腰肌劳损磁共振影像学研究现状及进展*



腰肌劳损磁共振影像学研究现状及进展*

孙力盟1李长勤2姚健3

(1.泰山医学院，山东泰安271016；2.泰山医学院附属医院，山东泰安271000；3.山东省影像研究所，山东济南250012)

关键词：腰肌劳损；影像学；磁共振波谱学；磁共振成像

腰肌劳损(chronic lumbar muscle strain或acute)是指因为腰背部肌肉、筋膜、韧带等软组织的慢性损伤，导致的局部无菌性炎症，从而引起腰背部一侧或两侧的弥漫性疼痛的临床综合征，包括腰背肌筋膜炎、肌纤维织炎、肌筋膜疼痛综合征、第三腰椎横突综合征等[1]，该病好发于30~40岁的青壮年男性，外伤及长期劳损为该病的主要发病诱因，此外还与气候、空气湿度有很大的关系[2]。随着社会的发展以及职业环境改变，越来越多的不良工作姿势以及违反人体生理规律的体育活动，促使腰肌劳损的发病率显著升高，影响患者的生活质量。

1腰肌劳损的解剖学及病理学基础

1.1　腰肌劳损解剖学基础

腰背部的结构肌肉主要包括腰背筋膜、斜方肌、背阔肌、骶棘肌、横突棘肌(半棘肌、多裂肌和回旋肌)和深层短肌(横突间肌、棘突间肌)[3]。腰部是连接躯干和下肢的枢纽，两侧的横突是腰肌和腰方肌的起点，并有腹横肌、背阔肌的深部筋膜附着，是腰部肌肉收缩运动的支点，因此腰腹部肌肉弹力收缩时腰部受力最大，且是躯干活动范围及强度最大的部位之一，易使肌肉及筋膜的附着点处形成无菌性的炎症，刺激局部的神经纤维，日久可以引起软组织变性，导致腰背部、臀部及腿部疼痛[4]。

1.2　腰肌劳损病理学基础

解释腰肌劳损的病理生理学说有很多，但目前尚未定论。

一般认为长期不正确的姿势和负重，使肌肉长期处于疲劳状态，内外平衡失调，力量不足，使得韧带、筋膜挫伤，肌肉纤维拉伤，甚至出现局部的组织液渗出和微血管破裂，蔓延到邻近肌间隙后形成瘢痕组织，最终导致局部粘连、变性、甚至肌肉萎缩，也就是肌筋膜炎，分布于肌肉组织中的神经纤维受到病变组织的压迫、刺激甚至部分神经末梢被破坏，产疼痛感[5]。

针对分子生物学水平的学说也是层出不穷，总的来说分以下两个方面：一方面腰背部肌肉、筋膜及韧带持续牵拉使肌肉内的压力增加，破坏肌膜、肌浆网膜、肌原纤维或通过磷脂酶A2溶解肌膜结构成分。肿胀的肌纤维导致局部组织压力过高，压迫血管，引起血供受阻，使得肌肉消耗的ATP不能及时补充，持续收缩肌肉进行无氧酵解而产生的代谢产物如乳酸等不能及时清除，导致局部自由基及脂质过氧化水平增加，释放大量炎性介质(比如IL-α、IL-1β、IL-6、IL-8和肿瘤坏死因子-α、粒-巨噬细胞集落刺激因子、P物质、单核细胞趋化蛋白1、一氧化氮、碱性成纤维细胞生长因子、转化生长因子β等)，炎性介质持续堆积后容易刺激周围感觉神经，引起慢性腰痛[6-7]。

另一方面，腰部软组织受到损伤之后未得到及时正确的治疗，或治疗不彻底，或反复多次损伤，致使受伤的组织不能完全修复，局部存在慢性无菌性炎症，微循环障碍，乳酸等代谢产物堆积，加之受损的肌纤维变性或疤痕化，也可刺激或压迫神经末梢而引起慢性腰痛[8]。两方面形成恶性循环，使腰背部疼痛日益严重。

有文献显示椎间盘的神经末梢大部分是无髓纤维，因此更容易受到炎性介质的影响而导致疼痛[9]。Muramoto[10]认为上述炎性因子会刺激前列腺素E2的增加，前列腺素E2能导致神经根异常放电，腰部椎间盘内的髓核同时能自动释放肿瘤坏死因子-α，它和前列腺素E2具有协同作用。炎性因子引起组织的水肿使周围组织受到压迫，产生疼痛感和压痛点。

2腰肌劳损的临床表现及诊断

慢性腰肌的具体表现为反复发作的腰背酸痛、胀痛，偶有放射至下肢的疼痛感，但通常不过膝[11]，个别会有植物神经紊乱症状。在重体力劳动或活动后加重，并出现腰背部肌肉保护性僵直，时轻时重，休息或改变姿势可缓解[12]。由于腰背部肌肉损伤时牵扯面积较大，查体时，压痛点不能精确定位，但通常是位于腰椎横突、骶棘肌及髂嵴后缘等部位，可以触诊到腰部肌肉的紧张，或有硬结及肥厚感，腰部外形及活动多无异常，部分患者腰部活动稍受限[12]；直腿高举试验阳性，也可以阴性，但踝反射阴性，无伸拇肌力障碍。有部分患者的腰痛现象与气候及温度相关，比如阴冷、潮湿的天气会引起或加重患者病情[2]。目前该病在临床诊断上没有明确的“金标准”，多依靠相关的病史，比如外伤或外伤后治疗不当，长期负重劳动，久坐或久站及医者的主观判断，其辅助诊断如X线多用作该病的鉴别诊断[13]。

3腰肌劳损的传统影像学表现

目前医学影像学(medical imaging)主要包括X光成像(X-ray)、电脑断层扫描(computed tomography，CT)、核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、超声成像(ultrasound)、正子发射断层扫描(PET)、脑电图(EEG)、脑磁图(MEG)、穿颅磁波刺激(TMS)等。应用于运动系统的是X线成像，CT、MRI、PET、超声，本综述主要针对磁共振对肌肉的检查。

3.1　X线检查

X线检查的成像原理是当射线穿透某一部位后被穿透路径上不同组织吸收射线后影像相互叠加得出的投影的总和[14]，X线吸收系数与检查部位的密度有直接关系，也就是说当X线照射的部位和器官的密度越高厚度越大的时候X线被增减的机会就越多，投射到胶片上的荧光就会越暗。由于腰背部解剖结构复杂，肌肉相互重叠，X线检查就会因为影像重叠和密度分辨率不高而受到限制。此外拍摄一次X线检查只能够针对一个部位，不容易直接获得诊断患者的检查结果，除了在腰椎化脓性炎症、结核、原发肿瘤和转移瘤及椎体骨折等引起的腰背疼痛疾病具有一定程度的诊断意义之外，诊断肌肉病变的效果并不理想，常用来进行腰部疼痛的初筛，目前已经不作为首选诊断方式。

3.2　电子计算机断层扫描(CT)检查

CT为断层影像，相当于运用X线对人体进行多层面连续扫描，测定通过X线量，经数字化后计算得出该层面组织各个单位容积的吸收系数，重建图像[15]。CT可以直接观察椎体骨质和软组织解剖结构，对不同密度的组织进行CT值的测量，清楚显示腰椎管狭窄、椎间盘突出等，在一定程度上能够补充X线检查的不足，因为成像原理相同，针对腰肌劳损，除极个别可以发现腰筋膜钙质影，其肌群形态学发生改变以前，在CT上仍没有明确的阳性表现。也就是说在腰肌劳损的诊断上，X线和CT都不能进行功能性的诊断，同时这两者都有一个共同的缺点，就是对人体有辐射伤害，在短时间内都不能进行重复检查。

4腰肌劳损的MRI检查

1945年伊西多·拉比发现原子核与磁场及外加射频场的相互作用，这是人类首次认识核磁共振现象，核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)是磁性原子核的磁矩在恒定磁场和射频电磁波的共同作用下，在其核磁能级间的共振吸收(跃迁)现象；1952年布洛赫和珀赛尔各自观察到质子的核磁共振信号；1971年应用于医学成像研究，1976年利用核磁共振现象取得人体的MRI图像。

4.1　MRI的基本成像原理

MRI成像的基本原理是人体内的原子核在正常状态下不稳定，易受外加磁场干扰，当施加一个外来磁场后，人体内的原子核就由无序的排列方式变为沿着主磁场方向有序的排列，方向可以相反也可以相同，以方向一致的居多。原子核接受能量宏观磁矩发生变化。当射频脉冲停止激励后，原子核沿原来的方向恢复，在恢复过程中原子核吸收的射频脉冲能量就会以电磁波的形式释放并被线圈接收后产生信号，这就是MRI信号，线圈接受信号后感应出电压，通过傅里叶转换及复杂的计算组成MRI图像，因此MRI是一种无射线、无创性检查。人体中75%是水，水中1H含量多，因而原子核主要是指的1H核，MRI能够敏感地反映1H的变化，包括量的变化，与其他原子结合的变化，原子周围环境的变化，从而为MRI诊断疾病奠定基础。相比X线和CT，MRI除了软组织成像要显著优于前两者之外还能进行多参数、高对比度成像，同时MRI还能够进行三维重建从而在立体空间上观察人体的结构和病变[16]。

4.2　常规检查肌肉的MRI序列

针对腰背部肌肉检查的常规MRI序列使用快速自旋回波T1加权矢状面成像(FSE-T1WI)、快速自旋回波T2加权矢状面成像(FSE-T2WI)、短时反转恢复T2加权矢状面成像+脂肪抑制(T2+STIR+FS)、短时反转恢复T2加权横断面成像+脂肪抑制(T2+STIR+FS)。快速自旋回波(FSE)序列使用最为频繁。每一个序列都有其在诊断上的独特优势，需要结合起来共同判断。正常肌肉在T1WI图像呈稍低信号，能够较好地显示出腰背部的脂肪、筋膜、肌肉和骨骼解剖结构和骨质中骨髓信号的改变，但缺点在于不能较好的区分关节软骨及关节积液。T2WI图像呈低信号，能较好的显示积液、病灶，但不能清晰的显示出软骨及软骨的下区界面。脂肪在T1WI图像及T2WI图像呈高信号，脂肪抑制后呈低信号。脂肪抑制(FS)序列：短时反转恢复(STIR)序列，能够较好地显示出正常软组织结构或其病变情况，Fast STIR较T2WI能够更加敏感地显示出软骨旁骨髓水肿、软组织水肿，因此绝大多数人都选用FS序列来判断骨髓水肿、软骨病变、肌肉损伤。骨皮质在T1WI图像及T2WI图像上均为极低信号，骨髓质与脂肪信号相似，并可被脂肪抑制。在CT上能够显示的腰筋膜钙质影在MRI中不能显示或呈低信号。

4.3　腰肌劳损在MRI上的表现

正常的肌肉在MRI上表现为形态饱满、轮廓清晰平滑的均质低信号。男性的腰背肌厚度通常比女性要饱满，肌纤维也要粗大，在MRI上表现为腰背部肌群的横轴位测量厚度及皮下脂肪与腰背肌MRI信号比值要呈现明显的性别差异[17]。Gyftopoulos[18]认为长时间的过度劳损，最终会引起椎旁肌纤维细微的改变，从而引起功能上的退化或缺失，成为导致其再损伤的原因之一。也就是说长时间的腰背部肌肉疲劳状态会导致其形态学发生改变，表现在肌肉体积的萎缩，肌肉边缘轮廓的模糊和凹陷，信号呈现出不均质改变，这点在横轴位的脂肪压制像上体现得尤为明显[19]。同时也有学者认为从事体力劳动或体育活动的人群，腰部肌肉尽管长时间处在疲劳当中，但是其从事的活动特殊性导致其肌肉纤维的增生和粗大，腰部肌肉的萎缩和变性体现的不明显。观察肌间隙的脂肪浸润也是衡量腰肌劳损的指标之一，有资料显示通常脂肪的浸润要早于肌肉形态学的改变，尤其是针对女性[20]。脂肪浸润通常伴随有肌间隙的扩大，在MRI上呈现出三级信号[21]，Ⅰ度表现为肌间隙显示不清或仅能显示线状、点状间隙扩大；Ⅱ度显示为多灶性间隙扩大伴脂肪信号；Ⅲ度浸润表现为肌间隙呈羽毛状或网格状增宽，以上间隙的扩大和脂肪的浸润是相伴相生的，也就是说扩大的肌间隙里通常由脂肪填充。如果想看到更明显的脂肪浸润，可以运用伪彩技术来绘制伪彩图，在伪彩图上脂肪显示成红色，更直观的显示出脂肪在肌间隙的浸润[22]。

腰肌劳损的特征性表现是肌筋膜炎[23]，也就是位于肌间隙和肌骨间隙的组织液渗出，组织粘连和积液，因此T2-STIR-FS、T2-TIRM-FS、T2+T2-TSE-FS就显得尤为重要，在腰肌劳损的诊断中和常规序列共同应用。用压脂像和T2WI像结合诊断腰背部肌肉的形态学改变棘突旁间隙和腰背肌间隙的扭曲、积液真实性最好，横突窝和关节突窝积液、髂外肌-骨间隙积液的诊断真实性相对就较低[21]。有作者[24-25]认为诊断腰肌劳损在MRI平扫过程中腰背部肌肉和筋膜的水肿信号是判断腰肌劳损的重要标志之一，且浅筋膜的病变发现率要高于深筋膜。具体表现为腰背部皮下、腰肌及筋膜下线状、条状或片状的长T1长T2，FS-T2WI高信号。但是很多临床诊断为腰肌劳损的患者腰背肌水肿信号的MRI平扫检出率较低，因为腰肌劳损主要是针对慢性病灶，而浅筋膜的水肿在急性挤压伤、创伤中多见。

5腰肌劳损的功能磁共振检查

随着MRI的技术逐渐发展，常规MRI对疾病的诊断和评估价值越显有限，尤其是当疾病没有造成形态上的改变时，常规磁共振扫描就受到了限制，而功能性MRI(functional magnetic resonance imaging，fMRI)新技术能够研究人体的能量代谢，对于早期发现和定量评估腰肌劳损结构及功能性改变具有重要性作用，这意味着MRI诊断进入了功能成像的阶段。通常意义上磁共振功能成像(fMRI)包括灌注加权成像(PWI)、磁共振弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)、MR波谱分析(Magnetic resonance spectroscopyMRS)。针对肌肉的病变DWI及MRS具有其独特的诊断优势。

5.1　磁共振弥散加权成像

磁共振弥散加权成像(DWI)是目前唯一能够检测水分子在活体组织内血管外细胞间无规则布朗(弥散)运动成像的影像学检查方法[26]，其定量指标是表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)。水分子与活体组织内的细胞均采用微米数量级来进行衡量，经过测量ADC值能够提供定性和定量的功能信息，也就是说DWI使MRI对活体的研究深入到微观水平。DWI通过分析细胞内外水分子跨膜运动功能状态的改变来诊断和鉴别疾病，近年来DWI也开始应用于骨骼肌肉系统的研究，目前主要应用于脊柱骨折、骨髓感染、骨髓恶性肿瘤等骨髓疾病。近年来新发展的一种MR DWI技术，MR背景信号抑制全身DWI(diffusion-weighted whole-body imaging with background body signal suppression，DWIBS)也称“类PET”技术，以短TI反转恢复(short time inversion recovery，STIR)、DWI及EPI等技术为基础，在自由呼吸下进行连续扫描，经过后处理获得三维图像，可一次性大范围直观地显示全身病变，同时抑制背景信号(肌肉、血管及大部分脏器)，更有利于骨肌系统病变的显示[27]。有资料显示针对腰肌劳损，诊断真实性最好的是棘突旁间隙积液征象，其次是腰骶背肌间隙不规则扭曲积液征象[21]。因为细胞数量多的部位比细胞完成性丧失的部位更大的限制水分子的扩散运动，DWI对积液敏感，同时不显示血管信号，在诊断腰肌劳损上和平扫MRI序列进行结合，能够有助于腰肌劳损的诊断，但是阳性率比起STIR-FS、TIRM-FS、T2+T2-TSE-FS序列要低，这是因为上述序列可能将血管影误判为积液。但是DWI目前在应用过程中仍存在问题：比如b值的选择，空间分辨率低，当运动和存在金属物件时伪影较大，T2投射效应导致ADC的测量准确性不可靠[28]。

5.2　磁共振波谱分析

磁共振波谱分析技术是利用磁共振现象和化学位移作用对原子核及其代谢产物进行分析的方法，是目前唯一在活体进行无创性组织生化代谢的检查方式，其敏感度依赖于被检测原子核的自旋量子数、自然丰度、相对灵敏度、场强及匀场等因素。MRS对硬件的要求包括磁体、RF(射频)线圈、RF放大器、RF发射器、接收器和计算器。目前MRS技术能对1H、14N、13C、19F、31P、39K、23N等多种微量化合物进行测定，其中研究较多的原子是31P和1H。31P-MRS是最早应用的MRS，目前多用于骨肌系统，能够检测到无机磷酸盐(Pi)、磷酸肌酸(PCr)和三磷酸腺苷(ATP)，但是磷谱在检测代谢物的敏感度上较低，同时需要较大的感兴趣区(最小为8 cm3)[30]。针对较小面积的肌肉不能进行检测，在硬件上需要相应的支持，很多医院都不具有可以进行磷谱检查的条件，但是大多有磁共振设备的医院都有氢谱的相应设备。

1H-MRS目前多应用在中枢神经系统、前列腺、肝脏，允许的最小的感兴趣区选择是1 cm3，这意味着感兴趣区的选择可以是较小的肌肉，但是对于骨肌系统目前国内外仅限于用来研究脊椎骨的水脂比及脂肪含量。而目前MRS检查分为两种：单体素波谱(SV)和多体素波谱(PMVSI)，都可以运用到肌肉的检测中。

单体素波谱优点是能进行代谢物弛豫时间的测定进而计算代谢物的浓度，可以获得更好的匀场效果和更好的波形，同时具备操作简便，扫描时间短，减少了在扫描过程中因患者不适而造成的移动伪影。同时单体素一次操作仅能获得一个一维性波谱，不能提供病变代谢异常的空间分布，不能对两侧病变做出比较。同时，单体素波谱相当于是多种代谢产物的混合体现，因此不能全面而准确地反映病变的特征和空间变异。单体素需要准确定位，避开血管、脂肪组织、减少污染。

多体素波谱称为化学位移成像(CSI)或磁共振波谱成像(MRSI)。不同于单体素波普的是在除了针对ROI(region of interest)的多次累加之外，对整个体层一句不同的相位编码进行多次采集，经过傅里叶转换得到各个体素的波普信息。可以对病变及周围的组织进行连续测量，相当于是覆盖范围较大的多个小体素的波谱，因此就避免了感兴趣区周围组织不均质而造成的部分容积效应，达到信号强、信噪比高的效果，相比较单体素波普而言，具备获得多体素波谱代谢物分布图的效果。但是多体素波谱应用于腰背部肌肉的检测上受到脂肪的污染影响较大，而且在ROI的选择上，多体素波谱的选择面积较大，腰背部解剖结构复杂，匀场效果差，检查时间长，导致最后波谱的分辨率下降，因此在选择MRS方法上使用单体素波谱要优于多体素波谱。

有资料显示人体正常骨骼肌组织1H-MRS成像中主要的波峰包括脂质峰(Lipid)、胆碱峰(Cho)、肌酸峰(Cr)[31]。其中EMCL和IMCL合并起来共同构成Lipid峰。据文献表示细胞内脂质峰(IMCL)位于1.3~1.4 ppm，细胞外脂质峰(EMCL)位于1.5~1.6 ppm，胆碱峰(Cho)位于3.21 ppm，肌酸峰(Cr)位于3.02 ppm[32]，正常肌肉组织中Lipid峰信号强度高，常呈第一高峰，Cho峰含有磷酸甘油胆碱(GPC)和磷酸胆碱(PC)，参与细胞磷脂的合成与降解为磷脂代谢的中间产物，反映细胞膜的转运功能，含量与细胞膜的磷脂代谢、细胞密度及细胞增生有关，正常组织中作为活性代谢产物的游离Cho含量很低，在MRS中Cho为最小峰。Cr主要由PCr构成，在维持新陈代谢中起一定的作用，在低代谢状态下增加，在高代谢状态下降低。经大样本监测后发现EMCL在女性中的峰值要高于男性，而IMCL、Cho、Cr在性别之间的差异就没有那么明显[33]。

波谱在显示肌肉损伤的时候能看到细胞内脂质的减低，而细胞外脂质峰却相对比较稳定，有文献显示，在有神经症状的肌肉损伤中IMCL对于早期具有重要的辅助诊断价值，EMCL对于远期评价及动态监测的价值要更大一些[34]。Cr和Cho则相对比较稳定，在健康人群和腰肌劳损人群中没有明显的差异。但是腰背部解剖结构的复杂，使得得出的波谱基线不稳，呈锯齿状，在计算峰下面积时存在困难。

总之MRI在诊断腰肌劳损上有自己独特的优势，能够反映不同程度腰肌劳损的影像学特征，能够直观全面地分析腰肌劳损的严重程度，为临床诊断腰肌劳损提供客观影像学依据，早期发现病变，提前干预治疗，同时可以作为治疗后的评价指标，从而提高人们生活和学习的质量。而功能性磁共振对于退行性变的肌肉病变目前还处于探索中，目前应用于肌肉退行性变的技术主要有DWI及MRS，随着功能性磁共振技术的普及和后处理软件的更新，将会越来越普遍地应用到临床工作中，为临床诊断疾病和评价治疗效果提供依据，磁共振技术将拥有更广泛的使用前景。

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收稿日期(2015-07-22)

doi:10.3969/j.issn.1004-7115.2016.01.049

中图分类号：O482.53

文献标识码：A

文章编号：1004-7115(2016)01-0116-05

通讯作者：李长勤，教授，硕士生导师， E-mail：chqinli@163.com。

作者简介：*孙力盟(1989-)，女，山东泰安人，硕士研究生。