磁共振擴(kuò)散張量成像證實(shí)下腰部肌群動(dòng)力失衡與椎間盤退變的相關(guān)性

田 欣，劉懷軍，耿左軍，卜靜英 （河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，河北石家莊050000）

·臨床與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)·

磁共振擴(kuò)散張量成像證實(shí)下腰部肌群動(dòng)力失衡與椎間盤退變的相關(guān)性

田 欣，劉懷軍，耿左軍，卜靜英 （河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，河北石家莊050000）

目的：利用磁共振擴(kuò)散張量成像技術(shù)研究下腰部肌群動(dòng)力失衡與椎間盤退變的相關(guān)性.方法：本研究納入52例腰椎間盤退變患者和20名健康志愿者.采用MRI掃描序列包括：矢狀位T1WI、矢狀位和軸位T2WI和橫斷面DTI.根據(jù)腰椎間盤在T2WI上的信號(hào)，按照Pfrimann分級(jí)，將腰4?5和腰5?骶1椎間盤分為Ⅰ～Ⅴ級(jí).測(cè)量每個(gè)椎間盤水平兩側(cè)的腰大肌、豎脊肌FA值和ADC值.比較各組兩側(cè)腰大肌、豎脊肌的參數(shù)值，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析.結(jié)果：Ⅰ～Ⅴ級(jí)椎間盤左、右兩側(cè)腰大肌的FA值、ADC值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，左右兩側(cè)豎脊肌的FA值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，除Ⅴ級(jí)椎間盤水平外，其余Ⅰ～Ⅳ級(jí)椎間盤水平兩側(cè)豎脊肌的ADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.結(jié)論：DTI技術(shù)能夠從分子水平定量評(píng)價(jià)腰肌纖維束的功能，下腰部肌群的動(dòng)力失衡不是椎間盤退變的主要因素.

磁共振；擴(kuò)散張量成像；腰椎；退行性改變；腰大?。回Q脊肌

0 引言

腰椎間盤退變是引起腰痛的主要原因之一.腰椎間盤的原因有很多［1］，脊柱及其周圍軟組織構(gòu)成的平衡系統(tǒng)可能與腰椎間盤退變有關(guān).腰部肌群對(duì)于保持脊柱的正常生理姿勢(shì)有重要作用［2］，并會(huì)影響脊柱的負(fù)荷力，但這是否與腰椎間盤退變有關(guān)還尚未有研究論證.本研究利用磁共振擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術(shù)探討了下腰部脊柱動(dòng)力平衡與腰椎間盤退變的相關(guān)性.

1 資料和方法

1.1 一般資料選取河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院2016－01／2016－10收治的56例患者和20名健康志愿者為研究對(duì)象.其中患者年齡20～82（平均55.73±13.42）歲.男25例，女31例.納入標(biāo)準(zhǔn)：①臨床癥狀為腰痛和／或一側(cè)下肢疼痛；②MRI圖像上可以見椎間盤T2WI信號(hào)減低.排除標(biāo)準(zhǔn)：①患有除腰椎退變之外的其他腰椎疾??；②有外傷、腫瘤、炎癥病史.③脊柱側(cè)彎、脊柱畸形.④沒有椎小關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)紊亂.志愿者無腰部不適，無腰椎疾病病史，年齡14～60（平均29.26±13.90）歲.其中男11例，女9例.所有受試者均已簽署知情同意書，其中未成年者由監(jiān)護(hù)人簽署.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)本研究只涉及L4?5及L5?S1椎間盤平面的兩側(cè)腰部肌群.

1.3 儀器與掃描本研究使用Signa Excite HD 3.0T（美國(guó)GE公司）高場(chǎng)強(qiáng)MR掃描儀，使用脊柱線圈.掃描序列包括：矢狀位T1WI、矢狀位和軸位T2WI和軸位DTI.DTI掃描參數(shù)為TR／TE：2300／75.5 ms，層厚5 mm，F(xiàn)OV38×38 mm，b值為0和600 s／mm2，6個(gè)方向.矢狀位T1WI參數(shù)：TR 3294 ms，TE 25.4 ms.矢狀位T2WI參數(shù)：TR 2500 ms，TE 108.9 ms.軸位T2WI參數(shù)TR 2440 ms，TE 120.8 ms.

1.4 測(cè)量值和方法按照T2WI圖像所見，對(duì)腰椎間盤進(jìn)行Pfirrmann分級(jí).然后，在MRI工作站（work?station4.2）使用FuncTool2測(cè)量軟件對(duì)每幅圖像進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算每個(gè)椎間盤平面左、右兩側(cè)腰部肌群表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）值和各向異性（fractional anisotropy，F(xiàn)A）值.測(cè)量由2名高年資醫(yī)生獨(dú)立進(jìn)行.在DWI圖的b＝0圖上，選擇肌肉的中心區(qū)作為測(cè)量的感興趣區(qū).左右兩邊選擇對(duì)稱的感興趣區(qū)計(jì)算腰部肌群的FA值、ADC值.由于腰方肌在DTI圖像上易受偽影影響，所以排除研究.本研究?jī)H限于腰大肌和豎脊肌.

使用volume one軟件對(duì)左右兩側(cè)腰大肌、豎脊肌的纖維束進(jìn)行三維示蹤顯示.

1.5 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將正常志愿者與椎間盤退變患者的腰4?5和腰5?骶1椎間盤按照磁共振掃描圖像T2WI上所見，以Pfirrmann分級(jí)為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，分為Ⅰ～Ⅴ級(jí).比較各組各椎間盤平面腰部肌群左右兩側(cè)的ADC值、FA值是否有差異，并比較組間差異.

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理同一椎間盤層面兩側(cè)肌群ADC值、FA值比較采用配對(duì)設(shè)計(jì)t檢驗(yàn)方法，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.使用SAS9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理.

2 結(jié)果

2.1 患者及健康志愿者的腰椎間盤分級(jí)目前臨床上廣泛采用Pfirrmann分級(jí)系統(tǒng)對(duì)椎間盤進(jìn)行分類，它具有很好的可操作性（表1）.

表1 椎間盤Pfirrmann分級(jí)方法

將健康志愿者和腰椎間盤退變患者的椎間盤按照Pfirrmann分級(jí)進(jìn)行分類，分為Ⅰ～Ⅴ級(jí).其中，Ⅰ級(jí)椎間盤22個(gè)，Ⅱ級(jí)椎間盤30個(gè)，Ⅲ級(jí)椎間盤30個(gè)，Ⅳ級(jí)椎間盤22個(gè)，Ⅴ級(jí)椎間盤9個(gè).

2.2 各級(jí)椎間盤兩側(cè)腰部肌肉FA值、ADC值比較

各級(jí)椎間盤左右兩側(cè)腰大肌的FA值、ADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表2）.

表2 Ⅰ～Ⅴ級(jí)椎間盤兩側(cè)腰大肌FA值和ADC值比較

除Ⅴ級(jí)椎間盤水平兩側(cè)豎脊肌ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其余各級(jí)別椎間盤左右兩側(cè)豎脊肌的FA值、ADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表3）.

表3 Ⅰ～Ⅴ級(jí)腰椎間盤兩側(cè)豎脊肌FA值和ADC值比較

2.3 組間比較（Pfirrmann分級(jí)為Ⅰ～Ⅴ級(jí)的椎間盤），兩側(cè)腰大肌FA值差異，ADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）.并且，各組之間兩側(cè)豎脊肌FA值差異及ADC值差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）.

2.4 左右兩側(cè)腰部肌肉的纖維束示蹤圖的顯示各級(jí)別椎間盤水平左、右兩側(cè)腰部肌群（腰大肌、豎脊肌）纖維束走行及形態(tài)較一致（圖1）.

圖1 患者女性，55歲.雙下肢疼痛、乏力

3 討論

椎間盤退變是常見病，最常發(fā)生于L4?5和L5?S1椎間盤［3］.正常情況下，脊柱負(fù)荷壓力時(shí)，椎間盤結(jié)構(gòu)能夠分散脊柱在各個(gè)方向受到的負(fù)荷，同時(shí)，脊柱的肌群狀態(tài)也會(huì)改變脊柱的形態(tài)，從而對(duì)椎間盤產(chǎn)生負(fù)荷力.脊柱正常的生理運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定是在靜力平衡的基礎(chǔ)上依靠椎旁肌群的動(dòng)力平衡作用來實(shí)現(xiàn)的.在頸椎間盤退變的研究中，有＂動(dòng)力失衡為先＂的理論，指脊柱肌群的動(dòng)力失衡是椎間盤退變的原因.在兔和大鼠的動(dòng)物模型中，通過損傷椎旁肌群能制作出椎間盤退變的模型［4］，但是人體椎間盤退變是一個(gè)多因素共同作用的結(jié)果，可能與年齡、長(zhǎng)期保持不恰當(dāng)?shù)淖藙?shì)、炎性病變等有關(guān)［5］.動(dòng)力失衡是否是人體椎間盤退變的主要原因仍存在爭(zhēng)議.

以往研究多是通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來分析肌群對(duì)椎間盤的影響［4］，而本研究利用對(duì)水分子自由擴(kuò)散敏感的磁共振DTI技術(shù)，通過測(cè)量椎旁肌群的功能狀態(tài)，達(dá)到了活體無創(chuàng)研究脊柱動(dòng)力失衡與椎間盤退變相關(guān)性的目的.

DTI技術(shù)有兩個(gè)參數(shù)值，包括ADC值和FA值.ADC也稱為表觀擴(kuò)散系數(shù)，與DWI信號(hào)強(qiáng)度，T2加權(quán)信號(hào)，梯度磁場(chǎng)的持續(xù)時(shí)間、間隔時(shí)間和強(qiáng)度有關(guān).如果水分子在各個(gè)方向的擴(kuò)散速度不一致，即稱該組織具有擴(kuò)散的各向異性，用FA值表示，其取值范圍為0～1之間，纖維束的方向性越一致，F(xiàn)A值越趨近于1.在正常的肌肉纖維束中，其纖維走行基本一致，因此具有較高的FA值.當(dāng)肌肉纖維束被破壞時(shí)，這種各向異性特征就被打亂，F(xiàn)A值降低.

已被證實(shí)DTI診斷肌肉損傷具有很好的敏感性［6－8］，常規(guī)T2WI序列是解剖成像，而DTI可以顯示肌纖維束的功能狀態(tài)，能早期從分子水平顯示肌纖維結(jié)構(gòu)是否完整，當(dāng)肌肉失去各向異性特征時(shí)，提示肌纖維束斷裂，肌肉損傷.如果腰部?jī)蓚?cè)肌群的FA值、ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，則認(rèn)為其存在兩側(cè)功能失衡情況，也就是處于動(dòng)力失衡狀態(tài).

本研究發(fā)現(xiàn)，無論椎間盤是否發(fā)生退變，椎旁兩側(cè)腰大肌、豎脊肌的FA值均沒有差異.由于FA值能夠反映肌纖維束的功能狀態(tài)，因此，可以認(rèn)為腰椎兩側(cè)的腰大肌、豎脊肌不存在功能失衡.雖然損傷椎旁肌群能夠?qū)е伦甸g盤退變，但是在人體結(jié)構(gòu)及實(shí)際生活中，若沒有外部因素導(dǎo)致椎旁肌群嚴(yán)重?fù)p傷，那么腰部肌群的動(dòng)力失衡并不是引起椎間盤退變的主要因素.同時(shí)，嚴(yán)重的椎間盤退變可能也并不導(dǎo)致脊柱椎旁肌群的動(dòng)力失穩(wěn).Kettler等［9］認(rèn)為，椎間盤退變?cè)缙诓粫?huì)引起脊柱旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)，這從側(cè)面證實(shí)椎間盤退變?cè)缙跊]有椎旁肌群功能異常.雖然有文獻(xiàn)認(rèn)為，脊柱動(dòng)態(tài)平衡系統(tǒng)與早期椎間盤退變有關(guān)［10－14］，但是這些研究對(duì)于脊柱動(dòng)態(tài)平衡的變化并沒有得出一致的結(jié)論：有的作者認(rèn)為退變程度為中度的椎間盤平面軸向和側(cè)向的動(dòng)態(tài)平衡都會(huì)改變，但有的作者卻認(rèn)為僅有退變嚴(yán)重的椎間盤平面的軸向動(dòng)態(tài)失衡.以上研究都是通過測(cè)量脊柱在各個(gè)位置時(shí)的移動(dòng)角度進(jìn)行的，最近亦有通過超聲測(cè)量椎旁肌群厚度研究肌群與腰背痛關(guān)系的文獻(xiàn)報(bào)道［15］，而本研究則首次借助磁共振DTI技術(shù)方法，能夠不限于從解剖角度而且可以從功能角度更加直觀地證實(shí)腰部脊柱椎旁肌群功能動(dòng)態(tài)失衡不是腰椎間盤退變的主要因素，同時(shí)，沒有找到椎間盤退變會(huì)加重腰部肌群負(fù)荷不均從而導(dǎo)致功能失衡的證據(jù).

另外，V級(jí)椎間盤退變組中，雖然左右兩側(cè)豎脊肌的FA值沒有差異，但是ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.推測(cè)是由于在肌纖維束這樣纖維走行明顯一致的組織中，ADC值并不能準(zhǔn)確描述水分子的擴(kuò)散特征，因此造成了這種ADC值與FA值不一致現(xiàn)象.

因主訴腰部不適而行磁共振檢查的患者絕大多數(shù)均有椎間盤不同程度的退變，為了納入足夠數(shù)量分級(jí)為I級(jí)的無退變椎間盤，本研究納入了部分健康志愿者.

本研究的不足之處在于，沒有考慮到腰椎間盤對(duì)應(yīng)的椎旁?。ㄑ蠹　⒇Q脊?。┰谶\(yùn)動(dòng)力學(xué)上可能存在的差異，沒有增加L4?5聯(lián)合L5?S1分組.

總之，DTI技術(shù)能夠從分子水平定量評(píng)價(jià)腰肌纖維束的功能，有助于判斷腰部肌群功能狀態(tài).腰部肌群功能失衡并不是導(dǎo)致腰椎間盤退變的主要因素，腰椎間盤退變的程度也不和腰部肌群功能失衡相關(guān).

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Correlation between spinal dynamic instabili?ty and disk degeneration in inferior lumbar part evaluated by magnetic resonance diffu?sion tensor imaging

TIAN Xin，LIU Huai?Jun，GENG Zuo?Jun，BO Jing?Ying
Department of Medical Imaging，the Second Affiliated Hospital of Hebei Medical University，Shijiazhuang 050000，China

AIM：To assess the correlation between spinal dy?namic instability and disk degeneration in inferior lumbar part by magnetic resonance diffusion tensor imaging.METHODS：A total of 20 healthy volunteers and 52 patients were examined by 3.0T MRI for T1WI，T2WI and DTI sequences.According to disk sig?nal on T2WI，the disks were defined as 5 groups，grade I to V.The ADC values and FA values of bilateral psoas major and erec?tor spinae were calculated on MRI workstation.Bilateral lumbar muscle parameters were compared using SAS 9.0 software.The differences of bilateral muscles of each group were also analyzed.RESULTS：There were no statistically significant on FA values and ADC values of bilateral psoas major in group I～V，and also in the FA values of bilateral erector spinae.The ADC values of bi?lateral erector spinae showed no statistically significant difference except for group V（P＞0.05）.CONCLUSIONS：DTI could quantitatively evaluate the muscle function，which was indicated by water molecular diffusion.The spinal dynamic instability was not the main cause of disk degenerated in inferior lumbar part.

magnetic resonance；diffusion tensor imaging；lum?bar；degeneration；psoas major；erector spinae

R445.2

A

2095?6894（2017）04?27?04

2016－12－17；接受日期：2017－01－04

河北省衛(wèi)生廳重點(diǎn)課題項(xiàng)目（20120072）

田 欣.博士.研究方向：磁共振功能成像.

E?mail：tianx25＠139.com