绝经后女性腰椎CT椎旁肌肉特征与骨密度的相关性研究

孟雪莹 黄伟刚 宋亭

摘要：目的：研究绝经后女性常规腰椎CT中椎旁肌肉特征和腰椎骨密度的相关性。方法：研究120名绝经后女性患者，年龄 59-96岁，平均（70.7±8.1）岁，接受常规腰椎CT检查。根据是否存在腰椎骨质疏松性骨折，将其分为骨折组和对照组（年龄匹配）。双能X线骨密度仪（DXA）测量患者骨密度（总T-score值），同时常规腰椎CT测量同一患者L2和L4/5水平腰大肌和竖脊肌的横截面积（Cross sectional area，CSA）、腰大肌/竖脊肌CSA比值，分别做配对t检验分析。以年龄作为控制变量，计算120名患者的总T-score值与L2和L4/5水平的腰大肌CSA、竖脊肌CSA以及腰大肌/竖脊肌CSA比值的相关性。结果：骨折组患者的骨密度（总T-score值）明显低于对照组患者（P<0.01）。以年龄为控制变量，偏相关分析显示120名患者在L4/5水平的骨密度（总T-score值）和腰大肌/竖脊肌CSA比值之间存在显著相关性（r=0.21，P=0.03）。结论：绝经后女性患者的腰椎椎旁肌肉特征可以在常规腰椎CT中评估，无需额外投入成本。在L4/5水平椎旁肌肉特征和腰椎骨密度之间存在相关性。当下段腰椎的腰大肌/竖脊肌CSA比值过低时，提示患者骨质疏松症可能。

关键词：腰椎;CT;骨密度;骨质疏松症;椎旁肌肉

中图分类号：R445.3文献标识码：BDOI：10？郾3969/j.issn.1001-0270.2021.06.12

Abstract： Objective： to study the correlation between the characteristics of paravertebral muscles and lumbar bone mineral density in postmenopausal women. Methods： 120 postmenopausal women，59-96 years old， average （70.7±8.1） years old， were examined by conventional lumbar CT， according to whether there is osteoporosis fracture of lumbar spine， they were divided into fracture group and control group （age matching）. The bone density （total T-score） of patients was measured by DXA. The cross sectional area（CSA） and CSA ratio of the major and vertical muscles of the same patient were measured by conventional lumbar CT， and paired t-test was performed. The correlation between the total T-score value of 120 patients and the ratio of CSA of lumbosamus muscle， spinal muscle CSA and lumbosamus muscle/spinal muscle CSA at L2 and l4/5 levels was calculated with age as control variable. Results： The bone mineral density （T-score） of the fracture group was significantly lower than that of the control group （P<0.01）. With age as the control variable， partial correlation analysis showed that there was a significant correlation between L4/5 bone mineral density （total T-score） and psoas major/erector spinae CSA ratio in all 120 patients （r=0.21， P=0.03）. Conclusions： The characteristics of lumbar paravertebral muscles in postmenopausal women can be evaluated by conventional lumbar CT without additional cost. At L4/5 level， there was a correlation between paravertebral muscle characteristics and lumbar BMD. When the CSA ratio of psoas major/erector spinae is too low in the lower lumbar spine， it suggests that osteoporosis may occur.

Key Words： lumbar spine; CT; BMD; osteoporosis; paravertebral muscles

椎旁肌肉在空間和功能上都与脊柱密切相关，椎旁肌肉对维持脊柱的平衡、稳定和活动能力至关重要[1]。所以，评估椎旁肌肉特征和脊柱之间的联系越来越重要。目前，腰椎CT是绝经后女性常规检查的一线成像方法。这为从常规腰椎CT检查中获得椎旁肌肉特征和腰椎的定量信息提供了机会[2]。已经有文献证明，腰椎CT检查可以用于腰椎的机会性骨密度测量，具有很高的一致性和有效性[3]。然而，关于研究椎旁肌肉特征和骨密度之间关系的文献不多。在此背景下，本研究的目的是在没有额外投入成本的情况下，研究常规腰椎CT中椎旁肌肉的特征和腰椎骨密度的相关性，以更好地通过CT检查了解骨质疏松症。

1 材料与方法

1.1 研究对象

研究2018年1月至2018年12月在广州市荔湾中心医院就诊的120名绝经后女性患者，年龄为59-96岁，平均（70.7±8.1）岁。根据患者临床病史明确诊断为绝经期，在入院1个月内均接受腰椎CT和DXA检测。根据压缩性骨折诊断标准，通过筛选前、中、后椎体高度降低的迹象并检查椎体轮廓，在CT成像矢状重建中确定患者的椎体骨折状态，用影像数据评估是否存在椎体骨折以及椎体骨折的数量[4]。在可行的情况下，除了CT之外，还考虑了DXA和/或MRI，以支持椎体骨折状态的评估。考虑年龄作为匹配标准，将椎体骨折患者与无骨折患者进行匹配。总体而言，本研究包括120名绝经后女性患者，60名骨折患者被分配到骨折组，60名无骨折患者被分配到对照组分别为（71.3±9.3岁、70.1±8.8岁）。

1.2 排除标准

①患有容易扰乱骨质代谢的疾病，如肾性骨营养不良、甲旁亢等;②患有病理性骨质病变，如骨转移、原发性骨肿瘤等;③曾有病理性骨折;④患有血液系统疾病;⑤与脊柱或髋部水平的平衡失调和/或形态不对称相关的身体状况，如脊柱侧凸、晚期髋关节病等。

1.3 CT扫描仪器及参数

腰椎螺旋CT常规扫描：采用东芝16排螺旋CT常规扫描L2至S1椎体。患者进行腰椎CT检查，患者采取仰卧位扫描，范围从L2至S1椎体。参数：管电压100kVp，管电流110mAs，螺距1.35，在所有患者中，以1.0mm层面厚度重建轴位和矢状位。

1.4 骨密度的测量：DXA检查方法

DXA检查：本研究应用法国MEDILINK数字成像骨密度仪MEDIX-DR来进行，检测绝经后女性患者L1-L4椎体的总T-score值，代表每位患者的骨密度情况。

1.5 肌肉划分和横截面积

对于椎旁肌肉组织的划分，使用腰椎CT的轴位（见图1）。本研究选取垂直L2椎体的上下经线中点水平和平行L4/5的椎间盘水平分别作为腰椎上段和腰椎下段测量椎旁肌肉CSA的感兴趣区（Regions of interest，ROI）。在骨折组和对照组的患者中，手动放置多边形ROIs，以分别在垂直L2椎体的上下经线中点水平和平行L4/5的椎间盘水平上描绘左右两侧腰大肌和左右两侧竖脊肌的轮廓。每个感兴趣区域描绘了椎旁肌肉的轮廓，但不包括皮下脂肪以及肌肉脂肪界面（见图1）。

图1 骨折组L3椎体骨折患者，女，62岁，主诉：跌倒致腰部疼痛，活动受限3小时。椎旁肌肉组织分割示意图显示（b）L2水平和（c）L4/5水平的轴位图中感兴趣的多边形区域（白圈）相对于腰椎（a）矢状位的位置（白线）。ROIs在图（b）、图（c）中包含右侧腰大肌（1）、左侧腰大肌（2）、右侧竖脊肌（3）和左侧竖脊肌（4）。图（b）L2水平轴位图示右侧腰大肌（1）CSA为481.0mm2，左侧腰大肌（2）CSA为406.6mm2，右侧竖脊肌（3）CSA为1 526.2mm2，左侧竖脊肌（4）CSA为1 738.4mm2;图（c）L4/5水平轴位图示右侧腰大肌（1）CSA为1 103.3mm2，左侧腰大肌（2）CSA为839.4mm2，右侧竖脊肌（3）CSA为1 453.1mm2，左侧竖脊肌（4）CSA为1 467.3mm2;图（d）DXA总T-score值图示，总T-score值为-3.5。

参考朱康等（2014）[5]的研究报道，分别为每个患者L2和L4/5水平的左右两侧竖脊肌和左右两侧腰大肌ROIs记录CSA数据，并测量计算以下数据的均值、标准差，腰大肌CSA L2=L2水平（左侧腰大肌CSA+右侧腰大肌CSA）/2;腰大肌CSA L4/5=L4/5水平（左侧腰大肌CSA+右侧腰大肌CSA）/2;竖脊肌CSA L2=L2水平（左侧竖脊肌CSA+右侧竖脊肌CSA）/2;竖脊肌CSA L4/5=L4/5水平（左侧竖脊肌CSA+右侧竖脊肌CSA）/2;L2水平CSA比值=腰大肌CSA L2/豎脊肌CSA L2;L4/5水平CSA比值=腰大肌CSA L4/5÷竖脊肌CSA L4/5。

1.6 统计学方法

采用SPSS 17.0统计学软件处理数据。所有试验的显著性水平设定为P<0.05。在骨折组和对照组中，分别计算患者年龄、腰椎体骨密度值以及椎旁肌肉组织CSA的统计数据，数据均为正态分布，用均数±标准差表示。分析以下参数：年龄、骨密度、L2和L4/5水平的腰大肌和竖脊肌CSA以及L2和L4/5水平的腰大肌/竖脊肌CSA比值，在骨折组患者和对照组患者之间进行配对t检验。此外，使用年龄作为控制变量，计算所有120名患者的总T-score值与L2和L4/5水平的腰大肌CSA、竖脊肌CSA以及腰大肌/竖脊肌CSA比值的相关性，以评估不同腰椎节段水平椎旁肌肉特征和腰椎骨密度之间的关系。

2 结果

2.1 骨折组与对照组的比较

骨折组患者的骨密度总T-score值明显低于对照组患者（-4.23±0.47对-1.53±0.63，P<0.01，表1）。在骨折组患者和对照组患者之间进行配对t检验，腰大肌和竖脊肌CSA没有显著的相关性（P>0.05，表1）。

表1对骨折组（n=60）和对照组（n=60）患者之间的值进行配对t检验分析得出P值。两组除了在骨密度（总T-score值/分）中有统计学显著性差异以外，其余方面均无统计学差异。

2.2 骨密度、CSA比值之间的关系

以年龄作为控制变量的偏相关分析，观察到所有120名患者在L4/5水平的骨密度（总T-score值）和腰大肌/竖脊肌CSA比值之间具有统计学显著相关性（P<0.05，相关系数为0.21，表2），表明CSA比值越高，总T-score值越高;CSA比值越低，总T-score值越低。相比之下，在L2水平，骨密度总T-score值和腰大肌/竖脊肌CSA比值没有显示出统计学上显著的相关性（P>0.05，表2）。在L2和L4/5水平，骨密度总T-score值和腰大肌CSA、竖脊肌CSA也没有显示出相关性（P>0.05，表2）。

表2示以年龄作为控制变量，偏相关分析所有120名患者的骨密度（总T-score值）与L2和L4/5水平的腰大肌CSA、竖脊肌CSA以及腰大肌/竖脊肌CSA比值之间的相关性，得出的相关系数（r）和P值，其中在L4/5水平的骨密度（总T-score值）和腰大肌/竖脊肌CSA比值之间具有统计学显著相关性（P<0.05，r=0.21）。

3 讨论

本研究评估的是常规腰椎CT中椎旁肌肉特征与腰椎骨密度之间的相关性。在绝经后女性患者中，腰椎CT测量可以快速且可重复地进行，无需额外投入成本。腰椎CT是最常用的放射学检查之一，特别是在绝经后女性患者中，其椎旁肌肉特征和腰椎骨密度的评估具有临床意义。

3.1 骨折组与对照组的差异

当对比L2或L4/5水平的椎旁肌肉CSA、CSA比值时，研究数据发现骨折组和对照组之间没有显示出统计学上显著的相关性（见表1）。Kim等（2013）[6]报道基于磁共振成像的研究主要分析肌肉质量和椎骨骨折之间的关系，报告显示与无骨折患者相比，骨折患者的椎旁肌肉组织CSA明显较低，腰椎水平的脂肪浸润较大。Huang等（2019）[7]研究发现，脊椎骨折患者在L5/S1水平的椎旁肌肉组织的瘦肌肉体积显著减少。虽然椎体骨折很可能与骨折患者椎旁肌肉组织CSA降低有关，但是本研究结果似乎与前两项研究发现相反。迄今为止，关于椎旁肌肉组织测量值与椎体骨折状态之间比较的文献很少，本研究结果与前两项研究结果之间差异可能是由于设计的不均匀性造成的。具体来说，前两项研究不仅考虑了绝经后妇女的骨折，在不同的腰椎水平进行了测量，还部分评估了本研究中包括的椎旁肌肉以及除此以外的其他椎旁肌肉，如多裂肌等[6-7]。本研究与前人研究的差异还可能与临床症状相关的成像时间点有关。前人研究表明，由于疼痛（例如，与脊椎骨折过程中可能发生的背痛有关）导致的椎旁肌肉组织功能性废用，而可能导致肌肉萎缩[8]。随着时间的推移，这种萎缩可能导致椎旁肌肉组织的体积和密度发生变化，这种变化与椎体骨折后脊柱的机械运动特性没有直接关系。这可能导致本研究与前人研究不同的实验结果。

3.2 椎旁肌肉特征和腰椎骨密度的关系

偏相关分析显示，以年龄作为控制变量，所有120名患者在L4/5水平的腰大肌/竖脊肌CSA比值与骨密度总T-score值之间存在显著相关性（见表2）。相反，L2水平的腰大肌/竖脊肌CSA比值与骨密度总T-score值，基本上没有显示出统计学上的显著相关性（见表2）。Lee等（2015）[9]研究报告了从DXA得出的L1至L4水平的腰椎骨密度与MRI测量的椎旁肌肉面积之间的相关性，是在L3/4、L4/5和L5/S1水平进行面积计算的。综上所述，若本研究的测量方法被考虑运用在临床环境中，当测量被限制在一个相当有限的区域或者诊断时间比较有限时，在下段腰椎的测量可能优于在上段腰椎水平的测量，这可以节省时间和精力。在这种情况下，椎旁肌肉组织CSA测量通常以半自动或手动的方式进行，这本身就很耗时，尤其是在几个层面上而不是仅在一个层面上进行CSA测量时[10]。因此，为了达到细分的目的，临床工作中最好的测量方法是限制到最合适或最具代表性的水平进行CSA测量。本研究结果表明，L4/5水平的腰大肌/竖脊肌CSA比值与骨密度总T-score值相关，这可能支持在下段腰椎进行特定层面的椎旁肌肉测量，有利于评估患者的骨密度情况。

3.3 腰大肌/竖脊肌CSA比值与腰椎骨密度的意义

根据朱康等（2014）[5]的研究，椎旁肌肉CSA的变化可导致退行性腰椎滑脱，本研究参考其对椎旁肌肉CSA数据的测量计算思路，分析本研究对象的椎旁肌肉特征。取腰大肌或竖脊肌CSA代表腰大肌或竖脊肌的单块肌肉特征，取腰大肌/竖脊肌CSA比值代表椎旁肌肉的總体特征。因为本研究结果显示以年龄作为控制变量的偏相关分析，所有120名患者L4/5水平的腰大肌/竖脊肌CSA比值与骨密度总T-score值相关，腰大肌CSA、竖脊肌CSA以及L2水平的腰大肌/竖脊肌CSA比值与骨密度总T-score值均没有相关性，所以证明下段腰椎椎旁肌肉的总体特征与骨密度总T-score值相关。这可能是因为腰椎椎体的骨密度与作为屈腰肌群的腰大肌和作为伸腰肌群的竖脊肌的腰部屈伸运动以及一定比例的椎旁肌肉量有关系，特别是与下段腰椎的总体椎旁肌肉有关系，而不是与单块的椎旁肌肉有关系。本研究结果显示在L4/5水平，腰大肌/竖脊肌CSA比值越高，腰椎骨密度越高，腰大肌/竖脊肌CSA比值越低，腰椎骨密度越低，所以当下段腰椎的腰大肌/竖脊肌CSA比值过低时，提示患者骨质疏松症可能。

3.4 局限性

本研究有以下几点局限性：第一，椎旁肌肉有很多，研究中因为参考朱康等（2014）[5]的文献报道，并没有对除了腰大肌和竖脊肌以外的椎旁肌肉，如多裂肌等进行研究，后续研究中可加入更多椎旁肌肉乃至腹部的其他肌肉作为研究对象;第二，没有专门调查腰椎骨折的数量或骨折发生后的时间对CSA测量的影响。有可能骨折的数量（或不同程度的骨折）会导致椎旁肌肉CSA以及CSA比值的特异性变化，尤其是与无骨折的患者相比;第三，在统计分析中不包括体重指数、确切的绝经后持续时间以及绝经前/绝经后状态作为控制变量。这些因素可能对椎旁肌肉CSA以及CSA比值有一定影响。因此，后续的研究会考虑通过上述的变量来完善。

4 结论

绝经后女性患者的腰椎椎旁肌肉特征可以在常规腰椎CT中评估，无需额外投入成本。虽然腰椎骨折状态与椎旁肌肉特征无关，但是不同椎旁肌肉特征和腰椎骨密度之间存在相互作用，下段腰椎水平两者间存在相关性。当下段腰椎的腰大肌/竖脊肌CSA比值过低时，提示患者可能患有骨质疏松症。放射科医师在日常诊断工作中可适当运用下段腰椎的腰大肌/竖脊肌CSA比值来筛查骨质疏松症患者，尽早诊治。

參考文献：

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