T2-mapping成像评估腰部背伸肌群运动前后功能状态

蒋元明，周家龙，黄益龙，张振光，魏佳璐，张 佳，赵 卫，何 波

(昆明医科大学第一附属医院影像科，云南 昆明 650032)

腰部脊柱旁背伸肌群主要由多裂肌、最长肌及髂肋肌组成，其功能减退是导致慢性下腰部疼痛(low back pain, LBP)的主要因素，而加强腰部背伸肌群的力量和耐力训练是LBP患者康复的重要步骤。对该肌群的影像学评估方法主要包括超声、CT及MRI，但均局限于形态学评估，而当肌肉形态改变时往往已至疾病后期，康复训练难以获得良好效果。T2-mapping成像可定量分析组织成分T2值，且肌肉的肌电活性、运动能力和代谢状态均与T2值密切相关[1]。本研究采用T2-mapping技术观察健康年轻人运动前后腰部背伸肌群T2值变化，评价其评估肌肉功能的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2016年6月—2017年7月招募50名健康志愿者，男、女各25名，年龄19～29岁，平均(25.3±2.9)岁。纳入标准：①扫描前48 h内无激烈运动(如打球、跑步等)；②体质量指数(body mass index, BMI)为18.5～24.0 kg/m2；③常规腰椎MRI未见异常。排除标准：①LBP患者或有明显腰痛症状；②腰椎MRI示腰椎间盘突出或膨出及腰部背伸肌肉萎缩或脂肪浸润；③为职业运动员、健身教练或经过特殊腰背部肌肉抗阻训练；④有腰背部手术史、脊柱侧弯畸形或神经肌肉系统疾病；⑤不能配合MR检查或无法完成腰背部肌肉训练计划。本研究经我院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips Achieva 3.0T超导MR扫描仪，15通道正交脊柱线圈。扫描时嘱受试者佩戴耳塞，闭目仰卧，保持身体静止，尽量采用胸式呼吸；以双层腹带加压包扎其腹部，使其维持以下体态：抬高双下肢，双手放置于胸前(双手不接触)，双侧肘关节外展，尽量远离腰部。先行腰椎MR平扫，包括矢状位T2W(TR 2 000 ms，TE 120 ms)和轴位T1W(TR 344 ms，TE 7.6 ms)扫描；之后以L4上缘水平为中心，分别于运动前后行T2-mapping扫描，TR 1 974 ms，TE分别为7、13、19、25、31、37 ms，体素0.76 mm×0.76 mm×0.30 mm，NEX 1，层厚3 mm，层间距0.7 mm，共扫描24层。

1.3 腰背部肌肉训练方法 使受试者在专业教练指导下采用简易罗马凳做上半身抗重力屈伸运动，以前曲、背伸为1个完整动作，每组15个动作，组与组间隔30 s，共完成3组，整个运动过程持续约10 min。屈伸运动过程中，不能依靠惯性或借助重力迅速完成动作，须缓慢进行，以保持其腰背部肌肉持续紧张状态，且在背伸状态下尽量保持1～2 s顶峰收缩时间。

1.4 图像分析 采用GE AW 4.4工作站。在轴位T1WI上，于L3、L4椎体上缘水平层面手工勾画双侧多裂肌、最长肌和髂肋肌轮廓(图1)，尽量避开棘上韧带、肌肉旁筋膜及肌肉间脂肪成分，记录各肌肉横截面积(cross-section area, CSA)；采用同样方法在同水平轴位T2-mapping图像上勾画肌肉轮廓，并记录T2值，其中T2-mapping后处理阈值为10，置信度为0.05，色阶范围33～71。由2名骨肌影像学专业的主治医师独立测量以上数据，取平均值。

图1 ROI勾画示意图 在轴位T1WI上，于L4上缘水平沿肌肉轮廓手工勾画ROI (M：多裂肌；L：最长肌；I：髂肋肌)

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。计量资料经K-S检验均符合正态分布，用±s表示。以配对t检验比较运动前后及左右侧的CSA和T2值；以Pearson相关分析评价各肌肉运动前后CSA差值与T2差值的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

L3、L4椎体上缘水平左右侧多裂肌、最长肌、髂肋肌运动后CSA均大于运动前(P均<0.05)，L3椎体上缘水平左侧多裂肌运动后CSA及运动前后CSA差值均大于右侧(P均<0.05)，见表1～3、图2。

运动前L3椎体上缘水平左右侧最长肌、髂肋肌及L4椎体上缘水平左右侧最长肌的T2值差异均有统计学意义(P均<0.05);运动后L3、L4椎体上缘水平双侧多裂肌、最长肌、髂肋肌的T2值较运动前增加，差异均有统计学意义(P均<0.05)，见表4～6。T2-mapping伪彩图示运动后T2值升高，由运动前的蓝色变化为黄绿色(图3)。

图2 志愿者男，26岁，运动后背伸肌群CSA较运动前增大 A.L3上缘层面运动前； B.L3上缘层面运动后； C.L4上缘层面运动前； D.L4上缘层面运动后 图3 志愿者男，26岁，运动前后L4椎体上缘水平层面T2-mapping伪彩图 运动后背伸肌群T2值升高，由运动前的蓝色变成黄绿色 A.运动前； B.运动后

表1 L3、L4椎体上缘水平左右侧及运动前后多裂肌CSA比较(mm2，±s)

表1 L3、L4椎体上缘水平左右侧及运动前后多裂肌CSA比较(mm2，±s)

侧别多裂肌运动前运动后t值P值差值L3水平 左侧262．59±55．75306．64±93．70-5．784<0．00144．04±50．51 右侧270．27±70．39297．84±57．33-2．890．00627．57±63．27t值-0．5250．531——1．350P值0．837<0．001——0．039L4水平 左侧421．89±111．26463．36±131．64-7．502<0．00141．48±36．67 右侧402．50±116．54456．79±141．52-7．357<0．00154．29±48．96t值0．7710．225——-1．390P值0．5740．744——0．057

表2 L3、L4椎体上缘水平左右侧及运动前后最长肌CSA比较(mm2，±s)

表2 L3、L4椎体上缘水平左右侧及运动前后最长肌CSA比较(mm2，±s)

侧别最长肌运动前运动后t值P值差值L3水平 左侧481．82±192．69545．29±210．27-6．695<0．00163．48±62．89 右侧488．64±168．17552．16±196．19-7．885<0．00163．52±53．44t值-0．177-0．158——-0．004P值0．6820．944——0．266L4水平 左侧347．39±113．25390．95±121．80-5．571<0．00143．57±51．88 右侧362．39±107．04424．75±122．44-6．783<0．00162．36±60．98t值-0．639-1．298——-1．557P值0．690．29——0．801

L3、L4椎体上缘水平左右侧髂肋肌及L4椎体上缘水平左右侧多裂肌运动前后CSA差值与T2值差值呈正相关(P均<0.05，表7)，其中L4椎体上缘水平右侧髂肋肌CSA差值与T2值差值相关系数最大(r=0.641，P<0.001)。

3 讨论

目前，骨骼肌肉系统功能MRI研究的热点主要集中在肌肉血管性疾病[2-4]及肌肉损伤[5-6]方面，也可用于动态观察运动前后肌肉内三磷腺苷与磷酸肌酸相互转变情况，评估肌肉储备能力[7]。

T2-mapping成像是以T2值为测量指标，定量分析组织内成分变化的MRI技术，对组织内微量水分子变化敏感，可检测到细胞内外水分子含量变化，主要用于观察关节软骨、椎间盘退变过程中水分子含量的变化[8]，近年来逐渐扩展到心肌[9]、骨骼肌等肌肉组织。本研究中，运动后背伸肌群的T2值均较运动前增加(P均<0.05)。骨骼肌运动后，细胞内代谢产物乳酸堆积、渗透压增大，导致细胞内外间隙水分子含量增加，相应T2值增加。

表3 L3、L4椎体上缘水平左右侧及运动前后髂肋肌CSA比较(mm2，±s)

表3 L3、L4椎体上缘水平左右侧及运动前后髂肋肌CSA比较(mm2，±s)

侧别髂肋肌运动前运动后t值P值差值L3水平 左侧826．16±261．79889．23±286．75-3．974<0．00163．07±105．27 右侧795．89±220．35837．27±245．14-3．6690．00141．39±74．83t值0．5870．914——1．114P值0．2540．228——0．107L4水平 左侧872．93±240．63936．23±288．66-4．323<0．00163．29±97．12 右侧798．04±237．59860．57±266．92-4．621<0．00162．52±89．77t值1．4691．277——0．039P值0．9670．588——0．551

表4 L3、L4椎体上缘水平左右两侧及运动前后多裂肌T2值比较(ms，±s)

表4 L3、L4椎体上缘水平左右两侧及运动前后多裂肌T2值比较(ms，±s)

侧别多裂肌运动前运动后t值P值差值L3水平 左侧64．65±17．4276．32±12．88-5．203<0．00111．67±14．87 右侧59．44±16．1166．14±9．02-2．8270．0076．69±15．72t值1．4584．296——1．523P值0．5850．136——0．734L4水平 左侧53．65±4．8562．84±7．79-9．349<0．0019．19±6．52 右侧51．09±4．6859．79±8．89-8．875<0．0018．70±6．50t值2．5121．707——0．352P值0．8990．258——0．817

表5 L3、L4椎体上缘水平左右两侧及运动前后最长肌T2值比较(ms，±s)

表5 L3、L4椎体上缘水平左右两侧及运动前后最长肌T2值比较(ms，±s)

侧别最长肌运动前运动后t值P值差值L3水平左侧52．23±5．5959．84±6．11-8．885<0．0017．61±5．68右侧52．68±7．2759．66±7．44-8．458<0．0016．97±5．47t值-0．3270．129——0．538P值0．0130．476——0．943L4水平左侧48．24±4．4355．06±4．75-9．918<0．0016．82±4．56右侧51．92±5．5958．79±6．69-9．675<0．0016．87±4．71t值-3．423-3．018——-0．051P值0．0450．171——0．965

本研究中，运动后背伸肌群的CSA增大，其中L3椎体上缘水平左侧多裂肌运动后CSA及运动前后CSA差值大于右侧。肌肉的体积与其力量呈正相关[10]，推测L3椎体上缘水平左侧多裂肌的发力程度可能大于右侧，原因可能在于部分受试者需要轻度侧倾发力以完成屈伸动作，导致运动后左右侧肌肉CSA增加量有所差异。Hiepe等[7]联合应用MRI、DWI及31P-MRS评估健康志愿者运动后腰背部肌肉状况，发现右侧多裂肌、竖脊肌的T2值、分子扩散系数D值及灌注分数f值运动后增加值均大于左侧，并推测这一结果可能与受试者多为右利手有关。而本研究中，相同运动强度下，左右侧背伸肌群运动前后T2值差值差异无统计学意义，与上述研究结果不同，提示对其变化规律还需深入研究。

Mayer等[1]采用功能MRI评估健康志愿者不同运动强度下腰肌T2值的变化，结果表明40%、50%及70%最大运动强度(10个上半身抗重力屈伸运动为1组，3组相当于70%最大运动强度)均可导致腰肌T2值增加；不同运动强度下，多裂肌T2值增加量最大，其次为竖脊肌和腰方肌。本研究中，运动后L3、L4椎体上缘水平多裂肌、最长肌、髂肋肌的T2值较运动前增加，且L3、L4椎体上缘层面中多裂肌的T2值增加值均大于同层面最长肌和髂肋肌。本研究还发现，运动前L3椎体上缘水平两侧最长肌、髂肋肌及L4椎体上缘水平两侧最长肌的T2值差异有统计学意义(P均<0.05)，而运动后两侧肌肉的T2值以及T2值的增加值差异均无统计学意义，推测静息状态下背伸肌群的原始状态存在差异，可能与习惯支撑腿不同有关。

表6 L3、L4椎体上缘水平左右两侧及运动前后髂肋肌T2值比较(ms，±s)

表6 L3、L4椎体上缘水平左右两侧及运动前后髂肋肌T2值比较(ms，±s)

侧别髂肋肌运动前运动后t值P值差值L3水平 左侧45．47±3．8650．48±4．36-7．951<0．0015．01±4．18 右侧48．95±6．2254．37±6．64-6．663<0．0015．42±5．39t值-3．152-3．244——-0．395P值0．0220．078——0．313L4水平 左侧45．72±6．4349．48±5．20-3．914<0．0013．76±6．38 右侧48．52±7．0954．41±6．85-4．949<0．0015．89±7．89t值-1．943-3．801——-1．390P值0．9430．091——0．269

表7 L3、L4椎体上缘水平左右侧多裂肌、最长肌、髂肋肌运动前后CSA差值与T2值差值的相关性

本研究中，L3、L4椎体上缘水平双侧髂肋肌及L4椎体上缘水平双侧多裂肌运动前后CSA差值与T2值差值呈正相关，而其他肌肉无相关性，其机制还需深入研究。本研究的不足在于样本量较小，且均为青年人群，未与各个年龄阶段人群进行对比研究。

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