腰椎间盘突出症与多裂肌退变相关性的定量影像学研究

张 敏，姜宏宁，元唯安，朱 琼，杨玉婵，王国年，黄炎文，詹松华

（上海中医药大学附属曙光医院放射科，上海 200021）

腰椎间盘突出症是临床常见病、多发病，我国发病率高达7.62%［1］，其发病原因至今仍是研究方向。其中脊柱外平衡失调导致突出物对神经根机械压迫从而引发的神经充血水肿是腰椎间盘突出症发生的根本原因。椎旁肌作为人体躯干姿势反射弧的效应器，在脊柱节段性稳定中具有重要作用。本研究通过分析多裂肌退变与腰椎间盘突出症的关系，以探讨多裂肌退变对腰椎间盘突出症有无影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取我院2014年1月至2017年12月收治的60例腰椎间盘突出症患者为研究对象（患者组），以同期60例进行健康体检、无腰椎不稳者为对照组；2组年龄50～60岁，男、女均各30例。诊断标准：①慢性腰痛持续半年以上；②影像学表现为L4～5椎间盘突出呈偏侧型。③无腰部外伤史；④无中枢神经病史；⑤无骨刺和骨折，无风湿和感染性等疾病。⑥签署知情同意书。排除标准：①脊柱骨折、感染性疾病、肿瘤；②既往有脊柱手术史；③椎间盘呈后中央型突出并椎管狭窄者；④不同意参加此研究者。2组年龄、身高、体质量指数（body mass index，BMI）、每周活动量等基本资料差异均无统计学意义（表1）。

1.2 仪器与方法 采用Philips Intra Achieva 1.5 T超导MRI机。患者取仰卧位，采用TSE序列矢状位T1WI，TR/TE 640 ms/20 ms；TSE 序列 T2WI横断面、正中矢状位 T2WI，TR/TE 3 600 ms/70 ms；矢状位STIR，TR 13 ms，TE 2 500 ms；层厚、层距均为 4 mm，NEX 2～4，FOV 380 mm×380 mm，矩阵 512×512。另使用单体素光谱的局部定位技术及PRESS序列。对受试者任一单侧L4～5椎间隙神经根出口处水平的多裂肌行 MRS，TR 2 000 ms，TE 37 ms，感兴趣区（VOI）为 10mm×10mm×10 mm，水与脂肪信号不抑制，以获得脂肪与水信号比例。选取接近棘突的内侧深层肌肉组织，尽量在多裂肌中心避开肉眼可见的脂肪组织和血管（图 1）。

表1 腰椎间盘突出症患者与健康人群年龄、BMI情况

1.3 观察指标 由2位具有中级职称以上放射科医师在PACS进行图像调阅后统一转存处理，然后盲法阅片，选取L4～5椎间隙神经根出口处水平，用Image J软件测量两侧椎旁肌（腰大肌、竖脊肌、多裂肌）横截面积，取平均数（图2）。腰椎多裂肌MRS所测脂肪峰下面积由系统自行测算。观察椎旁肌形态：①肌组织饱满；②肌间隙模糊，肌间隙散在点状、线状改变；③肌间隙条状、片状及网格状改变；④肌间隙疏松，脂肪信号呈片状、网络状改变。

1.4 统计学处理 采用SPSS 13.0统计软件，计量资料以±s表示。2组间应用独立样本t检验对比椎旁肌退化程度、腰大肌横截面积、竖脊肌横截面积、多裂肌横截面积、多裂肌MRS脂肪峰波峰下面积。以P＜0.05为差异有统计学意义。

图1 男，50岁 图1a 正中矢状位T2WI，可见横断位扫描范围与切面定位线 图1b L4～5椎间盘横断位T1WI图像，小方框为多裂肌MRS的感兴趣区 （VOI）定位图 图1c MRS多裂肌冠状位VOI定位图 图1d腰椎多裂肌MRS图。水的化学位移位置约在4.67 ppm；细胞外脂质（EMCL）及细胞内脂质（IMCL）都属于肌肉中脂肪的信号，EMCL的化学位移约在1.5 ppm，IMCL化学位移约在1.3 ppm 图2 女，55岁，腰椎两侧多裂肌、竖脊肌及腰大肌横截面积测量方法

2 结果

男性患者组与男性对照组腰大肌平均横截面积分别为821.89、879.56 mm2，差异无统计学意义（t=0.76，P＞0.05）；竖脊肌横截面积分别为 798.32、804.43 mm2，差异无统计学意义（t=0.52，P＞0.05）；多裂肌平均横截面积分别为356.04、427.75 mm2，差异有统计学意义（t=2.41，P＜0.05）；多裂肌肌肉波谱脂肪峰波峰下面积L4～5椎间神经出口水平分别为0.067和 0.049，差异有统计学意义（t=3.046，P＜0.05）。

女性患者组与女性对照组腰大肌平均横截面积分别为 745.14、813.24mm2，差异无统计学意义（t= 0.95，P＞ 0.05），竖脊肌横截面积分别为 675.31、721.48 mm2，差异有统计学意义（t=1.21，P＞0.05）；多裂肌平均横截面积分别为253.91、365.18 mm2，差异有统计学意义（t=4.045，P＜0.05）；多裂肌肌肉波谱脂肪峰波峰下面积在L4～5椎间隙神经根出口水平分别为0.079和0.052，差异有统计学意义（t=4.045，P＜0.05）。

患者组腰椎多裂肌MRI主要特征为肌纤维萎缩对应于肌束变细、形态缩小、轮廓萎陷；肌纤维组织脂肪浸润表现为肌间隙点状、线状、羽状或网格状改变。

3 讨论

近年来，腰椎间盘突出症发病率日益升高，且年轻化趋势明显，临床大量医疗资源用于缓解症状，而根治率不高，如能从病因源头控制发病率，有望有效降低该病的患者数量。腰椎间盘突出症是多因素综合作用的结果，椎体及椎间盘退变是最常见因素，与年龄、细胞代谢障碍、免疫反应、机械损伤及炎性反应等多种因素相关。目前多裂肌退变与脊柱健康相关性的研究成为热点。

脊柱的稳定由内外源性稳定系统组成，外在平衡系统是指直接或间接作用于脊柱的躯干肌群。脊柱周围肌肉在维持脊柱的稳定方面有着重要意义。腰肌需长时间紧张来维持躯干的正常姿势与位置及脊柱正常的生理弯曲［2］。腰椎间盘变性及其年轻化趋势，与现代社会的工作生活方式密切相关，长久的不良坐姿引起腰肌劳损、导致脊柱生理曲度改变。任何降低脊柱稳定性的因素均能加速或加重椎间盘退变，而多裂肌是腰椎稳定性的主要来源，因此多裂肌的萎缩、退变及功能改变可降低腰椎稳定性，导致腰椎间盘突出症的发生。

多裂肌贴近脊柱最内缘，紧贴椎体棘突与椎板，是附着面积最大的椎旁肌，也是唯一从骶部跨越至背部的肌肉。从形态上看，多裂肌短小（力臂较短）且肌腹横截面积较大，肌纤维含量非常丰富，这种形态学特点使其能够产生强大的力量以维持脊柱的稳定性［3］。从功能上看，多裂肌收缩的主要目的是对抗脊柱的旋转及滑动，维持腰段脊柱前凸的存在，是脊柱动力性稳定的重要因素。可见，多裂肌对维持腰椎稳定性及控制腰椎活动的作用尤为重要［4］。

MacDonald等［5］发现，单侧腰痛患者多裂肌短纤维的启动时间比健康组晚，健康组和单侧腰痛患者无痛侧的短纤维比长纤维的启动时间早，说明背部深层的肌肉活动在保持脊柱稳定中的作用非常关键。多裂肌的萎缩导致腰椎负荷能力下降，从而改变腰椎的生理受力状态、降低腰椎的稳定性，使腰椎间盘突出症加重或复发。除此之外，慢性腰痛患者的腰骶部多裂肌与正常人相比有较高的疲劳率，而腰髂肋肌等其他腰部肌肉与健康人相比则无明显差异［6］。肌肉伴行于骨骼，两者相互作用、相互影响，腰椎间盘突出可导致多裂肌萎缩，使患者运动受限，而肌肉长期疲劳加重萎缩，萎缩的肌肉组织被脂肪组织代替，肌肉间隙扩大，肌纤维疏松，在MRI下可观察到呈羽毛状改变。脂肪的浸润主要发生在深层多裂肌，并沿着肌筋膜鞘向内侧扩散［7］。 Hodges 等［8］用椎间盘急性损伤动物模型研究椎间盘损伤与多裂肌萎缩的关系，发现椎间盘损伤后多裂肌横截面积快速减小，认为椎间盘损伤影响了与去神经分布有关的1个水平节段，这些变化可能是因为反射抑制机制引起的多裂肌萎缩。从腰椎间盘突出症的发病机制来讲，多数腰椎间盘突出症是在腰椎周围肌肉等软组织劳损基础上逐渐发展而成的。

MRI因成像方法多样性和对软组织病变良好的敏感性被认为是诊断肌肉病变损伤的首选方法，对检查腰背肌、测量肌肉的体积及脂质含量具有独特优势［9］，有利于对包括腰肌在内的脊柱退行性变作整体评价。通过系统自带的测量软件，可准确测量脊柱两侧腰大肌、竖脊肌及多裂肌的面积、形态及位置关系，直观而清晰。

本研究为进一步量化椎旁肌萎缩、脂肪浸润的程度，运用MRS测量细胞内脂质含量，得到准确的脂水比例。MRS与常规MRI不同，它反映的是扫描区域内组织器官化学组成成分信息，表现为随化学结构不同而产生不同的特异性的波峰，各种化学物质含量决定了波峰的高低及峰下的面积。目前，MRS作为唯一一种无创性测量人体内化学成分的检查手段正逐渐广泛地应用于临床，其安全性及可重复性检查的特点也得到临床青睐。将1H-MRS应用于肌肉组织研究脂类代谢，能够准确测量细胞水平的脂质含量［10］。本研究将MRS应用于椎旁软组织的脂肪化研究，进一步量化比较肌肉萎缩的程度，以了解其与椎间盘退变程度的相关性，为定量影像学研究提供数据支持。