腰椎間盤退行性變與modic改變及椎旁肌肉脂肪含量的磁共振相關性分析

頓聚嶺

（北京市大興區中西醫結合醫院放射科 北京 100076）

腰椎間盤退行性變很常見，有研究發現，腰痛癥狀與幾種典型的椎間盤退變表現相關，包括椎間盤髓核信號減低和椎間盤突出等[1]。磁共振而針對中老年病例的對照研究發現，相對于椎間盤未發生退變的患者，那些已經出現嚴重椎間盤退變的患者，其出現腰痛癥狀的幾率是前者的兩倍[2]，另有研究發現約1/3的年輕人腰椎間盤均存在異常表現，但卻沒有明確的臨床癥狀[3]。影像學研究通過不同的分類描述來界定椎間盤退變，包括椎間隙變窄、終板硬化以及骨贅形成等，而MRI研究更專注于纖維環撕裂、髓核疝出、椎間盤高度改變等影像學征象[4-8]。既往系統性回顧性研究認為，使用MRI通過Pfirrmann方法（2001）對椎間盤退變進行評估是有效和可靠的[9-10]。Pfirrmann分級系統通過5分評級來分析MRI的影像特點，包括椎間盤結構、信號強度、椎間盤高度、髓核及纖維環的分辨等（表1）。MRI有助于更好的了解退變關節的病理學改變。比如，MRI關于膝關節炎的研究揭示了，關節軟骨的損傷伴隨著骨骼及軟組織病變出現，從而導致關節整體的疾病[11-12]。椎間盤纖維軟骨的退變是否與脊柱整體病理學改變相關還不是很清楚，有可能與膝關節透明軟骨的改變類似。椎體終板病變（Modic改變）有可能類似于骨關節軟骨下骨的硬化表現，從而成為椎間盤退變的重要相關因素[13-15]。而且，脊柱肌肉組織的結構變化，特別是脂肪組織的變化，也可能是脊柱退變的關鍵表現。此項MRI研究的目的是確定腰椎間盤退變與Modic改變及椎旁肌肉脂肪含量改變的相關性。

1 資料與方法

1.1 研究對象

2017年1月—2017年6月期間共1320名患者的MRI影像資料用于此項研究分析。這些患者部分有腰痛癥狀，部分沒有此癥狀，患有惡性腫瘤或其它系統性疾病（如腦血管意外、運動感覺障礙、免疫系統疾病等）的患者，或者具有任何MRI禁忌癥的患者被排除在外。

1.2 方法

1.2.1 磁共振成像 使用1.5T磁共振儀（聯影）uMR560對患者進行MRI檢查，患者為仰臥位，掃描序列如下：矢狀位掃描范圍為T12椎體至骶骨，T1WI（重復時間620ms、回波時間10ms、層厚4.0mm），T2WI（重復時間3300ms、回波時間105ms、層厚4.0mm）；（2）軸位掃描范圍為L1～S1椎間盤，T2WI（重復時間3200ms、回波時間97ms、層厚3.0mm）。兩名副高級職稱影像醫師彼此獨立評估患者影像資料，評估內容包括：Modic改變、椎間盤及椎旁肌肉脂肪含量。

1.2.2 椎間盤退變評估 在T2WI圖像上使用Pfirrmann方法對椎間盤退變進行分析。4級和5級被定義為重度椎間盤退變組。每一個椎體水平椎間盤退變測量的評分者間信度很高，其1～5級分級的組內相關系數（ICC）范圍為0.83～0.91。Modic改變按照經典分類分為3型[15-16]：1型：T1低信號、T2高信號；2型：T1高信號、T2等/高信號；3型：T1、T2均為低信號（圖1）。在矢狀位圖像上對病變進行分析，通過信號的改變確定椎間盤的modic改變。一周后，由同一個評估人員隨即抽取500份圖像，針對Modic改變進行重新評估，ICC為0.81。

表1 腰椎間盤退行性變Pfirrmann分級

1.2.3 椎旁肌肉脂肪含量 在L1/2、L2/3、L3/4、L4/5椎間盤層面的T2WI圖像上觀察椎旁肌肉組織內高信號區域（圖2），該高信號表現為脂肪沉積[8]，并經由已有的分級方法進行分級：0級為無脂肪沉積，1級為1～10%含量脂肪沉積，2級為11～50%含量脂肪沉積，3級為＞50%脂肪含量沉積[8]。超過50%含量定義為肌肉內多量脂肪沉積。對于椎旁肌肉的分析，觀察者間ICC均為0.99。椎旁肌肉內脂肪含量增高的定義是：上述四個椎間盤層面中至少一側（左側或右側）肌肉內脂肪含量＞50%。

人體測量數據：患者身高以厘米為單位，體重以公斤為單位，均精確到小數點后一位，并計算體重指數（BMI）。

圖1 失狀位T1WI、T2WI像

1.2.4 慢性疼痛和功能喪失 在患者進行MRI檢查時，讓患者填寫慢性疼痛分級調查問卷，調查內容為檢查前6個月期間的腰痛程度。慢性疼痛分級調查問卷是一種可靠和有效的調查方法[17-19]。調查問卷包括7個問題，通過這些問題計算出疼痛強度和功能喪失的量表評分，再將疼痛強度和功能喪失的量表評分相結合，綜合評估將慢性疼痛分為5個等級：0級為無疼痛，1級為輕度疼痛并輕度功能受限，2級為明顯疼痛并輕度功能受限，3級為明顯的功能喪失并一定程度活動受限，4級為明顯的功能喪失并嚴重的活動受限[17-19]。2、3、4級定義為高等級疼痛和功能喪失。

圖2 軸位T2WI像 椎旁肌肉脂肪沉積

1.3 統計學分析

使用二元邏輯回歸分析方法分析Modic改變、椎旁肌肉脂肪含量等因素與椎間盤退行性變之間的關系，并針對年齡、性別、體重指數和疼痛強度及功能喪失等情況進行調整。P值小于0.05 （雙側檢驗）被認為具有統計學意義。所有分析均使用SPSS20完成。

2 結果

表2～表5中描述了1320名患者的數據特點，平均年齡為45.2±6.7歲，女性患者871名（65.9%）。L1/2水平椎間盤重度退行性變的發病率比較低，為5.3%，但低位椎間盤的發病率會提高（L2/3 13.2%,L3/4 16.7%,L4/5 28.4%,L5/S1 34.4%），Modic2型改變也有類似發病趨勢，L1/2水平5.9%，L2/3水平13.4%,L3/4水平20.1%，L4/5水平27.6%，L5/S1水平24.9%，患者中未發現Modic3型改變，Modic1型改變僅發現69例，因此未納入統計學分析。24.6%的患者在4個或4個以上椎間盤水平的單側或雙側椎旁肌肉內脂肪含量超過50%。相鄰椎體間重度椎間盤退變與Modic改變的關系如下：在單變量分析中，L2/3和L3/4水平Modic改變與椎間盤退變有顯著相關性（P＜0.05），L4/5水平也有接近的統計學意義（P=0.06）。經過針對年齡、性別、體重指數和疼痛強度及功能喪失等情況進行調整后，這些相關性具有顯著的統計學意義，L2/3水平（OR 22.8,95%CI 2.1～488.2,P=0.03），L3/4水平（OR 4.9,95%CI 1.2～23.1,P=0.05），L4/5水平（OR 3.2,95%CI 1.1～13.1,P=0.05）。L5/S1水平，Modic改變與嚴重椎間盤退變之間沒有相關性（OR 1.4, 95%CI 0.4～4.1,P=0.79）。椎旁肌肉組織中高脂肪含量與嚴重椎間盤退變的相關性分析數據如下：在L2/3水平（OR 9.2, 95%CI 1.5～76.8,P=0.04）、L3/4水平（OR 16.1, 95%CI 3.1～86.4,P=0.006）、L4/5水平（OR 3.3,95%CI 1.2～17.8,P=0.05）、L5/S1水平（OR 4.9, 95%CI 1.0～19.3,P=0.03），經過針對年齡、性別、體重指數和疼痛強度及功能喪失等情況進行調整后，結果具有接近的統計學意義。

表2 慢性腰痛分級[病例數（%）]

表3 嚴重椎間盤退行性變[病例數（%）]

表4 各層面Modic2型改變[病例數（%）]

表5 各層面椎旁肌肉脂肪含量超過50%[病例數（%）]

3 討論

本研究表明，腰椎的嚴重椎間盤退變是與其他結構病變伴發的。嚴重的椎間盤退變尤其與相鄰椎體Modic2型改變及椎旁肌肉組織脂肪含量增高具有相關性。這些數據充分說明，與膝關節骨關節炎類似，脊柱退行性變也是一種整體病變，與膝關節病變累及關節軟骨、骨及周圍軟組織想對應，脊柱病變也累及包括椎間盤、椎體Modic改變及椎旁肌肉組織。L1/2水平椎間盤退變很少見，幾乎沒有分析的意義（5.3%），本研究與之前的研究結果類似[23-24]，椎間盤退變和Modic改變在L4-S1椎體更常見。我們沒有觀察到L5/S1水平嚴重椎間盤退變與Modic改變間的顯著相關性，可能因為L5/S1水平是脊柱的轉換點，這個水平Modic改變與椎間盤退變之間的相關性可能與腰椎其他層面不同。在其他腰椎水平，Modic2型改變與嚴重椎間盤退變具有相關性。有研究對因腰椎退行性變接受手術的患者進行了Pfirrmann系統分級，Modic改變與椎間盤退變分級具有相關性[25]。然而，在這項研究中，無法明確在同一椎體水平，Modic改變是否與椎間盤退變偕同出現。盡管本研究推斷出椎間盤退變與Modic2型改變具有相互作用，但這種相關性的機制確不是很清楚。椎間盤退變有可能降低了椎體的吸收能力，從而引起Modic改變。也有可能是因為椎體終板的斷裂，如Modic改變，阻礙了對于椎間盤的營養支持，從而引起椎間盤退變。之前的研究發現，終板軟骨的破壞隨年齡增長而增加，并造成擴散功能相當大的變化[26]。

本研究還證明，在所有椎間盤水平，椎旁肌肉組織脂肪含量增高與嚴重椎間盤病變具有相關性。脂肪浸潤也在一定程度上表現為肌肉的萎縮[20-22]。組織學研究表明，MRI檢查發現肌肉中脂肪組織與手術標本的發現是一致的[27-28]，其他一些研究也證明MRI是一種有效探測骨骼肌中脂肪含量的方法[29-30]。有MRI研究分析了椎旁肌肉組織脂肪浸潤和椎間盤退變間的相關性，但僅僅顯示了與椎旁肌肉萎縮有可能相關的一些因素，包括神經根受壓、髓核疝出、椎間盤退變數量等[8]。椎旁肌肉組織脂肪含量增高與嚴重椎間盤退變相關的機制，有可能因為椎間盤退變引起疼痛，從而減少了活動，導致椎旁肌肉中脂肪的沉積。而椎旁肌肉組織的脂肪沉積又降低了部分脊柱的穩定性，引起椎間盤退變。

這個研究的局限性是，雖然證明了椎間盤退變與其他結構改變具有相關性，但卻無法明確二至之間的因果關系。我們的研究群體相對年輕（平均年齡45.2±6.7歲），無法確定高齡患者是否具有同樣的病理改變。另外，我們將椎旁肌肉結合在一起分析，而不是針對獨立的肌肉進行分析。而且，盡管我們基于MRI探測肌肉中脂肪組織與手術標本相一致的研究成果[27-28]，使用MRI探測椎旁肌肉中的脂肪沉積，但很可能仍有其他一些纖維非肌肉組織也被MRI計算在內。

4 結論

本研究證明腰椎的嚴重椎間盤退變是與其他結構改變并發的。嚴重的椎間盤退變尤其與相鄰椎體Modic2型改變和椎旁肌肉脂肪含量增高具有相關性。這些結果說明椎間盤退變是一種脊柱整體疾病，這有助于確定新的治療方法以更有效的治療腰骶部椎間盤退變。