腰椎节段性失稳影像学诊断方法的进展

2014-01-22王博韬夏群苗军余鹏喻华

中华骨与关节外科杂志 2014年2期

关键词：节段椎间盘椎体

王博韬夏群苗军余鹏喻华

（1.天津市天津医院，天津 300211；2.天津中医药大学研究生院，天津 300000）

腰椎节段性失稳影像学诊断方法的进展

王博韬1,2夏群1*苗军1余鹏2喻华2

（1.天津市天津医院，天津 300211；2.天津中医药大学研究生院，天津 300000）

腰椎节段性失稳（lumbar segmental instability，LSI）是临床上的常见疾病，但是临床诊断却存在一定困难，目前尚无一种方法能够对其进行准确检测和诊断。临床上，CR、CT、MRI均未能全面反映LSI的诊断，本文就当前国内外对LSI的影像学诊断方法的最新进展进行综述。

1 腰椎节段性失稳的定义

Frymoyer等[1]对腰椎节段性失稳的定义是“脊柱运动节段刚度下降，使在生理载荷下，脊柱运动节段上产生的移位大于正常生理范围，从而出现脊柱畸形、神经症状和不能忍受的疼痛。”这个定义从生物力学和临床症状两个方面进行了定义，被临床医生较广泛接受并应用于临床。1992 年，Panjabi[2]通过实验研究证明，整个脊柱运动范围（range of motion, ROM）中存在一个中性区域（neutral zone,NZ），在中性区域内，脊柱活动时受到的阻力较小，脊柱容易发生位移；反之，在中性区域以外，阻力增大，则不易移位。中性区域范围的增大比整个脊柱运动范围的增大对发现失稳更加敏感。Panjabi对腰椎节段性失稳进行重新定义：在生理负荷下，脊柱的稳定系统将脊柱运动的中性区域维持在生理范围内的能力减退，从而出现脊柱畸形、神经症状和不能忍受的疼痛。2000 年美国骨科医师协会（American Academy of Orthopaedic Surgeons,AAOS）将腰椎节段性失稳定义为“在正常生理负荷下，腰椎运动节段超过正常限制范围并表现运动范围增加或异常。”其从生物力学方面可以解释退行性腰椎节段性失稳的本质，但是其指标并不提示临床症状及特殊表现，并不适用于临床。

2 腰椎节段性失稳的X线片诊断

X线片是临床上最常用和最简便的进行腰椎节段性失稳诊断的方法，临床上常用的摄片方法有静态腰椎正侧位、动态腰椎过伸过屈位像等。Pitkanen 等[3]认为椎体失稳在腰椎正侧位上的表现主要有：①牵张性骨刺：表现为骨刺位于椎体的前方或侧方，呈水平方向突起，基底部距椎间盘外缘 2 mm；②脊椎关节病：表现为爪行骨赘或模糊的骨赘；③小关节病变：表现为关节突的增生及关节的半脱位；④椎间盘退行性变：表现为椎间盘高度降低，间隙狭窄，而椎间隙的显著变窄则被认为是腰椎节段性失稳的后期再稳定阶段；⑤骶骨前移：表现为L5椎体在骶骨上向后滑移≥2 mm；⑥退变性脊柱前移：表现为上椎体在下椎体上向前滑移≥2 mm；⑦硬化的脊柱表现，如终板的硬化；⑧真空现象：表现为椎间隙内出现充满气体的透明裂隙。然而，朱勇等[4]认为椎间盘退变的轻度间盘空间间隙的狭窄和骨硬化，椎体真空现象和“牵引性”骨刺是非常常见的影像学表现，并不是诊断腰椎节段性失稳的一个必要诊断条件。

腰椎节段性失稳在动态过伸过屈位摄片[3]表现为：①椎体向前异常位移，前屈时明显；②椎体向后异常移位，后伸时明显；③椎间孔及椎间隙变窄；④椎弓根长度异常改变。赵定麟[5]认为诊断腰椎节段性失稳主要依据是计算椎体在2张X线片矢状位上移位和成角的总和，上椎体在下椎体上向前滑移或向后滑移≥4.5 mm 或≥15%，或者是 L1-L4 中每两个椎体间的角度≥15°，L4-L5≥20°，L5-S1≥25°。卢中庆等[6]提出腰椎生理曲度的改变提示腰椎节段性失稳，正常人腰椎一般呈生理性前曲，生理曲度改变的患者屈伸幅度明显较正常人变小，基本是由于椎体处于失稳状态下所造成。在此种情况下，确定腰椎是否处于失稳状态即可根据功能位上有无运动障碍来决定。可以通过观察棘突间距的改变作为测定标准，失稳患者在过屈侧位片上棘突分离趋势及在过伸侧位片上棘突趋合趋势较正常人减少。然而，一些调查[7,8]表明，功能屈伸位 X 线片检查作为诊断腰椎节段性失稳的主要决定因素也受到质疑，因为这种诊断方式具有缺乏常规适用的参考标准，不易重复和技术非标准化等缺点。

李浩鹏等[9]认为腰椎节段性失稳在腰椎侧卧像的表现为：①向一侧弯曲程度明显高于另一侧；②向一侧弯曲程度减低，同时向该侧旋转和倾斜的程度也减低；③椎间隙高度异常；④脊突和椎弓根排列异常；⑤椎体向侧方异常移位。然而这种检查方法在临床并不常用且价值无法证实，所以仅作为过伸过屈位X线片的补充标准。

总的来说，X线片诊断腰椎节段性失稳常出现错误，只有在X线片相对清晰，位移相对较大，伴随运动相对较少时才能降低误诊率。目前临床上缺少X线关于腰椎节段性失稳的明确诊断，且只是单平面的诊断标准，缺少三维诊断标准。

3 腰椎节段性失稳的CT诊断

Jeffrey 等[10]研究指出，腰椎节段性失稳患者在腰椎过伸过屈位X线片中没有相应征象，但是在CT、动态MR或CT三维重建检查中能够被发现。CT可以通过其影像学特点协助诊断腰椎节段性失稳，一方面，横断面上各结构不会重叠，骨关节及周围软组织层次清晰，还可以通过窗宽窗位的调节获得更清晰的图像。正常椎小关节厚度均匀、光滑、垂直皮质面稍有弧度，在靠近关节突的部位，可见关节囊附着的切迹。CT检查可以更好地观察椎小关节的角度、关节突骨质增生情况、关节间隙的改变，X线片中有怀疑甚至阴性者均可经CT检查确诊。此外，对于伴随椎间盘病损、周围韧带改变，CT都具有X线片所无法比拟的优势。朱勇等[4]认为 CT 扫描除可观察到腰椎正侧位片上的表现，还有如下征象可以协助诊断腰椎节段性失稳：①椎间盘膨隆，部分病例椎间盘有真空现象。②黄韧带增厚骨化，两侧对称呈片状或山丘状，其厚度多超过5 mm，黄韧带关节囊部骨化向外延伸导致椎间孔狭窄，对神经根形成了压迫。③小关节突肥大，关节面边缘骨赘，以上关节突更明显；并突入侧隐窝及神经孔，关节面硬化，关节间隙狭窄，关节囊及韧带钙化。④椎管中部狭窄。陈宏亮等[11]提出在 CT 检查中小关节角的大小可能影响椎体的稳定性，随着脊柱退变的增加，小关节呈矢状型改变增加，势必造成脊柱稳定性下降。顾洪生等[12]研究表明：退性行腰椎的小关节角增大，这是椎体存在矢状位不稳定的解剖基础。小关节冠状部分减小了前向的阻挡力，出现小关节的半脱位，这种半脱位是一种失代偿表现，是变性不稳定的重要表现之一。

Ochia 等[13]在患者仰卧位左旋 50°和右旋 50°体位下进行CT扫描三维重建，测定节段运动的轴向旋转、侧屈和前方位移的最大范围，CT三维测量可以准确测量复杂的负荷旋转运动，尤其对于旋转不稳的患者提供一种有效的检查方式，并指出体外旋转50°的椎间活动＜4°或6 mm作为区分正常与异常的参考值。

腰椎节段性失稳的CT诊断描述很多，但并没有特征性和明确性的诊断标准，可操作性并不强。

4 腰椎节段性失稳的磁共振诊断

磁共振成像（MRI）被认为是诊断椎体退行性病变可靠的成像方式。现在普遍认为：椎间盘退变性疾病、关节突关节骨关节炎及椎体排列序列不齐会影响运动节段的稳定。但是，三者之间的确切关系却一直没有明确的定义。

随着MRI技术的发展，MRI将成为研究脊柱运动学的新契机，特别是对于椎体失稳的研究[14,15]。MR信号有助于定量评估腰椎间盘退变程度，Tsantrizos等[16]认为在腰椎退变过程中髓核的水分逐渐流失，会营造出椎体机械性不稳定的环境。有学者研究[17-19]发现腰椎运动节段的不稳定多集中在轻、中度退变的椎间盘，严重的椎间盘退变反而增加了椎体的稳定性。另外，很多关于关节突平面方向在MRI上表现的研究[20]显示，矢状位的关节突平面和屈度的增加与椎间盘和退变性腰椎节段性失稳的严重程度呈正相关。

Longmuir等[21]以 MRI表现为基础，通过研究椎间盘与关节突退变和发展的关系，发现椎间盘和关节突退变均与腰椎节段性失稳存在密切关联。Jeffrey 等[10,22]报道了关于关节突含水量 MR 表现与腰椎节段性失稳X线表现之间关系的研究，认为通过观察关节突含水量在MRI上的变化也可以判断腰椎节段性失稳的存在与否，关节液相对高的阳性预测值的存在暗示 X 线片上存在腰椎节段性失稳。任东风[23]认为MRI上小关节出现积液信号提示有腰椎退行性动态不稳，小关节的积液量在MRI上与腰椎节段性失稳比率成正相关关系。尽管如此，Jeffrey 等[10]研究数据也表明MRI不能单独诊断腰椎节段性失稳，因此，动力位X线片对于准确诊断腰椎节段性失稳仍然是必需的。分析关节突含水量和腰椎节段性失稳关系的前瞻性研究应该包括其他更准确反映腰椎节段性失稳的诊断和量化指标的影像学技术。

2003 年，Jinkins[24]等通过动力位 MRI观察腰椎节段性失稳，这项检查允许患者在核磁设备内进行前屈位、后伸位及各种负重活动成像。通过这项研究，动力位MRI能够使我们通过可视化的运动节段的动态变化，来确定节段性运动异常。Jang 等[25]通过分析动态位MRI对椎间盘退变的程度，关节突关节炎及黄韧带的肥厚程度进行检测，探讨个别影像学指标和影像学参数不同组以检测出腰椎节段性运动异常。Alyas 等[26]认为腰椎节段性失稳在“功能紊乱 —不稳定—再稳定”病理发展过程中“不稳定”阶段，动态MRI表现为腰椎小关节明显异常活动；在过屈位时，失稳椎体间椎间孔、椎管及侧隐窝狭窄程度是增加的，而伴随纤维化及骨赘形成，腰椎椎体的运动会出现减少和再稳定现象，没有动态研究观察难以发现椎体的失稳。但动态MRI的缺点在于：检查时患者需要较长时间的处于某一姿势会造成剧烈的疼痛、运动节段的伪影、高额的费用和再现序列之间的定位困难，而且这种检查方式不能真实反映出脊柱瞬时运动状态。

5 术中测量系统诊断椎体节段性失稳

Hasegawa 等[27-29]开发术中测量系统（IOM）的方法来评估椎体的稳定性，该系统设计是志愿者俯卧在 Hall's 架上，在脊柱所有的肌肉、韧带结构都是完整的情况下将两个把持器植入人体棘突，在把持器上有两个传感器，运动传感器接受人体在过伸过屈位的位移数据，通过计算机系统三维重建计算椎体小关节空间位移数据来评估脊柱椎体运动部分的稳定性。研究发现，通过将获得的图像数据通过CT三维重建测量，小关节体积增加会造成椎体的不稳，退行性腰椎表现为更大的中性区域。尽管这种方法已被证明比其他影像学检查更准确，但其不足在于其侵入性和医学伦理性受到大家普遍质疑。

6 电子透视摄像系统评估腰椎节段性失稳

Ahmadi等[30]提出了一种在体无创的电子透视摄像系统（DVF）方法来测量腰椎节段性失稳，该系统招募了健康志愿者及腰椎节段性失稳的患者各15位，要求实验者站立在特殊的检查系统，并使用特殊的活动限制器安装在实验者背部以限制其过度位移，志愿者在规定时间内完成过伸过屈位动作，采集其中平均分布的5个样本点，通过计算机计算其旋转中心弧形位移、节段间线性及角度位移的数据。通过两组数据对比发现：在前屈后伸时，腰椎节段性失稳患者其椎间中心弧形位移及节段间线性位移较正常志愿者是明显增大的，其研究希望通过进一步研究提出更为明确诊断腰椎节段性失稳的标准。

7 双平面透视系统评估腰椎节段性失稳

Li等[31-33]利用双平面透视系统（DFIS），从使用特殊装置固定患者躯干与髋部，同时从两个方向拍摄患者在正常生理载荷下前屈、后伸，左右旋转，左右侧弯时椎体运动形态，利用MR或CT收集患者影像数据，通过三维重建技术再现椎体在体的六种活动下的屈伸、左右侧屈、左右旋转运动状态，并通过再匹配计算出椎体在各个方向位移来表现出6-DOF的数值。利用这个技术可以验证在体腰椎的生物力学及运动学。Wang 等[34]运用这项技术发现由于腰椎间盘退行性的改变，椎间隙的狭窄，腰椎节段性失稳患者椎间盘的形变能力较正常人下降，所以容易产生椎体的不稳。Miao 等[35,36]利用这项技术认为前方椎间高度和后方椎间高度在失稳患者比正常人更低，认为间盘的退变会导致椎体的失稳。这种诊断方法可以无创的反映椎体的在体运动特点，是目前临床上较为先进的三维诊断方法。

8 腰椎节段性失稳的间接诊断方法

脊髓造影可以用于动态评估失稳状态下硬膜囊和神经根受压的状况及椎管狭窄的程度和范围。CT、CTM可以显示此类患者椎管狭窄的全貌，同时获得骨质疏松及关节突增生等细节方面的重要信息，如下行神经根受到下位椎体上关节突的压迫。MRI可以显示椎管狭窄时神经根及其他软组织结构的情况（如黄韧增厚、滑囊形成等），是本病的标准评方法之一。肌电图及神经传导速度检查可以鉴别糖尿病周围神经病变及其神经性跛行。椎间关节封闭对于鉴别仅伴有腰疼的腰椎节段性失稳症与其他原因所致的腰疼来说不失为一种简单、有效的方法[37]。

9 小结

由于退行性腰椎节段性失稳患者有自限倾向，经非手术治疗有望重建稳定状态，所以应先采用非手术疗法。只有正规非手术治疗无效而又有明确的节段性不稳者才考虑手术治疗。Tarantino[38]认为腰椎退变过程中纤维化和骨赘形成会导致椎体节段的再稳定和间接地运动减少，不通过动态影像检查难以发现椎体节段不稳，动态MRI可以作为传统MR的一个补充检查进一步判断椎体的稳定性，以确定是否需要通过手术治疗提高椎体的稳定性。Miao[35,36]认为在治疗腰椎节段性失稳患者伴有神经源性跛行，通过双平面透视系统研究处于“再稳定阶段”时，如果行手术治疗，术中恢复椎间高度及充分减压有助于腰椎节段性失稳患者椎管容积的扩大及术后症状的缓解。

目前，影像学技术结合临床有助于鉴别患者是否存在椎体的失稳，可以指导临床的相关工作。但是，上述诸多诊断方法仍然远远不能令人满意，这种情况下，依赖于成像技术的发展及新的研究方法，制定一个统一的标准来定量正常和不正常的脊柱运动参数仍然具有其必要性。

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2014年中国工程科技论坛—骨质疏松症患者骨科手术治疗策略

由中国工程院主办，北京协和医院、山东省医学会骨科学分会、山东大学齐鲁医院中心院区及青岛院区共同承办的“2014年中国工程科技论坛—骨质疏松症患者骨科手术治疗策略”大会将于2014年8月29日～31日在山东省青岛市汇泉王朝大酒店举行。届时将有多位中国工程院院士，国内骨科脊柱、关节、创伤、材料等领域知名学者参加此次盛会并进行专题讲座，本次会议将是骨科界高水平的专题盛会。会议内容以骨质疏松症患者骨科手术治疗策略为主，包括脊柱疾患合并骨质疏松症的治疗策略，骨质疏松症与人工关节置换，四肢骨质疏松骨折治疗策略，脊柱骨质疏松骨折治疗策略与争议，骨科器械产品研发与骨质疏松，骨质疏松药物研发思路与展望。

会议地点：山东省青岛市汇泉王朝大酒店（山东省青岛市南海路9号，邮编266003）

征文内容：1.脊柱疾患合并骨质疏松症的治疗策略

2.骨质疏松症与人工关节置换

3.四肢骨质疏松骨折治疗策略

4.脊柱骨质疏松骨折治疗策略与争议

5.骨科器械产品研发与骨质疏松

6.骨质疏松药物研发思路与展望

征文要求：1.凡未在全国性学术会及全国性公开刊物发表的论文均可投稿

2.本次会议以特邀演讲为主，请特邀演讲者准备 1万字左右的综述性文章，组委会也将在普通代表所投综述性文章中择优录取

3.稿件请注明作者单位、通讯地址、邮编、作者姓名

4.请将 word 稿件发至 E-mail:gklpl@163.com（注明“ 院士论坛征文”）

5.截稿日期2014年6月1日