探讨腰椎关节突关节退变的影像学改变及意义

1 / 15 探讨腰椎关节突关节退变的影像学改变及意义 摘要：腰椎关节突关节退变是导致下腰痛 (low back pain)的主要原因之一，严重影响广大人民群众的生活质量。本文认真总结近年来国内外学者对于腰椎关节突关节退变的研究进展，概括了关节突退变的 X 线、 CT 及 MRI 表现及其临床意义，尤其是 MRI 表现国内相关报道较少，旨在为国内学者今后进行相关领域更深入的临床研究提供思路和参考。 关键词： 腰椎 ; 关节突 ; 退变 ; X 线 ; CT; MRI 下腰痛 (Low back pain)是目前最困扰人类的常见疾病 之一。流行病学调查表明，大约有多达 2/3 的人一生中有过下腰痛的症状，它仅次于普通感冒，是造成患者求医的位居第 2 位的原因 1。在美国，因下腰痛而造成的直接和间接的社会经济损失每年超过 1 000 亿美元 1。早在 1911 年，Goldthwait 就认识到腰椎小关节的疾患可能是导致下腰痛的原因。 Cavanaugh 领导的研究小组发现腰椎小关节疾病发生率远高于椎间盘源性疾病，支持腰椎小关节是导致下腰痛来源的观点 2。腰椎小关节病的诊断条件为： 腰痛或腰腿痛，或突然出现腰椎关节嵌顿征，腿痛患者多数不过膝部，主要是慢性 反复腰部疼痛 ; 腰椎过伸试验 (+)，小关节部明显压痛 ;1% 利多卡因于小关节部封闭，症状得到明显缓解2 / 15 3。目前，关于腰椎关节突关节退变的研究很多，本文就关节突关节退变影像学方面的研究做如下综述。 1 关节突关节的解剖及生物力学特点 腰椎关节突关节属滑膜关节，由位于椎弓根与椎板相连处的上下关节突构成。上关节突的关节面朝向后内方，下关节突关节面朝向前外方，关节面上覆有透明软骨。关节周有关节囊附着于关节软骨周缘，关节囊外层为由胶原纤维构成的致密结缔组织，且纤维在关节囊上下部的走行方向不一，在关节囊底 部的中层有大量的弹性纤维。关节突关节的这种复杂的解剖和组织结构有利于关节突关节抵抗各方向的负荷。关节突关节参与构成椎管和椎间孔的后壁，关节突关节前方与脊髓和脊神经相邻，其退变增生可压迫脊髓或神经根。关节突关节由脊神经后分支支配，神经受压或被牵拉损伤可引起腰背痛。腰椎关节突的关节面与水平面成直角，与冠状面成 45 角，各腰椎关节突关节与正中矢状面的夹角大小不一， T12 L2 矢状角度在 25.89 33.87 之间， L3L5 与矢状角度在 40.40 50.30 之间 4。 在关节突关节结构中，上关节突关 节面是承重和椎体稳定性主要载体，其朝向有 3 种： (1)矢状位，上 4 个腰椎中占多数 ;(2)中间位， L5 最多 ;(3)冠状位，与冠状面接近。在下腰椎，小关节面逐渐转向额面位，所以上关节突关节形态和关节突关节角的大小所起的机械阻挡作用，在下腰椎的3 / 15 稳定性和椎体运动中作用最大，所受的应力也最大。同时关节突关节角度增大时，其机械阻挡作用也增大，椎体稳定性相应增加 ;当关节突关节角度减小时，其机械阻挡作用也减小，椎体稳定性相应降低。 2 关节突关节退变的理论基础 国内外研究表明：腰椎间盘及小关节的退变是脊柱功能单位 (SFU)退变的基础。椎间盘和两侧的小关节构成的三点稳定框架相互支撑，缺一不可。腰脊柱运动是多方向活动的耦合或共轭 (coupling)。椎间盘高度改变或者小关节角度的异常，势必导致共轭效应，从而导致腰椎应力分布不均，造成应力集中区结构损坏，以至发生形态的改变。腰椎小关节在同节段椎间隙高度变窄的长期影响或累积性劳损之下，造成腰椎间小关节的关节软骨剥脱、骨质软化、表面凸凹不平。关节增生变厚，导致关节的方向走行异常，咬合关系失常，从而发生关节的椎体滑移，甚至小关节的半脱位 5。小关节角的方向性与其维持腰椎的旋转 和剪切力有关，矢状位的小关节角所受压力明显增加，稳定性减弱，易发生关节退变。 3 关节突关节退变的 X 线表现及临床意义 腰椎关节突关节位于椎体后方，位置较隐蔽，常规正侧位 X 线片只能观察到关节突的部分边缘，不能显示其全貌4 / 15 6。周承涛等 7在取得了大量关节突关节角度值的基础上，设计出关节突关节位，使关节突关节清晰可见。对经 CT、椎管造影及 MRI 检查证实无椎间盘突出等其他疾病的 53 例下腰痛病人进行观察，关节突关节均出现不同程度的硬化、错位及假关节形成等改变。既往报道，关节突关节间隙一般不小于 2 mm。周承涛等 7还发现： (1)在下腰痛患者关节突关节位片上均出现不同程度关节间隙变窄 ;(2)通过上关节突内缘距与椎弓根间距比值 (IFD/IPD 值 )的测量，能客观评价上关节突向内侧增生的程度 (衡量椎管狭窄的标准之一 );(3)测量上关节突高度与椎弓根高度比值 (ZH/PH 值 )改变可反映上关节突向上增生的程度，尤其是判断对神经根鞘的压迫 (衡量椎间孔狭窄的标准之一 )。 4 关节突关节退变的 CT 表现及临床意义 4.1 CT 平扫观察和测量关节突形态及关节角 一般情况下，主要通过 CT 平扫来观察和测量腰椎关节突关节面形态及关节突关节角度的大小。目前，临床上较为常用的 CT 诊断方法由 Grobler 推荐，即经过相应的椎间隙的下位椎体，平行于下位椎体终板的扫描层面。此面经过上关节面的基部，层面上可以观察到最大的关节经线，这对研究小关节具有代表性 8。在下腰椎 CT 片椎间隙层面上，腰椎下关节突关节面前后两端点连线与同椎体正中矢状线的夹角称为关节突关节角 7。多数学者认为，当双侧关节5 / 15 突关节角的差值大于 10 时即视为关节突关节角不对称，而有的作者定义为 5 。据上下关节突关节面的形态和相互关系，刘旭林等 9将关节突关节分 为 4 种类型， I 型：平行型，上下关节突关节面呈直线平行 ; 型：环抱型，上关节突关节面呈弧形且凹面较大，下关节突关节面呈相应的弧形凸面，为上关节突所环抱 ; 型：反环抱型，与 型相反，下关节突包绕上关节突 ; 型：双环抱型，上下关节突均分为内外两部分，一部分环抱相应的关节突，而另一部分则被相应的关节突所环抱，关节突关节间隙呈 “S” 形弯曲状。 4.2 腰椎关节突不对称与椎间盘退变的关系 腰椎关节突关节不对称与腰椎间盘退变的关系目前仍没有达成共识。一种观点认为，腰椎关节突关节不对称与腰椎间盘退变有显著的相关 性。 Park 等 10的研究发现，在腰椎极外侧型和后外侧型椎间盘突出中关节突关节不对称程度和椎间盘退变程度有明显差异，他们认为关节突关节不对称的程度和椎间盘退变的程度差异可能是椎间盘从极外侧或后外侧突出的关键因素。 Karacan 等 11在测量了 61 例腰椎间盘突出患者的体质量、身高、体质量指数等体形指标和关节突关节角后认为，腰椎间盘突出的患者关节突关节不对称及矢状方向的关节面发生率较高，在身材较高的患者中这种改变更为明显。 Okuda 等 12在回顾性分析了因 L4 退变6 / 15 性滑脱而行 L4 5 后路椎间植骨融合的患者发 现： L3 椎板的水平方向和 L3 4 关节突关节的不对称同时存在有可能是术后 L3、 4 椎间盘加速退变所引起的神经症状加剧的危险因素之一。而另一种观点则认为，腰椎关节突关节不对称与椎间盘退变不存在相关性 13。他们认为，下腰椎高发椎间盘突出是应力所致，这是由脊柱特殊结构和人体特殊体位所决定的，与关节突关节方向性无关。 4.3 腰椎关节突不对称与退变性腰椎滑脱的关系 根据小关节角的大小可区分不同的腰椎小关节类型，52 者为矢状型， 52 35 者为中间型， 36 为冠状行。随着脊柱退变增加，小关节呈矢状 型改变增加，势必造成脊柱稳定性下降。 Fujiwara 等 14研究了 44 例脊柱尸体标本发现腰椎关节突关节不对称可直接或间接地引起相应节段的椎间不稳而诱发退变性腰椎滑脱的发生。顾洪生等15研究表明：退性行腰椎滑脱的小关节角增大，这是椎体存在矢状位的不稳定性的解剖基础。小关节冠状部分减小了前向的阻挡力，出现小关节的半脱位，这种半脱位是一种失代偿的表现，是变性不稳定的重要表现之一。关节突可向前或向后移位，移位明显者导致相应的椎管狭窄或椎管变形。 4.4 腰椎关节突关节退变的 CT 表现 正常腰椎小关节 CT 表现为关节面彼此平行，关节间隙为 2.5 4 mm;软骨下密度均匀，皮质骨与松质骨界限分明，7 / 15 关节面边缘光滑。 Carrera 等 16描述腰椎退变的小关节的表现： (1)骨刺形成 ;(2)关节间隙狭窄不平 (关节软骨变薄 );(3)关节突增生肥大 ;(4)关节真空现象 ;(5)关节囊钙化 ;(6)小关节半脱位 ;(7)小关节矢向变化 ;(8)关节软骨下骨骨质疏松或硬化。贺瑞等 16研究 55 例腰椎不稳患者的CT 发现，关节间隙狭窄不平占 96.36%，真空现象占 72.72%，关节面矢向变化和小关节半脱位各占 35%和 52.72%。 关节间隙的狭窄意味着软骨的剥脱，出现不同程度的腰痛。骨赘的增生、关节突的增生肥大产生侧隐窝狭窄，合并椎间孔缩小而神经根受压。根据 Wollff 定理：正常或异常的骨，其形成的结构都适用于拮抗作用于其上的外力。因此小关节顺应力方向的骨质增生和硬化。而非应力区则出现骨质疏松或囊变 ;暴露的软骨下骨可使气体进入小关节腔，出现关节真空现象。继而出现小关节关节囊的松弛、不稳和钙化。甚至出现小关节面的微小骨折。进而骨折在顺应力方向的愈合中发生了更接近矢状面的重新塑形。 近年来，随着 SCT 多平面成像 (muitiplanar reformation，MPR)技术的进步，多排螺旋 CT 扫描基础上的曲面重组成像技术应该有望成为显示椎小关节病变的重要手段。它不仅丰富了图像显示效果，同时还通过不同的 MPR 显示椎小关节全貌、椎间小关节比邻关系，为临床诊断及手术提供条件。当8 / 15 然， SCT 的 MPR 技术标准有待于进一步规范。 5 关节突关节退变的 MRI 表现及临床意义 MRI 能根据需要采集矢状位、冠状位及横断位图像，定性定位诊断准确。尤其在矢状位上可以更精确地测量滑脱的程度，横断位上椎间关节间隙变窄，关节面凹凸不平，关节边缘部骨质增生及关节 半脱位。 MRI 虽然对骨结构，钙化显示不如 CT，但可通过软组织与骨信号的差别发现峡部裂，可以清晰显示椎间盘、椎间关节、椎管、椎间孔和硬膜囊的改变。 Carrino 等 17研究证实 MRI 诊断腰椎退行性疾病正确性相当高。 5.1 腰椎不稳与关节突和椎间盘退变的关系 腰椎不稳主要是椎间盘和椎小关节的退变引起。腰椎间盘变性使维系腰椎稳定性的韧带与周围软组织随之发生变性，致中央及侧方椎管容积变小而压迫其内的硬膜囊与神经根，产生一系列临床症状如下腰痛与间歇性跛行 18。 MRI信号有助于定量评估腰椎间盘退变的 程度，为间盘退变所致腰椎管狭窄提供一定的诊断价值。方国华等 19将椎间盘退变程度分为， 0 度：正常髓核图像，信号均匀，形态正常 ;1度退变：信号强度不均，形态不规则扩大 ;2 度退变：退变范围接近椎边缘 ;3 度退变：椎间隙变窄，髓核信号消失或部分残留，退变范围达到或超过椎体边缘。顾洪生等 15研究认为：腰椎小关节与椎间盘退变之间密不可分。张宏军等 209 / 15 发现腰椎运动节段的不稳定多集中在轻、中度退变的椎间盘，严重的椎间盘退变反而恢复了稳定性。贺瑞等 16亦发现腰椎不稳定患者的椎间盘退变 60%以上是在 1 度和 2 度以内 ，虽然腰椎间盘的退变程度和临床症状无正相关，但 MRI检查对腰椎不稳定患者还是很重要的。 Madsen 等 21认为硬膜囊横断面积及其轴向承受力的大小与椎管的直径并无直接关联，而与体位有一定关系。 Ferreiro 等 22发现对于患有腰椎间盘突出和脊柱滑脱病人，直立位 MRI 检查结果的准确性优于仰卧位 MRI，原因可能为由于脊柱承重导致椎间盘突出扩大和椎体前移加重。 Don 等 23通过对患者 MRI 影像研究发现退行性脊柱滑脱多发生于关节突处于矢状面的节段，而真性滑脱多发生于关节突处于冠状面的节段。另外，很多关于关节突 平面方向在 MRI 上表现的研究显示，关节突平面的矢状位和屈度的增加与椎间盘和退变性腰椎滑脱严重程度呈正相关 8。 5.2 关节突含水量在 MRI 像上变化的最新研究 目前，很少有关于腰椎关节突退变 MRI 表现的报道。Mailleux 等 24建议，关节突含水量在 MRI 像上的变化应该提高对腰椎不稳的怀疑，但是，这个建议并没有引起足够的重视。最近， Fujiwara 等 14以 MRI 表现为基础，通过研究椎间盘与关节突退变和发展的关系，设立了关节突关节退变10 / 15 的分级体系。他们发现椎间盘和关节突退变均与腰椎不稳存在密切关联。 Longmuir 等 25研究也证实关节突退变和椎间盘退变之间存在密切关联而且 MRI T2 像上关节突表现的信号强度及范围可以做为关节突退变的诊断依据。 最近， Jeffrey 等 26报道了关于关节突含水量 MRI表现与腰椎不稳 X 线表现之间关系的研究，他们认为通过观察关节突含水量在 MRI像上的变化也可以判断腰椎不稳的存在与否。研究证实腰椎关节突退变与脊柱节段不稳存在密切关 联，这与先前发表的生物力学和临床影像学研究结果相一致 14，这也是首次明确证实腰椎关节突含水量和节段不稳之间存在关联。研究显示， MRI 上腰椎关节突含水量值与 X线上的下腰椎不稳存在密切的线性正相关，关节突含水量值和 X 线片上腰椎不稳的总量均能够被测算出来，而且拥有很高的可信度，关节液相对高的阳性预测值的存在暗示 X 线片上存在腰椎不稳。尽管如此， Jeffrey 等 26研究数据也表明 MRI 不能单独诊断腰椎不稳，因为 X 线上存在腰椎不稳的患者中， 15%在 MRI 像上未出现关节突含水量的变化。而且，MRI 像上存在关节突含 水量变化的患者中， 19%在 X 线片上未出现腰椎不稳。因此，动力位 X 线片对于准确诊断腰椎不稳仍然是必需的。 Jeffrey 等 26最后指出，其研究的患者很有可能存在腰椎不稳而在腰椎动力位 X 线片中没有相应征象，但是在 CT、动态 MRI 或 CT 三维重建 27检查中能够被11 / 15 发现。哪种影像学检查在诊断腰椎不稳中最可靠尚无定论。将来分析关节突含水量和腰椎不稳关系的前瞻性研究应该包括其他更准确反映腰椎不稳的诊断和量化指标的影像学技术。 综上所述，腰椎关节突关节退变是下腰痛的病因之一，也是腰椎不稳的关键因素，与椎间盘退变存 在紧密关联。进一步深入研究腰椎关节突关节退变的影像学特点对于预防和诊断腰椎不稳具有重要的临床价值。 【参考文献】 1 Katz JN. 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