仰臥及俯臥過屈位MRI動態評估多裂肌形態變化與腰椎間盤突出癥的關系

蘇娜，劉琦，閆春麗，劉淼，陸洪江，陳興燦，

（1．溫州醫科大學附屬第一醫院 放射影像中心，浙江 溫州 325015；2．中國人民解放軍聯勤保障部隊第903醫院 放射科，浙江 杭州 310013）

腰椎間盤突出癥（lumbar disc herniation，LDH）是最常見的腰椎退行性疾病，其人群發病率高達7.62%[1]。既往文獻報道LDH與維持腰椎穩定的多裂肌退變相關[2]，但兩者之間的因果關系仍處于爭論中，如果能明確多裂肌的形態變化在LDH發生過程中的重要作用，將對LDH的防治具有重要意義。目前臨床上多裂肌的形態研究以常規仰臥位靜態研究為主，本研究試圖通過仰臥及俯臥過屈位配對MRI動態檢查，評估多裂肌形態變化在LDH發生中的作用。

1 資料和方法

1.1 一般資料 選取2016年3月至2018年5月于中國人民解放軍聯勤保障部隊第903醫院就診的43例LDH患者（LDH組）及42例健康志愿者（對照組）。其中LDH組男22例，女21例；對照組男16例，女26例。LDH組入選標準:①具有腰痛、下肢放射痛等臨床表現；②常規MRI確診為LDH；③以往無脊柱或脊髓感染性疾病、腫瘤、脊柱骨折、強直性脊柱炎、脊柱畸形等，未行脊柱手術；④無心、肺、腦等其他疾病或肢體殘疾導致的運動功能障礙；⑤體內無金屬異物，無任何MRI檢查禁忌證。對照組納入標準:①年齡18～60歲；②身體健康，無運動系統發育異常、脊柱畸形等，無任何腰背部疾病及治療史。所有受檢者均行腰椎仰臥位與俯臥過屈位配對MRI檢查，并記錄受檢者身高、體質量等資料，計算體質量指數（body mass index，BMI）。本研究通過中國人民解放軍聯勤保障部隊第903醫院倫理委員會批準，所有患者均已簽署知情同意書。

1.2 成像方法 應用美國GE DISCOVERY MR750 3.0T磁共振掃描儀，32通道包裹線圈，使用呼吸門控避免呼吸偽影，患者腳先進，行仰臥及俯臥過屈位配對檢查，包括矢狀位T1WI、T2WI、軸位T2WI掃描。掃描參數:矢狀位TSE T1WI:TR/TE 500 ms/8 ms，FOV 32 cm×32 cm，矩陣320×160，層厚5 mm，層間隔1 mm；矢狀位TSE T2WI:TR/TE 2 500 ms/100 ms，矩陣320×160，層厚5 mm，層間隔1 mm；軸位TSE T2WI:TR/TE 3 500 ms/120 ms，矩陣320×224，層厚4 mm，層間隔0 mm；軸位掃描范圍為L2-S1，每個節段平行于椎間盤掃描3張圖像。俯臥過屈位:患者俯臥于MRI檢查床上，腹部墊以表面呈弧形的軟墊，高度為25 cm，造成腰椎過屈狀態。2種體位MRI檢查要求掃描的腰椎間盤層面、層數、層厚一致。

1.3 圖像后處理 應用ImageJ 1.56軟件進行圖像分析。選擇L3-4、L4-5和L5-S1節段軸位T2WI中間層圖像，以多裂肌最內層的深筋膜輪廓為界，包括多裂肌與椎板、棘突之間的脂肪，手動勾勒感興趣區（region of interest，ROI），然后采用閾值技術區分肌肉和脂肪[3-4]。所有ROI均由2位放射科醫師共同完成，如圖1所示。

圖1 多裂肌ROI示意圖

測量參數如下:①多裂肌總橫截面積（total cross-sectional area，TCSA）:左右側多裂肌橫截面積（cross-sectional area，CSA）之和，包括多裂肌和椎板以及棘突之間的脂肪；②多裂肌脂肪浸潤比（fatty infiltration ratio，FIR）:由ImageJ軟件閾值技術測量；③多裂肌功能性橫截面積（functional cross-sectional area，FCSA）:兩側單純肌肉橫截面積之和[TCSA×（1-FIR）]；④兩側多裂肌CSA不對稱性（CSA asymmetry，CSAasy）:[（CSA較大側-CSA較小側）/CSA較大側×100%]；⑤仰臥位與俯臥過屈位TCSA差值（S-P）:[TCSA仰臥位-TCSA俯臥位過屈位]。除S-P外，其他多裂肌形態學參數均在仰臥位圖像上進行測量。

1.4 統計學處理方法 應用SPSS22.0軟件進行統計學分析。計量資料進行Kolmogorov-Smirnov正態性檢驗，符合正態分布的采用±s 表示，不符合正態分布的采用M（P25，P75）表示，計數資料采用頻數表示。2 組間計量資料比較采用獨立樣本t 檢驗或Mann-Whitney U檢驗，計數資料比較采用χ2檢驗，組間多裂肌形態學參數比較進行年齡校正。仰臥位及俯臥過屈位TCSA比較采用配對樣本t 檢驗，組內L3-S1三節段間FIR比較采用單因素方差分析。應用ROC曲線評估多裂肌形態學參數對LDH的提示效能。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料 本研究納入的43例LDH患者中共54 個椎間盤有突出，其中L3-4節段突出的椎間盤有4個（占7.4%），L4-5節段椎間盤突出有27個（占50.0%），L5-S1節段突出的椎間盤有23個（占42.6%）。2組性別比較差異無統計學意義（P＞0.05）。LDH組年齡為（47.2±10.6）歲，對照組為（39.1±12.2）歲，差異有統計學意義（P=0.003）。LDH組BMI為（23.88±3.06）kg/m2，對照組為（23.49±2.86）kg/m2，差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.2 多裂肌形態學參數 仰臥位與俯臥過屈位多裂肌TCSA配對比較結果顯示，在對照組和LDH組中，各個節段不同體位間多裂肌TCSA存在差異，仰臥位TCSA較俯臥過屈位增大（P＜0.001），見表1。

表1 仰臥位與俯臥過屈位多裂肌TCSA比較

表1 仰臥位與俯臥過屈位多裂肌TCSA比較

對照組 42images/BZ_39_258_1658_2262_1727.pngL3-4 1 078.34±271.45 898.02±234.94 17.82 ＜0.001 L4-5 1 599.07±328.16 1 301.54±279.31 16.12 ＜0.001 L5-S1 2 008.65±340.31 1 561.90±302.60 19.95 ＜0.001 LDH組 43 L3-4 960.89±254.03 881.48±240.34 10.02 ＜0.001 L4-5 1 441.04±336.77 1 266.43±335.18 12.42 ＜0.001 L5-S1 1 760.23±358.10 1 536.71±343.77 12.55 ＜0.001

校正年齡因素后，2組間多裂肌形態學參數比較結果顯示，L3-4節段LDH組S-P值較對照組減?。≒＜0.001），其余參數差異無統計學意義（P＞0.05）；L4-5節段LDH組TCSA、S-P值較對照組減?。≒ ＜0.05），而LDH組CSAasy值較對照組增大（P=0.015）；L5-S1節段LDH組TCSA、FCSA及S-P值較對照組減?。≒＜0.05）。LDH組和對照組FIR從L3-S1有增大趨勢，且L5-S1節段較L3-4及L4-5節段FIR顯著增大（P＜0.05）。見表2。

2.3 ROC曲線分析 結果顯示TCSA（AUC=0.723）、FCSA（AUC=0.704）、CSAasy（AUC=0.662）、FIR（AUC=0.643）對LDH的提示價值一般，而S-P對LDH具有較高的提示價值（AUC=0.957），見表3和圖2。

3 討論

隨著現代影像技術的發展，多裂肌圖像的獲取更加容易且清晰。既往已有研究通過B超測量不同姿勢下（俯臥位、端坐位、直立位和直立前傾位）多裂肌的厚度變化來動態評估多裂肌的功能[5]，但尚未見應用MRI動態檢查研究多裂肌形態變化與LDH之間關系的文獻報道。

3.1 多裂肌在保持腰椎正常形態、結構及功能中的作用 多裂肌是附著面積最大的椎旁肌，分為深部肌纖維和淺表肌纖維。淺表肌纖維?？缭蕉鄠€椎體，具有方向特異性，對脊柱活動起定向作用；深部肌纖維分布于兩個相鄰椎體之間，對脊柱節段間的旋轉運動和剪切力起控制作用[6]。與其他骨骼肌相比，多裂肌含有豐富的I型肌纖維（I型肌纖維ATP酶活性低，持續收縮時間長，收縮速度較慢），有助于維持生理姿勢和完成精細活動[7]。而且多裂肌在腰椎突然失去平衡時可以預先收縮，由此使相鄰的腰椎節段之間緊張度增加，從而減少腰椎的可活動度，維持腰椎的正常力線與穩定。本研究結果顯示仰臥位較俯臥過屈位多裂肌形態增大，說明俯臥過屈位多裂肌處于松弛狀態下，腰椎曲度會失去正常形態。

表2 對照組與LDH組多裂肌形態學參數比較

表3 多裂肌形態學參數的ROC曲線分析

圖2 多裂肌形態學參數ROC曲線圖

多裂肌另一個重要的功能是在維持腰椎前曲的同時，還協助分散軸向位體質量的壓力，進而可以緩解腰椎間盤所受到的壓力，這對保護椎間盤有著非常重要的意義[8]。多裂肌通過保持腰段前凸，使腰椎間盤維持在前寬后窄的狀態，意味著椎間盤內的壓力自前往后是有差異的，即前低后高，如果發生腰椎間盤突出也是向前的，不會引起根性神經痛的臨床表現；但如果腰椎前凸消失或反轉，椎間盤內的壓力梯度發生逆轉，就會發生腰椎間盤向后或側后方突出，即臨床常見的LDH。

3.2 多裂肌退變與LDH的關系 多裂肌退變大體上主要表現為肌肉萎縮（體積減小、雙側不對稱性）和脂肪浸潤增加，且兩者互為影響，即肌肉萎縮可引起脂肪浸潤，脂肪浸潤又會加重肌肉萎縮，最后表現為多裂肌功能下降。肌肉CSA可以很直觀地反映肌肉的形態變化情況，是評價肌肉功能的一項重要指標。有研究顯示肌肉CSA與產生的肌力呈正相關，CSA越大，產生的肌力就會越大[9]。目前臨床上主要通過CT和MRI等影像技術測量CSA對多裂肌退變進行研究[10-11]。

本研究中為了減少仰臥位與俯臥過屈位不同體位左右側多裂肌收縮功能不同而引起的CSA大小的誤差，采用左右兩側多裂肌CSA之和（包括TCSA及FCSA）來對比不同體位多裂肌的形態變化。與既往研究類似[12]，本研究仰臥位結果顯示LDH組L3-S1各節段TCSA和FCSA均較對照組減小。然而L3-4節段2組間TCSA差異無統計學意義，可能由于L3-4節段多裂肌面積較小，本身收縮功能較低，且本研究LDH組中累及L3-4節段較少所致。此外，2組間FCSA差異僅L5-S1節段有統計學意義，可能與L5-S1節段脂肪浸潤程度高有關。既往也有研究認為下腰椎多裂肌脂肪化程度較高可能與其退變性疾病發生率較高有關，尤其是L5-S1是腰骶部的一個過渡性節段，承擔著極大的重力和活動負荷，是最易發生退行性病變的節段[13]。本研究中LDH組L3-S1各節段FIR均較對照組大，雖然差異沒有統計學意義，但也可以說明FIR與LDH有一定關系。值得注意的是，本研究中對照組L5-S1節段FIR較其他節段高，說明下腰椎多裂肌脂肪化程度較高很可能也是正常人體脂肪分布不均的一個表現[14]。

當多裂肌發生退變后，CSA減少，肌肉力量降低，引起腰椎生理曲度變直，使椎間盤前緣的壓力增加而后緣的壓力減少，髓核受到向后緣擠壓的力，長期會導致髓核變性，向后緣聚集，后纖維環繃緊。由于纖維環后方較為薄弱，且當椎間盤處于受壓狀態時，單位面積上所承受的壓力大約是外力的1.5倍，會使椎間盤后緣的纖維環破裂、髓核突出甚至脫出，壓迫脊髓或神經根，進而引起腰痛、放射痛等LDH相關的臨床癥狀[15-16]。

3.3 仰臥及俯臥過屈位配對MRI檢查動態評估多裂肌形態變化在LDH中的意義 陳興燦等[17-18]于2003年首次提出仰臥及俯臥過屈位配對CT/MRI動態檢查研究LDH，結果顯示動態CT/MRI能更深入了解LDH的具體病理變化，從而提出了包容型LDH作為經皮腰椎間盤髓核摘除術前選擇病例的客觀指標。既往研究采用單個體位MRI只能靜態顯示多裂肌結構和形態，無法明確多裂肌與LDH之間的因果關系[4，10]。而本研究中對照組的仰臥及俯臥過屈位配對MRI檢查結果顯示，當腰椎改變了原來的生理前凸狀態時，多裂肌處于松弛功能狀態，說明仰臥位和俯臥過屈位動態MRI檢查不僅能動態顯示多裂肌的結構和形態，而且還能評估多裂肌的功能，為研究多裂肌與LDH之間的因果關系提供了思路。

雖然本研究中2組各節段多裂肌仰臥位較俯臥過屈位形態均增大，但反映多裂肌動態變化的S-P值，LDH組較對照組減小，說明LDH組較對照組多裂肌形態變化程度減小、收縮功能減退。ROC曲線分析結果表明，相對于多裂肌其他形態學參數，多裂肌S-P對LDH具有較高的提示價值，也說明多裂肌的變化在LDH的發生、發展過程中起到非常重要的作用。因此，仰臥及俯臥過屈位配對MRI檢查動態評估多裂肌形態變化在LDH中具有重要意義。

然而本研究尚存在一些不足之處，①研究的樣本量較小，且為單中心研究，有待后續進行大樣本、多中心研究進一步證實；②本研究未納入多裂肌退變相關的臨床影響因素，比如職業、病程等，且本研究中對照組未與病例組嚴格配對，這些因素是否影響S-P對LDH的提示效能，有待后續進一步研究；③LDH未進行亞組分析，比如根據有無壓迫神經根、不同類型椎間盤突出等進一步分組研究；④由于俯臥過屈位部分圖像有少許偽影會影響FIR的精確度，進而影響FCSA及CSAasy的數值，因此本研究沒有統計仰臥位與俯臥過屈位不同體位其他測量參數的變化，有待后續擴大數據后進一步研究。

綜上所述，仰臥及俯臥過屈位MRI可以動態評估多裂肌形態變化，S-P對LDH具有較高的提示價值。LDH患者多裂肌形態變化程度縮小，多裂肌收縮功能減退是引起LDH的重要原因之一，增強多裂肌的功能對LDH的防治有重要作用。