胸腰椎压缩骨折中后方韧带复合体损伤与CT 骨性影像学参数及生物力学的相关性分析

胡霖霖，陈广新，杨宝军，向 橙，汤奉琼，周 晶，王汝良

（1.牡丹江医学院医学影像学院，黑龙江 牡丹江 157000；2.黑龙江省牡丹江市第二人民医院放射科，黑龙江 牡丹江 157000；3.云南省曲靖市第一医院放射科，云南 曲靖 655000；4.牡丹江医学院附属红旗医院放射科，黑龙江 牡丹江 157000）

胸腰椎压缩骨折常伴后方韧带复合体（posterior ligamentous complex，PLC）损伤，PLC 血供不丰富，不及时治疗，可导致脊柱后凸畸形，严重影响患者的生活质量［1］。MRI 目前被认为是诊断PLC 损伤的金标准［2-4］，但检查费用较高，且检查时间相对较长。CT 因其诊断准确性高，价值相对低廉，被认为是脊柱骨折诊断的首选检查。文献［5-6］报道，局部后凸角（local kyphotic deformity，LK）、棘突间距增加值（increased interspinous distance，IISD）、椎体楔变角（superior inferior end plate angle，SIEA）等参数提示脊柱不稳定。但从生物力学角度解释PLC 损伤的受力机制及CT 骨性参数尚未有报道。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2017 年9 月至2019 年7 月牡丹江市第二人民医院收治的胸腰段损伤（T12～L2）患者68 例，均行CT 及MRI 扫描。其中男38 例，女30 例；年龄18～55 岁，平均（44.11±8.44）岁。T12损伤15 例，L1损伤30 例，L2损伤23 例。排除标准：恶性肿瘤，心、肝、肾异常，病理性骨折，神经精神异常，骨质疏松骨折，多平面连续性损伤，以及妊娠与哺乳期妇女。

1.2 仪器与方法 使用Toshiba Aquilion 64 层螺旋CT 扫描仪，患者取仰卧位。扫描参数：120 kV，400 mAs，Z 轴120 mm，层厚5 mm。采取双盲法行参数测量：①SIEA，损伤椎体上下终板所构成的夹角；②LK，损伤椎体上位椎体上终板与伤椎下位椎体下终板的夹角；③IISD，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）。对骨折压缩程度分类，依据缪寿亮等［7-8］采用的压缩椎体前缘与上下椎体前缘高度均值比的方法：Ⅰ度骨折，骨折压缩程度为1/3，Ⅱ度骨折，骨折压缩程度为1/2。68 例中，Ⅰ度骨折40 例，Ⅱ度骨折28 例，考虑Ⅲ度骨折多为粉碎骨折，测量难度大，PLC 已损伤，因此并未行Ⅲ度测量。

1.3 生物力学分析 35 例行生物力学分析，将CT数据导入MIMICS 20.0 软件中进行图像处理，给予不同骨折模型垂直工况及前屈工况，使用阈值分割、区域增长、蒙板编辑、三维重建等获得三维模型。将三维模型以STL 格式导入GEOMAGIC 软件进行修复处理，后导入SOLIDWORKS 软件进行装配，再将装配后的骨三维模型导入ANSYS 软件进行网格划分、求解计算，获得损伤椎体的棘突间位移值。

1.4 统计学分析 采用SPSS 25.0 软件进行分析，以T2WI 压脂像显示的PLC 损伤状况为因变量，以SIEA、LK、IISD 为自变量，先行t 检验；将有统计学意义的自变量纳入二元Logistic 回归分析，并对该参数的诊断效能行ROC 曲线分析；以不同工况状态为因变量，以棘突间位移值为自变量，行t 检验；以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CT 骨性参数结果 68 例MRI 示PLC 损伤36例（损伤组），无损伤32 例（无损伤组），2 组CT 骨性参数比较结果见表1。2 组SIEA、LK、IISD 差异均有统计学意义（均P＜0.05）。二元Logistic 回归分析结果见表2，SIEA 与PLC 损伤无明显相关性（P＞0.05）；LK 与PLC 损伤呈正相关（P＜0.05）；IISD 与PLC 损伤呈正相关（P＜0.05）。ROC 曲线结果：LK 曲线下面积为0.76（P＜0.05），当LK＞15.13°时，诊断PLC 损伤的敏感度为66.7%，特异度为78.1%；IISD 的曲线下面积为0.834（P＜0.05）（图2），当IISD＞2.56 mm时，诊断PLC 损伤的敏感度为66.7%，特异度为93.8%（图2）；两者联合诊断PLC 损伤的敏感度为80.6%，特异度为84.4%，ROC 曲线下面积为0.879（图3）。

表1 2 组CT 骨性参数比较（）

表1 2 组CT 骨性参数比较（）

注：SIEA，椎体楔变角；LK，局部后凸角；IISD，棘突间距增加值。

表2 二元Logistic 回归分析结果

2.2 不同工况条件下棘突位移值比较结果（表3）35例不同工况条件下，患者的棘突间位移值差异有统计学意义（P＜0.05），且垂直力显著性大（图4，5）。

3 讨论

胸腰椎骨折常因交通事故和高空坠落等导致。目前胸腰椎损伤分型与评分（thoracolumbar injuryclassification and severity score，TLICS）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3个重点：受伤机制、神经系统状态、PLC 状态，并将PLC 的完整性作为评估脊柱稳定性与治疗的重要依据［9］。PLC 主要组成结构包括棘上韧带、棘间韧带、黄韧带和小关节囊。既往多项生物力学研究［10-11］表明，PLC 对脊柱稳定性影响较大。Wu 等［12］实验发现，棘上韧带是胸腰椎外伤后保持稳定性的重要韧带。MRI 是诊断PLC 损伤的金标准，T2WI 抑脂序列评估PCL 损伤敏感度、特异度高，当韧带信号连续性中断时，应考虑PLC 损伤［13-14］。黄承等［15］研究显示，胸腰椎骨折PLC 损伤的MRI 诊断敏感度与特异度分别为93.3%和100.0%。朱雪娥［16］提出在常规MRI 成像方案中增加冠状面三维质子密度加权频率选择反转恢复序列（3D-PDW-SPIR），即使PLC 周围存在严重挫伤，也能提高复合体（棘间韧带）撕裂的诊断准确性。MRI 虽被认为是金标准，但也有缺点和限制，并未作为急诊患者的首选检查。CT 扫描速度快，对骨折形态显示好，可间接提示韧带损伤情况，为临床首选检查方法。

表3 35 例不同工况条件下棘突位移值比较

目前，临床用于评估脊柱稳定性的主要参数有SIEA、LK、IISD 等，有学者［17-19］认为当SIEA＞30°、LK＞14°，或LK＞20°、IISD＞2.2 mm 时，常提示脊柱不稳定，需手术治疗。本研究中损伤组及无损伤组的SIEA 分别为20.24°和14.72°（P＜0.05），LK 分别为16.55°和11.91°（P＜0.05）；IISD 分别为3.14 mm 和1.44 mm（P＜0.05）。Logistic 回归分析显示，SIEA 与PLC 损伤无明显相关性（P＞0.05），主要原因为纳入患者椎体骨折形态并非完全呈标准楔形变，有的变形轻微；LK 与PLC 损伤呈正相关性（P＜0.05），当LK＞15.13°时，诊断PLC 损伤的敏感度为66.7%，特异度为78.1%，ROC 曲线下面积为0.76，小于部分文献［17-19］报道，原因可能为本研究中大部分椎体形变程度为Ⅰ度骨折，使LK 整体值偏小。

本研究考虑到骨折的常见原因为高空坠落及车祸外伤，因此仅给模型施加了垂直力及前屈力，并未模拟扭转力及背伸力；结果表明，当给予损伤椎体不同工况后，椎体后方及棘突间受力大，其中垂直力对压缩骨折的棘突间位移值影响较大。正常棘上和棘间韧带高胶原含量较高，且拉伸强度高，可限制脊柱的屈曲［20-21］，当垂直力作用于棘突时，棘间韧带及棘上韧带由于受力处于过伸状态，易导致PLC 损伤，在影像上表现为IISD 增宽。本研究显示，IISD 与PLC损伤呈正相关（P＜0.05），IISD＞2.56 mm，诊断PLC损伤的敏感度为66.7%，特异度为93.8%，ROC 曲线下面积为0.834；IISD＞2.56 mm 且LK＞15.13°，两者联合诊断PLC 损伤的敏感度为80.6%，特异度为84.4%，ROC 曲线面积为0.879。

图1 局部后凸角（LK）、椎体楔变角（SIEA）、棘突间距增加值（IISD）测量示意图。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 LK 与IISD 预测PLC 损伤效能的ROC 曲线（AUC 为曲线下面积）图3 IISD 与LK 联合诊断PLC 损伤效能的ROC 曲线

图4，5 伤椎椎体受力分布示意图 图4 给予椎体垂直向下500 N 图5 给予椎体屈曲5 Nmm。图中不同颜色代表不同的受力趋势大小，红色代表受力趋势最大，蓝色代表最小，显示椎体后方呈最大受力趋势分布，受力趋势最小在椎面

既往研究多从宏观上测量椎体形变程度，用CT骨性参数预测PLC 损伤，很少探讨椎体改变的原因，以及何种作用力可能对PLC 损伤影响较大等。本研究结合CT 参数测量及力学分析，共同解释PLC 损伤的可能机制及其CT 参数的改变原因。研究发现，Ⅰ度及Ⅱ度骨折患者，有时虽然骨折压缩程度很重，但并未伴随PLC 损伤，原因可能是，压缩骨折是多种复杂力的共同作用，并非单一力的作用，因此并未造成PLC 损伤。

本研究的局限性：①因是回顾性分析，患者的受伤机制不是十分清楚；②仅根据常见损伤原因对模型施加了垂直力及前屈力。在今后研究中将尽量完善患者受伤信息，与力学结果进一步匹配，并着重研究多种力对椎体的影响，进一步丰富研究结果。

综上所述，应详细询问压缩骨折患者的受伤原因，判断是否有垂直力的影响；CT 骨性参数与生物力学相结合对诊断PLC 损伤的价值更高，可为临床提供更精准的治疗依据，提高患者远期生活质量。