絕經后女性骨質疏松性椎體壓縮骨折腰椎椎旁肌肉的質與量：基于MRI的病例對照研究

張威 秦萬元 朱勇 羅偉 歐云生

骨質疏松性骨折（腕部、髖部及脊柱骨折）在我國的發病率較高［1］，其中骨質疏松性椎體壓縮骨折（osteoporotic vertebral compression fractures，OVCF）主要影響老年病人，特別是絕經后女性。隨著絕經后發生OVCF 的病例日益增多，相關診療指南及治療方案也在不斷完善及更新［2?3］。既往研究顯示骨密度與OVCF關系密切，抗骨質疏松治療對于OVCF有良好的預防作用［4］。

骨骼與肌肉作為統一的骨骼肌肉系統發揮作用，脊柱椎旁肌肉組織通過生物力學刺激影響椎體的質量，進而影響脊柱整體。

近期研究顯示：①椎旁肌肉組織的體積與椎體骨密度呈正相關；②椎旁肌肉組織的脂肪浸潤程度與椎體骨密度呈負相關；③椎旁肌肉組織的退變影響脊柱的矢狀面和冠狀面平衡［5?7］。既往研究報道通過分析椎旁肌肉的體積、脂肪浸潤的程度來界定其與腰椎退行性疾病（腰背痛、椎間盤退變、椎管狹窄）的關系［8?10］。

肌肉組織的分析方法包括超聲、雙能X線、CT、MRI等，其中MRI是首選的方式之一。然而，MRI應用于腰椎系統的方法學中目前還沒有統一的標準來界定肌肉與OVCF 之間的關系［11］，亦缺乏對不同椎體水平的界定和不同肌肉團塊面積的界定，同時不同肌肉的面積、體積之間沒有統一的校正參考，造成不同的研究之間難以比較，影響研究的質量。

我們推測發生OVCF的絕經后女性椎旁肌肉的凈含量下降，脂肪浸潤程度增加，故設計了此項研究。本研究通過收集我院影像歸檔與通信系統的腰椎MRI，分析不同椎間盤水平腰椎椎旁肌肉的質和量，采用相應的椎間盤面積進行校正，探討椎旁肌肉的質量與絕經后女性發生OVCF的關系。

資料與方法

一、納入標準與排除標準

納入標準：①年齡為60～75歲的絕經后女性；②初次發生單節段OVCF；③病人出現骨折事件距離完成腰椎MRI 的時間間隔小于2 周。OVCF 的確診標準：典型的病因學（低能量損傷）與臨床表現（病椎部位疼痛伴不同程度的脊柱活動受限，以改變姿勢為重），腰椎MRI 在T2 加權及脂肪抑制序列均顯示高信號改變。

排除標準：①既往經歷腰椎、骨盆、髖關節外傷或手術的病人；②多節段OVCF；③腫瘤或感染者；④低能量暴力引起的病理性骨折；⑤經腰椎X 線檢查確定腰椎骶化或骶椎腰化；⑥退變性腰椎側凸。

二、一般資料

根據納入排除標準，收集我院2014 年8 月至2018年10月收治的OVCF病人94例，按1∶1年齡配對選擇同時期的腰椎退變病人，包括盤源性腰痛、腰椎間盤突出及腰椎管狹窄病人；最終觀察組和對照組各納入48例，MRI檢查距離發病的平均時間間隔為7.5 d（1～14 d）。兩組病人的年齡、身高及身體質量指數（body mass index，BMI）比較，差異均無統計學意義（P 均＞0.05），但兩組的骨密度T 值比較，差異有統計學意義（P＜0.05）（表1）。

本研究病人納入流程圖詳見圖1。

三、MRI成像技術

所有MRI 掃描由德國西門子公司MAGNETOM Avanto和美國GE公司SIGNA這兩臺固定的1.5?T磁共振掃描儀完成。

所有病人均接受仰臥位“L”型脊柱常規MRI 檢查。矢狀位或冠狀位T2 加權脂肪飽和MRI 圖像用于評估急性椎體壓縮骨折。采用矢狀位T2 加權快速自旋回波脈沖序列作為定位器，采用4層4 mm厚的切片，在L1/2至L5/S1平行椎間盤水平采集軸向T2加權快速自旋回波脈沖序列（重復時間為2 000～6 000 ms；回波時間為80～130 ms；層厚為4 mm；間隙為0～0.5 mm）。用矢狀位圖像上的定位線分別識別L3/4、L4/5和L5/S1椎間盤間隙的兩個中軸面。所有檢查都包括一個腰椎定位序列和四個腰椎序列，即矢狀位T1、矢狀位T2、軸位T2、冠狀位T2 和短時間反轉恢復序列。

圖1 病例納入流程圖

表1 兩組病人的一般資料比較（±s）

表1 兩組病人的一般資料比較（±s）

組別觀察組對照組t值P值例數48 48--年齡（歲）62.46±6.73 63.58±7.16-1.035 0.371 BMI（kg/m2）21.45±2.47 22.02±3.13-2.452 0.060身高（cm）155.37±35.62 151.58±28.75-3.650 0.246骨密度T值-3.97±0.56-1.85±0.21-4.245＜0.001

四、MRI圖像分析

在MRI 上平行L3/4、L4/5椎間盤水平測量各椎旁肌（豎脊肌、多裂肌、腰大肌）和椎間盤的橫截面積（cross?section area，CSA），使用Image J pro 軟件分析各椎旁肌的肌肉凈含量和肌內脂肪含量，并計算肌肉凈含量與總肌肉量的面積比，即肌肉比率。總肌肉量被定義為在封閉筋膜內的每塊肌肉的總CSA。

對于每幅圖像，使用鼠標標記感興趣區域（re?gion of interest，ROI），勾勒出雙側豎脊肌、多裂肌和腰大肌的輪廓（圖2），特別注意不要漏掉椎體后外側靜脈叢、肌間脂肪、接近棘突或椎板的脂肪或結締組織。利用灰度值的不同，使用選色工具在HIS 模式下選取精確的ROI 并求出所選區域的面積（圖3）。計算脂肪退變比率（fatty degeneration rate）和腰肌性（lumbar muscularity，即肌肉CSA 與椎間盤CSA之比×100%）。

2名脊柱外科醫生經過培訓后，獨立評估、測量圖片，每幅圖片獨立測量每個參數2 次。最初的十個病人的測量數據用來和后續測量結果比較，以評估本研究測量方式的可重復性。

圖2 標記感興趣的區域（ROI）

圖3 不同顏色展示 綠色：椎間盤，藍色：腰大肌，黃色：豎脊肌，紫色：多裂肌

五、骨密度

使用Lunar Prodigy骨密度儀（GE公司，美國）測量腰椎和雙側股骨頸的骨密度。使用標準公式計算T值，T值=（骨密度值-參考值）/一個標準差的寬度，參考值為年輕正常人群中的骨密度峰值。根據世界衛生組織骨質疏松的診斷標準：T 值≤-2.5 SD 為骨質疏松癥，-2.5 SD＜T 值＜-1 SD 為骨量減少，T值≥-1 SD 為正常骨密度。本研究選擇病例T 值最低的診斷。

六、統計學分析

采用SPSS 22.0軟件（SPSS公司，美國）進行統計學分析。豎脊肌、多裂肌、腰大肌、椎間盤的CSA、肌肉凈含量和肌內脂肪含量的測量值采用Kolmogorov?Smirnov 檢驗，符合正態分布的數據用均數±標準差（±s）表示，采用獨立樣本t 檢驗進行組間統計學分析。以P＜0.05為差異有統計學意義。

結果

一、總肌肉量的比較

在不同椎間盤層面（L3/4、L4/5），觀察組的豎脊肌CSA、多裂肌CSA和腰大肌CSA均較對照組明顯減少，組間比較，差異均有統計學差異（P均＜0.05，表2）。

表2 不同椎間盤層面各肌群的CSA比較（±s，mm2）

表2 不同椎間盤層面各肌群的CSA比較（±s，mm2）

組別觀察組對照組t值P值例數48 48 L3/4水平L4/5水平--豎脊肌541.2±134.4 681.2±174.5-3.499 0.001多裂肌311.3±102.4 371.5±117.6-3.146 0.003腰大肌613.5±214.3 651.5±117.8-4.732＜0.001椎間盤1 754.4±325.2 1 784.5±431.5-2.047 0.070豎脊肌632.5±128.4 701.5±174.5-3.267 0.002多裂肌341.3±85.3 401.2±131.4-3.321 0.002腰大肌643.5±214.3 711.5±117.8-2.625 0.032椎間盤1 972.4±372.2 1 933.6±414.5-1.679 0.080

二、肌肉凈含量與肌內脂肪含量的比較

無論L3/4水平還是L4/5水平，與對照組比較，觀察組椎旁肌的肌肉凈含量均有所減少；兩組間豎脊肌和多裂肌的肌肉凈含量比較，差異均有統計學意義（P 均＜0.05），但腰大肌肌肉凈含量的組間比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表3、4。

無論L3/4水平還是L4/5水平，觀察組和對照組中，多裂肌的肌肉比率均為三種椎旁肌中最低。典型病例詳見圖4。

三、腰肌性和脂肪退變比率

無論L3/4椎間隙還是L4/5椎間隙，觀察組的腰肌性均明顯小于對照組，觀察組的脂肪退變比率明顯高于對照組，兩組比較，差異均有統計學意義（P 均＜0.05）。L4/5椎間盤層面的腰肌性較L3/4椎間盤層面好（表5）。

表3 觀察組與對照組L3/4水平肌肉凈含量、肌內脂肪含量及肌肉比率的比較（±s）

表3 觀察組與對照組L3/4水平肌肉凈含量、肌內脂肪含量及肌肉比率的比較（±s）

組別觀察組對照組t值P值例數48 48肌肉比率（%）--肌肉凈含量面積（mm2）豎脊肌454.5±102.2 601.2±152.5-3.573 0.001多裂肌228.3±74.4 295.3±94.4-3.146 0.003腰大肌509.2±164.2 545.5±112.5-1.547 0.125肌內脂肪含量面積（mm2）豎脊肌72.4±37.5 86.6±27.3-4.376＜0.001多裂肌84.2±27.2 82.5±25.3-3.992＜0.001腰大肌105.3±25.3 101.5±21.3-1.142 0.281豎脊肌81.1±5.3 87.6±6.1 4.159＜0.001多裂肌72.1±9.6 78.1±4.7 3.464 0.001腰大肌83.3±4.6 84.1±6.0 0.481 0.724

表4 觀察組與對照組L4/5水平肌肉凈含量、肌內脂肪含量及肌肉比率的比較（±s）

表4 觀察組與對照組L4/5水平肌肉凈含量、肌內脂肪含量及肌肉比率的比較（±s）

組別觀察組對照組t值P值例數48 48肌肉比率（%）--肌肉凈含量面積（mm2）豎脊肌512.5±128.4 611.5±174.5-3.309 0.002多裂肌248.3±62.3 401.2±131.4-3.671 0.001腰大肌535.6±176.3 591.3±164.2-1.241 0.245肌內脂肪含量面積（mm2）豎脊肌115.4±27.4 98.3±25.4-4.257＜0.001多裂肌95.3±21.6 84.3±28.4-3.580 0.001腰大肌112.7±25.4 124.3±29.5-0.726 0.450豎脊肌82.5±7.7 86.9±4.6 4.052＜0.001多裂肌71.6±6.3 79.0±6.4 4.431＜0.001腰大肌82.0±6.8 83.0±3.0 0.553 0.651

圖4 兩組病人在不同椎間盤層面的脂肪浸潤情況 a：對照組病人L3/4的椎旁肌脂肪浸潤情況；b：對照組病人L4/5的椎旁肌脂肪浸潤情況；c：觀察組病人L3/4的椎旁肌脂肪浸潤情況；d：觀察組病人L4/5的椎旁肌脂肪浸潤情況

四、一致性檢驗

一致性檢驗分析結果顯示，測量結果具有良好的觀察者一致性和內部一致性。肌肉凈含量面積測量的一致性檢驗結果：觀察組ICC=0.999，對照組ICC=0.997；Cronbach's α=0.995。肌內脂肪浸潤面積測量的一致性檢驗結果：觀察組ICC=0.995，對照組ICC=0.982；Cronbach's α=0.981。肌肉凈含量面積測量比肌內脂肪浸潤測量具有更高的內部一致性，且重復性更好。

討論

椎旁肌在維持脊柱完整性及人體平衡、穩定脊柱、日常生活功能（如步行）等方面發揮重要作用。本研究發現：①OVCF病人的多裂肌、豎脊肌的肌肉凈含量面積減小，肌肉的脂肪化程度較高，而對腰大肌的影響較小；②與豎脊肌相比，多裂肌在質和量上的退變程度更大；③低位椎間盤水平（L4/5）的退變程度較高位椎間盤水平（L3/4）嚴重。

既往研究通過分析椎旁肌肉的體積、脂肪浸潤的程度來界定其與腰椎退行性疾病（腰背痛、椎間盤退變、椎管狹窄）［8?10］以及腰椎壓縮性骨折的關系［5?6］。MRI是分析肌肉組織的首選方式之一，具有以下優點：①利用人體內原子核在磁場內外加射頻磁場發生共振而產生影像，不會造成放射危害；②通過不同的序列顯示不同的組織成分，可對肌肉的質和量進行準確分析。然而，MRI 應用于腰椎系統的方法學目前尚無統一的標準［11］。

腰椎椎旁肌肉退變是下腰痛和絕經后OVCF的一個公認的獨立預測因素。既往研究發現，OVCF與背部伸肌力量降低、脊柱活動性能下降及整體平衡特征改變相關［12］。肌肉力量下降會減少椎旁肌對脊柱的作用力，加重脊柱矢狀面后凸。同時，椎體骨折的發生與脊柱節段負荷增加有關，根據腰背部生物力學模型，脊柱節段負荷取決于椎旁肌的力矩臂長度和肌肉本身力量［13］，老年女性肌肉力量下降，脊柱矢狀面后凸導致脊柱中心到椎旁肌距離增大，力矩臂長度增加，椎旁肌的作用力進一步減少，作用于脊柱節段的重力負荷大大增加；另一方面，脊柱后凸會限制人體的活動能力，進一步增加了病人跌倒發生骨折的風險［6，14?16］。

既往研究中對椎旁肌退變的評估是通過肌肉的容積及脂肪浸潤的程度來實現的［15］。在肌肉的容積方面，各種研究的界定方式沒有明顯的差異，但在肌肉脂肪浸潤的界定上，不同的研究所采用的方式存在差異。肌間脂肪是測量腰椎旁肌群中肌內脂肪體積的一個重要的混雜因素［16］。Huang 等［5］在界定多裂肌面積時，把椎體后外側靜脈叢、肌間脂肪以及接近棘突或椎板的脂肪或結締組織排除在外。根據Willard［17］的棘間-棘上-胸腰椎韌帶-椎旁肌復合體的概念，我們認為應該把這部分納入測量范圍內。Willard 等［18］也曾為此發表過申明，建議“脊柱旁肌肉被包含在一個密封的骨纖維室中，與中線上的棘突和前外側的橫突相連”。我們的研究發現多裂肌在不同層面的退變程度不同，而在Huang 等［5］的研究中這一結果的差異性并不明顯。我們在此基礎上更進一步，利用椎間盤的面積來標準化不同病人的椎旁肌肉，即腰肌性的概念，可將該研究的結果進一步推廣，為不同病人提供個性化的數據分析。

此前只有2 項研究對肌肉面積和OVCF 的相關性作了定量分析。Kim 等［6］的研究結果證實椎旁肌（多裂肌、豎脊肌和腰大肌）的肌肉面積以及脂肪浸潤的發生在OVCF 病人中都明顯降低，而在我們的研究中證實腰大肌與OVCF 的關聯性不大，這可能是由于我們選擇的對照不同引起的。Kim 等［6］選擇的對照組為30例未發生骨折的病人，且未提供該組病人的細節信息，而我們選擇的對照組為發生退變的絕經后病人，這可能是產生結果差異的原因。進一步的研究證實，腰椎肌肉的退變對脊柱的矢狀面平衡有影響。Jun 等［7］納入了50 例病人，研究其脊柱全長片和腰椎MRI 的參數，測量L3水平的腰肌性和脂肪浸潤比例，發現椎旁肌肉的退變是發生腰椎矢狀面失衡的眾多因素之一。Nam 等［19］在2014 年證實了不同性別病人的腰椎肌肉退變對影像學結果的影響（矢狀面和冠狀面平衡）。同時，本研究發現OVCF病人椎旁肌的質量變化以多裂肌退變最為顯著，但目前暫無對此現象的相關假說及理論依據，需要進一步研究其潛在的病理生理機制。本研究結果提示，OVCF的發生與椎旁肌肉質量存在相關性，在當前著重于改善病人骨質量的基礎上，我們或許可以通過增強病人的肌肉力量，進一步降低絕經女性OVCF的發生率。

表5 不同椎間盤層面的腰肌性及脂肪退變比率的比較（±s，%）

表5 不同椎間盤層面的腰肌性及脂肪退變比率的比較（±s，%）

組別觀察組對照組t值P值例數48 48 L3/4椎間隙L4/5椎間隙--腰肌性241.6±85.4 275.6±92.7-4.620＜0.001脂肪退變比率13.6±5.4 9.7±2.5 3.235 0.002腰肌性269.8±78.3 314.8±85.3-3.358 0.002脂肪退變比率15.9±6.5 9.4±2.6 2.537 0.001

該研究有以下局限性：①該研究雖已證實絕經后女性OVCF病人肌肉的質量下降（肌肉面積減少、肌肉脂肪浸潤面積增加），但肌肉的質量、影響肌肉質量的因素以及與OVCF的發生三者之間的關系還需要進一步的研究來證實；②腰椎脂肪浸潤及腰肌性下降與病人腰椎功能、疼痛評分及生活質量的關系有待進一步闡明。

盡管存在以上不足，該研究證實腰椎椎旁肌肉質和量的退變是絕經后女性發生OVCF的一個相關因素，椎旁肌的質量變化以多裂肌的退變最為顯著，需要后期的研究進一步證實肌肉的質量與OVCF的因果關系以及改善肌肉質量對OVCF 發生率的影響。