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

·臨床與轉化醫(yī)學·

磁共振擴散張量成像證實下腰部肌群動力失衡與椎間盤退變的相關性

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

目的：利用磁共振擴散張量成像技術研究下腰部肌群動力失衡與椎間盤退變的相關性.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，按照Pfrimann分級，將腰4?5和腰5?骶1椎間盤分為Ⅰ～Ⅴ級.測量每個椎間盤水平兩側的腰大肌、豎脊肌FA值和ADC值.比較各組兩側腰大肌、豎脊肌的參數(shù)值，并進行統(tǒng)計學分析.結果：Ⅰ～Ⅴ級椎間盤左、右兩側腰大肌的FA值、ADC值差異均無統(tǒng)計學意義，左右兩側豎脊肌的FA值差異無統(tǒng)計學意義，除Ⅴ級椎間盤水平外，其余Ⅰ～Ⅳ級椎間盤水平兩側豎脊肌的ADC值差異無統(tǒng)計學意義.結論：DTI技術能夠從分子水平定量評價腰肌纖維束的功能，下腰部肌群的動力失衡不是椎間盤退變的主要因素.

磁共振；擴散張量成像；腰椎；退行性改變；腰大肌；豎脊肌

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成的平衡系統(tǒng)可能與腰椎間盤退變有關.腰部肌群對于保持脊柱的正常生理姿勢有重要作用［2］，并會影響脊柱的負荷力，但這是否與腰椎間盤退變有關還尚未有研究論證.本研究利用磁共振擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術探討了下腰部脊柱動力平衡與腰椎間盤退變的相關性.

1 資料和方法

1.1 一般資料選取河北醫(yī)科大學第二醫(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.納入標準：①臨床癥狀為腰痛和／或一側下肢疼痛；②MRI圖像上可以見椎間盤T2WI信號減低.排除標準：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脊柱側彎、脊柱畸形.④沒有椎小關節(jié)結構紊亂.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)護人簽署.

1.2 試驗設計本研究只涉及L4?5及L5?S1椎間盤平面的兩側腰部肌群.

1.3 儀器與掃描本研究使用Signa Excite HD 3.0T（美國GE公司）高場強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 測量值和方法按照T2WI圖像所見，對腰椎間盤進行Pfirrmann分級.然后，在MRI工作站（work?station4.2）使用FuncTool2測量軟件對每幅圖像進行測量，計算每個椎間盤平面左、右兩側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.測量由2名高年資醫(yī)生獨立進行.在DWI圖的b＝0圖上，選擇肌肉的中心區(qū)作為測量的感興趣區(qū).左右兩邊選擇對稱的感興趣區(qū)計算腰部肌群的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.本研究僅限于腰大肌和豎脊肌.

使用volume one軟件對左右兩側腰大肌、豎脊肌的纖維束進行三維示蹤顯示.

1.5 評價標準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分級為評定標準，分為Ⅰ～Ⅴ級.比較各組各椎間盤平面腰部肌群左右兩側的ADC值、FA值是否有差異，并比較組間差異.

1.6 統(tǒng)計學處理同一椎間盤層面兩側肌群ADC值、FA值比較采用配對設計t檢驗方法，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義.使用SAS9.0軟件進行統(tǒng)計學處理.

2 結果

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

表1 椎間盤Pfirrmann分級方法

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

2.2 各級椎間盤兩側腰部肌肉FA值、ADC值比較

各級椎間盤左右兩側腰大肌的FA值、ADC值差異無統(tǒng)計學意義（表2）.

表2 Ⅰ～Ⅴ級椎間盤兩側腰大肌FA值和ADC值比較

除Ⅴ級椎間盤水平兩側豎脊肌ADC值差異有統(tǒng)計學意義外，其余各級別椎間盤左右兩側豎脊肌的FA值、ADC值差異無統(tǒng)計學意義（表3）.

表3 Ⅰ～Ⅴ級腰椎間盤兩側豎脊肌FA值和ADC值比較

2.3 組間比較（Pfirrmann分級為Ⅰ～Ⅴ級的椎間盤），兩側腰大肌FA值差異，ADC值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）.并且，各組之間兩側豎脊肌FA值差異及ADC值差異亦無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）.

2.4 左右兩側腰部肌肉的纖維束示蹤圖的顯示各級別椎間盤水平左、右兩側腰部肌群（腰大肌、豎脊?。├w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，脊柱負荷壓力時，椎間盤結構能夠分散脊柱在各個方向受到的負荷，同時，脊柱的肌群狀態(tài)也會改變脊柱的形態(tài)，從而對椎間盤產(chǎn)生負荷力.脊柱正常的生理運動和穩(wěn)定是在靜力平衡的基礎上依靠椎旁肌群的動力平衡作用來實現(xiàn)的.在頸椎間盤退變的研究中，有＂動力失衡為先＂的理論，指脊柱肌群的動力失衡是椎間盤退變的原因.在兔和大鼠的動物模型中，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多因素共同作用的結果，可能與年齡、長期保持不恰當?shù)淖藙?、炎性病變等有關［5］.動力失衡是否是人體椎間盤退變的主要原因仍存在爭議.

以往研究多是通過動物實驗來分析肌群對椎間盤的影響［4］，而本研究利用對水分子自由擴散敏感的磁共振DTI技術，通過測量椎旁肌群的功能狀態(tài)，達到了活體無創(chuàng)研究脊柱動力失衡與椎間盤退變相關性的目的.

DTI技術有兩個參數(shù)值，包括ADC值和FA值.ADC也稱為表觀擴散系數(shù)，與DWI信號強度，T2加權信號，梯度磁場的持續(xù)時間、間隔時間和強度有關.如果水分子在各個方向的擴散速度不一致，即稱該組織具有擴散的各向異性，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.當肌肉纖維束被破壞時，這種各向異性特征就被打亂，F(xiàn)A值降低.

已被證實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構是否完整，當肌肉失去各向異性特征時，提示肌纖維束斷裂，肌肉損傷.如果腰部兩側肌群的FA值、ADC值差異有統(tǒng)計學意義，則認為其存在兩側功能失衡情況，也就是處于動力失衡狀態(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，可以認為腰椎兩側的腰大肌、豎脊肌不存在功能失衡.雖然損傷椎旁肌群能夠導致椎間盤退變，但是在人體結構及實際生活中，若沒有外部因素導致椎旁肌群嚴重損傷，那么腰部肌群的動力失衡并不是引起椎間盤退變的主要因素.同時，嚴重的椎間盤退變可能也并不導致脊柱椎旁肌群的動力失穩(wěn).Kettler等［9］認為，椎間盤退變早期不會引起脊柱旋轉不穩(wěn)，這從側面證實椎間盤退變早期沒有椎旁肌群功能異常.雖然有文獻認為，脊柱動態(tài)平衡系統(tǒng)與早期椎間盤退變有關［10－14］，但是這些研究對于脊柱動態(tài)平衡的變化并沒有得出一致的結論：有的作者認為退變程度為中度的椎間盤平面軸向和側向的動態(tài)平衡都會改變，但有的作者卻認為僅有退變嚴重的椎間盤平面的軸向動態(tài)失衡.以上研究都是通過測量脊柱在各個位置時的移動角度進行的，最近亦有通過超聲測量椎旁肌群厚度研究肌群與腰背痛關系的文獻報道［15］，而本研究則首次借助磁共振DTI技術方法，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腰部脊柱椎旁肌群功能動態(tài)失衡不是腰椎間盤退變的主要因素，同時，沒有找到椎間盤退變會加重腰部肌群負荷不均從而導致功能失衡的證據(jù).

另外，V級椎間盤退變組中，雖然左右兩側豎脊肌的FA值沒有差異，但是ADC值差異有統(tǒng)計學意義.推測是由于在肌纖維束這樣纖維走行明顯一致的組織中，ADC值并不能準確描述水分子的擴散特征，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)量分級為I級的無退變椎間盤，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應的椎旁?。ㄑ蠹　⒇Q脊?。┰谶\動力學上可能存在的差異，沒有增加L4?5聯(lián)合L5?S1分組.

總之，DTI技術能夠從分子水平定量評價腰肌纖維束的功能，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.

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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)生廳重點課題項目（20120072）

田 欣.博士.研究方向：磁共振功能成像.

E?mail：tianx25＠139.com