胸腰椎骨折患者后方韧带复合体损伤的影像学评估及生物力学分析

胡霖霖，向 橙，王汝良

(1.牡丹江医学院；2.牡丹江医学院附属红旗医院影像科，黑龙江 牡丹江 157011)

胸腰椎骨折经常导致脊柱不稳，PLC被认为是评估脊柱稳定性的关键因素[1]。PLC乏血供，预后差。如果不及时采取治疗，恢复脊柱的稳定性，容易造成脊柱后凸畸形等并发症，如何早期识别PLC损伤的危险因素，预测PLC损伤成为临床针对胸腰椎骨折患者个体化治疗选择的关键。

MRI是诊断PLC损伤的金标准，但是由于检查速度相对慢，预约时间长等不足，使得MRI并未成为胸腰椎骨折患者的首诊检查方式，CT的扫描速度快，骨折形态显示清晰，成为患者的首诊检查，本文旨在探讨CT扫描参数对后方韧带复合体损伤的诊断价值，并分析损伤椎体的生物力学特征。

1 资料与方法

1.1 研究对象收集自2017年9月至2019年7月间到我院就诊的55例胸腰椎骨折患者(T11-L2段)的资料信息。纳入标准：(1)有胸腰椎外伤史；(2)临床资料完整、知情同意本研究且得到医院伦理委员会的批准；(3)椎体无明显脱位。排除标准:(1)合并恶性肿瘤、合并心肝肾异常；(2)病理性骨折；(3)骨质疏松骨折；(4)多平面连续性损伤。符合纳入标准中男30例、女25例,年龄范围20～55岁,平均(44.24±5.18)岁。MRI判断PLC损伤的标准为T2WI抑脂序列是看到韧带信号连续性中断时，可以考虑PLC损伤。本实验结果显示PLC损伤25例，非损伤30例。

1.2 影像学检查

使用仪器为Toshiba Aquilion64层螺旋CT扫描仪，患者采取仰卧位，扫描参数为：Z轴120mm，120kV，400mAs，层厚为5mm。在后处理机器上，进行MPR重建测量CT骨性参数值，所有影像学资料具由两名有经验的放射科医师盲法读判，若有争议，互相商榷达成统一。测量参数包括如下(图1、图2)：(1)SIEA:定义为伤椎上下终板所构成的夹角;(2)LK:定义为伤椎上位椎体的上终板与伤椎下位椎体的下终板的夹角;(3)IISD:损伤椎体的棘突间距值减去上下位椎体棘突间距之和的平均值。

图1 SIEA、LK、IISD示意图

注：A线与D线的夹角为LK；B线与C线的夹角为SIEA；E、F、G分别代表伤椎上一节椎体、伤椎、伤椎下一节棘突间距

图2 箭头所示T2WI抑脂序列显示PLC损伤

1.3 生物力学评估将CT影像数据导入MIMICS 19.0软件中，进行图像处理获得三维模型。将三维模型导入GEOMAGIC进行修复处理，然后导入SOLIDWORKS进行装配，再将装配后的骨三维模型导入ANSYS进行求解计算，获得骨折胸椎模型的棘突间位移值及椎面位移值。

1.4 统计学分析采用SPSS 25.0软件进行统计学分析，正态分布的计量资料采用“均数±标准差”表示，两组间比较使用独立样本t检验。将CT扫描参数作为多因素采用Logistic回归分析，应用ROC曲线检验CT参数对PLC损伤的预测能力，确定预测PLC损伤发生的界值取。P<0.05时差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组病例资料一般资料的比较根据MRI结果显示，PLC损伤组25例，非损伤为30例。两组间的年龄、性别构成、损伤节段、体重指数、骨折压缩程度、既往史、发病检查时间比较差异无统计学意义。

2.2 影像学检查结果SIEA、LK、IISD在PLC损伤组及非损伤组中差异有统计学意义(P<0.05)，结果见表1。二元Logistic回归分析影响PLC损伤因素，将单变量分析中P<0.05的因素纳入二元Logistic回归分析，其中IISD具有统计学意义(P<0.05)，结果见表2。采用ROC曲线对IISD预测PLC损伤进行检验发现，IISD预测PLC损伤的曲线下面积最大(AUC=0.875，95%CI：0.781～0.969，P<0.001)。图3所示，通过ROC曲线确定IISD预测PLC损伤的最佳预测界值为2.365mm，其当IISD=2.365mm时，敏感性为90%，特异度性72%。

表1 PLC损伤组及非损伤组CT扫描参数的比较

表2 CT骨性参数多因素Logistic回归结果分析

注：*因方差不齐，采用校正t检验

图3 IISD预测PLC损伤的ROC曲线

2.3 生物力学评估结果对不同应力负荷状态下，对受伤椎体的棘突间位移值及椎面位移值进行配对t检验，结果显示垂直力对受伤椎体的棘突间位移值及椎面位移值影响较大。见表3、表4。

表3 不同力对关节突位移值、椎面位移值作用结果

表4 不同力对椎面位移值作用结果

3 讨论

胸腰椎骨折约占脊柱骨折的90%[2]，如何评估脊柱稳定性并尽早采取治疗一直是临床治疗的关键。目前TLICS分类系统常用来指导胸腰椎骨折患者的治疗,该体系的分类基于三个受伤机制、神经系统状态、PLC状态以上三点，并且把PLC的完整性作为评估脊柱稳定性的重要依据[2-3]。PLC主要是由棘上韧带、棘间韧带、黄韧带和小关节囊。MRI是诊断PLC损伤的金标准,但是MRI检查也有缺点和限制，并未作为急诊患者检查的首选。CT扫描速度快,显示骨折形态好,可以间接提示韧带损伤情况,适合患者首选检查。

目前临床用于评估脊柱稳定性的主要参数为SIEA、LK、IISD、椎体压缩率等,既往有学者研究显示当SIEA>30°、LK>14°、IISD>2.2mm、椎体压缩率>50%常常提示脊柱不稳定，需要手术治疗[4-6]。本研究结果显示CT扫描参数存在PLC损伤组及非损伤组中差异有统计学意义，SIEA、LK、IISD均表现为损伤组大于非损伤组。在二元Logistic回归分析中,得出SIEA(P=0.414)、LK(P=0.056)与PLC损伤未见相关性,造成该结果的可能原因为纳入患者时并非是完全标准楔形变，有的变形相对轻微。

既往国内外学者研究显示IISD与PLC损伤存在正相关性，IISD值越大，对PLC损伤提示意义更大[7]。本研究结果显示IISD与PLC损伤存在正相关性，IISD是预测PLC损伤的最佳参数，IISD预测PLC损伤的曲线下面积最大(AUC=0.875，95%CI：0.781～0.969，P<0.001)，通过ROC曲线确定IISD预测PLC损伤的最佳预测界值为2.365mm，IISD=2.365mm时敏感性为90%，特异度性72%。本结果的阈值与国内学者腾跃研究结果相仿[5]。正常棘上和棘间韧带作用限制脊柱的屈曲，当不同力作用于棘突时,棘间韧带及棘上韧带由于受到力的作用,棘上韧带及棘间韧带处于过伸状态因此容易导致PLC损伤，造成CT测量值棘突间距增宽。

大多数的骨折损伤原因为车祸伤、坠落伤及安全带损伤，结合骨折损伤常见原因给模型分别施加了垂直力及前屈力,本研究结果表明,在不同应力负荷状态下，PLC未损伤和损伤组比较有统计学意义。垂直力对受损椎体的棘突间位移值及椎面位移值影响较大，椎面受力导致椎体发生形变，也就是宏观上椎体楔变角及局部后凸角测量形成的原因，棘突间受力导致棘突间位移值的改变，与影像测量相匹配。

既往研究多数从CT骨性参数来预测PLC损伤,并未有过多学者从力学角度探讨CT参数测量根本原因，及其何种作用力可能对压缩骨折伴发PLC损伤影响较大，本研究综合CT扫描参数及生物力学分析,探讨压缩骨折的可能机制及其CT参数的改变原因，通过实验证实CT检查预测PLC损伤的准确性，为患者提供方便快捷的检查方法，弥补MRI检查的某些不足，为早期诊断干预策略制定提供可靠依据，进而改善患者预后。

本研究的局限性：手动测量避免不了人为误差，机器的自动化测量将会更提高结果准确性。另外本研究只是根据患者常见损伤原因对模型施加两种不同作用力，在今后的研究中将会着重研究多种力对椎体的影响，更进一步丰富研究结果。

综上所述，把CT扫描参数与生物力学相结合,相比以往学者从单一影像学指标判断PLC损伤与否的诊断价值更高,有利于临床大夫及时采取手术治疗恢复脊柱稳定性,提高患者远期生活质量。