腰椎峽部骨微細(xì)結(jié)構(gòu)的Micro CT研究

唐曦,劉洪,李鑫,吳少平,黃麗,馮俊榜,雍劉軍,劉衛(wèi)華*(.成都醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院,成都 60500；. 成都醫(yī)學(xué)院校醫(yī)院內(nèi)科,成都 60500；. 成都醫(yī)學(xué)院教學(xué)保障處,成都 60500；. 成都醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)教研室,成都 60500)

·論 著·

腰椎峽部骨微細(xì)結(jié)構(gòu)的Micro CT研究

唐曦1,劉洪2,李鑫3,吳少平1,黃麗1,馮俊榜1,雍劉軍4,劉衛(wèi)華1*
(1.成都醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院,成都 610500；2. 成都醫(yī)學(xué)院校醫(yī)院內(nèi)科,成都 610500；3. 成都醫(yī)學(xué)院教學(xué)保障處,成都 610500；4. 成都醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)教研室,成都 610500)

目的 通過(guò)Micro CT檢測(cè)腰椎峽部,運(yùn)用Micro CT的后處理功能-骨分析,檢測(cè)腰椎峽部骨微細(xì)結(jié)構(gòu),并探討其變化趨勢(shì)。方法 對(duì)30具成人尸體標(biāo)本的L1～L5雙側(cè)峽部,共300個(gè)干燥腰椎峽部進(jìn)行掃描,檢測(cè)峽部的骨微細(xì)結(jié)構(gòu)參數(shù),并分析比較L1～L5峽部骨微細(xì)結(jié)構(gòu)的差異性。結(jié)果 L5腰椎峽部BMD值最低,L2腰椎峽部BMD值次之,L4腰椎峽部BMD值最高；L5和L2腰椎峽部BV/TV值較低,L4腰椎峽部BV/TV值最高；L5和L2腰椎峽部Tb.Th值較低,L4腰椎峽部Tb.Th值最高；L5腰椎峽部Tb.Sp值最高,L1和L4腰椎峽部Tb.Sp值較低。結(jié)論 L2、L4峽部骨質(zhì)較腰椎各峽部骨質(zhì)密集、骨小梁較粗；L1、L5峽部骨質(zhì)較腰椎各峽部骨質(zhì)稀疏,骨小梁較細(xì)；L3峽部骨質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)居腰椎各峽部骨質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的一般水平。

腰椎峽部；Micro CT；骨分析；骨微細(xì)結(jié)構(gòu)

腰椎峽部是脊椎后柱的重要骨性結(jié)構(gòu),峽部前方連接椎弓根,向上連接上關(guān)節(jié)突,向下連接下關(guān)節(jié)突,向后連接椎板,內(nèi)側(cè)為側(cè)隱窩,外側(cè)臨脊神經(jīng)根。峽部的完整性關(guān)聯(lián)著脊椎的穩(wěn)定性,腰椎峽部斷裂后,腰椎的力學(xué)穩(wěn)定性將發(fā)生改變。胸腰椎的屈、伸、彎、旋轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切力需要椎小關(guān)節(jié)、峽部進(jìn)行對(duì)抗以保持脊柱形態(tài)的完整和連續(xù)性。如果峽部斷裂,運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切力將導(dǎo)致腰椎椎間盤、韌帶的退變損傷,致穩(wěn)定腰椎穩(wěn)定性的功能喪失,致椎體失穩(wěn)并產(chǎn)生峽部裂性腰椎滑脫。流行病學(xué)研究[1]發(fā)現(xiàn),峽部裂性腰椎失穩(wěn)和滑脫是引起慢性下腰痛的常見原因,尤其在年輕人群的腰痛中占最主要原因,18歲青年人發(fā)病率達(dá)6%。峽部裂發(fā)生的原因較多,如胚胎發(fā)育不良,上下關(guān)節(jié)突在發(fā)育的過(guò)程中骨骺小體在峽部未形成骨性連接,以致峽部產(chǎn)生裂隙。本研究采用Micro CT檢測(cè)正常成人腰椎各節(jié)段的峽部,探討正常成人腰椎峽部骨質(zhì)的微細(xì)結(jié)構(gòu)并觀察其差異性,為下一步研究慢性損傷致腰椎峽部微細(xì)骨質(zhì)改變和對(duì)內(nèi)固定材質(zhì)要求打下一定的研究基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

由成都醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎教研室提供的30具成人尸體標(biāo)本的L1～L5各30個(gè)雙側(cè)峽部,共計(jì)300個(gè)檢測(cè)標(biāo)本,標(biāo)本無(wú)峽部裂等結(jié)構(gòu)異常。男15具,女15具,年齡40～84歲。

1.2 方法

1.2.1 Micro CT掃描方式及參數(shù)選擇 所有標(biāo)本均用Micro CT(廣州中科愷盛醫(yī)療科技有限公司 ZKKS-MicroCT 3.0)獨(dú)立掃描。電壓：60 KV,功率：40 W,探測(cè)器拼合B1,4幀疊加,轉(zhuǎn)臺(tái)角度采樣間隔0.72 度/轉(zhuǎn),投影視圖數(shù)500,平移臺(tái)視野選擇：Large Field。做好空掃和暗電流后將標(biāo)本固定在模具上,將模具放置固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上,關(guān)上倉(cāng)門,開始采集操作。將所得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重建處理,調(diào)整好窗寬、窗位后,分別保存IMO格式和RAW格式。

1.2.2 Micro CT骨分析 對(duì)所有腰椎的雙側(cè)峽部分別進(jìn)行骨分析,加載IMO格式和RAW格式,選擇電壓60 KV進(jìn)行骨仿體的映射,在橫斷面上選擇峽部的測(cè)量感興趣區(qū),ROI前、后、內(nèi)、外緣,包括峽部的皮質(zhì)和骨松質(zhì),滑動(dòng)切片條,使起始切片包括峽部下緣骨皮質(zhì),截止切片包括峽部上緣骨皮質(zhì),對(duì)ROI進(jìn)行切割(見圖1),對(duì)需要進(jìn)行分析的骨質(zhì)進(jìn)行閾值分割,點(diǎn)擊“顯示信息”后即顯示當(dāng)前選定的感興趣區(qū)的各項(xiàng)骨質(zhì)參數(shù)。本研究對(duì)骨礦物質(zhì)密度(bone mineral density,BMD)、骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)、骨小梁分離度(trabecular separation,Tb.Sp)、骨小梁厚度(trrabecular thickness, Tb.Th)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 Micro CT二維圖像觀察

L1～L5雙側(cè)峽部骨皮質(zhì)連續(xù),骨小梁清晰,L1～L5雙側(cè)峽部厚度逐漸變大,腰5骨小梁間隙較腰1～4骨小梁間隙稍大,L2骨小梁較細(xì)(見圖2)。

2.2 BMD比較分析

L1～L5雙側(cè)峽部BMD值(見表1、圖3),L1與L2組間比較、L2與L3組間比較、L3與L4組間比較、L4與L5組間比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,各組P值均<0.05。

表1 腰椎峽部BMD值

2.3 骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)比較分析

L1～L5雙側(cè)峽部BV/TV值(見表2、圖4),L1與L2組間比較、L2與L3組間比較、L3與L4組間比較、L4與L5組間比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,各組P值均<0.01。

表2 腰椎峽部BV/TV值

2.4 骨小梁分離度(Tb.Sp)、骨小梁厚度(Tb.Th)比較分析

L1～L5雙側(cè)峽部Tb.Sp值、Tb.Th值(見表3、圖5),L1與L2組間比較、L2與L3組間比較、L3與L4組間比較、L4與L5組間比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,各組P值均<0.01。

表3 腰椎峽部Tb.Sp、Tb.Th值

圖1 椎體峽部ROI選擇范圍 圖2 腰椎峽部二維圖像2a:腰1峽部橫斷面;2b:腰2峽部橫斷面;2c:腰3峽部橫斷面;2d:腰4峽部橫斷面;2e:腰5峽部橫斷面

圖3 腰椎峽部BMD變化趨勢(shì)a:腰椎左側(cè)峽部;b:腰椎右側(cè)峽部

圖4 腰椎峽部BV/TV變化趨勢(shì)a:腰椎左側(cè)峽部;b:腰椎右側(cè)峽部

圖5 腰椎峽部Tb.Sp、Tb.Th變化趨勢(shì)a:腰椎左側(cè)峽部;b:腰椎右側(cè)峽部

3 討論

3.1 腰椎峽部的解剖價(jià)值

腰椎峽部(isthmus)是指腰椎上、下關(guān)節(jié)突相移行的部位,前方連接椎弓根,借椎弓根與椎體間接相連,峽部的外下方緊鄰脊神經(jīng)根穿出區(qū)域。上位腰椎的下關(guān)節(jié)突和下位腰椎的上關(guān)節(jié)突形成交鎖式關(guān)系,上位腰椎的下關(guān)節(jié)突位于后方,下位腰椎的上關(guān)節(jié)突位于前方,這樣的疊加方式可阻止腰椎向前移位。當(dāng)人體向前屈曲時(shí)上下關(guān)節(jié)突將產(chǎn)生對(duì)峽部更大的剪切力,致峽部的骨質(zhì)易發(fā)生損傷,如發(fā)生峽部裂,將繼發(fā)脊柱失穩(wěn)、滑脫、神經(jīng)根壓迫等改變。

目前,對(duì)腰椎峽部裂發(fā)生的病因?qū)W解釋較多：一種是化骨核分離學(xué)說(shuō),認(rèn)為每側(cè)椎弓各有兩個(gè)骨化中心,一個(gè)形成上關(guān)節(jié)突和椎弓根,另一個(gè)形成下關(guān)節(jié)突、椎板及棘突。如果這兩個(gè)骨化中心后期不能在峽部形成骨性愈合,就會(huì)導(dǎo)致峽部裂。但隨著研究的增多,有些學(xué)者并不支持這個(gè)觀點(diǎn)[2],如劉潤(rùn)田等[3]解剖509例嬰兒尸體解剖材料,未發(fā)現(xiàn)1例峽部裂發(fā)生,Wiltse[4]發(fā)現(xiàn)峽部裂在5.5～7歲兒童開始出現(xiàn),發(fā)病率隨年齡的增加而增加,但在40歲以后有趨平穩(wěn)?，F(xiàn)在最多學(xué)者認(rèn)同的病因?yàn)閼?yīng)力或疲勞骨折學(xué)說(shuō),多位學(xué)者[5,11]對(duì)從事高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn),一些運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目具有較高的峽部裂發(fā)生率,如投擲運(yùn)動(dòng)(26．67%),藝術(shù)體操(16.96%)。Standaert等[6,16]研究發(fā)現(xiàn)腰椎峽部裂大部分發(fā)生在L5,其發(fā)生率為85%～95%,其次是L4,發(fā)生率為5%～15%。有研究認(rèn)為L(zhǎng)5承受的軀體重力最大,L5椎體向前傾斜的角度最大,L5發(fā)生峽部裂的概率最大,L4椎體的傾斜度和所受的應(yīng)力僅次于L5,L4的峽部裂發(fā)生率僅次于L5。Hutton、Grobler等[7-10,12]研究了脊柱椎小關(guān)節(jié)的排列發(fā)現(xiàn)L4、L5椎小關(guān)節(jié)成矢狀方向排列,脊柱反復(fù)旋轉(zhuǎn)、后伸產(chǎn)生的剪切力易造成峽部骨質(zhì)不連。但查閱文獻(xiàn)鮮少見到有對(duì)腰椎峽部骨微細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的研究。本研究運(yùn)用Micro CT檢測(cè)了L1～L5雙側(cè)峽部的骨礦物含量、骨小梁結(jié)構(gòu)等指標(biāo),分析腰椎峽部骨質(zhì)的微細(xì)結(jié)構(gòu),探討腰椎峽部的骨質(zhì)特性及其與峽部裂發(fā)生的潛在關(guān)系。

3.2 Micro CT在骨質(zhì)量研究中的應(yīng)用

Micro CT是在微米級(jí)的水平上觀察骨皮質(zhì)、骨小梁、骨髓腔的2D、3D立體結(jié)構(gòu),并能精確計(jì)算整體骨量參數(shù),有學(xué)者[13-15]對(duì)Micro CT影像和計(jì)算的骨量參數(shù)與常規(guī)病理切片進(jìn)行了比較,顯示結(jié)果具有一致性。本研究運(yùn)用Micro CT對(duì)腰椎峽部進(jìn)行了形態(tài)學(xué)觀察和骨量參數(shù)的分析,其中骨量參數(shù)分析主要研究了骨礦物質(zhì)密度(BMD)、腰椎骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)、腰椎骨小梁分離度(Tb.Sp)、骨小梁厚度(Tb.Th)。

3.3 腰椎峽部BMD特性

骨礦物質(zhì)密度(BMD)反映骨骼中骨礦含量的多少,骨礦物質(zhì)含量與骨骼強(qiáng)度密切相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)L4峽部的BMD最高,L5峽部的BMD最低,提示L4峽部骨質(zhì)強(qiáng)度最大,L5峽部骨質(zhì)強(qiáng)度最小。

3.4 腰椎骨體積分?jǐn)?shù)(BV/TV)特性

骨體積分?jǐn)?shù)又稱骨容積比,是指單位體積內(nèi)骨容量占整個(gè)測(cè)量塊的體積的比重,是反映骨量的多少。本研究發(fā)現(xiàn)L4峽部的BV/TV最高,L2、L5峽部的BV/TV最低,提示L4峽部骨量最多,L2、L5峽部骨量最少。

3.5 腰椎骨小梁分離度(Tb.Sp)、骨小梁厚度(Tb.Th)特性

骨小梁厚度測(cè)量的是填充骨小梁結(jié)構(gòu)的最大球體直徑的平均值,骨小梁厚度反映骨小梁的粗細(xì)程度。骨小梁分離度的測(cè)量方法是和骨小梁厚度類似的計(jì)算方法,將填充髓腔的最大球體直徑的平均值作為骨小梁的平均間隙, 表示骨髓腔厚度,其反應(yīng)骨小梁間距或骨髓腔的大小。本研究發(fā)現(xiàn)L1、L4峽部骨小梁最粗、骨小梁間隙最小,L2、L5峽部骨小梁最細(xì)、骨小梁間隙最大。

通過(guò)對(duì)骨礦物質(zhì)密度、骨體積分?jǐn)?shù)、骨小梁厚度、骨小梁分離度的分析發(fā)現(xiàn)L1～L5峽部中,L4峽部的骨礦物質(zhì)密度、骨體積分?jǐn)?shù)、骨小梁厚度最高,骨小梁分離度最小,說(shuō)明L4峽部的骨質(zhì)在各腰椎峽部中最堅(jiān)硬,骨小梁最集中。L5峽部的骨礦物質(zhì)密度、骨體積分?jǐn)?shù)、骨小梁厚度最小,骨小梁分離度最大,說(shuō)明L5峽部的骨質(zhì)在各腰椎峽部中最脆弱,骨小梁最分散,骨髓腔的體積最大。這樣的骨細(xì)微結(jié)構(gòu)導(dǎo)致L5峽部在受到應(yīng)力時(shí),最易發(fā)生骨質(zhì)損傷。在Micro CT的二維圖像中也觀察到腰5骨小梁間隙較腰1～4骨小梁間隙稍大,L2骨小梁較細(xì)。結(jié)合其他學(xué)者對(duì)腰椎的研究：L5椎體前傾角最大,承受重力最大,L5峽部發(fā)生斷裂的概率最大。

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讀者·編者·作者

論文“引言”的撰寫要求

論文“引言”又稱前言、導(dǎo)言、緒言、導(dǎo)語(yǔ)等，是論文的開場(chǎng)白，要求開門見山，簡(jiǎn)要說(shuō)明正文主要內(nèi)容，回答“為什么研究”這個(gè)問(wèn)題，說(shuō)明本研究要解決什么問(wèn)題及其重要意義，以表明本研究的科學(xué)性、先進(jìn)性及應(yīng)用價(jià)值，給讀者以引導(dǎo)、啟迪。引言文字要求以150～300個(gè)漢字為宜。引言的主要內(nèi)容：①介紹背景材料，并引用文獻(xiàn)，說(shuō)明相關(guān)領(lǐng)域前人的工作及缺陷或空白，闡明本研究的理論基礎(chǔ)；②交待本研究的目的、意義，并作恰當(dāng)?shù)淖晕以u(píng)價(jià)；③簡(jiǎn)介本研究的設(shè)計(jì)、選題依據(jù)、研究方法、主要收獲、預(yù)期結(jié)果和意義等；④注釋性資料應(yīng)加以定義說(shuō)明，但切忌空話大話、長(zhǎng)篇大論，引用文獻(xiàn)不宜過(guò)多，應(yīng)略去詳盡的文獻(xiàn)綜述段落。

Bone Microstructure Study of the Lumbar Isthmus by Micro CT

TANGXi1，LIUHong2，LiXin3，WUShao-ping1，HUANGLi1，F(xiàn)ENGJun-bang1，YONGLiu-jun4，LIUWei-hua1*

(1.TheFirstAffiliatedHospitalofChengduMedicalCollege，Chengdu610500,China；2.InternalMedicineofHospital，ChengduMedicalCollege，Chengdu610500,China；3.AdministrativeOfficeofChengduMedicalCollege，Chengdu610500,China；4.DepartmentofAnatomyandHisto-Embryology,ChengduMedicalCollege，Chengdu610500,China)

Objective To detect lumbar isthmus bone microstructure and to explore the change tendency among them through Micro CT and its post-bone analysis processing function. Methods The L1-L5 lumbar isthmus on both sides of 30 adult specimens, total 300 dry lumbar isthmus, were scanned to detect the isthmus bone microstructure parameters, and to analyze and compare the microstructure differences among L1-L5 isthmus bones. Results The bone mineral density (BMD) of L5 lumbar isthmus was the lowest, followed by that of L2 lumbar isthmus. The BMD of L4 lumbar isthmus was the highest. The BV/TV of L2 and L5 lumbar isthmus were low, but that of L4 lumbar isthmus was high. The Tb. Th of L2 and L5 lumbar isthmus were low, and that of L4 lumbar isthmus was the highest. The Tb. Sp of L5 lumbar isthmus was the highest, and those of L1 and L4 lumbar isthmus were low. Conclusion The isthmic bones of L2 and L4 lumbar isthmus bone are dense, while their trabecular bones are thicker; the isthmic bones of L1 and L5 lumbar isthmus bone are sparse, while their trabecular bones are fine; the bone microstructure parameters of L3 lumbar isthmus are on the average values.

Lumbar Isthmus；Micro CT；Analysis of Bone；Bone Microstructure

四川省衛(wèi)生廳科研基金(NO：120472)

劉衛(wèi)華,E-mail:872485363@qq.com

10.3969/j.issn.1674-2257.2014.02.007

R814.42

A