腰椎不稳的影像学诊断研究进展.pdf

甘肃医药 2023 年 42 卷第 8 期Gansu Medical Journal，2023，Vol.42，No.8腰椎不稳的概念是由 BARR J S 等1在 1951 年首次提出，是临床中常见的腰椎疾病。腰椎作为人体脊柱运动的枢纽，位于人体中部，具有活动度大、承载力强、生物力学复杂的特点，尤其是 L4/L5、L5/S1 节段活动度最大，负载最强，故发病率最高。临床研究表明，腰椎不稳是非特异性腰痛（low back pain，LBP）的常见原因，约占 30%2，同时也是决定脊柱融合术和减压手术指征的重要因素3。在慢性 LBP 患者中，临床腰椎不稳的发生率为 13%耀46%4-5，通过 X 线检查发现腰椎结构不稳近高达 57%6。腰椎不稳因缺乏临床特异性表现，其诊断主要依靠影像学检查，其中，腰椎 X 线摄影是临床实践中最常用的检查和评估方法。腰椎不稳的诊断和治疗原则尚缺乏统一标准，原因可能包括影像学检查结果的不准确和局限性，临床特殊检查的可靠性和有效性差以及脊柱运动与症状严重程度之间的相关性差等。上述问题导致部分患者诊断不准确，引起延迟治疗或过度治疗。最明显的证据是近年来基于腰椎不稳的脊柱融合手术的增加和内固定材料的广泛使用7。因此，尽早发现腰椎不稳是延缓疾病进展和改善患者相应症状的关键。1腰椎 X 线摄影临床中常用的影像学检查方法如数字 X 线摄影、计算机断层扫描（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等已被用于诊断腰椎不稳8。CT、MRI 没有 X 线摄影简便、经济，且在扫描期间，患者通常处于仰卧位，不利于脊柱的功能成像。因此，前屈后伸位（flexion/extension，F/E）X 线摄影是目前评估腰椎不稳最实用的方法。临床主要依据腰椎 F/E X 片测量相邻椎体前后移位或成角以评估腰椎不稳9-11，但对于相对移位的多少和成角的大小尚无统一标准。美国骨科医师协会认为移位跃3 mm，成角跃15毅12。亦有国内外学者采用移位跃4 mm，椎间成角10毅13；或移位跃5 mm，成角跃10毅14。对于不同的腰椎节段，有学者提出了不同的成角范围，即 L1-2、L2-3、L3-4 成角15毅、L4-520毅、L5-S125毅15等作为诊断依据。虽然上述诊断方法在临床和研究中被广泛应用，标准清晰易懂，操作简单。但在实际临床中，采用这种方法对部分患者的检出率较低，部分影像表现与临床症状不符。所以，进一步探索和发现新的放射学参数及临床特征对制定新的诊断标准至关重要。腰椎的生理活动是一个比较复杂的三维空间运动，不应只局限于腰椎的矢状观察。陈思等15通过基于量化的动态 X 线检查来动态观察各个椎节间在侧屈以及旋转运动的异常活动，探讨临床表现与影像学指标变化之间的联系，观察参数包括椎体冠状位上的旋转以及位移、腰椎松弛度、腰椎活动的瞬间旋转轴。结果表明，椎体位移值、旋转角度及腰椎松弛度与腰椎不稳治疗改善呈正相关。量化的动态 X 线测量技术（quantitative fluioroscopy，QF）不仅可以准确记录腰部的动态变化过程，通过计算机准确测量椎体的移动度和旋转角度等，并有助于腰椎三维数字化模型的建立16，可以作为诊断腰椎不稳的依据。为了克服 F/E X 线成像方式中遇到的高测量变异性，国外研究者开发了电脑辅助椎体活动度分析系统（vertebral motion analysis system，VMA）17，该系统是一种半自动的 X 线摄影方法，通过利用受控运动和半自动测量技术的组合来提供更标准化的摄片和更高的测量性能，以提高临床医生识别腰椎影像学不稳的能腰椎不稳的影像学诊断研究进展张青春1王平21.玉门市第一人民医院，甘肃 玉门 735211；2.甘肃省人民医院，甘肃 兰州 730000【摘要】腰椎不稳是临床中常见的疾病，也是引起患者慢性腰痛（LBP）的最主要原因之一，严重影响患者的生活质量和身体机能。目前，腰椎不稳的诊断标准及治疗原则存在很多争议。研究表明，早期发现腰椎不稳可及时进行保守治疗，并有助于防止腰椎相关结构的进一步退变和发展。本文主要就腰椎不稳的诊断方法及新技术进展作一简要综述，以期为腰椎不稳的早期诊断提供参考依据。【关键词】腰椎不稳；影像学；早期诊断中图分类号：R681.5文献标志码：A文章编号：1004-2725（2023）08-0684-03第一作者：张青春，男，主治医师，从事放射诊疗工作通信作者：王平，男，副主任医师，从事放射诊断工作。E-mail：684甘肃医药 2023 年 42 卷第 8 期Gansu Medical Journal，2023，Vol.42，No.8力。DAVIS R J 等18通过观察者内部和观察者之间的可靠性以及受试者内部的可靠性来评估计算机辅助VMA，发现该系统在特异性、敏感性、阴性预测值、诊断准确性和一致性方面都优于 F/E X 线检查。2影像学参数腰椎解剖结构复杂，其稳定性由椎间盘、椎旁肌肉、韧带、关节突关节等共同维持，任一结构的退变或破坏，都会引起腰椎稳定性的改变。除上述检查方法外，国内外学者对影像学参数与腰椎不稳方面的研究进行了探索，以预测腰椎不稳。2.1X 线检查PITK魧NEN M T 等19发现 F/E X 线检查发现的腰椎不稳可以通过普通的腰椎正侧位片的影像学征象所预测，即退行性脊柱前移和崩裂性脊柱滑脱是预测前滑动性不稳的最强预测因子，牵张骨刺、后滑脱和脊柱关节病是预测后滑脱的重要预测因子。郭振鹏等20研究认为腰椎矢状曲度及腰椎活动度在腰椎不稳退变过程中会发生相应的改变，二者对综合评估腰椎稳定性具有重要意义，可为临床诊治提供参考依据。郭建国等21认为腰骶角的大小直接影响到腰骶部结构的稳定性。当腰骶角增大后，体重产生的重力在垂直方向所产生纵向力减小，而横向力增大，使 L5耀S1 平面产生向前滑动的趋势极大增加，与梁译丹等22的研究结果一致。但上述研究结果仍需进一步大样本验证和探索新参数。2.2CT 检查传统的 X 线检查只能反映二维结构，CT 不仅可观察到 X 线片呈现的退变征象，还可清楚显示神经根和马尾神经受压情况，包括关节囊钙化、黄韧带肥厚等。此外，应用三维重建技术处理后的 CT 图像清晰，测量方面优于传统 X 线片。吴大威等23在探讨CT 三维重建图像下腰椎相关影像学参数在老年腰椎不稳诊断中的应用中发现，对于发生在 L4S1 这两个节段的患者应用腰椎 CT 扫描重建有一定的指导意义。刘旭等24考虑到 LBP 患者在接受腰椎 F/E 线片，需患者配合做过屈过伸动作不便，选取腰椎静态 CT平片来测定腰椎参数对单纯型腰椎不稳进行评估，结果表明腰椎前凸指数 琢，L4/L5 相对骶骨的距离 d1 和 d2的比值 d1/d2 对诊断腰椎不稳具有重要的临床参考价值，即腰椎不稳时，琢 增大，d1/d2 变小。CT 检查可作为腰椎不稳的补充检查方法。2.3MRI近来，许多研究表明，椎间盘和腰椎关节突关节的形态变化与腰椎不稳密切相关。CHO B Y 等25报道腰椎 MRI 中的小关节积液与腰椎不稳有关，但该特征与基于 F/E X 线摄影的不稳定性测量之间的相关性仍不清楚。2017 年，其进一步研究表明，MRI 中的小关节液体信号与 F/E X 线片上检测到的节段不稳定性之间存在正相关，MRI 关节面的高信号具有相对高的阳性预测值（93.22%），是腰椎不稳的预测因子14。同样，陆云华等26研究了腰椎不稳与腰椎稳定患者 MRI矢状位及轴位的影像学参数，发现腰骶角、黄韧带厚度、小关节积液宽度、腰椎间盘退变分级、小关节退变分级均与退变性腰椎不稳呈正相关，可为临床防止腰椎不稳提供参考依据。王少锋等27证实 MRI 椎旁肌脂肪浸润占比、横截面积、腰椎前凸角诊断腰椎不稳有一定应用价值，其中腰椎前凸角诊断价值较高。国内外对于退行性腰椎不稳的影像因素多集中在单因素或个别因素的分析。彭兵等28在探讨导致中老年腰痛患者退行性腰椎不稳的临床及影像学相关的多因素分析中发现，体质指数增大、腰椎曲度异常、椎间盘退变严重、黄韧带肥厚、Modic 改变是腰椎不稳产生的危险因素。当 LBP 患者合并上述因素时，患者及临床医师应警惕腰椎不稳的发生，便于尽早预防以提高中老年 LBP 患者治疗的满意率。以上研究表明，腰椎稳定性影像学参数测量对于腰椎不稳的早期提示有一定的诊断价值，为临床医师了解该部位的生物学特征并指导腰椎不稳的防治提供理论依据。虽然现在已经有一些零散的量化研究，但是量化程度和量化可靠性还有待大样本验证。一种全面的、量化的腰椎不稳指标评估在临床上显得十分必要，但诸多参数的准确测量和综合评估方案的制定对于临床工作人员无疑是一个巨大的挑战。3人工智能技术的应用近年来，随着人工智能（artificial intelligence，AI）技术的实质性进步和发展，特别是当下最受欢迎的深度学习（deep learning，DL）算法，已广泛应用于医疗图像的分析和辅助诊断。相关研究表明29，在特定领域，AI 技术分析医学图像可类似甚至超越人类观察者。基于医学图像的学习和训练，AI 模型可自动识别和分析图像的技术的进步为腰椎不稳的定量诊断提供了基础和条件。为提高传统手工测量的准确性和高效性、多参数综合分析腰椎不稳，ZHOU S 等30基于 DL 算法开发了腰椎自动测量模型，该模型可识别 L5 和 S1 椎体的解剖标志点并自动提取与腰骶部稳定性相关的放射学参数，包括骶骨倾斜角、骶骨水平角、腰骶夹角和 L5-S1 椎间隙角，为腰椎不稳的早期诊断提供了便利、高效的测量工具，有助于辅助临床量化评估。NGUYEN TP等31提出了一种基于卷积神经网络的 DL 系统，该685甘肃医药 2023 年 42 卷第 8 期Gansu Medical Journal，2023，Vol.42，No.8系统不仅适用于测量腰椎各节段运动角度，而且适用于基于Meyerding 分类评估腰椎滑脱的严重程度。20个测试集结果表明，该系统自动检测和医生手工测量之间的平均偏差为 1.76，值得注意的是，该系统处理单个脊柱 X 线图像的计算时间仅约为 0.12 秒。上述研究表明，AI 技术与医学图像的结合，在减轻临床医生工作负荷的同时，可有效提高工作效率和改善工作流程，在早期提示和诊断腰椎不稳中具有广阔的应用前景。4小结与展望综上所述，腰椎 F/E X 线检查是日常临床实践中最常用的检查方法，但因个体差异大，拍摄体位的不同和检查局限性导致诊断标准尚存争议。CT 重建和 MRI检查对关节积液、关节突关节退变程度以及黄韧带等结构的显示，可作为诊断腰椎不稳的补充手段。多参数综合分析及准确识别相关体征和症状有助于临床医生深入了解腰椎生物力学机制，全面评估腰椎不稳。随着计算机辅助和 AI 技术的发展，未来的研究应着眼于开发具有特异性和敏感性的临床工具以及制定统一量化的放射学评估标准和体系，以提高临床对腰椎不稳的诊断和改善 LBP 患者的干预措施和治疗方案。参考文献1 BARR J S.Low back and sciatic pain；results of treatment J.J Bone JointSurg Am，1951，33（3）：633-649.2 ALQARNI A M，SCHNEIDERS A G，HENDRICK P A.Clinical tests todiagnose lumbar segmental instability：A systematic review J.J OrthopSportsPhysTher，2011，41（3）：130-140.3 刘艺，陈金传，程辰，等.单侧与双侧经皮椎弓根螺钉固定融合术治疗退行性腰椎不稳症的有限元分析 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