絕經(jīng)后女性骨質(zhì)疏松性椎體壓縮骨折腰椎椎旁肌肉的質(zhì)與量：基于MRI的病例對(duì)照研究

張威 秦萬(wàn)元 朱勇 羅偉 歐云生

骨質(zhì)疏松性骨折（腕部、髖部及脊柱骨折）在我國(guó)的發(fā)病率較高［1］，其中骨質(zhì)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(jīng)后女性。隨著絕經(jīng)后發(fā)生OVCF 的病例日益增多，相關(guān)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(guān)系密切，抗骨質(zhì)疏松治療對(duì)于OVCF有良好的預(yù)防作用［4］。

骨骼與肌肉作為統(tǒng)一的骨骼肌肉系統(tǒng)發(fā)揮作用，脊柱椎旁肌肉組織通過(guò)生物力學(xué)刺激影響椎體的質(zhì)量，進(jìn)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(guān)；②椎旁肌肉組織的脂肪浸潤(rùn)程度與椎體骨密度呈負(fù)相關(guān)；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(bào)道通過(guò)分析椎旁肌肉的體積、脂肪浸潤(rùn)的程度來(lái)界定其與腰椎退行性疾病（腰背痛、椎間盤(pán)退變、椎管狹窄）的關(guān)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(yīng)用于腰椎系統(tǒng)的方法學(xué)中目前還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)界定肌肉與OVCF 之間的關(guān)系［11］，亦缺乏對(duì)不同椎體水平的界定和不同肌肉團(tuán)塊面積的界定，同時(shí)不同肌肉的面積、體積之間沒(méi)有統(tǒng)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(zhì)量。

我們推測(cè)發(fā)生OVCF的絕經(jīng)后女性椎旁肌肉的凈含量下降，脂肪浸潤(rùn)程度增加，故設(shè)計(jì)了此項(xiàng)研究。本研究通過(guò)收集我院影像歸檔與通信系統(tǒng)的腰椎MRI，分析不同椎間盤(pán)水平腰椎椎旁肌肉的質(zhì)和量，采用相應(yīng)的椎間盤(pán)面積進(jìn)行校正，探討椎旁肌肉的質(zhì)量與絕經(jīng)后女性發(fā)生OVCF的關(guān)系。

資料與方法

一、納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡為60～75歲的絕經(jīng)后女性；②初次發(fā)生單節(jié)段OVCF；③病人出現(xiàn)骨折事件距離完成腰椎MRI 的時(shí)間間隔小于2 周。OVCF 的確診標(biāo)準(zhǔn)：典型的病因?qū)W（低能量損傷）與臨床表現(xiàn)（病椎部位疼痛伴不同程度的脊柱活動(dòng)受限，以改變姿勢(shì)為重），腰椎MRI 在T2 加權(quán)及脂肪抑制序列均顯示高信號(hào)改變。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往經(jīng)歷腰椎、骨盆、髖關(guān)節(jié)外傷或手術(shù)的病人；②多節(jié)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(jīng)腰椎X 線檢查確定腰椎骶化或骶椎腰化；⑥退變性腰椎側(cè)凸。

二、一般資料

根據(jù)納入排除標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)選擇同時(shí)期的腰椎退變病人，包括盤(pán)源性腰痛、腰椎間盤(pán)突出及腰椎管狹窄病人；最終觀察組和對(duì)照組各納入48例，MRI檢查距離發(fā)病的平均時(shí)間間隔為7.5 d（1～14 d）。兩組病人的年齡、身高及身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P 均＞0.05），但兩組的骨密度T 值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（表1）。

本研究病人納入流程圖詳見(jiàn)圖1。

三、MRI成像技術(shù)

所有MRI 掃描由德國(guó)西門(mén)子公司MAGNETOM Avanto和美國(guó)GE公司SIGNA這兩臺(tái)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(guī)MRI 檢查。矢狀位或冠狀位T2 加權(quán)脂肪飽和MRI 圖像用于評(píng)估急性椎體壓縮骨折。采用矢狀位T2 加權(quán)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(pán)水平采集軸向T2加權(quán)快速自旋回波脈沖序列（重復(fù)時(shí)間為2 000～6 000 ms；回波時(shí)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(shí)別L3/4、L4/5和L5/S1椎間盤(pán)間隙的兩個(gè)中軸面。所有檢查都包括一個(gè)腰椎定位序列和四個(gè)腰椎序列，即矢狀位T1、矢狀位T2、軸位T2、冠狀位T2 和短時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)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(duì)照組t值P值例數(shù)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(pán)水平測(cè)量各椎旁肌（豎脊肌、多裂肌、腰大肌）和椎間盤(pán)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(nèi)脂肪含量，并計(jì)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(nèi)的每塊肌肉的總CSA。

對(duì)于每幅圖像，使用鼠標(biāo)標(biāo)記感興趣區(qū)域（re?gion of interest，ROI），勾勒出雙側(cè)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(cè)靜脈叢、肌間脂肪、接近棘突或椎板的脂肪或結(jié)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(qū)域的面積（圖3）。計(jì)算脂肪退變比率（fatty degeneration rate）和腰肌性（lumbar muscularity，即肌肉CSA 與椎間盤(pán)CSA之比×100%）。

2名脊柱外科醫(yī)生經(jīng)過(guò)培訓(xùn)后，獨(dú)立評(píng)估、測(cè)量圖片，每幅圖片獨(dú)立測(cè)量每個(gè)參數(shù)2 次。最初的十個(gè)病人的測(cè)量數(shù)據(jù)用來(lái)和后續(xù)測(cè)量結(jié)果比較，以評(píng)估本研究測(cè)量方式的可重復(fù)性。

圖2 標(biāo)記感興趣的區(qū)域（ROI）

圖3 不同顏色展示 綠色：椎間盤(pán)，藍(lán)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(guó)）測(cè)量腰椎和雙側(cè)股骨頸的骨密度。使用標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算T值，T值=（骨密度值-參考值）/一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的寬度，參考值為年輕正常人群中的骨密度峰值。根據(jù)世界衛(wèi)生組織骨質(zhì)疏松的診斷標(biāo)準(zhǔn)：T 值≤-2.5 SD 為骨質(zhì)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(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0軟件（SPSS公司，美國(guó)）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。豎脊肌、多裂肌、腰大肌、椎間盤(pán)的CSA、肌肉凈含量和肌內(nèi)脂肪含量的測(cè)量值采用Kolmogorov?Smirnov 檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)進(jìn)行組間統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

一、總肌肉量的比較

在不同椎間盤(pán)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(duì)照組明顯減少，組間比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P均＜0.05，表2）。

表2 不同椎間盤(pán)層面各肌群的CSA比較（±s，mm2）

表2 不同椎間盤(pán)層面各肌群的CSA比較（±s，mm2）

組別觀察組對(duì)照組t值P值例數(shù)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(pán)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(pán)1 972.4±372.2 1 933.6±414.5-1.679 0.080

二、肌肉凈含量與肌內(nèi)脂肪含量的比較

無(wú)論L3/4水平還是L4/5水平，與對(duì)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P 均＜0.05），但腰大肌肌肉凈含量的組間比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見(jiàn)表3、4。

無(wú)論L3/4水平還是L4/5水平，觀察組和對(duì)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(jiàn)圖4。

三、腰肌性和脂肪退變比率

無(wú)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(duì)照組，觀察組的脂肪退變比率明顯高于對(duì)照組，兩組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P 均＜0.05）。L4/5椎間盤(pán)層面的腰肌性較L3/4椎間盤(pán)層面好（表5）。

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

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

組別觀察組對(duì)照組t值P值例數(shù)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(nèi)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(duì)照組L4/5水平肌肉凈含量、肌內(nèi)脂肪含量及肌肉比率的比較（±s）

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

組別觀察組對(duì)照組t值P值例數(shù)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(nèi)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(pán)層面的脂肪浸潤(rùn)情況 a：對(duì)照組病人L3/4的椎旁肌脂肪浸潤(rùn)情況；b：對(duì)照組病人L4/5的椎旁肌脂肪浸潤(rùn)情況；c：觀察組病人L3/4的椎旁肌脂肪浸潤(rùn)情況；d：觀察組病人L4/5的椎旁肌脂肪浸潤(rùn)情況

四、一致性檢驗(yàn)

一致性檢驗(yàn)分析結(jié)果顯示，測(cè)量結(jié)果具有良好的觀察者一致性和內(nèi)部一致性。肌肉凈含量面積測(cè)量的一致性檢驗(yàn)結(jié)果：觀察組ICC=0.999，對(duì)照組ICC=0.997；Cronbach's α=0.995。肌內(nèi)脂肪浸潤(rùn)面積測(cè)量的一致性檢驗(yàn)結(jié)果：觀察組ICC=0.995，對(duì)照組ICC=0.982；Cronbach's α=0.981。肌肉凈含量面積測(cè)量比肌內(nèi)脂肪浸潤(rùn)測(cè)量具有更高的內(nèi)部一致性，且重復(fù)性更好。

討論

椎旁肌在維持脊柱完整性及人體平衡、穩(wěn)定脊柱、日常生活功能（如步行）等方面發(fā)揮重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)：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(duì)腰大肌的影響較小；②與豎脊肌相比，多裂肌在質(zhì)和量上的退變程度更大；③低位椎間盤(pán)水平（L4/5）的退變程度較高位椎間盤(pán)水平（L3/4）嚴(yán)重。

既往研究通過(guò)分析椎旁肌肉的體積、脂肪浸潤(rùn)的程度來(lái)界定其與腰椎退行性疾病（腰背痛、椎間盤(pán)退變、椎管狹窄）［8?10］以及腰椎壓縮性骨折的關(guān)系［5?6］。MRI是分析肌肉組織的首選方式之一，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①利用人體內(nèi)原子核在磁場(chǎng)內(nèi)外加射頻磁場(chǎng)發(fā)生共振而產(chǎn)生影像，不會(huì)造成放射危害；②通過(guò)不同的序列顯示不同的組織成分，可對(duì)肌肉的質(zhì)和量進(jìn)行準(zhǔn)確分析。然而，MRI 應(yīng)用于腰椎系統(tǒng)的方法學(xué)目前尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)［11］。

腰椎椎旁肌肉退變是下腰痛和絕經(jīng)后OVCF的一個(gè)公認(rèn)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素。既往研究發(fā)現(xiàn)，OVCF與背部伸肌力量降低、脊柱活動(dòng)性能下降及整體平衡特征改變相關(guān)［12］。肌肉力量下降會(huì)減少椎旁肌對(duì)脊柱的作用力，加重脊柱矢狀面后凸。同時(shí)，椎體骨折的發(fā)生與脊柱節(jié)段負(fù)荷增加有關(guān)，根據(jù)腰背部生物力學(xué)模型，脊柱節(jié)段負(fù)荷取決于椎旁肌的力矩臂長(zhǎng)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(dǎo)致脊柱中心到椎旁肌距離增大，力矩臂長(zhǎng)度增加，椎旁肌的作用力進(jìn)一步減少，作用于脊柱節(jié)段的重力負(fù)荷大大增加；另一方面，脊柱后凸會(huì)限制人體的活動(dòng)能力，進(jìn)一步增加了病人跌倒發(fā)生骨折的風(fēng)險(xiǎn)［6，14?16］。

既往研究中對(duì)椎旁肌退變的評(píng)估是通過(guò)肌肉的容積及脂肪浸潤(rùn)的程度來(lái)實(shí)現(xiàn)的［15］。在肌肉的容積方面，各種研究的界定方式?jīng)]有明顯的差異，但在肌肉脂肪浸潤(rùn)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(cè)量腰椎旁肌群中肌內(nèi)脂肪體積的一個(gè)重要的混雜因素［16］。Huang 等［5］在界定多裂肌面積時(shí)，把椎體后外側(cè)靜脈叢、肌間脂肪以及接近棘突或椎板的脂肪或結(jié)締組織排除在外。根據(jù)Willard［17］的棘間-棘上-胸腰椎韌帶-椎旁肌復(fù)合體的概念，我們認(rèn)為應(yīng)該把這部分納入測(cè)量范圍內(nèi)。Willard 等［18］也曾為此發(fā)表過(guò)申明，建議“脊柱旁肌肉被包含在一個(gè)密封的骨纖維室中，與中線上的棘突和前外側(cè)的橫突相連”。我們的研究發(fā)現(xiàn)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(jié)果的差異性并不明顯。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上更進(jìn)一步，利用椎間盤(pán)的面積來(lái)標(biāo)準(zhǔn)化不同病人的椎旁肌肉，即腰肌性的概念，可將該研究的結(jié)果進(jìn)一步推廣，為不同病人提供個(gè)性化的數(shù)據(jù)分析。

此前只有2 項(xiàng)研究對(duì)肌肉面積和OVCF 的相關(guān)性作了定量分析。Kim 等［6］的研究結(jié)果證實(shí)椎旁肌（多裂肌、豎脊肌和腰大肌）的肌肉面積以及脂肪浸潤(rùn)的發(fā)生在OVCF 病人中都明顯降低，而在我們的研究中證實(shí)腰大肌與OVCF 的關(guān)聯(lián)性不大，這可能是由于我們選擇的對(duì)照不同引起的。Kim 等［6］選擇的對(duì)照組為30例未發(fā)生骨折的病人，且未提供該組病人的細(xì)節(jié)信息，而我們選擇的對(duì)照組為發(fā)生退變的絕經(jīng)后病人，這可能是產(chǎn)生結(jié)果差異的原因。進(jìn)一步的研究證實(shí)，腰椎肌肉的退變對(duì)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(zhǎng)片和腰椎MRI 的參數(shù)，測(cè)量L3水平的腰肌性和脂肪浸潤(rùn)比例，發(fā)現(xiàn)椎旁肌肉的退變是發(fā)生腰椎矢狀面失衡的眾多因素之一。Nam 等［19］在2014 年證實(shí)了不同性別病人的腰椎肌肉退變對(duì)影像學(xué)結(jié)果的影響（矢狀面和冠狀面平衡）。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)OVCF病人椎旁肌的質(zhì)量變化以多裂肌退變最為顯著，但目前暫無(wú)對(duì)此現(xiàn)象的相關(guān)假說(shuō)及理論依據(jù)，需要進(jìn)一步研究其潛在的病理生理機(jī)制。本研究結(jié)果提示，OVCF的發(fā)生與椎旁肌肉質(zhì)量存在相關(guān)性，在當(dāng)前著重于改善病人骨質(zhì)量的基礎(chǔ)上，我們或許可以通過(guò)增強(qiáng)病人的肌肉力量，進(jìn)一步降低絕經(jīng)女性O(shè)VCF的發(fā)生率。

表5 不同椎間盤(pán)層面的腰肌性及脂肪退變比率的比較（±s，%）

表5 不同椎間盤(pán)層面的腰肌性及脂肪退變比率的比較（±s，%）

組別觀察組對(duì)照組t值P值例數(shù)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(shí)絕經(jīng)后女性O(shè)VCF病人肌肉的質(zhì)量下降（肌肉面積減少、肌肉脂肪浸潤(rùn)面積增加），但肌肉的質(zhì)量、影響肌肉質(zhì)量的因素以及與OVCF的發(fā)生三者之間的關(guān)系還需要進(jìn)一步的研究來(lái)證實(shí)；②腰椎脂肪浸潤(rùn)及腰肌性下降與病人腰椎功能、疼痛評(píng)分及生活質(zhì)量的關(guān)系有待進(jìn)一步闡明。

盡管存在以上不足，該研究證實(shí)腰椎椎旁肌肉質(zhì)和量的退變是絕經(jīng)后女性發(fā)生OVCF的一個(gè)相關(guān)因素，椎旁肌的質(zhì)量變化以多裂肌的退變最為顯著，需要后期的研究進(jìn)一步證實(shí)肌肉的質(zhì)量與OVCF的因果關(guān)系以及改善肌肉質(zhì)量對(duì)OVCF 發(fā)生率的影響。