能谱CT脂-肌分离技术评估青年慢性非特异性下腰痛患者椎旁肌脂肪含量

刘音其,高 辉,向 剑,周晓娜,周淑伟,黎建宇,钟泽亚,李 平,张 堃,2*

(1.湖南中医药大学第一附属医院放射科,湖南 长沙 410007;2.湖南中医药大学中西医结合学院,湖南 长沙 410208)

慢性下腰痛指肋缘以下、臀下皱褶以上出现的持续时间≥3个月的疼痛、肌肉紧张或僵硬,伴或不伴下肢放射痛,其中85%为慢性非特异性下腰痛(chronic nonspecific low back pain, CNLBP)[1]。流行病学研究[2]表明,近年儿童、青少年及青年下腰痛患病率呈上升趋势,其中青年人群以罹患CNLBP为主。目前对于CNLBP的发病机制尚不明确,针对CNLBP患者是否需接受相关影像学检查尚存争议[3-5]。CNLBP与腰椎椎旁肌功能改变有关,主要病理改变为椎旁肌萎缩及椎旁肌脂肪含量增加[6]。能谱CT可通过瞬时转换高、低电压技术分离物质并初步分析其构成[7],现已成为独特且有效的肌肉骨骼系统影像学检查手段[8],可较为精确地定量组织脂肪含量[9-10]。本研究观察能谱CT脂-肌分离技术评估青年CNLBP患者椎旁肌脂肪含量的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性纳入2021年11月—2023年3月56例于湖南中医药大学第一附属医院就诊的CNLBP患者(CNLBP组),男27例,女29例,年龄22～31岁、平均(25.7±2.0)岁,平均体质量指数(body mass index, BMI)为(21.98±3.77)kg/m2。纳入标准:①年龄18～35岁;②病程≥3个月。排除标准:①脊柱手术史;②脊柱植入物;③合并脊柱肿瘤、感染、侧凸等疾病;④罹患肌肉系统疾病和/或服用影响肌肉代谢药物史;⑤存在脊神经根受压、压缩骨折、骨转移等;⑥影像学检查前接受相关治疗;⑦CT和/或MR检查禁忌证;⑧图像质量不佳。同期纳入51名健康受试者(对照组),男24名、女27名,年龄20～29岁、平均(25.1±1.9)岁,平均BMI(21.05±3.08)kg/m2。本研究经院伦理委员会批准(编号:HN-LL-KY-2021-025-01)。检查前受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Revolution 能谱CT机。嘱患者仰卧、足先进、双手抱头,以海绵垫垫高其膝部。采用能谱成像技术(gemstone spectral imaging, GSI)kV扫描模式、权重30%迭代重组技术行双能CT扫描,扫描范围T11～S2;参数:管电压80/140 kVp,管电流230 mA,准直0.625 mm,螺距0.984,球管速度0.8 s/rot;平均CT容积剂量指数为9.09 mGy。

1.3 图像处理 将能谱CT图像导入GE ADW 4.6后处理工作站,以标准算法进行图像重组。由2名具有5年以上工作经验的放射科医师基于轴位脂-肌配对的基物质密度图共同勾画L1～4椎体中份层面双侧竖脊肌和L2～5椎体中份层面双侧多裂肌的ROI,使ROI与肌肉边缘距离约2～3 mm,避开模糊不清的边界、肌肉表面筋膜、肌肉外缘脂肪及肉眼可见血管测量其脂肪含量,取双侧平均值作为最终结果(图1)。

图1 健康受试者,女,25岁 基于腰部轴位能谱CT脂-肌配对基物质密度图勾画L4椎体中份层面多裂肌及竖脊肌ROI (ES:竖脊肌;MF:多裂肌)

1.4 临床问卷 对CNLBP患者进行Oswestry 2.0腰背问卷调查,包括疼痛强度、生活自理、提物、步行、坐位、站立、睡眠、性生活、社会生活及旅行等10个方面,每项评分0～5分,分数越高代表腰部功能越差。计算Oswestry障碍指数(Oswestry disability index, ODI):ODI=实际评分/(5×实际回答的问题数目)×100%。

1.5 统计学分析 采用SPSS 25.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料,行独立样本t检验;以中位数(上下四分位数)表示不符合者,行Mann-WhitneyU检验;采用χ2检验比较计数资料差异。采用Pearson相关性分析评价CNLBP患者椎旁肌脂肪含量与ODI的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本资料 组间受试者性别(χ2=0.658,P=0.417)、年龄(t=1.561,P=0.121)及BMI(t=1.338,P=0.168)差异均无统计学意义。CNLBP组平均ODI为(15.18±7.74)%。

2.2 脂含量 组间各椎体层面竖脊肌脂肪含量差异均无统计学意义(P均>0.05)。CNLBP组L4、L5椎体中份层面多裂肌脂肪含量明显高于对照组(P均<0.001),组间其余椎体层多裂肌脂肪含量差异均无统计学意义(P均>0.05),见表1及图2、3。

表1 CNLBP患者与健康受试者椎旁肌各椎体中份层面脂肪含量比较(mg/cm3)

图2 患者女,29岁,CNLBP,病程1年 基于腰部轴位能谱CT脂-肌配对基物质密度图测得L4椎体中份层面竖脊肌脂肪含量为81.42 mg/cm3,多裂肌脂肪含量为69.93 mg/cm3 图3 健康受试者,女,25岁 基于腰部轴位能谱CT脂-肌配对基物质密度图测得L4椎体中份层面竖脊肌脂含量为83.47 mg/cm3,多裂肌脂含量为55.22 mg/cm3

2.3 相关性分析 CNLBP患者L4、L5椎体中份层面多裂肌脂肪含量与ODI均呈正相关(r=0.347、0.411,P=0.009、0.002)。

3 讨论

CNLBP病因及发病机制尚不明确,脊柱不稳定可能是导致CNLBP的重要原因:主动收缩系统是最重要的脊柱稳定系统,其中,竖脊肌和多裂肌结构和功能正常是腰椎稳定与否的重要决定因素[11-12]。肌肉功能改变在宏观上的主要表现包括肌肉萎缩和脂肪浸润,因此,基于解剖成像测量肌肉横截面积常作为评估椎旁肌肌肥大或萎缩程度的首选指标[13]。近年研究[14]显示,肌肉脂肪浸润对于评估肌肉功能障碍程度具有重要作用,这是由于脂肪浸润使肌肉对其合成蛋白质所必需的胰岛素的靶向敏感性下降,进而直接导致肌肉萎缩;且椎旁肌中的纤维成脂祖细胞和卫星细胞含量明显高于肢体肌肉,而纤维成脂祖细胞是肌肉纤维化和脂肪变性的主要诱导者,故椎旁肌较易出现脂肪变性[15]。基于此,本研究主要针对竖脊肌和多裂肌评估青年CNLBP患者椎旁肌脂肪浸润程度。

既往研究[16]主要依据肌肉CT值降低程度或其在MR T1WI/T2WI中的相对信号强度增强情况进行半定量分析,以评估脂肪浸润。能谱CT脂-肌分离技术可生成特定物质的图像,显示其在组织中的分布和含量,进而定量评估CNLBP患者椎旁肌脂肪浸润。本研究结果显示,与健康受试者相比,青年CNLBP患者L4、L5椎体中份层面多裂肌脂含量明显升高,与KALICHMAN等[17]的研究结果相符;组间不同椎体层面竖脊肌脂肪含量均无显著差异,不同肌肉脂肪含量不同,可能与其解剖构成有关。多裂肌位于棘突与横突之间的沟槽中,相比其他椎旁肌而言,其横截面积较大、长度较短,以使其能在较小的活动范围内具有更大的收缩力;多裂肌在功能上分为深层纤维和浅层纤维,深层纤维横跨2个椎体节段,具有强直功能,是保持腰椎稳定的最重要肌肉[18],浅层纤维横跨3～5个椎体,从L1～5棘突向外、向下运动,防止椎体旋转脱位,阶段性地发挥维持腰椎生理性前凸的作用。

本研究Oswestry腰背问卷调查结果显示,青年CNLBP患者腰部功能存在不同程度减退,且其L4、L5椎体中份层面多裂肌脂肪含量与ODI均呈正相关,支持GOUBERT等[19]关于疼痛可致多裂肌活动减少、进而引发失用性肌肉萎缩的观点,但目前对于CNLBP患者是否真正存在肌肉失用和身体功能障碍尚缺乏足够证据。

本研究的局限性:①仅纳入35岁以下青年CNLBP患者,未涉及其他年龄段患者;②手动勾画ROI可能存在一定测量误差。

综上,利用能谱CT脂-肌分离技术能在微观水平无创定量青年CNLBP患者椎旁肌脂肪含量;CNLBP椎旁肌脂肪浸润程度与其腰部功能障碍程度相关。