腰椎退行性滑脱患者椎间盘退变和椎旁肌改变的定量MRI 和X 线分析

程纪皓 宋 侠 樊树峰

浙江中医药大学附属第二医院放射科，浙江杭州 310005

腰椎退行性滑脱（lumbar degenerative spondylolisthesis，LDS）是下腰痛产生的主要原因之一。以往研究表明与LDS 发病机制相关的各种危险因素，包括年龄增长、体质量指数增加、椎间盘退变、椎小关节退变、椎小关节积液和椎旁肌肉含量减低，其中椎间盘退变和椎旁肌肉含量减低是LDS 发生的2 个重要先决条件。但因临床研究中存在个体误差、样本量小等数据偏倚问题，因此仍存在部分争议。

MRI 对椎间盘和肌肉的早期退行性变化尤其敏感，具有无电离辐射、高组织分辨率的优势，现已被证明是一种能够有效反映腰椎旁肌肉萎缩和脂肪浸润的影像学手段。为补充临床研究中的数据偏倚问题，本研究通过MRI 及X 线研究LDS 的影响因素，并客观展现LDS 患者椎间盘高度变化及椎旁肌肉含量的改变，以期为此临床数据偏倚问题提供新的解决思路。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2019 年1 月至2022 年1 月于浙江中医药大学附属第二医院行腰椎MRI 和X 线检查诊断为LDS 患者72 例，设为病例组，其中LDS 发生于L节段50 例（69%），L节段11 例（15%），L～S节段9 例（13%）和L节段2 例（3%）；另选取同期浙江中医药大学附属第二医院收治的慢性腰痛患者72 例，设为对照组。两组患者的一般资料比较，差异均无统计学意义（>0.05），具有可比性。见表1。本研究经浙江中医药大学附属第二医院伦理委员会批准（伦理审批号：2020–KL–90–01）。

表1 两组患者的一般资料比较

1.2 纳入与排除标准

纳入标准：①主诉慢性腰痛3 个月以上的患者；②孤立性LDS 患者。排除标准：①滑脱腰椎节段存在外伤、手术病史；②有多节段腰椎疾病或感染、肿瘤相关疾病；③滑脱节段出现峡部裂患者。

1.3 方法

1.3.1 椎间盘狭窄率的测量 每位患者均在站立位腰椎X 线侧位片测量椎体滑移百分比（椎体滑移距离除以相邻椎体终板宽度），>5%滑移，则诊断为LDS。按照文献中描述的研究方法测量滑移椎体上下相邻的2 个椎间盘前中后3 个部位，共6 种不同的椎间盘高度值（图1），分别是：前上椎间盘高度（anterior superior disc height，DHSA）、上椎间盘高度（superior disc height，DHS）、后上椎间盘高度（posterior superior disc height，DHSP）、前下椎间盘高度（anterior inferior disc height，DHIA）、下椎间盘高度（inferior disc height，DHI）和后下椎间盘高度（posterior inferior disc height，DHIP），并计算3 个部位上下2 个椎间盘高度比值来代表椎间盘狭窄率，测量公式如下：DHIA/DHSA×100%、DHI/DHS×100%和DHIP/DHSP×100%。

图1 腰椎间盘高度和腰椎滑移的X 线侧位视图

1.3.2 MRI 检查技术及椎旁肌脂肪测量 运用Siemens Avanto 1.5T 超导磁共振扫描。所有患者均采用仰卧位，定位激光中心设置在脐近端3cm 处（约对应L脊柱中心），以确保每位患者的扫描位置一致。采用矢状位和轴位T2 加权磁共振成像评估邻近椎间盘和椎旁肌的退行性变化。矢状面扫描采用T2加权快速自旋回波序列，TR/TE 时间为3000/100ms，切片厚度和层间间隙为5mm 和 1mm，矩阵为256mm×512mm，视场为260mm×260mm，带宽为120Hz/Px，回波因子为15。

使用灰度软件ImageJ 进行测量，按照Yaltırık等提出的测量方法绘制滑脱椎体椎旁多裂肌（multifidus muscle，MM）和竖脊肌（erector spinae，ES）的横截面积（cross sectional area，CSA）。多裂肌（lean CSA of multifidus muscle，MM–LCSA）和竖脊肌（lean CSA of erector spinae，ES–LCSA）有效CSA 的绘制需要注意剔除肌肉内的脂肪、肌腱和其他软组织（图2）。多裂肌（gross CSA of multifidus muscle，MM–GCSA）和竖脊肌（gross CSA of erector spinae，ES–GCSA）的总CSA 可通过绘制包括肌内脂肪所有区域在内的感兴趣区（regin of interest，ROI）来确定，LCSA/GCSA 的值则代表肌肉含量。

图2 多裂肌和竖脊肌CSA 的测量

1.3.3 椎间盘退变评分 按照Pfirrmann等提出的MRI 评估椎间盘退变方法，将椎间盘退变分为5 度。1 度：正常形状，无水平带，独特的髓核和正常环；2 度：髓核和环之间不区分，水平带；3 度：异质髓核和环之间可识别但不区分；4 度：环破裂，典型的，椎间盘高度降低和髓核不均匀，椎间盘信号减低；5度：椎间盘改变与4 度相同，但出现椎间隙塌陷。

所有图像数据分别由1 名高年资住院医师及2名经验丰富的主治医师在全盲的情况下测量及评估，2 周后采用相同方法再次测量，当出现不同结果时经协商一致解决。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 两组患者的椎间盘狭窄率、椎间盘退变程度及椎旁肌肉含量比较

两组患者的椎间盘前段及后段的狭窄率、肌肉含量（MM–LCSA/MM–GCSA、ES–LCSA/ES–GSA）比较，差异均有统计学意义（<0.05）；病例组患者的椎间盘退变程度也大于对照组，差异具有统计学意义（<0.05），见表2。椎间盘中段的狭窄率在两组间差异无统计学意义（>0.05），但病例组患者的腰椎中段狭窄率平均值低于对照组。

表2 两组患者的椎间盘狭窄率、椎间盘退变程度及椎旁肌肉含量比较（）

2.2 影响LDS 的多因素Logistic 回归分析

ES–LCSA/ES–GCSA 是诱发LDS 的重要自变量，而DHIA/DHSA、MM–LCSA/MM–GCSA 是保护因素，见表3。

表3 影响LDS 的多因素Logistic 回归分析

3 讨论

目前众多研究结果提示，LDS 通常发生在40 岁以上的患者中，女性的发病率是男性的4～5 倍。曾有研究表明，LDS 患者的滑移最常发生于L节段处。本研究中，69%的患者在L节段发生滑移，与前述研究结果一致。

椎间盘退变在LDS 中的作用虽然仍存在争议，但目前这仍被认为是LDS 发病的先决条件，椎间盘退变导致椎间盘间隙的狭窄和运动节段的沉降，随后是黄韧带的屈曲，继而出现“微不稳定”。杨森等和丁浚哲等分析304 例行X 线检查的LDS患者，发现椎间盘的平均高度为7mm。廖为杰等和颜维舜等也曾采用MRI分析LDS患者的腰椎间盘高度变化，认为其与椎体滑移程度呈负相关。Ogon等进行一项12 年的前瞻性研究，结果发现LDS组患者的椎间盘高度（10.4mm）明显高于对照组（8mm），并发现L椎体水平中最为突出。Park等进行更详细的研究发现，LDS 组患者的前椎间盘高度明显低于对照组，但后椎间盘高度无明显差异。为减少个体误差，本研究使用椎体前、中、后3 组参数（DHIA/DHSA、DHI/DHS、DHIP/DHSP），发现DHIA/DHSA、DHI/DHS 在病例组和对照组之间有显著下降。这是由于椎间盘退变导致椎间盘间隙的狭窄和运动节段的沉降、黄韧带的屈曲，之后出现“微不稳定”，椎间盘前高度的降低导致腰椎失去正常的高度，从而改变其生物力学，导致滑动椎体的剪切力的前倾。在本研究中，病例组椎间盘退变的程度更高，这也反映椎间盘退变与LDS 发生存在一定相关性。本研究采用多因素Logistic 回归分析发现，前椎间盘高度的降低是腰椎滑脱的独立变量，也是LDS 发生的保护因素（95%：0.715～0.916）。

最初有研究提出支配脊柱运动的“三亚系模型”，分别为主动亚系、被动亚系及神经支配亚系，其中稳定脊柱的肌肉群被称为主动亚系，而椎旁肌是主动亚系的重要组成部分，因此椎旁肌对于脊柱稳定性的维持起着非常重要的作用。椎旁肌由多裂肌和竖脊肌组成，多裂肌在腰椎区域最厚，纤维束斜向整个棘突，附着于原点上方2～4 个节段。其主要功能是在脊柱局部运动过程中稳定椎体。在最近的研究中，Kalpakcioglu等通过评估26例LDS患者腰椎MRI 图像后，发现多裂肌横截面积不受脊椎滑脱或椎间盘退变程度的影响，并且竖脊肌相对性肥厚改变是椎体不稳定的代偿性改变，它可防止由于肌肉痉挛和运动受限导致的椎体滑移。本研究运用MM–LCSA/MM–GCSA 比值来代表多裂肌的有效肌肉含量，并依据此值评估多裂肌有效肌肉变化对于 LDS 的影响，结果发现，病例组竖脊肌LCSA/GCSA 的比值较多裂肌更大，并且多因素Logistic 回归分析结果表明，竖脊肌是LDS 一个独立的保护因素（95%：0.848～0.995）。这一结果也证实Kalpakcioglu等和王晓锋的研究中提到，当腰椎滑脱发生时，竖脊肌的肥厚起到补偿椎体不稳定的作用。Park等也发现同样的结果，LDS 患者在体格检查中椎旁竖脊肌肥大的发生率明显高于对照组。但LDS 与椎旁肌减弱发生的先后顺序目前尚无法证明，对于椎旁肌在LDS 发生、发展中的影响缺乏组织学、病理学等直接证据，尚需进一步研究。

X 线可直观地观察椎体滑移、椎间隙的狭窄，而MRI 检查发挥其组织分辨率高的优点，可更好地评估椎间盘退变程度及椎旁肌情况。正如Tang等和罗昕等研究发现，LDS 患者椎间盘T2 脂肪抑制序列信号减低，可提示椎间盘退变；椎旁肌T2WI信号强度增加，可提示椎旁肌脂肪含量增加、肌肉萎缩，肌肉含量的减少便无法继续为椎体提供更好的稳定支持，导致相邻椎体的不稳定。本研究通过MRI 及X 线研究LDS 患者椎间盘及椎旁肌肉含量的变化后发现，椎间盘退变程度加大、多裂肌萎缩和椎间盘高度降低是LDS 发生的原因，竖脊肌肥厚的存在可能是补偿不稳定的代偿机制。但仍需要进一步前瞻性研究来证实椎旁肌的改变是LDS 的危险因素。

综上所述，本研究通过定量MRI 和X 线检查结果分析发现，椎间盘退变、腰椎前椎间盘高度下降，多裂肌的萎缩是导致LDS 的原因；LDS 患者出现竖脊肌代偿性肥厚可能是一种补偿机制，以补偿腰椎的不稳定性，并率先提出前椎间盘高度的降低是腰椎滑脱的独立变量，也是LDS 发生的保护因素。但由于本研究的样本量较小，并且为单中心研究，使得本研究尚有一定局限性，因此需要扩大临床样本量，并采取多中心合作研究，以此肯定该研究结果的临床应用价值。