定量CT分析椎旁肌与骨密度的相关性

杨 沛，唐 静，舒 意，李真林

四川大学华西医院放射科，四川 成都610041

随着医疗进步、生活水平提高以及人们对骨质疏松的认识逐渐加深，提高肌肉力量来改变骨的结构和功能重建来预防骨质疏松已经成为新的导向。有研究指出人体内骨骼和肌肉是两个紧密相连的组织［1-2］，肌肉力量的改变会引起骨强度的变化［3］。也有研究指出随着增龄性改变，肌肉含量（面积）减少与骨量减少有关［4］。即随着年龄的增长，骨密度（BMD）降低，肌肉含量的减少，引起肌肉的萎缩，由于椎旁肌是腰椎的重要支撑结构，所以导致脊柱的稳定性下降，加重临床症状［5-6］。目前影像学有多种测量肌肉含量的方法，如双能X线吸收法、CT及MRI等。CT是测量椎旁肌肌肉的含量（横截面积）的特殊技术［7］，并且可以选择性的测量某个层面区域的肌肉面积；而定量CT（QCT）可以呈现容积断层图像，轴位断层能更加清晰单个层面腰椎与椎旁肌肉的解剖关系，实现相应面积的精确测量，通过一次扫描可以得到BMD及椎旁肌的肌肉面积，临床实用价值高。但目前，QCT对于椎旁肌与BMD相关性研究主要集中讨论老年女性，关于男性的研究也仅讨论了密度与BMD相关性［8-9］，本研究对采用QCT测量椎旁后群肌和腰大肌的临床资料进行回顾性分析，探讨不同性别的椎旁肌与BMD的增龄性改变以及二者的相关性分析；此外还对比单侧的椎旁后群肌、腰大肌与BMD的相关性进行分析，旨在为骨质疏松提供新的观点。

1 资料与方法

1.1 研究对象

回顾性收集2020年6～11月在本院因临床申请需要进行腰椎BMD检查的患者。纳入标准：因临床症状需要行QCT BMD的患者；扫描范围包全L1～5椎体；年龄>20岁；患者临床的各项资料完整。排除标准：患有恶性肿瘤、服用影响骨代谢的药物或严重影响内分泌的代谢性疾病；既往有严重的骨质疏松、骨折、腰椎术后异物的等影响腰椎BMD测量的患者；长期抽烟、酗酒等不良习惯；服用影响肌肉含量的药物（如糖皮质激素、甲状腺素等）。最终纳入204例患者。其中男性35例，年龄23～91岁（57.54±17.09岁），BMD为110.07±43.93 mg/cm3；女性169例，年龄27～89岁（62.61±14.87岁），BMD为84.49±42.08 mg/cm3。单侧椎旁肌后群肌、腰大肌的均值结果（表1）。

表1 年龄、单侧椎旁后群肌、腰大肌和骨密度的平均值及椎旁肌与BMD的相关性分析Tab.1 Age,mean value of unilateral paravertebral posterior muscle,psoas major muscle and bone mineral density,and correlation between paravertebral muscle and BMD were analyzed

1.2 仪器与方法

1.2.1 扫描方法使用GE MEDICAL SYSTEMS Revolution CT扫描腰椎L1～5。扫描参数：管电压120 kV，扫描视野500 mm，扫描层厚1.25 mm，层间距1.25 mm，采用自动毫安秒技术进行容积扫描。

1.2.2 测量方法 BMD的测量：采用QCTPro 6.1软件（Mindways）分析，测量L1～3 3个椎体的BMD，取其均值（图1A）。椎旁后群肌的测量：采用QCT 软件中“tissue composition”功能勾画出L3椎体正中层面的椎旁后群肌，绘制ROI时避免感兴趣的边缘不超过肌肉和脂肪外缘，系统自动计算其横截面积（图1C～D）。腰大肌的测量：因L4～5椎间盘层面是腰大肌横截面积最大层面［10］，采用飞利浦星云医学影像后处理平台V9.0勾画L4～5椎间隙的腰大肌，绘制感趣区，系统自动计算两侧腰大肌的横截面积（图1B）。

图1 各部位测量方法Fig.1 Measurement method of each part.

1.3 统计学分析

采用SPSS25.0软件进行统计学分析，服从正态分布的资料使用Pearson相关分析。计量资料以均数±标准差表示，椎旁后肌群、腰大肌和骨密度的组间比较行独立样本t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 按照年龄分组结果的相关资料及组间椎旁肌和BMD的相关性分析

将研究对象根据年龄分为3组：≤40岁、41～60岁及≥61岁，分析各个年龄段椎旁肌与BMD的相关性。女性的椎旁后群肌面积在40～60岁明显增多，男性的随着年龄增长而减少；右侧腰大肌随着年龄增长而降低，男性的左侧腰大肌在40～60岁明显增多，而女性却在40岁以下最多。右侧椎旁后肌群面积小于左侧，40岁以下的右侧腰大肌大于左侧，40岁以上右侧却小于左侧。椎旁后群肌面积明显大于腰大肌。骨密度随着年龄的增长而降低（表2）。

表2 研究对象按年龄分组的椎旁肌、腰大肌及骨密度的测量结果Tab.2 The paravertebral muscle,psoas major muscle and bone mineral density were measured by age group(Mean±SD)

2.2 不同性别在各组之间的椎旁肌及骨密度的差异

总结207例不同性别和各组的椎旁肌及骨密度的差异，将研究对象按性别分为两组，分析男女在各个年龄段的差异性。随着年龄的增长，男性的椎旁肌面积明显大于女性，骨密度也大于女性。男性左侧腰大肌在40～60岁明显增多，女性的却在40岁以下最多（表2）。

2.3 对研究对象的椎旁肌、年龄与骨密度相关性分析

将研究对象按性别分为男女两组，分析椎旁肌后群、腰大肌与BMD的相关性，男女两组单侧椎旁后群肌的横截面积、腰大肌与BMD均呈正相关，女性的相关性低于男性，且右侧高于左侧，但右侧椎旁肌面积低于左侧，BMD与年龄呈负相关性（P<0.05）。男性的椎旁后群肌与BMD相关性低于腰大肌与BMD相关性，而女性的单侧椎旁后群肌与BMD相关性高于单侧腰大肌与BMD相关性，椎旁后群肌的面积大于腰大肌的面积（男性年龄r=-0.625，P<0.001；右侧椎旁后群肌r=0.432,P=0.009；左侧椎旁后群肌r=0.401，P=0.017；右侧腰大肌r=0.510，P=0.002；左侧腰大肌r=0.447，P=0.007；女性年龄r=-0.600，P<0.001；右侧椎旁后群肌r=0.319，P<0.001；左侧椎旁后群肌r=0.276，P<0.001；右侧腰大肌r=0.279，P<0.001；左侧腰大肌r=0.220，P=0.004）（表1）。

2.4 对研究对象的椎旁肌与骨密度的不同年龄段相关性分析

图2 男女在各组之间的椎旁肌及骨密度的差异分布Fig.2 The difference of paravertebral muscle and bone mineral density between male and female in each group.

按年龄分组分析男女两组各变量在不同年龄的相关性，男性在各年龄之间的椎旁后群肌和腰大肌与BMD无相关性(P>0.05)，而女性在40岁以下椎旁肌和腰大肌与BMD也无相关性(P>0.05)，在40～60岁右侧椎旁肌后群面积与BMD呈正相关(r=0.331，P=0.018)；在60岁以上单侧椎旁后群肌、右侧腰大肌与BMD均呈正相关，且椎旁后群肌与BMD的相关性高于腰大肌的相关性（右侧椎旁后群肌r=0.239，P=0.014；左侧椎旁后群肌r=0.291，P=0.003；右侧腰大肌r=0.206，P=0.035），但左侧腰大肌与BMD无相关性（r=0.192，P>0.05，表3）。

表3 不同性别的各年龄段间的椎旁肌、腰大肌与骨密度的相关性分析Tab.3 Correlation analysis of paravertebral muscle psoas major muscle and bone mineral density between different sexes and different ages

3 讨论

有研究指出椎旁肌的退变会引起腰椎一系列疾病，如下背痛、退行性腰椎滑脱症、骨质疏松等［11-12］。椎旁肌对腰椎的稳定有重要作用，且椎旁肌分为前后两群，前群主要包括腰大肌，后群包括多裂肌、竖脊肌等［13-16］。本研究选取了对腰椎稳定性影响较大的竖脊肌、多裂肌、腰大肌进行测量研究，由于竖脊肌、多裂肌不好区分，所以统一用椎旁后群肌代替，并讨论椎旁肌和骨密度的增龄性改变及二者的相关性分析。

目前可以测量椎旁肌的含量的方法有双能X线、MRI及QCT等。双能X线虽然可以测量身体的肌肉面积，但却不能有效并精准区分的肌肉组织各组成单元的内容；MRI也能准确测量肌肉面积，但费用昂贵，检查时间长，所以CT在肌肉研究上越来越引起重视。QCT是依赖CT机实现骨密度测量的一种技术，能够区分皮质骨和松质骨，实现松质骨的密度测量，在诊断骨质疏松方面较其他方法比较敏感，不受患者体位的限制，能反应真正意义上三维骨密度；在一次腰椎扫描中不仅能获得骨密度数据，也能获得到某个固定层面的椎旁肌的面积，且没有额外的辐射，临床价值高。本研究采用QCT在固定的层面分析讨论椎旁后群肌和腰大肌与骨密度相关性，同时又探讨不同年龄段其相关性分析。既往研究主要讨论老年女性，而本研究则讨论不同年龄段的女性的椎旁后群肌和腰大肌与骨密度的相关性，相对来说比较全面的分析随着年龄增长，女性的椎旁肌与骨密度呈正相关；既往研究对男性的研究也仅讨论密度与骨密度的相关性，而本研究不仅讨论椎旁肌的横截面积与骨密度相关性且也讨论不同年龄段其相关性分析，结果显示男性的椎旁肌与骨密度也呈正相关。本研究又对男女分别进行对比分析，显示男性椎旁肌含量大于女性，椎旁肌与骨密度的相关性高于女性。说明随着年龄的增长，男性的骨质疏松的患病率更应该引起人们的重视。本研究还对比了椎旁后群肌、腰大肌与骨密度的相关性，结果显示椎旁后群肌的含量大于腰大肌，男性明显大于女性；男性的椎旁后群肌相关性低于腰大肌，而女性的椎旁后群肌的相关性高于腰大肌。

有研究指出L3椎骨水平的肌肉更容易识别［17］；也采用L3椎体中部层面的椎旁肌（竖脊肌和多裂肌）进行分析得出椎旁肌的横截面积随着年龄增长而减少［18］。本研究采用L3椎骨正中层面测量，且分开测量左右两侧的椎旁后群肌的横截面积，得出椎旁后肌群与骨密度呈正相关，不同的是本研究也对比左右椎旁肌与BMD的相关性，发现右侧的相关性高于左侧，但左侧的椎旁肌后群的含量高于右侧，说明左右两边椎旁后群肌的面积存在差异，可能跟人体在胚胎时期左右发育不平衡有关。

研究指出椎后伸肌群的横截面积与腰椎的BMD无明显的相关性，但左右椎后伸肌群的平均CT值与BMD却呈正相关［19］，这与本研究结果不一致。本研究得出左右椎旁后群肌横截面积与BMD均呈正相关。有研究采用的L4椎体后缘中点层面进行分析［19］，并且分析的老年女性，而本研究则分析的L3椎骨正中层面，可能是测量方法和纳入人群所致［20-21］。本研究得出椎旁肌后群的面积与BMD呈正相关。既往研究得出正常组的骨密度与椎旁肌肉呈正相关［22］，与本研究结果一致；不同的是本研究分别分析男女的椎旁后群肌与BMD相关性分析，得到男性的相关性高于女性，右侧相关性低于左侧，且椎旁后群肌的含量高于女性。

有研究指出L4～5椎间隙是腰大肌横截面积最大层面［10］，所以本研究也采用同一层面进行分析。部分研究得出左侧腰大肌的横截面积大于右侧，腰大肌与骨密度呈正相关［23］，与本研究结果一致，但本研究采用的是飞利浦星云医学影像后处理平台V9.0新软件来测量腰大肌的横截面积，与既往研究不同。采用自定义ROI来测量单个层面的腰大肌的横截面积，能精确计算单侧腰大肌的横截面积。本研究结果显示腰大肌与骨密度呈正相关，右侧相关性高于左侧，但含量在40岁以下大于左侧，40岁以上小于左侧。不同的是本研究也对腰大肌与BMD的相关性分为男女两组，得出男性的相关性高于女性，且腰大肌的含量高于女性。

本研究同时行不同年龄段腰大肌和椎旁后群肌与BMD的相关性分析，得出男性的单侧椎旁肌后群和腰大肌在各个年龄段无相关性，女性的右侧椎旁后群肌在40岁以上与BMD呈正相关，而左侧椎旁后群肌却在60岁以上才与BMD呈正相关。右侧腰大肌在60岁以上与BMD相关性明显。左侧腰大肌也在各个年龄段无相关性，说明女性随着年龄增长，椎旁后群肌对BMD的影响更大。本研究还对比椎旁后群肌、腰大肌与BMD的相关性，得女性的椎旁后群肌的相关性高于腰大肌。

有研究指出男女竖脊肌和腰大肌的均值左侧比右侧略高［10,24-25］，与本研究结果一致，本研究也得出右侧椎旁肌后群和腰大肌的均值小于左侧，但相关性却大于左侧。但本研究也分析了椎旁后群肌、腰大肌与骨密度相关性，男性的椎旁后群肌与BMD相关性低于腰大肌与BMD的相关性，而女性的椎旁后群肌与BMD相关性却高于腰大肌与BMD相关性，说明男性随着年龄的增长，腰大肌对BMD的影响更大。

有研究报道女性的肌肉萎缩与骨质疏松有紧密联系，在中老年男性中，肌肉萎缩与低的骨密度有关［26］，这与本研究结果一致。本研究在60岁以上女性椎旁后群肌和右侧腰大肌与BMD呈正相关，随着人口的老龄化增多，腰椎椎体肌肉横截面积的减少，引起肌肉的萎缩。随着年龄增长，椎旁后群肌的含量大于腰大肌，说明椎旁后群肌较发达，右侧椎旁后群肌小于左侧，而腰大肌则在40岁以下，右侧腰大肌较发达，40岁以上反之即左侧腰大肌较发达。

本研究的局限性在于：由于各种原因来医院检查的QCT骨密度患者并非健康人群，所以存在着男性的人数与女性的人数差异较大，可能会导致椎旁肌与BMD的结果存在差异，需要进一步大数量研究。

综上所述，椎旁肌的含量与BMD关系密切，随着年龄增长女性椎旁后群肌减少可能是影响骨质疏松的重要因素，而男性腰大肌减少可能是影响骨质疏松的重要因素。