引用本文: 黃文強, 邵高海, 李波, 余雨, 屈一鳴, 王群波. MRI輔助髓核容積測量評價ISOBAR TTL動態內固定系統對固定節段鄰近椎間盤退變影響的臨床研究. 中國修復重建外科雜志, 2016, 30(7): 855-860. doi: 10.7507/1002-1892.20160174 復制
后路椎間融合術是治療椎間盤疾病的標準術式[1-2],隨著融合術的廣泛應用,術后固定節段鄰近椎間盤、椎體快速退變日益受到眾多學者的關注[3]。預防鄰近節段退變(adjacent segment degeneration,ASD)的內固定裝置應運而生,如脊柱半堅強固定、棘突間固定、人工椎間盤置換等。大量臨床研究表明,動態內固定系統能獲得良好固定力學環境,同時又能降低固定節段固定剛度,預防ASD的發生與進展[4-5]。目前多通過觀察術后椎間隙高度及椎間活動度等指標,研究動態內固定術后對鄰近節段的影響。而運用MRI檢查測量固定節段鄰近椎間盤髓核容積的變化,來研究動態內固定系統對固定節段鄰近椎間盤退變的影響尚罕見報道。現回顧分析2010年3月-2011年10月,我科采用ISOBAR TTL動態內固定系統手術治療的34例單節段腰椎間盤突出癥患者臨床資料,通過髓核容積測量研究動態內固定對鄰近節段椎間盤退變的影響。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
納入標準:單節段腰椎間盤突出癥,患者愿意接受脊柱動態內固定治療。排除標準:合并腰椎滑脫、腰椎腫瘤、腰椎感染、骨質疏松者。
本組男20例,女14例;年齡39~62歲,平均47.5歲。病程6~18個月,平均14個月。病變節段:L4、5 21例,L5、S1 13例。所有患者均無明確外傷史。術前均存在神經根刺激癥狀或椎管狹窄癥狀,經3個月以上正規保守治療無效或再發,其中18例存在典型坐骨神經根刺激癥狀,16例存在間歇性跛行。腰椎間盤突出癥分型[6]:旁中央型23例,外側型11例。
1.2 手術方法
患者于氣管插管加靜脈復合麻醉下俯臥于脊柱手術托架上,采用腰椎后正中切口,逐層切開皮膚、皮下,向兩側游離深筋膜、沿肌間隙入路,顯露病變節段關節突,摘除病變節段髓核,并于病變節段植入椎弓根螺釘,以ISOBAR TTL動態內固定系統(通用公司,美國)植入固定。術中保護好鄰近節段、病變節段關節突關節囊。縫合傷口,術后行持續封閉式負壓引流。
1.3 影像學資料搜集
術前及術后6、12、18、24、36、48個月常規行X線片及MRI檢查,測量以下指標:①采用角平分線法測量固定節段頭側鄰近椎間隙高度。于融合鄰近上一椎體后緣中點與椎體前緣中點作一直線,再于融合椎體的上一椎體后緣中點與椎體前緣中點作一直線,兩線相交的夾角作一平分線,椎體前緣向平分線作垂線,兩垂線的和即為椎間隙高度,見圖 1。②MRI輔助髓核容積測定法測量固定節段頭側鄰近髓核容積。即在T2加權像上,于固定節段頭側鄰近髓核中部橫斷面測量髓核的前后徑和寬度,正中矢狀位在髓核中部最高點測量髓核高度。髓核的橫斷面近似橢圓,根據橢圓體體積計算公式:V=4/3π×a×b×h算出髓核容積,a、b、h分別指橢圓體的前后徑、寬度及高度的1/2,π取3.14。見圖 2。比較手術前后的鄰近節段椎間隙高度及髓核容積,評價ISOBAR TTL動態內固定技術對固定節段頭側鄰近椎間盤退變的影響。

1.4 統計學方法
采用SPSS19.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示,術后各時間點與術前比較采用配對t檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
術后30例獲隨訪,均隨訪至48個月。術后各時間點與術前比較鄰近節段椎間隙高度差異均無統計學意義(P > 0.05);術后6、12、18個月的鄰近節段髓核容積與術前比較差異無統計學意義(P > 0.05),但術后24、36、48個月的鄰近節段髓核容積顯著高于術前(P < 0.05)。術后6、12、18個月髓核容積各數值中,b、h與術前比較差異無統計學意義(P > 0.05),但術后24、36、48個月h較術前增大,b較術前減小,差異均有統計學意義(P < 0.05);術后18、24、36、48個月a與術前比較差異均有統計學意義(P < 0.05)。見表 1、圖 3。

3 討論
隨著人們生活習慣及工作方式的改變,椎間盤退行性疾病(disc degenerative diseases,DDD)日趨突出并成為嚴重的公共衛生問題。80%以上的人在一生中會經歷1次以上腰痛性疾病,其中5%的人長期受到慢性腰痛困擾,我國DDD患者數量可高達1.5億[7]。退行性改變在DDD患者主要表現為椎間盤髓核組織變性、纖維化、水分減少、椎間盤突出、椎間盤高度變窄、椎管狹窄和脊柱不穩等,從而導致頸椎病、下腰背疼痛、功能受限,甚至脊柱畸形等。后路腰椎減壓、良好的植骨融合、堅強固定被認為是治療腰椎退行性疾病的金標準。隨著臨床研究的深入,傳統的高堅強內固定術后ASD越來越受到重視。國內外多數研究認為,腰椎融合術后ASD的發生是導致腰椎手術中長期療效不理想的主要原因[8-10]。
ASD的發病機制目前尚未完全明了,一般認為椎體融合后鄰近椎體生物力學的變化是重要原因。多數學者認為腰椎內固定融合術后ASD的發生,是由于需要代償因椎弓根螺釘固定融合而喪失的椎間活動度,鄰近節段在生理范圍內會出現較大轉矩,椎體機械應力增大,逐漸導致鄰近椎間盤退變以及腰椎滑脫[11-12]。近年來矢狀面失衡對ASD發生的影響也逐漸引起學者們的關注[13-14]。
為了改善傳統堅強內固定及融合術后發生的ASD,脊椎非融合技術逐漸應用于臨床。非融合技術保留手術節段椎體一定的活動度,使手術節段仍能保留部分力學作用,更接近于正常腰椎的力學環境,從而改善鄰近節段的應力集中,可減緩甚至逆轉ASD發生[15]。目前脊柱非融合內固定系統主要有椎弓根釘間韌帶連接裝置Graf韌帶、棘突間固定撐開裝置、經椎弓根動態固定裝置等。ISOBAR TTL動態內固定系統是一種基于椎弓根螺釘的半堅強內固定裝置,其減震關節允許裝置于冠狀軸上具備±2°的屈伸自由度、矢狀軸上具備±2 mm的軸向位移[16]。
椎間盤退變開始于髓核,主要涉及蛋白多糖濃度降低以及膠原蛋白的改變,這些因素可導致成年人椎間盤的含水量迅速下降70%~80%[17]。MRI是發現腰椎髓核及纖維環退變最敏感的方法,相比X線片、椎間盤造影及CT等其他檢查方式,MRI檢查具有以下優勢:①MRI反映組織的多個參數,可獲得更多的成像信息;②診斷準確率高,可辨別纖維環、髓核和軟骨終板等結構;③可以發現早期椎間盤退變;④能夠描述椎間盤的水分含量及形態學變化[18]。樓才俊等[19]通過對腰椎間盤疾病手術患者術后椎間盤標本與正常椎間盤標本進行對比證實,MRI信號強度與髓核內水分子含量成正相關。目前對椎間盤退變進行MRI分析多采用矢狀位T2信號的強度作為評價依據,MRI中T2信號隨著退變程度的改變而改變,表明T2信號的水平與腰椎退變的嚴重程度有顯著相關性[20]。無論是分析髓核中水分含量還是各種椎間盤退變的分級標準,都是觀察椎間盤退變的間接指標。本研究中通過對椎間盤髓核容積的測量,從髓核大小的改變更加直觀地分析椎間盤髓核的退變情況,研究動態內固定對固定節段鄰近椎間盤髓核的影響,從而反映其對鄰近節段椎間盤退變的影響。由于纖維環組織中的氫原子固定在多肽形成的致密網架上,不參與MRI成像,因此在任何MRI序列上均為低信號影。而髓核組織在T2WI呈高信號影,故一般情況下兩者界限清楚。但對于髓核組織退變嚴重者,髓核組織在T2WI仍可表現為低信號,這樣纖維環與髓核組織分辨率低,影響測量的準確性。梯度回波序列是目前MRI快速掃描中最為成熟的方法,它不僅可顯著縮短掃描時間,而且還保持了較好的空間分辨力和信噪比。遇到這種情況,由有經驗的醫生增做梯度回波序列,可使纖維環與髓核組織界限更加清晰。理論上講,反轉角度越小,獲得的圖像越清晰。但我院MRI檢查一般采用反轉30°掃描,對于其他角度掃描尚無太多經驗。
本研究顯示,手術前后鄰近節段椎間隙高度比較差異無統計學意義(P > 0.05);術后鄰近節段髓核容積均較術前增大,但術后6、12、18個月與術前比較差異無統計學意義(P > 0.05),術后24、36、48個月差異有統計學意義(P < 0.05)。髓核容積增大可能與以下因素有關:①經ISOBAR TTL動態內固定后,在術后36個月ASD椎間盤發生逆轉,這與Gao等[21]采用彌散加權成像技術研究ISOBAR TTL動態內固定系統對ASD影響的研究結果相一致;②每次MRI平掃位置不可能絕對一樣,與圖像的選擇有關;③即使增做了梯度回波序列,嚴重退變的髓核組織與纖維環界限仍不十分清晰,影響測量效果;④研究樣本太少,影響測量效果;⑤可能與患者術后生活習慣、工作性質等的改變有關,延緩髓核組織的退變。在髓核容積各數值的變化中,髓核高度于術后24個月開始與術前比較差異有統計學意義(P < 0.05),但術后36、48個月髓核高度較術后24個月并未出現增加,可能與髓核容積改變后其內部微環境改變,導致相應節段承受機械壓力及壓力的傳導改變,使得壓力分散于各個方向后不再突出地表現為髓核高度的增加。
MRI矢狀位觀察結果表明ISOBAR TTL動態內固定系統確實能預防ASD,其原因可能是:①ISOBAR TTL動態內固定后,其減震關節可保留固定節段一定的活動度,使固定節段仍能發揮其承擔脊柱受力的部分作用,減少鄰近節段的應力集中與異常活動,減輕異常應力對鄰近節段椎間盤的影響,從而保護椎間盤髓核,使髓核容積逐漸增大,尤其以髓核高度的改變最為明顯;②術中保留病變節段及鄰近節段上下關節突及關節囊,保留了關節突關節的運動功能,從而減輕鄰近節段載荷。提示ISOBAR TTL動態內固定系統的減震關節能保持術后脊柱矢狀位平衡。
綜上述,本研究結果表明,髓核體積測量不僅能更加直觀地觀察椎間盤退變發生的關鍵部位——椎間盤髓核的退變情況,而且這種測量方法操作簡便,僅需在MRI矢狀位及橫斷面上測量髓核的長、寬、高數值,易于臨床醫生掌握,相比其他操作復雜或成本較高的檢查方法,髓核容積測量更適用于臨床實踐工作。動態內固定系統確有預防甚至逆轉鄰近節段椎間盤退變的臨床效果。但也存在以下不足:①髓核容積測量數值只是反映患者真實髓核容積的近似值,受測量者主觀因素或測量工具及MRI圖像清晰度等因素的影響;②研究樣本量較小,臨床隨訪時間較短,其遠期預防ASD的臨床效果還需要長時間大宗病例、多中心對比隨訪研究明確。
后路椎間融合術是治療椎間盤疾病的標準術式[1-2],隨著融合術的廣泛應用,術后固定節段鄰近椎間盤、椎體快速退變日益受到眾多學者的關注[3]。預防鄰近節段退變(adjacent segment degeneration,ASD)的內固定裝置應運而生,如脊柱半堅強固定、棘突間固定、人工椎間盤置換等。大量臨床研究表明,動態內固定系統能獲得良好固定力學環境,同時又能降低固定節段固定剛度,預防ASD的發生與進展[4-5]。目前多通過觀察術后椎間隙高度及椎間活動度等指標,研究動態內固定術后對鄰近節段的影響。而運用MRI檢查測量固定節段鄰近椎間盤髓核容積的變化,來研究動態內固定系統對固定節段鄰近椎間盤退變的影響尚罕見報道。現回顧分析2010年3月-2011年10月,我科采用ISOBAR TTL動態內固定系統手術治療的34例單節段腰椎間盤突出癥患者臨床資料,通過髓核容積測量研究動態內固定對鄰近節段椎間盤退變的影響。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
納入標準:單節段腰椎間盤突出癥,患者愿意接受脊柱動態內固定治療。排除標準:合并腰椎滑脫、腰椎腫瘤、腰椎感染、骨質疏松者。
本組男20例,女14例;年齡39~62歲,平均47.5歲。病程6~18個月,平均14個月。病變節段:L4、5 21例,L5、S1 13例。所有患者均無明確外傷史。術前均存在神經根刺激癥狀或椎管狹窄癥狀,經3個月以上正規保守治療無效或再發,其中18例存在典型坐骨神經根刺激癥狀,16例存在間歇性跛行。腰椎間盤突出癥分型[6]:旁中央型23例,外側型11例。
1.2 手術方法
患者于氣管插管加靜脈復合麻醉下俯臥于脊柱手術托架上,采用腰椎后正中切口,逐層切開皮膚、皮下,向兩側游離深筋膜、沿肌間隙入路,顯露病變節段關節突,摘除病變節段髓核,并于病變節段植入椎弓根螺釘,以ISOBAR TTL動態內固定系統(通用公司,美國)植入固定。術中保護好鄰近節段、病變節段關節突關節囊。縫合傷口,術后行持續封閉式負壓引流。
1.3 影像學資料搜集
術前及術后6、12、18、24、36、48個月常規行X線片及MRI檢查,測量以下指標:①采用角平分線法測量固定節段頭側鄰近椎間隙高度。于融合鄰近上一椎體后緣中點與椎體前緣中點作一直線,再于融合椎體的上一椎體后緣中點與椎體前緣中點作一直線,兩線相交的夾角作一平分線,椎體前緣向平分線作垂線,兩垂線的和即為椎間隙高度,見圖 1。②MRI輔助髓核容積測定法測量固定節段頭側鄰近髓核容積。即在T2加權像上,于固定節段頭側鄰近髓核中部橫斷面測量髓核的前后徑和寬度,正中矢狀位在髓核中部最高點測量髓核高度。髓核的橫斷面近似橢圓,根據橢圓體體積計算公式:V=4/3π×a×b×h算出髓核容積,a、b、h分別指橢圓體的前后徑、寬度及高度的1/2,π取3.14。見圖 2。比較手術前后的鄰近節段椎間隙高度及髓核容積,評價ISOBAR TTL動態內固定技術對固定節段頭側鄰近椎間盤退變的影響。

1.4 統計學方法
采用SPSS19.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示,術后各時間點與術前比較采用配對t檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
術后30例獲隨訪,均隨訪至48個月。術后各時間點與術前比較鄰近節段椎間隙高度差異均無統計學意義(P > 0.05);術后6、12、18個月的鄰近節段髓核容積與術前比較差異無統計學意義(P > 0.05),但術后24、36、48個月的鄰近節段髓核容積顯著高于術前(P < 0.05)。術后6、12、18個月髓核容積各數值中,b、h與術前比較差異無統計學意義(P > 0.05),但術后24、36、48個月h較術前增大,b較術前減小,差異均有統計學意義(P < 0.05);術后18、24、36、48個月a與術前比較差異均有統計學意義(P < 0.05)。見表 1、圖 3。

3 討論
隨著人們生活習慣及工作方式的改變,椎間盤退行性疾病(disc degenerative diseases,DDD)日趨突出并成為嚴重的公共衛生問題。80%以上的人在一生中會經歷1次以上腰痛性疾病,其中5%的人長期受到慢性腰痛困擾,我國DDD患者數量可高達1.5億[7]。退行性改變在DDD患者主要表現為椎間盤髓核組織變性、纖維化、水分減少、椎間盤突出、椎間盤高度變窄、椎管狹窄和脊柱不穩等,從而導致頸椎病、下腰背疼痛、功能受限,甚至脊柱畸形等。后路腰椎減壓、良好的植骨融合、堅強固定被認為是治療腰椎退行性疾病的金標準。隨著臨床研究的深入,傳統的高堅強內固定術后ASD越來越受到重視。國內外多數研究認為,腰椎融合術后ASD的發生是導致腰椎手術中長期療效不理想的主要原因[8-10]。
ASD的發病機制目前尚未完全明了,一般認為椎體融合后鄰近椎體生物力學的變化是重要原因。多數學者認為腰椎內固定融合術后ASD的發生,是由于需要代償因椎弓根螺釘固定融合而喪失的椎間活動度,鄰近節段在生理范圍內會出現較大轉矩,椎體機械應力增大,逐漸導致鄰近椎間盤退變以及腰椎滑脫[11-12]。近年來矢狀面失衡對ASD發生的影響也逐漸引起學者們的關注[13-14]。
為了改善傳統堅強內固定及融合術后發生的ASD,脊椎非融合技術逐漸應用于臨床。非融合技術保留手術節段椎體一定的活動度,使手術節段仍能保留部分力學作用,更接近于正常腰椎的力學環境,從而改善鄰近節段的應力集中,可減緩甚至逆轉ASD發生[15]。目前脊柱非融合內固定系統主要有椎弓根釘間韌帶連接裝置Graf韌帶、棘突間固定撐開裝置、經椎弓根動態固定裝置等。ISOBAR TTL動態內固定系統是一種基于椎弓根螺釘的半堅強內固定裝置,其減震關節允許裝置于冠狀軸上具備±2°的屈伸自由度、矢狀軸上具備±2 mm的軸向位移[16]。
椎間盤退變開始于髓核,主要涉及蛋白多糖濃度降低以及膠原蛋白的改變,這些因素可導致成年人椎間盤的含水量迅速下降70%~80%[17]。MRI是發現腰椎髓核及纖維環退變最敏感的方法,相比X線片、椎間盤造影及CT等其他檢查方式,MRI檢查具有以下優勢:①MRI反映組織的多個參數,可獲得更多的成像信息;②診斷準確率高,可辨別纖維環、髓核和軟骨終板等結構;③可以發現早期椎間盤退變;④能夠描述椎間盤的水分含量及形態學變化[18]。樓才俊等[19]通過對腰椎間盤疾病手術患者術后椎間盤標本與正常椎間盤標本進行對比證實,MRI信號強度與髓核內水分子含量成正相關。目前對椎間盤退變進行MRI分析多采用矢狀位T2信號的強度作為評價依據,MRI中T2信號隨著退變程度的改變而改變,表明T2信號的水平與腰椎退變的嚴重程度有顯著相關性[20]。無論是分析髓核中水分含量還是各種椎間盤退變的分級標準,都是觀察椎間盤退變的間接指標。本研究中通過對椎間盤髓核容積的測量,從髓核大小的改變更加直觀地分析椎間盤髓核的退變情況,研究動態內固定對固定節段鄰近椎間盤髓核的影響,從而反映其對鄰近節段椎間盤退變的影響。由于纖維環組織中的氫原子固定在多肽形成的致密網架上,不參與MRI成像,因此在任何MRI序列上均為低信號影。而髓核組織在T2WI呈高信號影,故一般情況下兩者界限清楚。但對于髓核組織退變嚴重者,髓核組織在T2WI仍可表現為低信號,這樣纖維環與髓核組織分辨率低,影響測量的準確性。梯度回波序列是目前MRI快速掃描中最為成熟的方法,它不僅可顯著縮短掃描時間,而且還保持了較好的空間分辨力和信噪比。遇到這種情況,由有經驗的醫生增做梯度回波序列,可使纖維環與髓核組織界限更加清晰。理論上講,反轉角度越小,獲得的圖像越清晰。但我院MRI檢查一般采用反轉30°掃描,對于其他角度掃描尚無太多經驗。
本研究顯示,手術前后鄰近節段椎間隙高度比較差異無統計學意義(P > 0.05);術后鄰近節段髓核容積均較術前增大,但術后6、12、18個月與術前比較差異無統計學意義(P > 0.05),術后24、36、48個月差異有統計學意義(P < 0.05)。髓核容積增大可能與以下因素有關:①經ISOBAR TTL動態內固定后,在術后36個月ASD椎間盤發生逆轉,這與Gao等[21]采用彌散加權成像技術研究ISOBAR TTL動態內固定系統對ASD影響的研究結果相一致;②每次MRI平掃位置不可能絕對一樣,與圖像的選擇有關;③即使增做了梯度回波序列,嚴重退變的髓核組織與纖維環界限仍不十分清晰,影響測量效果;④研究樣本太少,影響測量效果;⑤可能與患者術后生活習慣、工作性質等的改變有關,延緩髓核組織的退變。在髓核容積各數值的變化中,髓核高度于術后24個月開始與術前比較差異有統計學意義(P < 0.05),但術后36、48個月髓核高度較術后24個月并未出現增加,可能與髓核容積改變后其內部微環境改變,導致相應節段承受機械壓力及壓力的傳導改變,使得壓力分散于各個方向后不再突出地表現為髓核高度的增加。
MRI矢狀位觀察結果表明ISOBAR TTL動態內固定系統確實能預防ASD,其原因可能是:①ISOBAR TTL動態內固定后,其減震關節可保留固定節段一定的活動度,使固定節段仍能發揮其承擔脊柱受力的部分作用,減少鄰近節段的應力集中與異常活動,減輕異常應力對鄰近節段椎間盤的影響,從而保護椎間盤髓核,使髓核容積逐漸增大,尤其以髓核高度的改變最為明顯;②術中保留病變節段及鄰近節段上下關節突及關節囊,保留了關節突關節的運動功能,從而減輕鄰近節段載荷。提示ISOBAR TTL動態內固定系統的減震關節能保持術后脊柱矢狀位平衡。
綜上述,本研究結果表明,髓核體積測量不僅能更加直觀地觀察椎間盤退變發生的關鍵部位——椎間盤髓核的退變情況,而且這種測量方法操作簡便,僅需在MRI矢狀位及橫斷面上測量髓核的長、寬、高數值,易于臨床醫生掌握,相比其他操作復雜或成本較高的檢查方法,髓核容積測量更適用于臨床實踐工作。動態內固定系統確有預防甚至逆轉鄰近節段椎間盤退變的臨床效果。但也存在以下不足:①髓核容積測量數值只是反映患者真實髓核容積的近似值,受測量者主觀因素或測量工具及MRI圖像清晰度等因素的影響;②研究樣本量較小,臨床隨訪時間較短,其遠期預防ASD的臨床效果還需要長時間大宗病例、多中心對比隨訪研究明確。