影像学正常人群腰椎椎间高度指数、椎间角度及腰椎前凸角度的研究分析

龚克 胡学昱*凃志鹏 解放 黄培培 王哲 罗卓荆*

腰椎退行性变所引起的疾病尤其是椎间盘退变所引起的 相关疾病已经成为影响中老年人群生活质量的重要因素[1-3]。越来越多的研究证明椎间盘退变是引起腰椎退行性疾病的重要因素，多个研究结果显示，椎间盘退变是引起慢性腰痛的重要原因[4-6]。然而，对椎间退变的评价却缺乏统一的标准。回顾相关研究，对于腰椎间盘退变的评价主要采用影像学的评价方法，其主要通过椎间隙高度、椎间盘信号、椎间盘突出、许莫氏结节及终板硬化等来进行评价，其中椎间隙高度丢失是最常见的影像学表现[7]。针对于椎间盘退变程度的判定，临床中最常采用的影像学评价标准是Pfirrmann et al.[8]于2001推出的分级方法。该方法主要根据椎间隙高度、椎间盘信号以及椎间盘的形态将椎间盘分为5级。其中，椎间隙高度是最重要的影像学标准。同时，在腰椎融合技术越来越多的应用在腰椎退行性疾病的治疗中，恢复椎间隙高度以便于更好的恢复正常的脊柱生理曲度是脊柱外科一直追求的目标。焦海斌[9]研究发现，腰椎单节段融合术后，由于椎间隙高度恢复不足导致椎间角度恢复不够，是术后影像学邻近节段退变（radiographic adjacent segment degeneration，rASD）发生的重要危险因素。恢复正常的椎间隙高度、椎间角度可以提高患者手术效果[10]。但是术中恢复椎间隙高度、椎间角度的程度多根据术者自身经验判断，尚无正常人群大样本数据，尤其是正常国人群体的数据参考，无法做到依据正常的数据来指导临床治疗。

回顾相关研究发现，对于椎间隙高度的测量方法很多，主要分为直接和间接测量方法。直接测量法包括：前椎间隙高度直接测量法、后间隙高度直接测量法[11]、椎间隙中点高度直接测量法[10]以及前后高度平均值法[12]，而间接测量法主要是间接比值法：包括椎间隙高度指数法、盘椎比值法等[13-14]。由于直接测量法受不同人群、年龄、性别、身高、体重、体位等因素影响较大，无法得出个性化测量结果。进而有学者提出椎间高度指数(intervertebralheightindex,IHI)概念，IHI=（前椎间隙高度+后椎间高度）/（椎间隙上位椎体宽度+椎间隙下位椎体宽度），认为IHI可以个体化的反应椎间隙的高度[15]。由此，本研究旨在测量我国影像学正常人群不同腰椎节段、不同性别的椎间高度指数（IHI）、椎间角度（IVA）及腰椎前凸角（LL），了解我国影像学正常人群不同节段的椎间高度指数、椎间角度及腰椎前凸角在不同年龄段中的分布特点，为临床工作提供数据支持（因区域位置因素，我院主要患者人群为西北地区人群，有一定的区域限制）。

1 资料和方法

1.1 一般资料

收集2014年1月至2016年10月因腰腿痛就诊于西京医院骨科门诊患者。全部具备标准的腰椎正侧位 X线片和腰椎MRI，且腰椎正侧位X线片及腰椎MRI未见明显异常。纳入标准如下：年龄范围在20～80岁之间；腰椎MRI示腰椎各个节段（L1-S1）腰椎Pfirrmann分级小于等于II级（见表1）；既往无脊柱手术史；无腰椎病变包括椎间盘突出、椎管狭窄、滑脱、骨折、肿瘤、畸形、感染等。

表1，Pfirrmann分级表（2001）

1.2 影像学评估

所有患者均于我院行标准腰椎正侧位片、腰椎MRI检查。腰椎正侧位拍摄时，患者取左侧卧位，膝关节与髋关节屈曲（屈曲约90°），中心线垂直指向患者 L3椎体中心，X线管距患者约 50 cm。MRI检查时，患者标准背侧位 (仰卧)，头先进，髋、膝关节跨过楔形物呈弯曲状，采用T2加权，4 mm层厚横断面，机器为美国GE磁共振（GEsigna1．5 Tesla）。扫描范围为L1-S1。

所有测量图片均从西京医院 PACS系统中拷取，采用Surgimap测量软件进行测量。两名经验丰富的脊柱外科医生经过训练后测量如下参数：腰椎各个椎间高度指数（见图 1）；腰椎各个节段椎间角度（见图2）；腰椎前凸角（见图3）。两位测量者所测量数据组内和组间一致性水平高于0.9，总体数据可靠，一致性好。

图1，椎间隙高度指数（IHI）=（b+d）/（a+c）*100%，a为上位椎体上终板前宽度；b为上下椎体前缘点连线之间的高度；c为下位椎体上终板前宽度；d为上下椎体后缘点连线之间的高度。

图 2，腰椎椎间角度（IVA）。

图 3，腰椎前凸角（LL）。

1.3 统计学分析

采用SPSS软件19.0版本 (IBMCorporation,USA)进行统计学分析。计量资料差异性分析采用单因素方差分析（one-way ANOVA）或者 t检验，计数资料采用非参数检验，分类变量采用检验或分割法检验。评估组间和组内可靠性检验采用 Intraclasscorrelations(ICCs)。由两位经验丰富的放射科医生采用单盲法在3周内分别评估和测量数据2次，由第三人进行数据统计分析，P＜0.05为差异有统计学意义。两位医生测量的组内和组间ICC均大于0.9，证明组内和组间的一致性好。

2 结果

2.1 一般情况

自2014年1月至2016年10月，共有1178名患者因腰腿痛前往我院骨科门诊就诊。根据纳入排除标准，共纳入303名患者，其中包括144男，159女，全部具备标准的腰椎正侧位X线片和腰椎MRI。根据年龄大小共分为5组，包括青年组（20～29岁）、青中年组（30～39岁）、中年组（40～49岁）、中老年组（50～59岁）及老年组（≥60岁）。年龄和性别分布（见表2）。各年龄组中男女分布差异无统计学意义（P＞0.05）。

表2，各年龄组男女性别分布

本研究共纳入了303名患者，共计1515个腰椎节段。其中Pfirrmann分级I级和II级为33和1482。Pfirrmann分级在不同年龄组级不同腰椎节段的分布（见表3）。

表3，各年龄组Pfirrmann分级分布

2.2.影像学评估分析

2.2.1 腰椎椎间高度指数测量结果分析

不同腰椎节段腰椎 IHI分别为：L1-2：22.98±3.2；L2-3：26.32±3.3；L3-4：29.09±3.2；L4-5：32.26±3.4；L5-S1：34.02±4.7。腰椎IHI自L1-2节段开始到L5-S1节段椎间增加，至L5-S1节段到达最高，且差异有统计学意义（P＜0.05）（见图4）。不同年龄组、不同性别间、不同Pfirrmann分级间在相同节段椎间高度指数存在差异，但差异无统计学意义（P＞0.05）(见表4、5和图5、6)。

表4，腰椎椎间高度指数在不同年龄组及不同节段的分布

表5，不同性别间不同节段椎间高度指数

图4

图5

图6

图4，腰椎椎间高度指数（IHI）自L1-2节段开始到L5-S1节段椎间增加，至L5-S1节段到达最高，且差异有统计学意义（P＜0.05）；图5，不同年龄组之间，相同节段IHI差异无统计学意义（P＞0.05）；图6，不同性别之间，相同节段IHI差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.2.2 腰椎椎间角度和腰椎前凸角测量结果分析

腰椎不同节段 IVA 分别为： L1-2： 4.08±2.4； L2-3：5.98±2.9；L3-4：7.49±3.1；L4-5：9.55±3.8；L5-S1：13.72.±4.8。LL为:39.42±14.5。腰椎IVA自L1-2节段开始到L5-S1节段椎间增加，至 L5-S1节段到达最高，且差异有统计学意义（P＜0.05）。对比不同年龄组相同腰椎节段腰椎椎间角度及腰椎前凸角，椎间角度在L2-3、L3-4、L4-5节段及LL差异有统计学意义（P＜0.05），但是在 L1-2、L5-S1节段差异无统计学意义（P＞0.05）。青年组较中年组拥有更大的椎间角度和腰椎前凸角，在 L3-4、L4-5节段差异有统计学意义（P＜0.05）。从青中年组开始，椎间角度和腰椎前凸角椎间增大，到老年组达到最大。对比不同性别之间相同节段椎间角度及腰椎前凸角发现其差异无统计学意义（P＞0.05）（见表6和图7）。不同性别间相同节段腰椎椎间角度及腰椎前凸角差异无统计学意义（见表7和图8）。

表6，腰椎椎间角度及腰椎前凸角在不同年龄组及不同节段的分布

图7，不同年龄组各腰椎节段椎间角度（IVA）的变化，进入青中年组以后，IVA随着年龄的增大逐渐增大。

表7，不同性别间不同节段椎间较多

图8，不同性别间，相同节段IVA和LL差异无统计学意义（P＞0.05）。

3 讨论

自成年以后，腰椎间盘占到脊柱腰段长度的三分之一，不仅关系到脊柱的继发弧度，也直接关系到人体的姿势和功能。自Legaye教授在1998年提出了骨盆形态[16]，自此，脊柱骨盆矢状位参数越来越受到脊柱外科医生的关注。近年来，越来越多的研究集中于矢状位参数与临床疗效的分析，矢状位参数的改变可引起相应的临床症状。有些研究将矢状位参数作为疾病分类的参考依据，矢状位参数也逐渐成为手术效果的重要指标。然而，脊柱骨盆矢状位参数受到了多方面因素的影响，由于腰椎间盘退变导致椎间隙高度丢失也成为影响脊柱骨盆矢状位参数重要因素。恢复正常的椎间隙高度以帮助更好恢复脊柱骨盆矢状位曲线是现在脊柱外科医生所追求的目标。

腰椎椎间隙高度在成年后并非一成不变，也受到年龄、性别、体位、BMI等多种因素的影响。普遍认为椎间盘随着年龄的增长，其形态、组织结构、功能等方面发生改变[17]。Amonoo-Kuof[11]研究椎间高度变化与年龄之间的关系时也发现，在50岁之前，腰椎各节段椎间高度随年龄的增长而增大，而50岁以后，椎间高度开始明显减小。他认为椎间隙高度的变化可能与人的生长发育规律相关。Akeda[15]研究老年人群腰椎椎间指数变化中提到，腰椎椎间高度指数为：L1-2：21.9±3.8，L2-3：24.0±4.5，L3-4：26.2±5.5，L4-5：26.9±6.5,L5-S1:27.9±8.2。而不同腰椎节段腰椎椎间高度指数在十年内分别下降了：L1-2：-3.2±2.1%，L2-3：-6.5±2.1%，L3-4：-8.4±2.2%，L4-5：-7.3±2.1%，L5-S1：-3.7±2.3%。对 比我们的研究结果，其各腰椎节段腰椎高度指数降低，以L4-5、L5-S1两个节段最为明显。我们认为，在研究对象选择方面，Akeda选择了老年社区人群，而我们的研究根据 Pfirrmann分级选择了I级和II级的有症状健康人群。在Pfirrmann分级中，I级和II级椎间盘被认为是健康的椎间盘，而从III级开始，为退变的椎间盘，其椎间盘高度开始出现丢失。同时我们的研究也发现，I级和II级椎间盘在相同节段椎间高度指数差异无统计学意义（P＞0.05），符合Pfirrmann分级中关于I级和II级的表述。另外我们的研究结果发现，在不同年龄组相同腰椎节段中，腰椎椎间高度指数差异无统计学意义（P＞0.05）。因此，我们认为，随着年龄增长，椎间盘退变导致了椎间隙高度丢失加重，可能是上述的差异的原因。而在腰椎退行性疾病最长发生于L4-5、L5-S1节段，这也可以解释腰椎椎间高度指数在L4-5、L5-S1节段降低最为明显。通过我们的研究可以发现在椎间盘无明显退变的情况下，腰椎椎间高度指数保持稳定，不随年龄的改变而改变。

白文媛[18]研究了300名门诊影像学诊断阴性的腰腿痛患者后发现，腰椎间隙高度从L1-2节段开始逐节段增加，在L5-S1节段达到最高，且男性椎间隙高度显著高于女性。我们的研究结果也同样发现腰椎椎间高度指数自L1-2节段开始到L5-S1节段椎间增加，至L5-S1节段到达最高，但腰椎高度指数在男性和女性的相同年龄组、相同节段中，差异无统计学意义（P＞0.05）。由此可见，由于男女发育中的差异，必然导致了男女在腰椎椎间隙高度上存在差异。而腰椎椎间高度指数作为反应椎间隙高度的比值，相比于直接测量法，其保持相对稳定，并没有受到性别等因素的影响。同时杨智伟研究[19]站立位与侧卧位脊柱骨盆矢状位参数时发现，在站立位和侧卧位时，脊柱骨盆矢状位参数发生明显改变，但是腰椎IHI和骨盆入射角（PI）保持相对稳定，不随体位的变化发生变化。最终我们得出结论，腰椎椎间高度指数作为能个体化反应椎间隙高度的比值，其保持稳定，不受性别、体位等因素的影响，可以更加准确的反应椎间隙的高度，可以为我们在临床工作中提供稳定的参数，便于帮助更准确的协助临床工作。

在脊柱骨盆矢状位参数中，PI作为骨盆的形态学参数，一般认为不受骨盆姿势的影响，成年之后不再改变，故其与其余参数如LL、骨盆倾斜角（PT）、骶骨倾斜角（SS）、胸椎后凸角（TK）等的关系成为了关注重点，尤其是其与LL之间的关系。Schwab F研究了LL和PI直接的关系，得出LL预测公式：LL=PI+9°（±9°），该公式多用于预测脊柱矫形手术中的理想LL，术后恢复理想的LL能获得满意的临床效果[20]，被广大临床医生所接受。但国人正常 PI和 LL值显著小于西方人群[21]，所以此共识应用于国人LL预测中可能会不够准确，故孙卓然[22]认为LL=PI+20.611作为国人正常LL预测值可以更加准确。而Lafage[23]研究发现：随着年龄增长，脊柱骨盆矢状位参数发生改变，PI与LL的关系也同样发生着改变。从小于35岁中 PI=LL-11.30变化为大于74岁中 PI=LL+11.30。作者认为这可能是高龄患者因退变导致腰椎前凸丢失过多所导致的。同样我们也认为随着年龄的增大，腰椎发生不同程度的改变，腰椎前凸角会发生变化，这种变化也发生在腰椎 IVA上，这同样影响到了其与PI的关系。我们的研究发现，青年组在腰椎前凸角和各节段腰椎椎间角度方面大于青中年组，且差异有统计学意义（P＜0.05）。在进入青中年组后，LL及各节段椎间角度逐渐增大，到老年组达到最大。分析结果发现，我们所选择的研究对象多为正常人群，退变程度轻微，并没有因退变而导致腰椎前凸丢失。所以我们认为，随着年龄的增长，TK增加，同时需要增加LL以便于达到脊柱的整体平衡。而马清伟[24]的研究也发现，TK于 LL直接存在正相关性，作者认为LL=0.6PI+0.4TK+10要预测正常的脊柱骨盆矢状位参数会更准确。综上所述，在设计治疗方案时要充分考虑不同年龄之间存在的差异，以便于达到更好的效果。

本研究获得了不同年龄组、不同性别影像学正常人群腰椎各个节段椎间高度指数、椎间角度及腰椎前凸角度的正常值范围。在椎间盘尚未发生退变的情况下，腰椎椎间高度指数保持相对稳定，不随年龄、性别的不同发生变化，其可以作为一个稳定的矢状位参数帮助判断椎间隙高度丢失和需要恢复的程度。同时，腰椎各节段IVA及LL随年龄改变发生改变，自进入青中年组以后，随着年龄增长，角度逐渐增大。在临床工作中，要充分考虑不同年龄之间存在的差异，为精确治疗提供保证。

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