不同勾畫方法及參數(shù)定量評估DLS患者椎旁肌退行性改變的MRI特點*

鄧亞利,趙 駿,黎 川,羅 飛,陳 偉,何 敏△

(陸軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院:1.放射科;2.7T磁共振轉化醫(yī)學中心;3.骨科,重慶 400038)

退行性腰椎側凸(degenerative lumbar scoliosis,DLS)是成年人在骨骼發(fā)育成熟后伴隨脊柱的退行性改變而首次形成的一種脊柱畸形,好發(fā)于老年人群,患病率為7.5%～68.0%[1]。DLS患者常伴有腰痛、跛行等臨床癥狀,影響患者生活質量。椎旁肌作為人體軀干姿勢肌,參與維持脊柱的穩(wěn)定和運動[2],其退變情況和DLS患者生活質量密切相關[3]。

椎旁肌主要包括多裂肌、豎脊肌、腰大肌,其退變以形態(tài)和成分的兩種改變?yōu)橹?表現(xiàn)為橫截面積(cross-sectional areas,CSA)萎縮和脂肪浸潤(fatty infiltration,FI)增加[4-5],在DLS患者中同時會出現(xiàn)左右側椎旁肌不對稱性改變。準確定量肌肉脂肪化程度有機會診斷和分級各類疾病情況[6-7],而椎旁肌FI的過程實際包含肌肉內部的浸潤和外部邊界處脂肪的積累[8],因此不同感興趣區(qū)(region of interest,ROI)的勾畫方法可能會產(chǎn)生不同的結果,以往較少進行區(qū)分。作者在團隊成員前期工作的基礎上,利用多回波Dixon-vibe序列的高時間分辨率、解剖可視化、水脂分離準確性高等特點[9],在圖像上執(zhí)行兩種不同的勾畫方法,獲得多種定量參數(shù),以期從方法學角度出發(fā)定量評估DLS患者椎旁肌退行性改變的MRI特點。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年8月至2022年3月于本院確診為退行性脊柱畸形的患者59例。納入標準:(1)年齡>50歲,腰段側凸,冠狀位X線片測量Cobb角>10°;(2)首次確診,未進行任何物理康復治療;(3)無MRI檢查禁忌證。排除標準:(1)有脊柱方面腫瘤、放化療史,強直性脊柱炎,脊柱結核、感染,類風濕骨關節(jié)疾病等;(2)有腰部手術史、腰椎骨折、峽部裂、腰椎滑脫、骨盆骨折等;(3)有糖尿病、骨質疏松等全身性疾病。最終排除后凸、胸段側凸患者26例,入組DLS患者33例為試驗組,同期招募健康志愿者35例為對照組。兩組受試者性別、年齡等人口統(tǒng)計學資料比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),具有可比性,見表1。本研究獲得本院倫理委員會批準(KY2020235),受檢者均簽署知情同意書。

表1 兩組人口統(tǒng)計學資料比較

1.2 方法

1.2.1MRI掃描方案及參數(shù)

采用3.0T超導核磁共振儀(德國西門子公司,型號:Trio)和6通道體表線圈完成腰椎常規(guī)序列和多回波Dixon-vibe序列MRI檢查。掃描序列參數(shù)如下。(1)矢狀位FSE T2WI、T1WI序列:重復時間=3 820 ms、644 ms,回波時間=86 ms、9.5 ms,層厚=3 mm、3 mm,矩陣=384×288、384×288,視野=400 mm×400 mm、400 mm×400 mm;(2)第3腰椎至第1骶椎3個椎間盤橫軸位FSE T2WI序列、第4腰椎至第5腰椎椎間盤(L4/5)橫軸位Dixon-vibe序列:重復時間=3 100 ms、9.05 ms,回波時間=94 ms、1.23/2.48/3.73/4.98/6.23/7.48 ms,層厚=3 mm、3 mm,矩陣=384×288、256×256,視野=210 mm×210 mm、420 mm×328 mm,掃描時間=90 s、45 s。

1.2.2勾畫方法

在腰椎冠、矢狀定位圖中以L4/5中心層面為Dixon-vibe序列掃描中心,掃描基線分別平行上下終板,序列掃描重建后圖像自動上傳至后處理工作站,選擇L4/5中心層面Dixon-vibe序列對應的脂相圖,使用工具欄畫筆勾畫層面內椎間盤、椎旁肌(多裂肌、豎脊肌、腰大肌)ROI,復制并粘貼至同層面水相圖中,獲得該層面內椎間盤和左右側椎旁肌的橫截面積大小、水信號值(SIwater)、脂信號值(SIfat)。兩名醫(yī)師對多裂肌和豎脊肌采用不同的勾畫方法:(1)不包含已退變的脂性成分筋膜,僅包含呈現(xiàn)低信號的純肌肉面積,定義為純肌肉橫截面積(pure CSA,PCSA);(2)包含周邊已退變?yōu)橹猿煞值母咝盘柦钅ぴ趦?定義為總肌肉橫截面積(total CSA,TCSA),見圖1。分析兩種勾畫方法的一致性。

A、C:脂相圖;B、D:水相圖;1、2:雙側多裂肌的PCSA勾畫方法;3、4:雙側豎脊肌的PCSA勾畫方法;5、6:雙側腰大肌勾畫方法;7:椎間盤勾畫方法;8、9:雙側多裂肌的TCSA勾畫方法;10、11:雙側豎脊肌的TCSA勾畫方法。

1.2.3觀察指標

比較兩組受試者以下指標。FI=SIfat/(SIfat+SIwater),兩種勾畫方法分別獲得總肌肉脂肪浸潤(total muscle fatty infiltration,TMFI)、純肌肉脂肪浸潤(pure muscle fatty infiltration,PMFI);相對橫截面積(relative CSA,RCSA)=CSA/同層面椎間盤面積,包括相對TCSA(RTCSA)、相對PCSA(RPCSA);左右側椎旁肌CSA和FI的不對稱程度(AR)=(大側值-小側值)/大側值,包括TCSA和TMFI不對稱性(ARTCSA和ARTMFI),PCSA和PMFI不對稱性(ARPCSA和ARPMFI);椎旁肌相對功能面積(relative function CSA,RFCSA)=(1-PMFI)×RPCSA。

1.3 統(tǒng)計學處理

2 結 果

2.1 一致性分析

對DLS患者L4/5層面多裂肌和豎脊肌的PCSA、TCSA進行勾畫測量,ICC均>0.75,一致性較好,見表2。

表2 多裂肌和豎脊肌不同勾畫方法的一致性分析

2.2 椎旁肌各參數(shù)比較

試驗組多裂肌和豎脊肌TMFI、PMFI均明顯大于對照組(P<0.05),但腰大肌TMFI差異不明顯(P>0.05)。試驗組多裂肌RPCSA、RTCSA、RFCSA均明顯小于對照組(P<0.05),但在豎脊肌和腰大肌中僅RTCSA差異明顯(P<0.05)。在不對稱性參數(shù)方面,兩組多裂肌ARPMFI、ARTCSA,豎脊肌ARTMFI、ARPCSA,腰大肌ARTCSA比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),見表3。

表3 兩組椎旁肌各參數(shù)比較

2.3 各參數(shù)ROC曲線分析

多裂肌TMFI、PMFI、RFCSA,豎脊肌ARPCSA,腰大肌RTCSA診斷DLS患者椎旁肌退行性改變的AUC分別為0.761 9、0.724 7、0.741 1、0.710 8、0.712 6,見圖2。

圖2 ROC曲線分析

3 討 論

隨著老齡化程度加劇,人們對生活質量的日益關注,退行性腰椎側彎成為一個相當大的衛(wèi)生保健問題[10]。椎旁肌作為維持腰椎穩(wěn)定與運動的效應器[3],其退變情況與各種腰椎疾病和術后并發(fā)癥相關[11-12]。不同程度的椎旁肌退變可導致雙側腰椎力失衡,加重腰椎側凸的進展[13]。準確定量椎旁肌退變情況可以給DLS的臨床診療提供重要的參考指標,而不同的勾畫方法和定量參數(shù)選擇是準確反映椎旁肌退變程度的先決條件。

FI被認為是椎旁肌成分變化的重要指標,FI增加會導致肌肉力量和耐力的喪失[14],往往伴隨發(fā)生CSA的萎縮[15]。在本研究中,通過TCSA和PCSA兩種勾畫方法獲得的FI和CSA結果的一致性均較好,說明多回波Dixon-vibe序列MRI圖中執(zhí)行的兩種勾畫方法在DLS患者中具有很好的應用可行性。多回波Dixon-vibe序列MRI對脂肪成分定量分析的準確性已得到驗證,被認為可以獲得與波普序列一致的結果[16],但本研究結果顯示總肌肉和純肌肉不同的ROI獲得的FI不同。有報道顯示,肌肉退變形成的脂性成分分布于椎旁肌周邊、內部及肌細胞中[17],而在DLS患者中多裂肌和豎脊肌的退變十分突出[18],大量肌纖維成分被脂肪所替代,在肌肉周邊和內部形成堆積。因此在評估肌肉的FI總體情況時,應包含已形成的脂肪成分在內[1],而在評估肌肉剩余功能情況時,剔除肌細胞中已退變的脂性成分再乘以純肌肉面積獲得的定量指標將會更加準確[1]。

本研究結果顯示,在試驗組中多裂肌、豎脊肌兩種勾畫方法的TMFI、PMFI明顯大于對照組,腰大肌TMFI的差異不明顯,同時多裂肌的TMFI、PMFI表現(xiàn)出更明顯的差異。說明在退行性改變進程中,多裂肌、豎脊肌、腰大肌所承擔的負荷比例依次減小,這一結果與各椎旁肌和腰椎的親密程度相對應[18]。另有報道顯示,多裂肌承擔脊柱相對運動過程中2/3以上剛度[19],而大的負荷壓力勢必會加重多裂肌的退變。在本研究結果中,多裂肌CSA相關參數(shù)也明顯小于對照組,尤其是RFCSA參數(shù)表現(xiàn)出更明顯的差異,與喻學科等[20]研究結果相一致。說明嚴重的退變存在于多裂肌內部和外周,同時在多裂肌各參數(shù)ROC曲線分析中,也進一步說明RFCSA值可能會是多裂肌功能狀態(tài)的代表性參數(shù),它的AUC值僅低于TMFI,而TMFI可能是最能揭示多裂肌退行性改變程度的參數(shù)。

在豎脊肌中,盡管肌肉內部和外周均表現(xiàn)出明顯的FI現(xiàn)狀,但面積相關的參數(shù)與對照組的差異卻不明顯,引人注意的是豎脊肌ARPCSA明顯大于對照組(P=0.003),這一退行性改變特點與多裂肌的情況不同,原因可能和肌肉肌纖維的分布特點相關。多裂肌肌纖維呈節(jié)段性分布[21],受腰神經(jīng)后支的內側支獨立支配,失神經(jīng)支配后造成退變;而豎脊肌肌纖維呈多節(jié)段整體性分布[22],可通過代償作用糾正來自軀干不對稱的承受力。有研究顯示,脊柱側彎患者在脊柱兩側承受了不對稱的壓力負荷,這是不對稱的椎旁肌萎縮和FI的原因[3]。因此,生物力學變化可能是導致椎旁肌不對稱變化主要原因之一。

腰大肌作為兩側對稱分布的腰椎前肌群,在維持腰椎冠狀面穩(wěn)定方面起著重要作用[14],在本研究中腰大肌CSA表現(xiàn)出明顯的不對稱性,與不對稱的生物力學變化相關[23]。與多裂肌、豎脊肌不同,腰大肌受FI很小,與對照組差異也不明顯,但RCSA比對照組患者明顯減小,這與FORTIN等[23]的報道結果相似。分析原因可能是受拉伸的肌肉并未出現(xiàn)超負荷或病理性改變,側彎導致一側腰大肌被動拉長出現(xiàn)CSA縮小,另一側處于相對松弛,弓玄效應產(chǎn)生了在CSA上的改變[24]。由此可見,腰大肌主要因為生物力學改變從而發(fā)生RCSA縮小和左右不對稱改變,但并未發(fā)生由FI引起形態(tài)萎縮導致的功能下降,因此并未在測量方法上進行區(qū)分,相對面積大小即是它最敏感的特征性參數(shù)代表。

本研究也存在一定的局限性:(1)樣本量相對較小,僅來自一個中心,受限于多數(shù)DLS患者老年化,往往已經(jīng)伴隨其他慢性基礎疾病,導致入組難度增加;(2)對DLS患者的側彎嚴重程度沒有進行區(qū)分;(3)只評估了L4/5層面,沒有對所有層面進行總體評估,因為L4/5層面在以往研究中被認為是椎旁肌退行性改變的代表性層面[17]。將在進一步的研究中避免這些缺點。

綜上所述,多回波Dixon-vibe序列對DLS患者多裂肌和豎脊肌執(zhí)行的兩種勾畫方法具有較好的一致性。DLS患者L4/5層面椎旁肌退變的主要表現(xiàn)特點:多裂肌肌肉內、外部脂性成分增加,相對功能面積減小;豎脊肌純肌肉面積的不對稱程度增大;腰大肌相對的橫截面積減小。