定量 CT 測量不同層面腰部椎后肌群體質(zhì)成分的差異及相關(guān)性研究

李新彤 姚寧 蔡韋 王玲 程曉光

肌少癥 ( Sarcopenia ) 是隨著年齡增長進行性出現(xiàn)全身肌肉減少，強度下降以及肌肉生理功能減退的綜合征，是一種全身性疾病，其存在會導(dǎo)致人群跌倒、骨折、身體殘疾、甚至死亡等不良臨床結(jié)果的發(fā)生率增加[1]。骨骼肌的定量測量是篩查和監(jiān)測肌少癥的關(guān)鍵，也是目前國內(nèi)外的研究熱點之一。CT、MRI 等影像學(xué)檢查可以對骨骼肌進行定量測量，在評估骨骼肌退變及診斷肌少癥中發(fā)揮著重要作用[2]。目前對于骨骼肌測量部位及層面尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準，以往的許多研究是以 L3椎體中部水平的整體肌肉或單獨椎后肌群的情況作為診斷依據(jù)[3-4]。本研究利用定量 CT 測量 L3及 L5椎體中部層面的椎后肌群，研究這兩個層面椎后肌群體質(zhì)成分的差異及相關(guān)性，并且探討骨骼肌測量層面的選擇及替代。

資料與方法

一、納入標(biāo)準與排除標(biāo)準

1. 納入標(biāo)準：( 1 ) 2013年 1月至 2016年 12月，在我院參加骨科退行性疾病病因?qū)W研究的社區(qū)志愿者；( 2 ) 接受腰椎 CT 掃描者；( 3 )年齡 21～60 歲者；( 4 ) 已簽署知情同意書者；( 5 ) 人體參數(shù)信息及病史資料完整者。

2. 排除標(biāo)準：( 1 ) 既往有腰部手術(shù)史者；( 2 ) 椎體及椎旁存在占位性、感染性病變者；( 3 ) 腰椎側(cè)彎畸形及骨折移位者；( 4 ) 患有嚴重器質(zhì)性疾病及惡病質(zhì)者；( 5 ) 圖像質(zhì)量無法滿足后處理分析需求者；( 6 ) 資料不完整者。

二、方法

1. 腰椎 CT 掃描：志愿者仰臥于 Toshiba Aquilion 80 排 CT 掃描床中央，腰部下方加墊 Mindways 公司校準體模，雙手上舉至頭頂，進行腰椎 CT 掃描。掃描參數(shù)為床高 120 cm、電壓 120 kV、電流 250 mAs、掃描視野 500 mm、層厚 1.00 mm、矩陣 512×512，掃描范圍自 T12椎體下緣至 S1椎體上緣。

2. 測量方法：使用 Mindways 公司 QCT 測量分析軟件工作站 ( Mindways QCT PRO ) 對腰椎 CT 掃描的容積數(shù)據(jù)進行測量。參照以往研究中的椎后肌群測量方法 ( 圖 1 )[3-4]，選擇軟件中“tissue composition”功能模塊，通過掃描定位像，選取 L3及 L5椎體中部層面的軸位圖像，沿椎后肌群邊緣手動分割圈畫感興趣區(qū)。提前設(shè)置肌肉組織閾值為 996～1153 mg / cm3、脂肪組織閾值為 833～995 mg / cm3，軟件自動區(qū)分肌肉及脂肪組織并得出相應(yīng)橫截面積 ( cm2)，即肌肉橫截面積 ( cross-sectional muscle area，CSMA )、肌間隙脂肪面積 ( intra-muscular adipose area，IMAA )，依據(jù)公式 IMAA / ( IMAA + CSMA )×100% 得出肌肉脂肪浸潤程度 ( muscle fat infiltration，MFI )。操作者為一位經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的放射科主治醫(yī)師，復(fù)核人員為一位高年資醫(yī)師，測量方法的準確性及重復(fù)性已在以往研究中得到良好證明[5-6]。

圖1 椎后肌群體質(zhì)成分測量示意圖a：L3 層面；b：L5 層面 ( 點狀綠色套索為圈畫的感興趣區(qū)，黃色區(qū)域代表肌肉組織，藍色區(qū)域代表脂肪組織 )Fig.1 Measurement of posterior vertebral muscle composition a: L3 level; b: L5 level( Punctate green lasso was the region of interest, with yellow areas representing muscle tissue and blue areas representing adipose tissue )

三、統(tǒng)計學(xué)處理

本研究中的所有數(shù)據(jù)使用 SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件進行處理分析。定量資料使用 K-S 正態(tài)分布檢驗后，采用±s形式表示。使用獨立樣本t檢驗比較男女之間椎后肌群的差異。使用配對樣本t檢驗比較 L3及 L5層面椎后肌群參數(shù)的差異。使用 Person 相關(guān)分析對 L3、L5層面椎后肌群體質(zhì)成分進行相關(guān)性分析。分別以 L3層面 CSMA、IMAA、MFI 為因變量，L5層面 CSMA、IMAA、MFI 為自變量進行線性回歸分析，得到線性回歸方程。P＜ 0.05 視為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

一、志愿者基線特征

本研究共納入 659 名志愿者，年齡 21～60 歲，平均 ( 39.3±8.5 ) 歲，男性 276 名 ( 41.9% )，女性383 名 ( 58.1% )。其中，男性的身高、體重、體質(zhì)量指數(shù) ( body mass index，BMI )、腰圍、臀圍均大于女性，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；男性的年齡與女性比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義 ( 表 1 )。

表1 不同性別基線特征及椎后肌群體質(zhì)成分比較 (±s )Tab.1 Comparison of baseline characteristics and posterior vertebral muscle composition between different genders ( ±s )

表1 不同性別基線特征及椎后肌群體質(zhì)成分比較 (±s )Tab.1 Comparison of baseline characteristics and posterior vertebral muscle composition between different genders ( ±s )

變量男性 ( n = 276 ) 女性 ( n = 383 ) t 值P 值年齡 ( 歲 ) 39.20± 7.90 39.40± 8.90 -0.398 0.691身高 ( cm ) 170.80±15.90 161.00± 6.20 10.944＜ 0.001體重 ( kg ) 77.10±13.70 62.10±10.40 15.365＜ 0.001 BMI 26.20± 3.50 24.30± 8.60 3.418 0.001腰圍 ( cm ) 90.20±10.70 80.10±10.60 11.961＜ 0.001臀圍 ( cm ) 100.40± 8.60 96.50± 6.80 6.434＜ 0.001 L3 CSMA ( cm2 ) 57.40± 9.01 39.59± 6.59 27.905＜ 0.001 L3 IMAA ( cm2 ) 3.81± 1.99 3.78± 2.09 0.188 0.851 L3 MFI ( % ) 6.20± 2.91 8.63± 3.94 -9.091＜ 0.001 L5 CSMA ( cm2 ) 26.63± 5.99 23.28± 5.26 7.450＜ 0.001 L5 IMAA ( cm2 ) 6.78± 2.60 8.88± 3.05 -9.514＜ 0.001 L5 MFI ( % ) 20.50± 7.25 27.77± 8.59 -11.755＜ 0.001

二、不同性別椎后肌群體質(zhì)成分差異

男性 L3及 L5層面椎后肌群的 CSMA 均明顯大于女性，MFI 均明顯小于女性，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；男性 L5層面椎后肌群 IMAA 小于女性，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。而 L3層面椎后肌群 IMAA 與女性的差異無統(tǒng)計學(xué)意義 ( 表 1 )。

三、L3 及 L5 層面椎后肌群體質(zhì)成分差異

L3層面椎后肌群 CSMA 明顯大于 L5層面，而IMAA 及 MFI 明顯小于 L5層面，差異有統(tǒng)計學(xué)意義( 表 2 )。

表2 L3 及 L5 層面椎后肌群體質(zhì)成分的差異 (±s )Tab.2 Difference of posterior vertebral muscle composition at L3 and L5 levels ( ±s )

表2 L3 及 L5 層面椎后肌群體質(zhì)成分的差異 (±s )Tab.2 Difference of posterior vertebral muscle composition at L3 and L5 levels ( ±s )

變量L3 層面L5 層面t 值P 值CSMA ( cm2 ) 47.05±11.6824.68±5.81 55.850＜ 0.001 IMAA ( cm2 ) 3.79± 2.05 8.00±3.05-34.788＜ 0.001 MFI ( % ) 7.61± 3.7424.73±8.82-57.774＜ 0.001

四、L3 及 L5 層面椎后肌群體質(zhì)成分的相關(guān)性及線性回歸分析

L3及 L5層面椎后肌群的 CSMA (r男性= 0.459、r女性= 0.365，P＜ 0.01 )、IMAA (r男性= 0.336、r女性=0.325，P＜ 0.01 )、MFI (r男性= 0.421、r女性= 0.455，P＜ 0.01 ) 分別呈正相關(guān)。以 L3CSMA 為因變量 ( Y )，L5CSMA 為自變量 ( X ) 進行線性回歸分析，得到回歸方程：Y男性= 0.690X + 39.034，Y女性= 0.458X +28.943；以 L3IMAA 為因變量 ( Y )，L5IMAA 為自變量 ( X ) 進行線性回歸分析，得到回歸方程：Y男性=0.258X + 2.062，Y女性= 0.223X + 1.797；以 L3MFI 為因變量 ( Y )，L5MFI 為自變量 ( X ) 進行線性回歸分析，得到回歸方程：Y男性= 0.169X + 2.739，Y女性=0.208X + 2.841。所有回歸方程均有統(tǒng)計學(xué)意義 (P＜0.001 ) ( 圖 2～4 )。

圖2 L3 及 L5 層面椎后肌群 CSMA 相關(guān)性 ( 男性：Y = 0.690X +39.034，r = 0.459，調(diào)整 R2 = 0.207，P ＜ 0.001；女性：Y = 0.458X +28.943，r = 0.365，調(diào)整 R2 = 0.131，P ＜ 0.001 )Fig.2 Correlation between the CSMA of posterior vertebral muscle at L3 and L5 levels. For males, regression equation ( Y = 0.690X +39.034, r = 0.459, adjusted R2 = 0.207, P ＜ 0.001; For females,regression equation: Y = 0.458X + 28.943, r = 0.365, adjusted R2 =0.131, P ＜ 0.001 )

圖3 L3 及 L5 層面椎后肌群 IMAA 相關(guān)性 ( 男性：Y = 0.258X +2.062，r = 0.336，調(diào)整 R2 = 0.109，P ＜ 0.001；女性：Y = 0.223X +1.797，r = 0.325，調(diào)整 R2 = 0.103，P ＜ 0.001 )Fig.3 Correlation between the IMAA of posterior vertebral muscle at L3 and L5 levels ( For males, regression equation: Y = 0.258X + 2.062,r = 0.336, adjusted R2 = 0.109, P ＜ 0.001; For females, regression equation: Y = 0.223X + 1.797, r = 0.325, adjusted R2 = 0.103, P ＜0.001 )

圖4 L3 及 L5 層面椎后肌群 MFI 相關(guān)性 ( 男性：Y = 0.169X +2.739，r = 0.421，調(diào)整 R2 = 0.174，P ＜ 0.001；女性：Y = 0.208X +2.841，r = 0.455，調(diào)整 R2 = 0.205，P ＜ 0.001 )Fig.4 Correlation between the MFI of posterior vertebral muscle at L3 and L5 levels ( For males, regression equation: Y = 0.169X + 2.739,r = 0.421, adjusted R2 = 0.174, P ＜ 0.001; For females, regression equation: Y = 0.208X + 2.841, r = 0.455, adjusted R2 = 0.205, P ＜0.001 )

討 論

根據(jù)亞洲肌少癥委員會 2019 共識 ( AWGS 2019 )的最新診斷標(biāo)準，我國中老年人群中可疑肌少癥、肌少癥及嚴重肌少癥的患病率分別為 38.5%、18.6%、8.0%，并且患病率隨著年齡的增長而增加[7]。骨骼肌隨著年齡的增加而逐漸發(fā)生退變，一方面肌纖維減少及萎縮引起肌肉質(zhì)量減少，另一方面肌細胞間脂肪細胞增生及肌細胞內(nèi)脂質(zhì)沉積引起肌肉脂肪浸潤，從而導(dǎo)致肌肉力量下降和肌肉功能減退，嚴重時可以診斷肌少癥[8-9]。

在 CT 圖像上，可以采用手動或半自動的分割方法圈畫感興趣肌肉或肌群，爾后通過兩種方式定量評估骨骼肌退變情況[10]：一是通過由于脂肪浸潤引起的骨骼肌 CT 值降低，如測量骨骼肌與皮下脂肪 CT 值的比值，比值越小，表示骨骼肌的脂肪浸潤程度越嚴重；二是利用設(shè)置 CT 值閾值的方式直接識別肌肉組織及肌間隙脂肪組織，得出 CSMA、IMAA及 MFI，本研究采用的是后者。既往研究表明腰部的 CSMA 與全身肌肉質(zhì)量密切相關(guān)[11-13]，并且肌肉內(nèi)脂肪含量與身體功能有關(guān)[14-16]。目前許多研究通過測量 L3椎體層面的椎旁肌群或腹部整體肌群來進行研究，如研究骨骼肌的增齡性改變[3-4]，骨骼肌與骨密度的相關(guān)性[17]，以及研究診斷肌少癥的肌肉參數(shù)臨界值[18-19]。但是臨床 CT 掃描范圍時常不包括 L3椎體，因此肌肉的測量也不應(yīng)局限于 L3椎體水平，需要尋找 L3的替代層面。

Lee 等[20]認為椎后肌群的退變從最下方的腰椎關(guān)節(jié)開始，并隨著年齡的增加逐漸向上層延伸。本研究結(jié)果顯示 L3及 L5層面椎后肌群的體質(zhì)成分存在顯著差異，腰部椎后肌群的肌纖維在 L3層面更為發(fā)達，而肌肉脂肪浸潤在 L5層面更加明顯，說明 L5層面對于評估椎后肌群退變較 L3層面更為敏感，與文獻報道一致[20]。相關(guān)性研究結(jié)果顯示 L3及 L5兩個層面椎后肌群的 CSMA、IMAA、MFI 分別呈正相關(guān)，提示測量單層肌肉體質(zhì)成分可以用于評估整體肌肉改變，并且肌肉測量層面可以進行替代。本研究中建立了回歸方程，可以進行兩層面椎后肌群體質(zhì)成分數(shù)據(jù)的換算。此外可以通過大數(shù)據(jù)分析，建立每個層面椎后肌群體質(zhì)成分的正常范圍參考值，以更廣泛的用于臨床肌少癥診斷和評估，例如Derstine 等[21]的研究。

在對男女椎后肌群體質(zhì)成分進行比較時發(fā)現(xiàn)，男性 L3及 L5層面椎后肌群的 CSMA 明顯大于女性，而 MFI 明顯小于女性，存在明顯的性別差異，與以往的研究結(jié)果基本一致[3,22]。遺傳物質(zhì)的不同導(dǎo)致男性與女性在身體結(jié)構(gòu)、代謝水平、體質(zhì)構(gòu)成等方面存在顯著差異。目前普遍認為雄激素可以對骨骼肌的蛋白質(zhì)代謝進行調(diào)控，在肌肉質(zhì)量維持中發(fā)揮著重要的作用，雄激素也已被用于治療肌少癥。研究表明男性體內(nèi)較高水平的雄激素能夠在雄激素受體介導(dǎo)下，通過 IGF-1 / Akt、GPCR、ERK / mTOR 等多種信號通路促進肌細胞的蛋白質(zhì)合成代謝，使肌肉質(zhì)量增加[23-25]。

綜上所述，本研究基于定量 CT 測量 L3及 L5層面椎后肌群的體質(zhì)成分，兩個層面的 CSMA、IMAA、MFI 存在顯著差異，并且分別呈正相關(guān)，肌肉測量層面可以進行替代。兩層面的數(shù)據(jù)可以通過建立回歸方程進行換算，也可以通過大數(shù)據(jù)分析，建立每個層面椎后肌群體質(zhì)成分的正常范圍參考值。后期需要進行多中心、大樣本研究，為肌少癥的診斷篩查和監(jiān)測提供數(shù)據(jù)依據(jù)。