汪洋，查云飛，邢棟

作者單位：

武漢大學(xué)人民醫(yī)院放射科，武漢430060

在肌肉退變過程中，正常肌纖維形態(tài)發(fā)生改變并被脂肪組織取代，脊柱穩(wěn)定性下降，這可能是下腰痛產(chǎn)生的重要原因之一[1]。目前，已經(jīng)有研究表明椎旁肌肉脂肪含量與椎間盤高度降低有關(guān)[2]；與無癥狀對(duì)照組患者相比，下腰痛患者的椎旁肌肉脂肪浸潤(rùn)增加和肌肉橫截面積減少[3]；而且肌肉脂肪浸潤(rùn)較少的患者，椎間盤源性腰腿痛患者治療后的效果也相對(duì)較好[4]。

盡管以上研究表明下腰痛與椎旁肌肉退變之間存在關(guān)聯(lián)，但近年來只有少數(shù)學(xué)者[5-6]對(duì)椎旁肌肉脂肪浸潤(rùn)與腰椎間盤退變進(jìn)行了評(píng)估，而且這些研究都是采用主觀評(píng)價(jià)或半定量測(cè)定椎旁肌肉脂肪含量。

本研究擬采用IDEAL-IQ (iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and leastsquares estimation quantitation)技術(shù)定量測(cè)定椎旁肌肉脂肪含量，希望能為臨床診斷和治療提供參考以及準(zhǔn)確的影像學(xué)依據(jù)，同時(shí)評(píng)價(jià)椎旁肌肉脂肪含量與椎間盤退變的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取57名患者，男21例，女36例，年齡范圍19～79歲，平均年齡(47.93±13.03)歲，所有患者均來自武漢大學(xué)人民醫(yī)院，檢查前均簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床以腰腿痛或坐骨神經(jīng)痛欲行腰椎MRI檢查的患者。剔除標(biāo)準(zhǔn)：患有惡性腫瘤、血液病、糖尿病、庫欣綜合征及其他系統(tǒng)性疾病病史；絕經(jīng)后行雌激素替代治療的女性患者；體重指數(shù)＞28 kg/m2；長(zhǎng)期藥物服用史；長(zhǎng)期吸煙、飲酒、厭食癥患者；急慢性骨折、癱瘓及腰部手術(shù)的患者；Cobb角大于10°的腰椎側(cè)彎畸形患者；幽閉恐懼癥患者。

1.2 掃描方法

采用GE Discovery MR750 Plus 3.0 T超導(dǎo)磁共振(GE Healthcare；Little Chalfont，England)行腰椎常規(guī)T2WI序列矢狀位及IDEAL-IQ序列軸位掃描，線圈采用CTL脊柱相控陣線圈，受檢者取仰臥位。IDEAL-IQ序列參數(shù)：翻轉(zhuǎn)角4°，TR 7.8 ms，TE 1.2 ms、3.2 ms、5.2 ms、7.2 ms、9.2 ms、11.2 ms，帶寬125 kHZ，掃描層厚4 mm，視野30 cm×24 cm，矩陣288×288，激勵(lì)次數(shù)2，回波鏈長(zhǎng)度3，掃描時(shí)長(zhǎng)2 min 58 s；T2WI序列參數(shù)：TR 2500，TE 142，帶寬62.5 kHZ，激勵(lì)次數(shù)2，回波鏈長(zhǎng)度21，層厚4 mm，層間距0.5 mm，視野32 cm×32 cm，矩陣512×512，掃描時(shí)長(zhǎng)1 min 25 s。

1.3 圖像定性和定量評(píng)價(jià)

腰椎常規(guī)T2WI序列矢狀位，根據(jù)Pfirrmann分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[7]：Ⅰ級(jí)，髓核呈均勻的高信號(hào)，纖維環(huán)與髓核分界清晰，椎間盤高度正常；Ⅱ級(jí)，髓核呈不均勻的高信號(hào)，髓核內(nèi)伴或不伴水平狀信號(hào)帶，纖維環(huán)與髓核分界清晰，椎間隙正常；Ⅲ級(jí)，髓核呈不均勻的中等信號(hào)，纖維環(huán)與髓核分界不清晰，椎間隙正?；蜉p度狹窄；Ⅳ級(jí)，髓核呈不均勻的中等或低信號(hào)，髓核與纖維環(huán)不能區(qū)分，椎間隙正常或中度狹窄；Ⅴ級(jí)，髓核呈不均勻低信號(hào)，髓核與纖維環(huán)不能區(qū)分，椎間隙重度狹窄。由2名5年以上肌骨影像學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師在矢狀位T2WI序列上分別對(duì)腰椎間盤退變程度進(jìn)行分級(jí)(圖1)，有分歧時(shí)共同商量決定，將椎間盤分為5組。

IDEAL-IQ序列軸位掃描圖像傳入GE AW 4.6工作站，由以上相同的2名醫(yī)師在fat fraction圖像上各自勾畫所有L1～S1椎間盤中心層面椎旁肌感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，椎旁肌ROI分別設(shè)在兩側(cè)多裂肌(Multifidus，MF)、豎脊肌(Erector spinae，ES)和腰大肌(Psoas，PS)(圖2)，沿肌肉外輪廓勾畫，避開肌肉周圍脂肪組織，系統(tǒng)自動(dòng)生成所畫區(qū)域的脂肪百分比(fat fraction，F(xiàn)F)和橫截面積(cross-sectional area，CSA)，每種椎旁肌肉左右兩側(cè)各測(cè)量三次取平均值；根據(jù)同層面椎間盤分級(jí)，將椎旁肌肉相應(yīng)的也分為5組。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 21.0軟件(SPSS Inc，Chicago，IL，USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(Intraclass correlation coefficient，ICC)評(píng)價(jià)2名醫(yī)師測(cè)量椎旁肌肉FF和CSA值的一致性，ICC值大于0.80認(rèn)為測(cè)量結(jié)果一致性較好。

圖1 腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)示例 圖2 腰椎軸位IDEAL-IQ序列中的fat fraction圖，分別勾畫腰大肌、豎脊肌、多裂肌的ROIFig. 1 Example Pfirrmann gradation of lumbar disc. Fig. 2 The fat fraction diagram in the IDEAL-IQ sequence of the lumbar axis， which outlines the ROI of the PS, ES, and MF.

用ANOVA單因素方差分析比較不同腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)組間相應(yīng)層面椎旁肌肉FF及CSA差異；用Spearman相關(guān)性分析評(píng)價(jià)腰椎間盤Pfirrmann退變程度與相應(yīng)層面椎旁肌肉FF及CSA的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r＞0.7被認(rèn)為顯著相關(guān)；r=0.5～0.7為強(qiáng)相關(guān)；r=0.3～0.5為中等程度相關(guān)；r＜0.3為弱相關(guān)。采用多元線性回歸分析以評(píng)估性別、年齡、腰椎間盤退變程度是否為PS、ES、MF的FF和CSA的獨(dú)立影像因素。以上分析均以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2名觀察者測(cè)得的椎旁肌肉(PS、ES、MF)FF及CSA的ICC值分別為0.85，0.81，0.84；0.97，0.90，0.82，說明2名觀察者結(jié)果具有很好的一致性，然后取兩人平均數(shù)作為最終數(shù)據(jù)。

不同腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)組間椎旁肌肉FF及CSA的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。不同腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)與椎旁肌肉(PS、ES、MF)FF的Spearman相關(guān)性分析結(jié)果表明腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)與PS、ES和MF的FF均存在相關(guān)性，其中與PS的FF弱相關(guān)，與ES和MF的FF中等程度相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.208，0.392，0.433，P值均小于0.001；圖3A～C)；不同Pfirrmann分級(jí)組間椎旁肌肉(PS、ES、MF)CSA的Spearman相關(guān)性分析表明腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)與PS、ES和MF的CSA均為弱相關(guān)(相關(guān)系數(shù)分別為0.170，-0.284，0.240，P值分別為0.004，＜0.001，＜0.001；圖3D～F)。

由于多元線性回歸的各相關(guān)因素并非全部獨(dú)立存在，而有可能存在一定的共線性，所以對(duì)性別、年齡、腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)3個(gè)變量進(jìn)行逐步回歸分析，以進(jìn)入概率為α≤0.05，移出概率α≥0.01進(jìn)行分析，剔除其中存在共線性的變量，最終選入性別、年齡和腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)作為PS、MF的FF的自變量，腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)作為ES的FF的自變量；性別、年齡和腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)作為PS、MF的CSA的自變量，性別、椎間盤Pfirrmann分級(jí)作為ES的CSA的自變量。

表1 不同Pfirrmann分級(jí)椎旁肌肉FF(%)、CSA (mm2)差異的比較( ±s)Tab. 1 Comparison of FF (%) and CSA (mm2) differences in paravertebral muscles of different Pfirrmann grades ( ±s)

椎間盤Pfirrmann分級(jí) 個(gè)數(shù) PS ES MF FF (%) CSA (mm2) FF (%) CSA (mm2) FF (%) CSA (mm2)Ⅰ級(jí) 8 6.00±1.24 739.59±94.43 11.02±4.82 1300.83±790.80 11.481±3.130 665.92±254.91Ⅱ級(jí) 98 6.90±1.84 594.53±373.35 12.66±7.56 1448.55±534.25 13.516±4.862 540.00±278.55Ⅲ級(jí) 106 6.99±1.95 548.23±344.95 14.34±9.61 1399.73±596.41 15.521±6.771 530.95±287.14Ⅳ級(jí) 65 7.90±2.09 787.17±333.13 22.76±10.88 959.86±592.03 20.989±6.754 774.30±264.81Ⅴ級(jí) 8 8.32±1.92 800.09±335.87 22.83±9.98 877.96±723.74 24.069±4.821 751.09±252.67 F值 4.50 5.67 14.55 8.91 19.92 9.90 P值 0.002 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

圖3 A～C：腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)與PS、ES、MF的FF相關(guān)性分析散點(diǎn)圖；D～F：腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)與PS、ES、MF的CSA相關(guān)性分析散點(diǎn)圖Fig. 3 A—C: Scatter plot of the correlation between lumbar disc Pfirrmann grading and the FF of PS， ES. MF. D—F: Scatter plot of the correlation between lumbar disc Pfirrmann grading.

表2 PS的FF影響因素多元線性回歸分析Tab. 2 Multiple linear regression analysis of in fluence factors of PS FF

表3 MF的FF影響因素多元線性回歸分析Tab. 3 Multiple linear regression analysis of in fluence factors of MF FF

表4 ES的FF影響因素多元線性回歸分析Tab. 4 Multiple linear regression analysis of in fluence factors of ES FF

表5 PS的CSA影響因素多元線性回歸分析Tab. 5 Multiple linear regression analysis of in fluence factors of PS CSA

表6 MF的CSA影響因素多元線性回歸分析Tab. 6 Multiple linear regression analysis of in fluence factors of MF CSA

表7 ES的CSA影響因素多元線性回歸分析Tab. 7 Multiple linear regression analysis of in fluence factors of ES CSA

以進(jìn)入概率為α≤0.05，移出概率α≥0.01進(jìn)行多元線性回歸分析，所有回歸分析模型P值均小于0.001，多元線性回歸分析表明性別、年齡和腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)是PS和MF的FF的獨(dú)立影響因素(表2，3)，腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)是ES的FF的獨(dú)立影響因素(表4)；性別、年齡和腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)是PS和MF的CSA獨(dú)立影響因素(表5，6)，性別和腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)是ES的CSA獨(dú)立影響因素(表7)。

3 討論

3.1 研究結(jié)果

本研究表明腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)與PS、ES和MF的FF及CSA均存在相關(guān)性，其中與ES和MF的FF存在中等程度相關(guān)性，其余均為弱相關(guān)；腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)是PS、ES和MF的FF和CSA獨(dú)立的影響因素。

3.2 本研究結(jié)果的理論基礎(chǔ)

Panjabi等[8]曾經(jīng)提出了保持脊柱穩(wěn)定性“三亞系模型”：被動(dòng)亞系、主動(dòng)亞系和神經(jīng)控制亞系，被動(dòng)亞系主要由椎體、椎間盤、小關(guān)節(jié)和韌帶等組成，主動(dòng)亞系由肌肉和肌腱組成，三個(gè)亞系相互獨(dú)立，但又相互聯(lián)系，當(dāng)某一因素發(fā)生損害，可由其他要素加以代償。椎旁肌功能減退將改變?cè)猩锪W(xué)關(guān)系，引起關(guān)節(jié)囊、關(guān)節(jié)軟骨、椎間盤等結(jié)構(gòu)負(fù)荷增大、負(fù)荷不均，進(jìn)而引起腰痛、腰椎失穩(wěn)、腰椎間盤退變。反之，椎間盤退變也會(huì)引起腰椎不穩(wěn)，椎旁肌代償，繼而椎旁肌負(fù)荷失衡，產(chǎn)生退變。國(guó)外有學(xué)者做過研究[9]，當(dāng)去除椎旁肌后，只保留韌帶的腰椎可承受壓力顯著下降，表明椎旁肌在維持脊柱穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用，體外實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)多裂肌在屈曲和伸展等矢狀面活動(dòng)發(fā)揮著重要作用[10]，當(dāng)椎間盤生物力學(xué)發(fā)生改變后，將影響椎間盤中膠原結(jié)構(gòu)的排列，使細(xì)胞生物學(xué)環(huán)境發(fā)生改變，出現(xiàn)退變[11]。龔劍秋等[12]研究發(fā)現(xiàn)，單側(cè)癥狀腰椎間盤突出對(duì)雙側(cè)多裂肌均有影響，使雙側(cè)多裂肌出現(xiàn)萎縮和脂肪化，但以患側(cè)為甚，而且患側(cè)多裂肌的肌電圖也會(huì)出現(xiàn)變化。本研究顯示椎間盤Pfirrmann分級(jí)與PS、ES和MF的FF及CSA均存在相關(guān)性，也說明椎間盤和椎旁肌肉之間存在聯(lián)系。而且，腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)是PS、ES和MF的FF和CSA獨(dú)立的影響因素，說明雖然椎旁肌肉退變受年齡、性別和椎間盤退變的影響，但椎間盤退變是椎旁肌肉退變的獨(dú)立影響因素，不受其他因素的干擾。

此外，腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)與ES和MF的FF存在中等程度相關(guān)性，而與PS的FF只存在弱相關(guān)，這可能是相比于PS，ES和MF與腰椎位置關(guān)系最為密切，維持同樣的力矩，ES和MF所需要的力量也相對(duì)較大，而且有很多學(xué)者做過大量研究[10，13-15]，MF和PS分別在維持腰椎矢狀面和冠狀面穩(wěn)定中起到重要作用，由于在日常生活中，類似于彎腰這種矢狀面上的活動(dòng)最為頻繁，所以MF在椎旁肌退變中也最容易發(fā)生，PS退變程度相對(duì)最輕。腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)與PS、ES和MF的CSA均呈弱相關(guān)性，筆者推測(cè)這可能是由于肌肉橫截面積在不同個(gè)體及群體中差異較大，而且肌肉萎縮在肌肉退變過程中需要較長(zhǎng)的時(shí)間積累才會(huì)表現(xiàn)出來。

3.3 本研究與國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的比較

最近國(guó)外也有學(xué)者做過類似的研究，Teichtahl等[5]采用主觀分級(jí)方法對(duì)椎旁肌肉脂肪含量進(jìn)行評(píng)估，Urrutia等[6]采用半定量的方法對(duì)椎旁肌肉脂肪含量進(jìn)行評(píng)估，雖然最終兩者結(jié)論與本研究相近，但都沒有對(duì)椎旁肌肉脂肪含量進(jìn)行準(zhǔn)確定量的評(píng)估，而且在實(shí)驗(yàn)入組上，兩者都沒有排除肥胖、脊柱側(cè)彎、糖尿病等患者[16-18]，因?yàn)橛醒芯匡@示這些因素對(duì)肌肉脂肪含量都有影響。

3.4 本研究方法的先進(jìn)性

IDEAL-IQ技術(shù)作為改進(jìn)的DIXON成像，采用小角度激發(fā)及非對(duì)稱采集技術(shù)，并用多回波技術(shù)重建，一次掃描可產(chǎn)生6幅圖像，分別是fat、water、in-phase、out-phase、R2*maps和fat fraction maps，其中fat fraction maps可以直接計(jì)算出感興趣區(qū)的FF，以往多用于肝臟和骨髓脂肪定量評(píng)價(jià)[19-20]，F(xiàn)ischer等[21]進(jìn)行了前瞻性的研究，證明IDEAL-IQ技術(shù)對(duì)椎旁肌肉脂肪含量的測(cè)定具有很好的準(zhǔn)確性。

3.5 本研究的不足

本實(shí)驗(yàn)也存在一些不足之處。首先，在實(shí)驗(yàn)入組上，由于要排除脊柱畸形對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，所以很多腰椎側(cè)彎的病人都被排除在外，但是腰椎間盤退變比較嚴(yán)重的病人往往伴隨有腰椎側(cè)彎，這也導(dǎo)致本實(shí)驗(yàn)椎間盤Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)病例比較少，整體退變程度不重，相關(guān)系數(shù)r值不夠高；其次，本實(shí)驗(yàn)中筆者沒有對(duì)受檢者臨床癥狀區(qū)分急性、慢性和復(fù)發(fā)性下腰痛，國(guó)外有學(xué)者研究顯示對(duì)于慢性下腰痛患者，有中等程度MF萎縮的證據(jù)，而ES和PS沒有，另外對(duì)于急性和復(fù)發(fā)性下腰痛患者，椎旁肌沒有明確的宏觀或微觀結(jié)構(gòu)變化，表明不同類型的下腰痛患者，其MF有不同表現(xiàn)，PS和ES則沒有明顯差異，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能受到一定程度影響[22]；再次，椎旁肌肉是一個(gè)縱向分布的整體器官，而本實(shí)驗(yàn)只選取了各腰椎間盤對(duì)應(yīng)的椎旁肌肉層面，不能很好地量化整個(gè)肌肉的退變程度，而且椎旁肌肉退變有著復(fù)雜的生理學(xué)及生物力學(xué)機(jī)制，各腰椎間盤退變及其對(duì)應(yīng)的椎旁肌肉層面退變不一定存在嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能受一定影響，這也是本實(shí)驗(yàn)研究方法的一種局限。

綜上所述， ES和MF的脂肪浸潤(rùn)程度與腰椎間盤退變程度存在中等程度相關(guān)性；腰椎間盤Pfirrmann分級(jí)是PS、ES和MF的FF和CSA獨(dú)立的影響因素。

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