女性椎體骨折患者骨密度與MRI椎旁肌肉參數的相關性研究

田瀚 鐘業霖 張銀銀 郭海威 李啟活 黃宏興 李穎*

1．廣州中醫藥大學,廣東 廣州 510006

2．廣州中醫藥大學第三附屬醫院,廣東 廣州 510378

骨質疏松癥(osteoporosis,OP)是一種以骨量低下、骨組織微結構損壞,導致骨脆性增加、易發生骨折為特征的全身性骨病[1],作為椎體骨折的主要致病因素之一,OP與腫瘤、急性創傷等共同危害著人類的健康。骨質疏松性椎體骨折(osteoporotic vertebral fractures ,OVFs)是最常見的骨質疏松性骨折,通常伴有劇烈疼痛、活動受限,嚴重影響患者的生活質量,同時也帶來了高額的醫療費用。

腰椎旁肌包括前群和后群,前群主要由腰方肌與腰大肌組成,后群主要包括豎脊肌與多裂肌。椎旁肌的退變與OP、OVFs、腰椎間盤突出癥及脊柱側凸等多種疾病密切相關,OP患者的椎旁肌退變與骨密度降低多為伴發[2-3]。

已有廣泛報道證實,基于計算機斷層掃描(CT)、磁共振成像(MRI)和肌肉骨骼超聲等影像學檢查在肌肉骨骼形態學的測定方面具有顯著優勢,且MRI相對CT擁有更廣的寬容度。椎旁肌肉程度[4]、椎旁肌脂肪浸潤指數(FI)[5]、椎旁肌肉的橫截面積、腰椎壓痕值(VIF)[6]等指標可作為衡量椎旁肌退變的參數,較為直觀地檢測脂肪和結締組織的大小,并且可以通過計算肌間脂肪體積的百分比來評估肌肉變性比例。

保守治療和椎體成形術是目前治療OVFs最廣泛的使用方法,但骨折已對患者造成不可逆的損傷,如何通過識別相關的危險因素、確定嚴重OVFs的危險因素,對于降低OVFs的發病率和再發率、減輕患者經濟負擔、改善患者生存質量,具有重要的臨床意義。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究回顧性選取2019年1月至2020年10月在廣州中醫藥大學第三附屬醫院龍溪院區脊柱科收治的女性椎體骨折患者進行研究,并經由廣州中醫藥大學第三附屬醫院倫理委員會批準。

1.1.1診斷標準:參考《中國骨質疏松性骨折診療指南》[7]、《骨質疏松性骨折中醫診療指南》[8]中關于胸腰椎骨折的診斷標準:①臨床表現為胸腰部疼痛及壓痛、活動障礙、脊柱后凸畸形等癥狀;②影像學檢查(包括X線、CT、MRI)顯示為胸腰椎骨折。

1.1.2納入標準:①年齡≥50歲、疼痛發生時間≤2周、確診為椎體骨折的女性并于我院行椎體成形術的患者;②具有可用的術前資料:MRI數據、骨密度數據;③符合胸腰椎骨折診斷標準。

1.1.3排除標準:①高能量創傷導致的骨折;②由腫瘤、感染所導致的繼發性病理性骨折。

1.2 方法

1.2.1觀察指標:患者基本資料、骨密度、腰椎肌肉程度、脂肪變性比例、多裂肌/豎脊肌、椎長/腰椎壓痕值和脂肪厚度/腰椎壓痕值。

1.2.2骨密度測定:使用Hologic QDR-apex 3.1型(美國Hologic醫療器械有限公司)骨密度儀檢測受試者骨密度。

1.2.3磁共振定量數據及分析:使用Achieva 1.5 T(荷蘭飛利浦醫療器械有限公司)磁共振成像儀進行測定,受試者采用平臥位,沿胸腰椎進行矢狀位、冠狀位及軸狀位掃描,每個椎間隙重復三張。

1.2.4數據分析:將獲得T2加權MRI圖像導出為DICOM數據,根據Huang等[5,9]的研究結果,在L3和L4下終板水平使用ImageJ軟件(美國國立衛生研究院1.52k版本)進行分析。腰椎肌肉程度(%)=(雙側椎旁肌像素數/椎體像素數)×100%;測量脂肪變性比例這一參數時,將圖像轉移至ImageJ,分別分析皮下脂肪與椎旁肌灰度值,后重合分析二者灰度圖,重合部分的像素為脂肪信號。脂肪變性比例(%)=(脂肪信號像素數/雙側椎旁肌像素數)×100%。多裂肌/豎脊肌=多裂肌像素數/豎脊肌像素數,椎長/腰椎壓痕值=棘突長度像素數/腰椎后肌群肌肉隆起到棘突附著處的長度像素數,脂肪厚度/腰椎壓痕值=棘突下脂肪厚度像素數/腰椎后肌群肌肉隆起到棘突附著處的長度像素數,由兩名醫生各自手動勾勒感興趣區域,并取兩者的平均值(當兩位醫生數值相差15%以上時,重新進行測量并計算)。如圖1。

圖1 各椎旁肌參數的測量方式Fig.1 Methods of measurement of each paraspinal muscle parameter

1.3 統計學方法

2 結果

2.1 不同年齡組間各椎旁肌參數情況

共有86名受試者符合本研究條件,根據患者年齡分為三組:<75歲年齡組(n=23, 26.74%)、75～84歲年齡組(n=31, 36.05%)、≥85歲年齡組(n=32, 37.21%)。其中,不同年齡組間的骨密度差異無統計學意義。L3多裂肌/豎脊肌(P=0.006)、L3脂肪變性比例(P<0.001)、L3脂肪厚度/腰椎壓痕值(P=0.010)、L4脂肪變性比例(P=0.008),可以認為不同年齡組間具有可比性。以上組間分別進行多重比較,在<75歲年齡組與≥85歲年齡組間(P=0.005)和L4脂肪變性比例(P=0.006)、L3脂肪變性比例(P=0.002)具有顯著差異,<75歲年齡組與75～84年齡組間在L3脂肪變性比例上具有顯著差異(P=0.001);在L3肌肉/腰椎壓痕值方面,75～84歲年齡組與≥85歲年齡組間具有顯著差異(P=0.014)。見表1。

表1 不同年齡組間各椎旁肌參數情況Table 1 Different paraspinal muscle parameters among different age groups M(P25 ～ P75)]

2.2 骨密度與各參數的相關性分析

相關性分析顯示,骨密度與L3腰椎肌肉程度(P=0.035)、L4腰椎肌肉程度(P=0.041)呈正相關,與L3椎長/腰椎壓痕值(P<0.001)、L4椎長/腰椎壓痕值(P=0.002)呈負相關,比較差異具有統計學意義。見表2、圖2。

表2 骨密度與各椎旁肌參數的相關性分析

圖2 骨密度與各椎旁肌參數的相關性分析Fig.2 Correlation analysis between bone mineral density and various parameters

2.3 胸椎與腰椎的椎旁肌參數分析

依照骨折節段不同,將患者分為胸椎骨折組與腰椎骨折組。其中胸椎骨折40例(46.51%),腰椎骨折46例(53.49%)。兩組分別進行骨密度與各參數的相關性分析。結果發現:胸椎骨折組的骨密度與L3椎長/腰椎壓痕值(P=0.003)、L3脂肪厚度/腰椎壓痕值(P=0.005)、L4椎長/腰椎壓痕值(P=0.045)、L4多裂肌/豎脊肌(P=0.026)呈負相關,腰椎骨折組骨密度與L3椎長/腰椎壓痕值(P=0.029)、L4椎長/腰椎壓痕值(P=0.040)呈負相關,差異具有統計學意義。在腰椎骨折組中,骨密度與L3腰椎肌肉程度(P=0.037)、L4腰椎肌肉程度(P=0.028)呈顯著正相關,差異具有統計學意義。見表3、表4。

表3 胸椎骨折組骨密度與各椎旁肌參數的相關性分析

表4 腰椎骨折組骨密度與各椎旁肌參數的相關性分析

2.4 胸椎、腰椎不同節段與各參數的二元logsitic分析

納入年齡、骨密度等上述參數構建二元Logistic回歸方程。結果發現:L4椎長/腰椎壓痕值對胸腰椎的骨折節段影響具有統計學意義(OR=0.748, 95%CI:0.580～ 0.965,P=0.026);骨密度、腰椎肌肉程度、脂肪變性比例、多裂肌/豎脊肌和脂肪厚度/腰椎壓痕值對于骨折節段的影響無統計學意義。見表5。

表5 胸椎、腰椎不同節段與各參數的二元logsitic分析Table 5 Binary logsitic analysis of different thoracic and lumbar segments and each parameter

2.5 骨密度指數與各參數的逐步線性回歸分析

以骨密度指數為因變量,年齡、脂肪變性比例上述多個指標作為自變量進行逐步線性回歸?？芍狶3椎長/腰椎壓痕值、L4多裂肌/豎脊肌為骨密度的主要影響因素。見表6?；诜治龅贸鲆蜃兞?骨密度)與自變量之間的回歸方程為:骨密度指數=-0.09×L3椎長/腰椎壓痕值-1.15×L4多裂肌/豎脊肌-3.215。

表6 骨密度與各參數的逐步線性回歸分析Table 6 Stepwise linear regression analysis of BMD and each parameter

3 結論

L3與L4節段的腰椎肌肉程度、椎長/腰椎壓痕值、多裂肌/豎脊肌、脂肪厚度/腰椎壓痕值是影響女性胸腰椎椎體骨折的因素。

4 討論

肌肉功能和結構可以作為衡量椎旁肌肉萎縮的主要指征。椎旁肌的FI是椎旁肌變性的重要標志之一,其本質是脂肪或非收縮性結締組織取代肌纖維。肌肉中的脂肪浸潤會降低產生力的收縮組織的比例,從而影響腰椎中這些重要肌肉的功能。肌肉的面積通常被用于表示肌肉纖維的數量,腰椎肌肉程度可以更為客觀的評估肌肉功能面積,FI則代表肌肉質量[10],椎旁肌肉的脂肪浸潤隨著年齡的增長而顯著增加。而在椎旁肌變性的早期階段,雖然脂肪置換發生在椎旁肌肉中,但這一階段椎旁肌肉的肌肉面積通常沒有明顯變化。因此,FI可以較為敏感地反映腰椎和椎旁肌肉的退行性變。

既往的研究重點主要集中在骨密度與OVFs上,但基于當前肌肉骨骼相關研究,還應關注椎旁肌的退變。研究證明潛在的骨質疏松癥、低骨量狀態的絕經后婦女發生壓縮性骨折與椎旁肌的退變有關[11]。盡管不同水平的椎旁肌退變是相關的,但對于椎旁肌肉面積的評估也表明,沒有一個水平能代表整個腰椎,因為不同水平的椎旁肌參數測量值差異顯著。Huang等[12]證實,在L3和L4上,骨折組比非骨折組的椎旁肌肉功能顯著降低[5,9],本研究選擇L3下終板處進行感興趣區域的勾勒。Takayama等[6]曾提出LIV作為一種視覺測量來識別腰椎棘旁肌是否存在肌肉萎縮,椎旁肌退變程度與LIV之間的高度相關性。其定義為在每個椎間隙的上水平上肌肉隆起到棘突附著處的長度。后又有學者提出腰椎棘旁肌萎縮指數(LPMAI),根據棘突相對于腰椎旁肌雙側神經束的位置來確定是否存在嚴重的肌肉萎縮[13]。但該參數只能判斷出有無肌肉萎縮,并不能判斷肌肉退變的程度,在本次納入的86例患者中,筆者使用了以上方法,僅能識別出兩例伴有椎旁肌萎縮退化現象的患者。故本研究創新性地采用椎長/腰椎壓痕值、脂肪厚度/腰椎壓痕值,借此測量棘突長度與腰椎壓痕值的比例、脂肪厚度與腰椎壓痕值的比例,更客觀評估椎旁肌退變程度。結果得出,相對腰椎肌肉程度和脂肪浸潤程度,椎長/椎體壓痕值更為簡易,同時可作為評估椎旁肌肉的退變程度,與患者的骨密度均相關,而脂肪厚度/腰椎壓痕值在胸椎骨折患者中與骨密度顯著相關。目前常用的腰椎肌肉程度、脂肪浸潤程度反而在胸椎骨折組不能作為與骨密度相關的椎旁肌參數,而是椎長/腰椎壓痕值、脂肪厚度/腰椎壓痕值、多裂肌/豎脊肌與骨密度相關,即隨著三者等參數的變化,患者的嚴重程度和預后將隨之變化。即使椎后肌群縱貫脊柱,但是脂肪浸潤程度、腰椎肌肉程度的所代表的退變局限在某一節段。而L3椎長/腰椎壓痕值、L3肌肉/腰椎壓痕值,L4椎長/腰椎壓痕值、L4多裂肌/豎脊肌等參數即使測量的節段為腰椎,依然可以在一定程度反映與骨密度相關的退變程度。

提及椎旁肌,椎后肌群包括多裂肌(LM)、豎脊肌(ES)肌肉,起源于枕骨,沿著脊柱向下延伸至骶骨。LM、ES等肌肉發揮的功能對腰椎穩定性的維持至關重要。ES在椎旁后肌群外圍,共由三組最長肌、髂肋肌和棘肌構成。其總束起自骶骨背面、腰椎棘突、髂嵴后部及腰背筋膜,主要作用于脊柱。LM在腰椎部分更為發達,是椎旁面積最大的附著肌,位于脊柱最內側,維持脊柱在矢狀面和額狀面上的力學的動態及靜態穩定狀態,有效避免運動損傷。LM在腰椎動態穩定和節段控制中發揮作用,是進行維持核心穩定作用的最主要肌肉,而ES是負責維系姿勢與完成運動的最主要主動肌[14-15]。Bruno等[16]也證實多裂肌群,包含連接相鄰或附近椎體的短束,在胸腰椎被強烈激活,但在脊柱的其他區域沒有。為了探究LM與ES對于OVFs患者的影響,本研究選取了多裂肌/豎脊肌這一參數,參照多元線性回歸,筆者認為L4多裂肌/豎脊肌為骨密度的主要影響因素,同時L4多裂肌/豎脊肌在胸椎骨折組中與骨密度呈負相關,說明在胸椎骨折組隨著骨密度降低,多裂肌的面積相對豎脊肌反而升高,隨著豎脊肌逐漸失去在動靜態穩定的控制,胸椎骨折的風險逐漸升高,當然這一結果也可能是由于樣本量有限所導致的[17]。

當然,本研究納入的病例數量較少,因此存在一定程度的偏倚;由于主要依靠手繪感興趣區域,測量的準確性可能不足。因此,在未來的研究中,應該擴大樣本量。此外,與肌肉退變相關的其他因素,如患者的身體活動水平、營養狀況、絕經年齡等尚未納入研究,相關的分子機制仍需進一步探討。