù)測因子(r=0.34，P=0.002)。此外，還有學(xué)者將腰椎壓痕值代替橫截面積快速評估椎旁肌，發(fā)現(xiàn)腰椎壓痕值與椎旁肌橫截面積顯著相關(guān)[29]。與傳統(tǒng)的橫截面積測量相比，這種方法更加簡單、快捷，有可能作為評估椎旁肌退變的新指標(biāo)。

5 椎旁肌影像學(xué)表現(xiàn)與腰椎退行性疾病的關(guān)系

多項研究通過橫截面積和脂肪浸潤評估椎旁肌退變情況發(fā)現(xiàn)，腰椎退行性變患者的多裂肌、最長肌、髂肋肌和腰大肌均存在不同程度的退變，其中多裂肌的退變在腰椎退行性疾病和接受腰椎手術(shù)的患者中更常見[30-32]。

目前，大量的研究表明，在腰椎退行性疾病患者中，椎間盤退變的Pfirrmann分級、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變程度、疼痛程度、矢狀位力線等與椎旁肌退變顯著相關(guān)，患者的脂肪浸潤越嚴(yán)重，椎旁肌橫截面積越小，提示其Pfirrmann分級越高，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變越嚴(yán)重，疼痛程度越高，矢狀位力線也更趨近于病理狀態(tài)[33-36]。

在慢性下腰痛患者中，其脂肪浸潤與疼痛程度顯著相關(guān)，說明脂肪浸潤導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)可能是引起疼痛的原因[37]。Thakar等[38]對腰椎滑脫患者的多裂肌進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，腰椎滑脫患者的多裂肌表現(xiàn)出肌肉萎縮征象，提示多裂肌萎縮有可能是腰椎滑脫的重要原因。

6 椎旁肌退變的影像學(xué)表現(xiàn)與其功能的內(nèi)在聯(lián)系

腰椎退行性疾病患者往往存在不同程度的腰背部功能障礙，表明椎旁肌形態(tài)學(xué)退變可能與椎旁肌功能相關(guān)。有學(xué)者測量腰痛患者的多裂肌及豎脊肌橫截面積并通過《Roland-Morris功能障礙問卷》評估患者腰部活動的功能障礙情況發(fā)現(xiàn)，肌肉橫截面積較大的患者功能障礙指數(shù)更低[39]。Le等[40]通過改良的Oswestry功能障礙指數(shù)評估下腰痛患者與腰痛相關(guān)的功能障礙情況發(fā)現(xiàn)，腰背部功能較好的患者M(jìn)RI圖像中椎旁肌的脂肪浸潤程度更低。Lee等[41]對28例患者進(jìn)行等速肌力測試，并測量背伸肌L4/L5水平的橫截面積發(fā)現(xiàn)，腰背伸肌橫截面積是其力量的影響因素。既往的研究已經(jīng)初步確定了椎旁肌形態(tài)學(xué)退變與其功能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，但未能闡明兩者的關(guān)系，期待將來更多的研究進(jìn)一步深入探索。

7 總結(jié)與展望

隨著人們對腰椎旁肌退變的重視，目前有大量研究報道了傳統(tǒng)影像學(xué)參數(shù)對腰椎退行性疾病患者中椎旁肌形態(tài)學(xué)退變的評估，逐步揭示了腰椎退行性疾病與肌肉退變的關(guān)系。但是不同的影像學(xué)方法目前尚缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系來評價椎旁肌退變程度，導(dǎo)致不同研究的結(jié)果無法比較分析。希望未來的研究中，建立統(tǒng)一的椎旁肌形態(tài)學(xué)退變評價體系，并基于患者腰部的功能障礙情況進(jìn)行研究，更好地為腰椎退行性疾病患者的診療及預(yù)后提供指導(dǎo)意見。