T2-mapping成像評估腰部背伸肌群運(yùn)動(dòng)前后功能狀態(tài)

蔣元明，周家龍，黃益龍，張振光，魏佳璐，張 佳，趙 衛(wèi)，何 波

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，云南 昆明 650032)

腰部脊柱旁背伸肌群主要由多裂肌、最長肌及髂肋肌組成，其功能減退是導(dǎo)致慢性下腰部疼痛(low back pain, LBP)的主要因素，而加強(qiáng)腰部背伸肌群的力量和耐力訓(xùn)練是LBP患者康復(fù)的重要步驟。對該肌群的影像學(xué)評估方法主要包括超聲、CT及MRI，但均局限于形態(tài)學(xué)評估，而當(dāng)肌肉形態(tài)改變時(shí)往往已至疾病后期，康復(fù)訓(xùn)練難以獲得良好效果。T2-mapping成像可定量分析組織成分T2值，且肌肉的肌電活性、運(yùn)動(dòng)能力和代謝狀態(tài)均與T2值密切相關(guān)[1]。本研究采用T2-mapping技術(shù)觀察健康年輕人運(yùn)動(dòng)前后腰部背伸肌群T2值變化，評價(jià)其評估肌肉功能的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2016年6月—2017年7月招募50名健康志愿者，男、女各25名，年齡19～29歲，平均(25.3±2.9)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①掃描前48 h內(nèi)無激烈運(yùn)動(dòng)(如打球、跑步等)；②體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)為18.5～24.0 kg/m2；③常規(guī)腰椎MRI未見異常。排除標(biāo)準(zhǔn)：①LBP患者或有明顯腰痛癥狀；②腰椎MRI示腰椎間盤突出或膨出及腰部背伸肌肉萎縮或脂肪浸潤；③為職業(yè)運(yùn)動(dòng)員、健身教練或經(jīng)過特殊腰背部肌肉抗阻訓(xùn)練；④有腰背部手術(shù)史、脊柱側(cè)彎畸形或神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病；⑤不能配合MR檢查或無法完成腰背部肌肉訓(xùn)練計(jì)劃。本研究經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Achieva 3.0T超導(dǎo)MR掃描儀，15通道正交脊柱線圈。掃描時(shí)囑受試者佩戴耳塞，閉目仰臥，保持身體靜止，盡量采用胸式呼吸；以雙層腹帶加壓包扎其腹部，使其維持以下體態(tài)：抬高雙下肢，雙手放置于胸前(雙手不接觸)，雙側(cè)肘關(guān)節(jié)外展，盡量遠(yuǎn)離腰部。先行腰椎MR平掃，包括矢狀位T2W(TR 2 000 ms，TE 120 ms)和軸位T1W(TR 344 ms，TE 7.6 ms)掃描；之后以L4上緣水平為中心，分別于運(yùn)動(dòng)前后行T2-mapping掃描，TR 1 974 ms，TE分別為7、13、19、25、31、37 ms，體素0.76 mm×0.76 mm×0.30 mm，NEX 1，層厚3 mm，層間距0.7 mm，共掃描24層。

1.3 腰背部肌肉訓(xùn)練方法 使受試者在專業(yè)教練指導(dǎo)下采用簡易羅馬凳做上半身抗重力屈伸運(yùn)動(dòng)，以前曲、背伸為1個(gè)完整動(dòng)作，每組15個(gè)動(dòng)作，組與組間隔30 s，共完成3組，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程持續(xù)約10 min。屈伸運(yùn)動(dòng)過程中，不能依靠慣性或借助重力迅速完成動(dòng)作，須緩慢進(jìn)行，以保持其腰背部肌肉持續(xù)緊張狀態(tài)，且在背伸狀態(tài)下盡量保持1～2 s頂峰收縮時(shí)間。

1.4 圖像分析 采用GE AW 4.4工作站。在軸位T1WI上，于L3、L4椎體上緣水平層面手工勾畫雙側(cè)多裂肌、最長肌和髂肋肌輪廓(圖1)，盡量避開棘上韌帶、肌肉旁筋膜及肌肉間脂肪成分，記錄各肌肉橫截面積(cross-section area, CSA)；采用同樣方法在同水平軸位T2-mapping圖像上勾畫肌肉輪廓，并記錄T2值，其中T2-mapping后處理閾值為10，置信度為0.05，色階范圍33～71。由2名骨肌影像學(xué)專業(yè)的主治醫(yī)師獨(dú)立測量以上數(shù)據(jù)，取平均值。

圖1 ROI勾畫示意圖 在軸位T1WI上，于L4上緣水平沿肌肉輪廓手工勾畫ROI (M：多裂肌；L：最長肌；I：髂肋肌)

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料經(jīng)K-S檢驗(yàn)均符合正態(tài)分布，用±s表示。以配對t檢驗(yàn)比較運(yùn)動(dòng)前后及左右側(cè)的CSA和T2值；以Pearson相關(guān)分析評價(jià)各肌肉運(yùn)動(dòng)前后CSA差值與T2差值的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)多裂肌、最長肌、髂肋肌運(yùn)動(dòng)后CSA均大于運(yùn)動(dòng)前(P均<0.05)，L3椎體上緣水平左側(cè)多裂肌運(yùn)動(dòng)后CSA及運(yùn)動(dòng)前后CSA差值均大于右側(cè)(P均<0.05)，見表1～3、圖2。

運(yùn)動(dòng)前L3椎體上緣水平左右側(cè)最長肌、髂肋肌及L4椎體上緣水平左右側(cè)最長肌的T2值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05);運(yùn)動(dòng)后L3、L4椎體上緣水平雙側(cè)多裂肌、最長肌、髂肋肌的T2值較運(yùn)動(dòng)前增加，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，見表4～6。T2-mapping偽彩圖示運(yùn)動(dòng)后T2值升高，由運(yùn)動(dòng)前的藍(lán)色變化為黃綠色(圖3)。

圖2 志愿者男，26歲，運(yùn)動(dòng)后背伸肌群CSA較運(yùn)動(dòng)前增大 A.L3上緣層面運(yùn)動(dòng)前； B.L3上緣層面運(yùn)動(dòng)后； C.L4上緣層面運(yùn)動(dòng)前； D.L4上緣層面運(yùn)動(dòng)后 圖3 志愿者男，26歲，運(yùn)動(dòng)前后L4椎體上緣水平層面T2-mapping偽彩圖 運(yùn)動(dòng)后背伸肌群T2值升高，由運(yùn)動(dòng)前的藍(lán)色變成黃綠色 A.運(yùn)動(dòng)前； B.運(yùn)動(dòng)后

表1 L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后多裂肌CSA比較(mm2，±s)

表1 L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后多裂肌CSA比較(mm2，±s)

側(cè)別多裂肌運(yùn)動(dòng)前運(yùn)動(dòng)后t值P值差值L3水平 左側(cè)262．59±55．75306．64±93．70-5．784<0．00144．04±50．51 右側(cè)270．27±70．39297．84±57．33-2．890．00627．57±63．27t值-0．5250．531——1．350P值0．837<0．001——0．039L4水平 左側(cè)421．89±111．26463．36±131．64-7．502<0．00141．48±36．67 右側(cè)402．50±116．54456．79±141．52-7．357<0．00154．29±48．96t值0．7710．225——-1．390P值0．5740．744——0．057

表2 L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后最長肌CSA比較(mm2，±s)

表2 L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后最長肌CSA比較(mm2，±s)

側(cè)別最長肌運(yùn)動(dòng)前運(yùn)動(dòng)后t值P值差值L3水平 左側(cè)481．82±192．69545．29±210．27-6．695<0．00163．48±62．89 右側(cè)488．64±168．17552．16±196．19-7．885<0．00163．52±53．44t值-0．177-0．158——-0．004P值0．6820．944——0．266L4水平 左側(cè)347．39±113．25390．95±121．80-5．571<0．00143．57±51．88 右側(cè)362．39±107．04424．75±122．44-6．783<0．00162．36±60．98t值-0．639-1．298——-1．557P值0．690．29——0．801

L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)髂肋肌及L4椎體上緣水平左右側(cè)多裂肌運(yùn)動(dòng)前后CSA差值與T2值差值呈正相關(guān)(P均<0.05，表7)，其中L4椎體上緣水平右側(cè)髂肋肌CSA差值與T2值差值相關(guān)系數(shù)最大(r=0.641，P<0.001)。

3 討論

目前，骨骼肌肉系統(tǒng)功能MRI研究的熱點(diǎn)主要集中在肌肉血管性疾病[2-4]及肌肉損傷[5-6]方面，也可用于動(dòng)態(tài)觀察運(yùn)動(dòng)前后肌肉內(nèi)三磷腺苷與磷酸肌酸相互轉(zhuǎn)變情況，評估肌肉儲備能力[7]。

T2-mapping成像是以T2值為測量指標(biāo)，定量分析組織內(nèi)成分變化的MRI技術(shù)，對組織內(nèi)微量水分子變化敏感，可檢測到細(xì)胞內(nèi)外水分子含量變化，主要用于觀察關(guān)節(jié)軟骨、椎間盤退變過程中水分子含量的變化[8]，近年來逐漸擴(kuò)展到心肌[9]、骨骼肌等肌肉組織。本研究中，運(yùn)動(dòng)后背伸肌群的T2值均較運(yùn)動(dòng)前增加(P均<0.05)。骨骼肌運(yùn)動(dòng)后，細(xì)胞內(nèi)代謝產(chǎn)物乳酸堆積、滲透壓增大，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外間隙水分子含量增加，相應(yīng)T2值增加。

表3 L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后髂肋肌CSA比較(mm2，±s)

表3 L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后髂肋肌CSA比較(mm2，±s)

側(cè)別髂肋肌運(yùn)動(dòng)前運(yùn)動(dòng)后t值P值差值L3水平 左側(cè)826．16±261．79889．23±286．75-3．974<0．00163．07±105．27 右側(cè)795．89±220．35837．27±245．14-3．6690．00141．39±74．83t值0．5870．914——1．114P值0．2540．228——0．107L4水平 左側(cè)872．93±240．63936．23±288．66-4．323<0．00163．29±97．12 右側(cè)798．04±237．59860．57±266．92-4．621<0．00162．52±89．77t值1．4691．277——0．039P值0．9670．588——0．551

表4 L3、L4椎體上緣水平左右兩側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后多裂肌T2值比較(ms，±s)

表4 L3、L4椎體上緣水平左右兩側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后多裂肌T2值比較(ms，±s)

側(cè)別多裂肌運(yùn)動(dòng)前運(yùn)動(dòng)后t值P值差值L3水平 左側(cè)64．65±17．4276．32±12．88-5．203<0．00111．67±14．87 右側(cè)59．44±16．1166．14±9．02-2．8270．0076．69±15．72t值1．4584．296——1．523P值0．5850．136——0．734L4水平 左側(cè)53．65±4．8562．84±7．79-9．349<0．0019．19±6．52 右側(cè)51．09±4．6859．79±8．89-8．875<0．0018．70±6．50t值2．5121．707——0．352P值0．8990．258——0．817

表5 L3、L4椎體上緣水平左右兩側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后最長肌T2值比較(ms，±s)

表5 L3、L4椎體上緣水平左右兩側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后最長肌T2值比較(ms，±s)

側(cè)別最長肌運(yùn)動(dòng)前運(yùn)動(dòng)后t值P值差值L3水平左側(cè)52．23±5．5959．84±6．11-8．885<0．0017．61±5．68右側(cè)52．68±7．2759．66±7．44-8．458<0．0016．97±5．47t值-0．3270．129——0．538P值0．0130．476——0．943L4水平左側(cè)48．24±4．4355．06±4．75-9．918<0．0016．82±4．56右側(cè)51．92±5．5958．79±6．69-9．675<0．0016．87±4．71t值-3．423-3．018——-0．051P值0．0450．171——0．965

本研究中，運(yùn)動(dòng)后背伸肌群的CSA增大，其中L3椎體上緣水平左側(cè)多裂肌運(yùn)動(dòng)后CSA及運(yùn)動(dòng)前后CSA差值大于右側(cè)。肌肉的體積與其力量呈正相關(guān)[10]，推測L3椎體上緣水平左側(cè)多裂肌的發(fā)力程度可能大于右側(cè)，原因可能在于部分受試者需要輕度側(cè)傾發(fā)力以完成屈伸動(dòng)作，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)后左右側(cè)肌肉CSA增加量有所差異。Hiepe等[7]聯(lián)合應(yīng)用MRI、DWI及31P-MRS評估健康志愿者運(yùn)動(dòng)后腰背部肌肉狀況，發(fā)現(xiàn)右側(cè)多裂肌、豎脊肌的T2值、分子擴(kuò)散系數(shù)D值及灌注分?jǐn)?shù)f值運(yùn)動(dòng)后增加值均大于左側(cè)，并推測這一結(jié)果可能與受試者多為右利手有關(guān)。而本研究中，相同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下，左右側(cè)背伸肌群運(yùn)動(dòng)前后T2值差值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與上述研究結(jié)果不同，提示對其變化規(guī)律還需深入研究。

Mayer等[1]采用功能MRI評估健康志愿者不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下腰肌T2值的變化，結(jié)果表明40%、50%及70%最大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度(10個(gè)上半身抗重力屈伸運(yùn)動(dòng)為1組，3組相當(dāng)于70%最大運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度)均可導(dǎo)致腰肌T2值增加；不同運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下，多裂肌T2值增加量最大，其次為豎脊肌和腰方肌。本研究中，運(yùn)動(dòng)后L3、L4椎體上緣水平多裂肌、最長肌、髂肋肌的T2值較運(yùn)動(dòng)前增加，且L3、L4椎體上緣層面中多裂肌的T2值增加值均大于同層面最長肌和髂肋肌。本研究還發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)前L3椎體上緣水平兩側(cè)最長肌、髂肋肌及L4椎體上緣水平兩側(cè)最長肌的T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，而運(yùn)動(dòng)后兩側(cè)肌肉的T2值以及T2值的增加值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，推測靜息狀態(tài)下背伸肌群的原始狀態(tài)存在差異，可能與習(xí)慣支撐腿不同有關(guān)。

表6 L3、L4椎體上緣水平左右兩側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后髂肋肌T2值比較(ms，±s)

表6 L3、L4椎體上緣水平左右兩側(cè)及運(yùn)動(dòng)前后髂肋肌T2值比較(ms，±s)

側(cè)別髂肋肌運(yùn)動(dòng)前運(yùn)動(dòng)后t值P值差值L3水平 左側(cè)45．47±3．8650．48±4．36-7．951<0．0015．01±4．18 右側(cè)48．95±6．2254．37±6．64-6．663<0．0015．42±5．39t值-3．152-3．244——-0．395P值0．0220．078——0．313L4水平 左側(cè)45．72±6．4349．48±5．20-3．914<0．0013．76±6．38 右側(cè)48．52±7．0954．41±6．85-4．949<0．0015．89±7．89t值-1．943-3．801——-1．390P值0．9430．091——0．269

表7 L3、L4椎體上緣水平左右側(cè)多裂肌、最長肌、髂肋肌運(yùn)動(dòng)前后CSA差值與T2值差值的相關(guān)性

本研究中，L3、L4椎體上緣水平雙側(cè)髂肋肌及L4椎體上緣水平雙側(cè)多裂肌運(yùn)動(dòng)前后CSA差值與T2值差值呈正相關(guān)，而其他肌肉無相關(guān)性，其機(jī)制還需深入研究。本研究的不足在于樣本量較小，且均為青年人群，未與各個(gè)年齡階段人群進(jìn)行對比研究。

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