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竖脊肌和多裂肌不同体位MRI检查在腰椎间盘突出症中的研究

2024-03-11 157 上传者：管理员

摘要：目的研究竖脊肌和多裂肌在仰卧及俯卧过屈位MRI检查中的变化与腰椎间盘突出症(LDH)的关系。方法选取LDH患者21例(突出组)和健康志愿者21名(对照组),两组均行仰卧及俯卧过屈位L3～S1节段椎间盘扫描，应用Image J软件分别测量竖脊肌(ES)、多裂肌(MF)在两个体位轴位T2WI图像上的数据，测量参数如下：总横截面积(TCSA)、脂肪浸润比(FIR)、功能性横截面积(FCSA)、两侧横截面积不对称性(TCSAasy、FCSAasy)及计算两体位TCSA、FCSA及FIR差值(S-P)。仰卧位及俯卧过屈位两组内参数比较采用配对样本t检验，两组间参数比较采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验。应用ROC曲线评估ES和MF变化对LDH的提示效能。P<0.05为差异有统计学意义。结果在对照组和突出组中，L3～S1各节段ES和MF的TCSA、FCSA仰卧位均较俯卧位增大(P≤0.001);对照组L3/4节段ES、L3～5节段MF和突出组L3/4节段MF的FIR俯卧位均较仰卧位增大(P<0.05);L5/S1节段对照组ES和突出组MF的TCSA、L3/4节段对照组MF的FCSA两侧不对称(P<0.05);两组TCSAasy、FCSAasy、FIR其余节段参数在两体位间无明显差异(P>0.05)。L3/4节段俯卧位ES的TCSA、FCSA在两组间均不对称(P<0.05);L3～S1节段突出组MF的S-PTCSA、L3～5节段S-PFCSA值均较对照组减小(P<0.05),其余节段ES和MF参数组间差异无统计学意义(P>0.05)。ROC曲线示MF(AUC=0.920)对LDH的提示效能优于ES(AUC=0.814),MF中S-PTCSA(AUC=0.925)提示效能最高，S-PFCSA(AUC=0.805)次之，MF其余参数及ES所有参数对LDH提示效能一般。结论仰卧及俯卧过屈位MRI检查示ES和MF对维护腰椎正常生理曲度具有重要作用，ES退变与腰椎间盘突出没有明确相关性，MF退变是腰椎间盘突出的原因之一，对研究LDH的病因及发病机制具有重要意义。

关键词：
多裂肌
横截面积
磁共振成像
竖脊肌
腰椎间盘突出症
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腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation, LDH) 是局部突出的椎间盘压迫邻近神经导致腰腿痛麻等表现的一种临床综合征[1,2],是引起腰痛的主要原因之一。研究[3]发现单极LDH患者神经根的长期压迫可致竖脊肌(erector spinae, ES)和多裂肌(multifidus, MF)退化。但ES和MF与LDH的关系仍存在多样性和不确定性[4,5],且上述研究均为仰卧位静态MRI检查，本研究应用仰卧位及俯卧过屈位动态MRI配对检查进一步探讨ES、MF形态学变化与LDH的关系。

1、资料与方法

1.1 一般资料

选取于中国人民解放军第903医院就诊的21例LDH患者(突出组)和21名健康志愿者(对照组),突出组中女10例，男11例；对照组中女15名，男6名。突出组纳入标准：(1)MRI扫描显示腰椎间盘突出，且有典型腰腿放射痛等临床表现；(2)排除可能导致运动功能障碍的预先存在的心血管、肺、脑血管和神经肌肉疾病的患者；(3)排除脊柱侧凸、滑移、骨折、感染、肿瘤及脊椎手术史等；(4)无金属或其他影响MRI磁场的禁忌症。对照组纳入标准：无任何疾病的健康成人，年龄20～65岁，无脊柱及四肢畸形。两组均行仰卧位和俯卧过屈位L3～S1节段的椎间盘扫描，记录两组身高、体重，计算体质量指数(body mass index, BMI)。本研究通过中国人民解放军第903医院伦理委员会批准，所有受检者均已签署知情同意书。

1.2 成像方法

使用America DISCOVERY MR750 3.0T GE磁共振，32通道包裹线圈，使用呼吸门控避免呼吸伪影，足先进，行仰卧及俯卧过屈位L3～S1节段椎间盘扫描，两体位扫描层面一致，每节段平行椎间盘扫描3张T2WI轴位图，俯卧过屈位要求腰椎呈过屈状态：受检者腹部垫高度为25 cm软垫。两种体位扫描序列及条件相同，常规MRI扫描序列：矢状位T1WI:FOV 32 cm×32 cm, TR 500 ms, TE 8 ms, 矩阵320×160,层厚5 mm, 层间隔1 mm; 矢状位T2WI:TR 2500 ms, TE 100 ms, 矩阵320×160,层厚5 mm, 层间隔1 mm; 轴位T2WI:TR 3500 ms, TE 120 ms, 矩阵320×224,层厚4 mm, 层间隔0 mm。

1.3 图像测量

从T2WI轴位图上选取L3～S1每个节段椎间盘的正中层面，应用Image J软件手动勾勒ES和MF感兴趣区，以ES和MF的深筋膜为界，ES的横截面积(cross-section area, CSA)包括ES与MF之间的脂肪，MF的CSA包括MF和邻近椎体棘突及椎板间的脂肪，要求避开皮下脂肪及邻近骨结构，获取肌肉和脂肪的示意图[6,7]。

仰卧及俯卧过屈位ES和MF各参数为：(1)总横截面积(TCSA):左右两侧CSA之和：CSAleft+CSAright;(2)脂肪浸润比(FIR):左右两侧FIR的平均值(FIRleft+FIRright)/2;(3)功能性横截面积(FCSA):除去脂肪组织的TCSA,TCSA×(1-FIR);(4)两侧肌肉的不对称性(CSAasy),以TCSAasy为例：(TCSA较大侧-TCSA较小侧)/TCSA较大侧×100%;(5)仰卧位与俯卧过屈位差值(supine-prone, 简称S-P),以S-PTCSA为例：TCSA仰卧位-TCSA俯卧过屈位。所有测量值均由两名放射诊断医师共同完成(图1)。

1.4 统计学方法

采用SPSS21.0版本统计软件。计量资料进行K-S正态检验，符合正态分布者用表示，组间比较采用独立样本t检验，不符合正态分布者用M(P25,P75)表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验。计数资料采用频数表示，计数资料比较采用χ2检验。仰卧及俯卧过屈位组内比较采用配对样本t检验。应用ROC曲线评估ES和MF形态学参数对LDH的提示效能。P<0.05为差异有统计学意义。

表1 仰卧位与俯卧过屈位ES和MF TCSA比较

2、结果

2.1 一般资料

LDH组21例(女15例，男6例),对照组21名(女10名，男11名)。突出组和对照组间性别、年龄及BMI差异均无统计学意义(P>0.05),突出组年龄(44.48±11.20)岁，BMI为(23.74± 2.89) kg/m2;对照组年龄(46.57±10.23)岁，BMI为(23.29±2.48) kg/m2。

2.2 ES和MF形态学参数

ES和MF组内形态学参数结果：在突出组和对照组中，仰卧位和俯卧位配对MRI显示ES和MF在L3-S1各节段TCSA、FCSA均存在差异，仰卧位各节段TCSA、FCSA值均较俯卧位增大(P≤0.001)(表1、2)。

对照组L5/S1节段ES的TCSA和L3/4节段MF的FCSA、突出组L5/S1节段MF的TCSA具有两侧不对称性(P<0.05),对照组L3/4节段ES和L3～5节段MF、突出组L3/4节段MF两体位FIR差异有统计学意义(P<0.05)。

ES组间形态学参数结果：L3/4节段俯卧位TCSAasy、FCSAasy组间差异有统计学意义，具有两侧不对称性，L3/4节段其余参数及L4～S1节段所有参数组间差异无统计学意义(P>0.05)。MF组间形态学参数结果：L3～S1节段S-PTCSA、L3～5节段S-PFCSA组间具有差异性(P<0.01),其余参数组间差异无统计学意义(表3)。

ROC曲线结果：MF中以S-PTCSA(AUC=0.925)提示效能最高，S-PFCSA(AUC=0.805)次之(表4,图2)。MF其余参数及ES各参数AUC值均在0.500～0.735区间，对LDH提示效能一般。

表3 对照组与突出组间MF FCSA、TCSA、FIR两体位间的差值(S-P)指标比较

表4 MF ROC曲线分析

3、讨论

3.1 ES和MF对腰椎稳定性的维护作用

ES为紧邻MF的外侧椎旁肌，为背伸肌群，附于脊柱全部棘突的两侧，ES腰段主要功能为运动和固定作用，行至腰骶部大部分移行为肌腱，肌肉比例明显下降，维护腰椎稳定性作用由上而下减低，ES可能包含更高比例收缩速度快、氧化代谢快的Ⅱ型收缩纤维，通过快速响应来抵消作用在身体上的力，或产生巨大的扭矩来产生运动，两侧ES同时收缩使脊柱后伸维持人体直立姿势[8];MF作为维护腰椎稳定性最重要的肌肉，位于脊柱最内侧椎旁肌，具有最大的附着区域，附着在上椎骨的所有棘突上，由多个肌束组成，充满棘突两侧的凹槽，包含高比例的缓慢、抗疲劳的Ⅰ型纤维[9],以提供维持脊柱稳定性所需的持续活动，参与腰椎椎体的旋转及侧屈，通过弓弦效应维持腰椎前凸及冠状位平衡[10,11],本研究中L3～S1节段CSA由上至下ES逐渐缩小，MF逐渐增大，且ES和MF俯卧位CSA均小于仰卧位，差异具有统计学意义(图1,表1、2),且肌力随着肌肉CSA的增大而增大；同时，ES对照组内L5/S1 TCSAasy及L3/4 FIR、MF对照组内L3～5 FIR在两体位间差异具有统计学意义，说明L3～S1节段MF维持腰椎稳定性功能优于ES。

椎间盘内部压力由上而下增大，不同节段及体位椎间盘压力不同，研究发现[12]椎间盘压力前屈位大于后伸位。腰椎生理曲度正常前凸时，椎间盘维持前宽后窄形态、椎间盘压力前低后高，当腰椎失去正常前凸曲度时，椎间盘形态因压力变化而改变，纤维环压力增高，当椎间盘单位面积上承受压力大于或等于外力的1.5倍时，椎间盘可膨出或突出[13]。

3.2 仰卧及俯卧过屈位动态MRI检查评估ES和MF形态学变化与LDH的关系

ES各参数对LDH提示效能一般(AUC值均<0.735),且ES各节段S-P(TCSA、FCSA、FIR)值组间均无差异性(P>0.05),说明ES形态学变化与LDH没有明确相关性，原因可能是：(1)ES行至腰骶部逐渐移行为肌腱，且CSA明显减小，肌力减低，说明腰骶段ES背伸作用明显降低。(2)ES受多个脊神经分支支配且有交通支[14],当突出椎间盘压迫神经时，未受损的神经根仍可支配ES行使其功能，且ES同侧收缩可使躯干向同侧侧屈，减轻神经受损侧ES的退变。(3)本研究中虽然突出组CSA与对照组比较差异无统计学意义，但数据显示突出组CSA均大于对照组，说明LDH时，ES代偿性增大，肌力增大，增加了腰椎稳定性。本研究结果还显示ES的两组间L3/4节段俯卧位TCSAasy、FCSAasy具有差异，表明该节段LDH时两侧肌肉不对称，认为其也与维护腰椎稳定性有关。

MF各节段CSA仰卧位均较俯卧位增大，且ROC曲线显示S-PTCSA对LDH提示效能最高，S-PFCSA次之，MF其余参数对LDH提示效能一般，表明MF收缩功能减退是LDH的原因之一，与苏娜等[15]研究结果一致，原因可能是：(1)正常状态下，MF在腰骶段发达，维持腰椎前凸，当腰椎失稳时可预先收缩减少椎体位移，维持腰椎正常力线和稳定性，而当MF退变，收缩力下降，腰椎失稳，可致LDH,本研究结果证实俯卧位腰椎正常前凸程度减小。(2)MF由单一脊神经根支配且无交通支，当突出椎间盘长期压迫神经根可直接导致MF严重萎缩与退变。(3)本研究虽然突出组CSA与对照组比较差异无统计学意义，但数据显示突出组CSA均小于对照组，故突出组MF面积缩小所致肌力减小，容易导致腰椎不稳及椎间盘突出，同时本研究结果显示MF突出组内L5/S1 TCSAasy、L3/4 FIR在两体位间具有差异性，表明LDH时L3/4节段两体位肌肉退变程度存在差异，而L5/S1节段仅表明两体位肌肉形态学存在两侧不对称性，这些结果均表明MF退变与LDH有关。(4)分子生物学研究显示LDH患者受累侧MF纤维萎缩，CSA变小的原因是受累侧TGF-β1的表达水平明显高于未受累侧，TGF-β1活化增加导致骨骼肌细胞前体细胞凋亡、肌内膜纤维化、肌肉萎缩和成肌细胞分化为成纤维细胞，提示TGF-β1的过度表达与MF纤维化密切相关[16]。

图1 A～H竖脊肌（黄色）、多裂肌（红色）ROI示意图

图2 多裂肌S-P(TCSA、FCSA)ROC曲线图

综上所述，仰卧位及俯卧过屈位MRI动态扫描可以评估ES和MF形态学变化对腰椎稳定性的作用，ES形态学变化与LDH无明确相关性，但对维护腰椎的稳定具有一定的作用；MF收缩功能减退可引起LDH,故通过锻炼ES和MF有助于维持腰椎稳定和预防LDH的发生发展。

本研究不足之处：(1)样本量小；(2)突出组没有对椎间盘突出类型分型，如包容性与非包容性突出；(3)未对年龄分段及性别分类进行研究；(4)突出组未纳入LDH的临床因素，如职业、病程等，这些不足之处是否影响结果，有待后续搜集大样本并分类进一步研究。

参考文献:

[1]中华医学会疼痛学分会脊柱源性疼痛学组.腰椎间盘突出症诊疗中国疼痛专家共识[J].中国疼痛医学杂志,2020,26:2-6.

[8]曾小敏,何波.腰椎旁肌肉退变的影像学评估及进展[J].临床放射学杂志,2022,41:182-186.

[12]黄宇峰,潘福敏,赵卫东,等.关于腰椎三维有限元模型的建模及有效性验证[J].生物骨科材料与临床研究,2015,12:16-19.

[13]魏晓宁,王艳,裴飞.腰椎间盘结构､盘内压力及不同载荷的影响:生物力学研究进展[J].中国组织工程研究,2015,19:3242-3247.

[15]苏娜,刘琦,闫春丽,等.仰卧及俯卧过屈位MRI动态评估多裂肌形态变化与腰椎间盘突出症的关系[J].温州医科大学学报,2019,49:501-506.

基金资助:杭州市科技发展计划基金资助项目(编号:20170533B100);

文章来源:周敏,苏娜,闫春丽等.竖脊肌和多裂肌不同体位MRI检查在腰椎间盘突出症中的研究[J].临床放射学杂志,2024,43(03):426-431.