退行性腰椎滑脫癥關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的MRI定量研究

李慧芝，牛金亮

(1.山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，山西 太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院影像科，山西 太原 030001)

退行性腰椎滑脫癥(degenerative lumbar spondylolisthesis，DLS)是導(dǎo)致慢性下腰痛的常見(jiàn)原因之一，DLS又稱(chēng)為假性腰椎滑脫癥，大多數(shù)觀點(diǎn)是椎間盤(pán)和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)等結(jié)構(gòu)的退行性改變導(dǎo)致腰椎上位椎相對(duì)于下位椎的滑移，而椎弓峽部保持完整[1]。既往研究表明椎間盤(pán)高度降低、多裂肌萎縮是DLS的病因。近年來(lái)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)與DLS的關(guān)系越來(lái)越受到大家重視，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對(duì)稱(chēng)或椎體傾斜可能是DLS發(fā)生的危險(xiǎn)因素[2-3]。MRI是目前研究脊柱疾病的最佳影像學(xué)方法之一，MRI功能成像逐漸成為分析組織生物學(xué)特性的新型成像方法，其獲得的定量參數(shù)值有助于分析組織成分的改變[4-5]，合成MRI(synthetic magnetic resonance imaging，SyMRI)獲得的T1、T2和PD值能定量評(píng)估基于骨髓異常的腰椎早期病理學(xué)改變[6-7]。本研究擬采用SyMRI技術(shù)定量測(cè)量關(guān)節(jié)突的T1、T2和PD值，并結(jié)合對(duì)關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)角(facet joint angle，F(xiàn)JA)和L4傾斜角(inclination angle，IA)的定量研究，探討各參數(shù)值對(duì)DLS的影響，進(jìn)一步了解DLS的影響因素，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 滑脫組納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)L4～5節(jié)段DLS患者，使用Meyerding分級(jí)評(píng)估滑脫程度，Ⅰ級(jí)為0～25%，Ⅱ級(jí)為25%～50%，Ⅲ級(jí)為50%～75%，Ⅳ級(jí)為75%～100%；(2)病程大于3個(gè)月；(3)MRI矢狀位圖像上L4椎體后緣相對(duì)于L5椎體后緣滑動(dòng)距離≥3 mm[8]。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)峽部裂腰椎滑脫；(2)腰椎其他節(jié)段滑脫；(3)腰椎側(cè)彎；(4)既往脊柱外傷和手術(shù)史；(5)脊柱骨折、炎癥、感染和腫瘤；(6)骶椎腰化或腰椎骶化。對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)：腰椎各節(jié)段無(wú)滑脫者。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)腰椎側(cè)彎；(2)既往脊柱外傷和手術(shù)史；(3)脊柱骨折、炎癥、感染和腫瘤；(4)骶椎腰化或腰椎骶化。所有受試者均簽署知情同意書(shū)。

收集山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院2020年12月至2021年12月腰背部不適需行MRI檢查的腰椎退行性變患者213例。其中符合滑脫組標(biāo)準(zhǔn)的51例患者，男17例，女34例；年齡46～78歲，平均(60.53±8.10)歲；平均身體質(zhì)量指數(shù)(25.16±2.98)kg/m2；體力勞動(dòng)者32例(62.75%)，非體力勞動(dòng)者19例(37.25%)。臨床表現(xiàn)為腰背部疼痛，伴或不伴下肢麻木或神經(jīng)性間歇性跛行。符合對(duì)照組標(biāo)準(zhǔn)的51例患者，男17例，女34例；年齡41～81歲，平均(61.24±7.17)歲；平均身體質(zhì)量指數(shù)(24.23±2.43)kg/m2；體力勞動(dòng)者27例(52.94%)，非體力勞動(dòng)者24例(47.06%)。兩組間年齡、性別、身體質(zhì)量指數(shù)和職業(yè)類(lèi)型的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見(jiàn)表1)，具有可比性。

表1 滑脫組和對(duì)照組基線(xiàn)資料比較

1.2 影像學(xué)檢查方法 使用GE 3.0T磁共振全身掃描儀(Signa Pioneer，GE Healthcare，Madison，WI，USA)進(jìn)行掃描，受試者取仰臥位，頭先進(jìn)，采用32通道相控陣體線(xiàn)圈，對(duì)所有受試者行腰椎矢狀位、橫斷位掃描。掃描序列和掃描參數(shù)是：(1)SyMRI矢狀位掃描參數(shù)：TR=4000.00 ms，TE=19.60 ms，層厚=4.00 mm，層間距=1.00 mm，F(xiàn)OV=32.00 mm×32.00 mm，矩陣=320.00 mm×192.00 mm，NEX=1.00。(2)SyMRI橫斷位掃描參數(shù)：TR=4000.00 ms，TE=19.60 ms，層厚=4.00 mm，層間距=1.00mm，F(xiàn)OV=32.00 mm×32.00 mm，矩陣=320.00 mm×192.00 mm，NEX=1.00。(3)T2WI序列矢狀位掃描參數(shù)：TR=5156.00 ms，TE=102.3 ms，層厚=2.00 mm，層間距=1.00 mm，F(xiàn)OV=32.00 mm×32.00 mm，矩陣=352.00 mm×256.00 mm，NEX=1.00。(4)T2WI序列橫斷位掃描參數(shù)：TR=4 920.00 ms，TE=107.10 ms，層厚=4.00 mm，層間距=1.00 mm，F(xiàn)OV=32.00 mm×32.00 mm，矩陣=288.00 mm×256.00 mm，NEX=2.00。

1.3 磁共振圖像后處理及測(cè)量指標(biāo)

1.3.1 關(guān)節(jié)突定量值的測(cè)量方法 SyMRI掃描完成后經(jīng)過(guò)圖像后處理自動(dòng)生成定量參數(shù)偽彩圖。在SyMRI橫斷位圖像上對(duì)L4～5節(jié)段的雙側(cè)關(guān)節(jié)突選取感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，系統(tǒng)自動(dòng)生成ROI區(qū)域的T1值、T2值和PD值(見(jiàn)圖1～2)，測(cè)量3次，取平均值。

圖1 矢狀位T2WI圖像顯示測(cè)量關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的層面(白線(xiàn))

圖2 橫斷位T2WI圖像顯示上、下關(guān)節(jié)突ROI的選取方法

1.3.2 FJA的測(cè)量方法 采用FJA表示關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的方向，在T2WI正中矢狀位圖像上，掃描線(xiàn)通過(guò)下椎體后上角的水平是關(guān)節(jié)突的二等分水平，可較好地顯示關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)[9]，在T2WI橫斷位圖像上，椎間盤(pán)中點(diǎn)與棘突基底部中點(diǎn)的連線(xiàn)作為腰椎矢狀軸，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)前內(nèi)、后外側(cè)點(diǎn)的連線(xiàn)與矢狀軸相交形成的夾角是該側(cè)FJA(見(jiàn)圖3)，分別記錄左側(cè)和右側(cè)FJA，并取平均值。

注：A線(xiàn)與C線(xiàn)夾角為右側(cè)FJA，B線(xiàn)與C線(xiàn)夾角為左側(cè)FJA

1.3.3 關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對(duì)稱(chēng)(facet tropism，F(xiàn)T)的測(cè)量方法 兩側(cè)FJA差值的絕對(duì)值為FT值，本研究中將FT值>10°定義為關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)不對(duì)稱(chēng)，記錄兩組受試者L4～5節(jié)段的FT值(見(jiàn)圖4)。

a 對(duì)照組(FT<10°) b 滑脫組(FT>10°)

1.3.4 L4IA的測(cè)量方法 在T2WI正中矢狀位圖像上，測(cè)量L4椎體下終板平面與水平面之間的夾角(見(jiàn)圖5)。

a 對(duì)照組(L4 IA為5.62°) b 滑脫組(L4 IA為16.62°)

2 結(jié) 果

2.1 DLS定量參數(shù)值的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果

2.1.1 受試者L4～5關(guān)節(jié)突T1值、T2值、PD值組內(nèi)比較 滑脫組和對(duì)照組上、下、左、右關(guān)節(jié)突的T1值、T2值、PD值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見(jiàn)表2～3，見(jiàn)圖6～7)。

表2 滑脫組左側(cè)與右側(cè)關(guān)節(jié)突定量值比較

表3 對(duì)照組左側(cè)與右側(cè)關(guān)節(jié)突定量值比較

圖6 對(duì)照組矢狀位及橫斷位MRI圖像

圖7 滑脫組矢狀位及橫斷位MRI圖像

2.1.2 兩組各參數(shù)值組間比較 滑脫組L4～5關(guān)節(jié)突T1值小于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)；T2值、PD值兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見(jiàn)表4)?；摻ML4～5雙側(cè)平均FJA小于對(duì)照組，L4～5FT值、L4IA大于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，見(jiàn)表4)。

表4 兩組各參數(shù)值比較

2.1.3 兩組L3～4、L4～5、L5S1節(jié)段FJA比較 在L3～4節(jié)段，滑脫組右側(cè)FJA小于對(duì)照組(P<0.05)，兩組左側(cè)FJA差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；在L4～5節(jié)段，滑脫組左側(cè)FJA和右側(cè)FJA均小于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；在L5S1節(jié)段，兩組左側(cè)FJA和右側(cè)FJA差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，見(jiàn)表5)。

表5 三個(gè)腰椎節(jié)段滑脫組和對(duì)照組FJA差異比較

2.2 DLS影響因素的多元Logistic回歸分析 以DLS為因變量，將L4～5關(guān)節(jié)突T1值、FJA、FT值和L4IA納入多因素Logistic回歸模型，結(jié)果顯示關(guān)節(jié)突T1值、FJA、FT值和L4IA均是DLS發(fā)生的獨(dú)立影響因素(P<0.05，見(jiàn)表6)。

表6 DLS多因素Logistic回歸分析

2.3 DLS影響因素的ROC曲線(xiàn) 將L4～5關(guān)節(jié)突T1值、L4IA、FJA和FT值進(jìn)行ROC曲線(xiàn)分析(見(jiàn)圖8)，ROC曲線(xiàn)下面積(the areas under ROC curve，AUC)分別為0.846、0.793、0.738和0.670，并確定臨界值(見(jiàn)表7)。

圖7 DLS影響因素的ROC曲線(xiàn)

表7 DLS影響因素的ROC曲線(xiàn)結(jié)果

3 討 論

3.1 DLS的研究進(jìn)展 DLS的概念最早是由Newman[10]在1955年提出的，DLS是在腰椎退變過(guò)程中上位椎相對(duì)于下位椎的滑移，椎弓峽部保持完整，這是DLS與峽部裂腰椎滑脫的不同之處。DLS常發(fā)生于L4～5節(jié)段，女性發(fā)生率高于男性，臨床以L(fǎng)4椎前滑脫最多見(jiàn)[11]，這與L4～5節(jié)段腰椎生理曲度有關(guān)，L4椎具有較大的活動(dòng)度和L5椎位置相對(duì)固定。DLS是一種多因素過(guò)程性疾病，危險(xiǎn)因素包括較大的年齡、女性、較大的身體質(zhì)量指數(shù)、嚴(yán)重椎間盤(pán)退變和肌肉萎縮等。椎體和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)屬于Panjabi[12]提出的“三亞系模型”中的被動(dòng)亞系，與脊柱的穩(wěn)定性密切相關(guān)。椎體受到重力、椎旁肌肉、椎間盤(pán)和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的合力，這個(gè)合力分為平行于終板和垂直于終板的作用力[3]，椎體傾斜程度越大，平行于終板的力越大，越容易向前滑動(dòng)，從而導(dǎo)致DLS發(fā)生，目前關(guān)于L4IA與DLS關(guān)系的研究較少。關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)三維空間結(jié)構(gòu)的改變影響脊柱穩(wěn)定性，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)矢狀化是DLS的病因[13-14]，矢狀化的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)使關(guān)節(jié)面之間的接觸力減小，限制椎體前移的力量減小而導(dǎo)致DLS。最近Rai等[15]的研究表明FT與DLS顯著相關(guān)。然而目前的研究未提出DLS各影響因素的臨界值。

3.2 SyMRI技術(shù)在骨肌系統(tǒng)中的應(yīng)用及MRI在DLS研究中的優(yōu)勢(shì) SyMRI技術(shù)是一種新型的定量成像技術(shù)，其根據(jù)組織屬性的弛豫時(shí)間在一次掃描中生成五種定量值，分別是T1、T2、PD、R1和R2值，其中R1=1/T1，R2=1/T2，SyMRI通過(guò)調(diào)整掃描參數(shù)在一次采集中合成T1WI、T2WI、PDWI圖像等多種不同對(duì)比度加權(quán)圖像[16]。T1、T2和PD值是描述磁化矢量特性最基礎(chǔ)的參數(shù)，SyMRI在成像和測(cè)量方面的應(yīng)用得到了驗(yàn)證。SyMRI逐漸應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)和脊柱疾病中，Lee等[17]研究發(fā)現(xiàn)SyMRI的T2值可以代替常規(guī)T2 mapping序列，最新研究表明SyMRI技術(shù)是一種可應(yīng)用于研究脊柱椎體、椎間盤(pán)、脊髓等結(jié)構(gòu)組織變化的新型成像技術(shù)[18]。

MRI具有良好的軟組織分辨率，人體各組織的弛豫時(shí)間不同，MRI依據(jù)組織間信號(hào)強(qiáng)度差異，準(zhǔn)確地評(píng)估結(jié)構(gòu)的改變，并且MRI具有多平面、多參數(shù)、多序列成像的優(yōu)點(diǎn)，能夠清晰地顯示DLS患者關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)及鄰近解剖結(jié)構(gòu)的改變。DLS患者存在腰椎失穩(wěn)現(xiàn)象，通過(guò)MRI圖像測(cè)量關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)積液量能夠較全面地評(píng)估DLS患者的腰椎穩(wěn)定性[19]，并且有學(xué)者采用MRI圖像評(píng)估關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變程度，結(jié)果顯示關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變與DLS存在相關(guān)性[20]。

3.3 常規(guī)MRI對(duì)FJA、FT值和L4IA與DLS關(guān)系的研究 關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)方向是指上下關(guān)節(jié)突構(gòu)成的空間走向，在脊柱橫斷面上，從上腰椎至下腰椎，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)方向由偏向矢狀位逐漸變?yōu)槠蚬跔钗籟21]。當(dāng)下腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)面由冠狀位明顯偏向矢狀位時(shí)，上位椎容易向前滑動(dòng)。Gao等[22]的研究證明矢狀化關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)容易發(fā)生DLS。本研究結(jié)果顯示在滑脫節(jié)段DLS組雙側(cè)平均FJA明顯小于對(duì)照組，這與Pichaisak等[23]的研究結(jié)果一致，說(shuō)明DLS患者滑脫節(jié)段的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)發(fā)生矢狀化改變。通過(guò)比較兩組研究對(duì)象在三個(gè)腰椎節(jié)段左側(cè)、右側(cè)FJA的大小，結(jié)果顯示僅在L4～5節(jié)段，滑脫組左側(cè)、右側(cè)FJA分別小于對(duì)照組，進(jìn)一步論證了滑脫節(jié)段的關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)發(fā)生矢狀化改變的觀點(diǎn)。而在L3～4和L5S1節(jié)段，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)矢狀化現(xiàn)象不顯著，這可能是L3～4和L5S1節(jié)段不易發(fā)生DLS的原因。多元Logistic回歸分析顯示FJA是DLS發(fā)生的獨(dú)立影響因素，通過(guò)ROC曲線(xiàn)分析，較小的FJA對(duì)DLS的發(fā)生具有預(yù)測(cè)價(jià)值，臨界值是34.68°，當(dāng)FJA小于34.68°時(shí)較容易發(fā)生DLS。

本研究中兩組FT值存在顯著差異，滑脫組FT值明顯大于對(duì)照組。Devine等[24]認(rèn)為FT與退行性疾病的發(fā)生無(wú)相關(guān)性，但是有研究顯示FT與DLS之間存在顯著相關(guān)性[8]。本研究采用與滑脫組一般資料相匹配的無(wú)滑脫者作為對(duì)照組，增加了研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，多元Logistic回歸分析顯示FT是DLS發(fā)生的獨(dú)立影響因素，通過(guò)ROC曲線(xiàn)分析，較大的FT對(duì)DLS具有預(yù)測(cè)價(jià)值，臨界值是12.79°，當(dāng)FT值大于12.79°時(shí)可能發(fā)生DLS。

椎體傾斜程度越大，L4IA越大。本研究中DLS組的L4IA平均值明顯大于對(duì)照組，說(shuō)明L4IA越大，腰椎不穩(wěn)定性增加，L4椎前滑脫的風(fēng)險(xiǎn)增加。多元Logistic回歸分析結(jié)果顯示L4IA是DLS發(fā)生的獨(dú)立影響因素，通過(guò)ROC曲線(xiàn)分析，較大的L4IA對(duì)DLS的發(fā)生具有預(yù)測(cè)價(jià)值，臨界值是9.33°，當(dāng)L4IA大于9.33°時(shí)容易發(fā)生DLS。

3.4 SyMRI對(duì)DLS關(guān)節(jié)突的定量研究 本研究結(jié)果顯示滑脫組和對(duì)照組關(guān)節(jié)突T1值具有顯著差異。Naeem等[25]的研究結(jié)果顯示滑脫組上、下關(guān)節(jié)突面積差異顯著增大，滑脫組較對(duì)照組關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變顯著。在脊柱的退行性改變中，存在關(guān)節(jié)突增生硬化、關(guān)節(jié)周?chē)g帶肥厚等病理改變，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在上述病理改變中發(fā)揮了重要作用。Kristjánsson等[26]發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)突的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞可分化為脂肪細(xì)胞。MRI在評(píng)估骨髓方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，骨髓MRI表現(xiàn)是由骨髓內(nèi)蛋白質(zhì)、水、脂肪和細(xì)胞的相對(duì)數(shù)量決定的，并取決于脈沖序列。骨髓分為紅骨髓和黃骨髓，隨著年齡的增加，紅骨髓逐漸被脂肪組織代替。紅骨髓的細(xì)胞組成成分包括40%～60%的脂肪，30%～40%的水和10%～20%的蛋白質(zhì)，黃骨髓幾乎完全由脂肪組成，成分包括80%的脂肪、15%的水和5%的蛋白質(zhì)[27-28]。一般40歲以上，脊柱骨髓逐漸被脂肪骨髓取代，一些老年患者和營(yíng)養(yǎng)不良患者的骨髓可能完全由脂肪組成[29]。T1WI圖像可用于評(píng)估骨髓脂肪細(xì)胞含量，脂肪的疏水碳-氫基團(tuán)具有高效的自旋晶格弛豫，T1弛豫時(shí)間明顯縮短[28，30]。本研究中滑脫組關(guān)節(jié)突T1值明顯小于對(duì)照組，表明DLS患者關(guān)節(jié)突骨髓脂肪含量增加，關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)退變更嚴(yán)重。通過(guò)多因素Logistic回歸分析，關(guān)節(jié)突T1值是DLS發(fā)生的獨(dú)立影響因素，進(jìn)一步通過(guò)ROC曲線(xiàn)分析，關(guān)節(jié)突T1值對(duì)DLS的發(fā)生具有良好的預(yù)測(cè)價(jià)值，臨界值是621.38 ms，當(dāng)關(guān)節(jié)突T1值小于621.38 ms時(shí)，DLS發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)增加。但是關(guān)節(jié)突T2值、PD值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能原因是關(guān)節(jié)突黃骨髓的含水量很少，造成兩組的差異不顯著。

本研究的樣本量較小，均為Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)DLS患者，對(duì)于Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)DLS患者需進(jìn)行研究驗(yàn)證，同時(shí)由于難以獲取所有受試者的部分資料，所以本研究未將骨質(zhì)疏松和過(guò)屈過(guò)伸節(jié)段間失穩(wěn)納入分析，未能確定骨質(zhì)疏松對(duì)腰椎穩(wěn)定性的影響，這是本研究的不足之處，未來(lái)可通過(guò)擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步探討DLS的影響因素。

綜上所述，SyMRI定量參數(shù)值可評(píng)估DLS患者關(guān)節(jié)突骨髓成分的改變，關(guān)節(jié)突T1值、L4IA、FJA、FT值與DLS的發(fā)生具有相關(guān)性，關(guān)節(jié)突T1值小于621.38 ms、L4IA大于9.33°、FJA小于34.68°和FT值大于12.79°是DLS發(fā)生的臨界值，因此SyMRI和常規(guī)MRI的聯(lián)合使用為臨床預(yù)測(cè)和診斷DLS提供有價(jià)值的影像學(xué)信息。