轴向负荷对腰椎硬膜囊的影响

1、临床医学轴向负荷对腰椎硬膜囊的影响*刘庆余，梁碧玲，陈建宇，李洁婷，曾伟科Impact of axial load to lumbar dural sacLiu Qing-yu, Liang Bi-ling, Chen Jian-yu, Li Jie-ting, Zeng Wei-keDepartment of Radiology, Second Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, Guangdong Province, ChinaLiu Qing-yu, Doctor, Attending physician, Depa

2、rtment of Radiology, Second Hospital of Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, Guangdong Province, Chinaliu.qingyuSupported by: the Medical Scientific Research Foundation Program of Guangdong Province, No. A2006195*Received:2007-12-13 Accepted:2008-04-23中山大学附属第二医院放射科，广东省广州市 510120刘庆余，男，1972年生，江西省

3、萍乡市人，汉族，2007年中山大学毕业，博士，主治医师，主要从事骨关节疾病影像诊断的研究。liu.qingyu广东省医学科研基金资助项目（A2006195）*中图分类号: R445文献标识码: A文章编号: 1673-8225(2008)30-05819-05收稿日期：2007-12-13修回日期：2008-04-23(07-50-12-6938/WL·A)AbstractBACKGROUND: Physiological load on lumbar spine at upright position disappears when a patient is examined at

4、 supine position during routine CT or MRI examination. Consequently, the physiological or pathological condition of disc or dural sac cannot be correctly reflected at supine posture.OBJECTIVE: To investigate the impact of axial load on lumbar dural sac.DESIGN, TIME AND SETTING: A comparative observa

5、tion was performed at Second Hospital of Sun Yat-sen University from March 2006 to February 2007. PARTICIPANTS: Forty-five patients with lumbar degenerative changes aged 22-79 years were included in the study. There were 29 male and 16 female. All patients complained of low back pain. The duration o

6、f symptoms ranged from one month to ten years.METHODS: Conventional CT scanning and axially loaded CT examination were performed in 45 patients with low back pain (scan range L1-S1). MAIN OUTCOME MEASURES: The cross-sectional area of dural sac (D-CSA), intervertebral disc, dorsal fat pad within spin

7、al canal and the thickness of ligamentum flavum were measured on the transverse plane at central part of the disc.RESULTS: Of 45 included patients with lumbar degenerative changes were included, 3 were excluded with L5 sacralization during L5/S1 level scanning. Compared with conventional CT, D-CSA d

8、ecreased by 8.2 mm2-19.7 mm2 averagely during axially loaded examination. While disc appearance did not change during axially loaded examination (P < 0.05), only the severity of disc bulging, protrusion or extrusion aggravated. The thickness of ligamentum flavum increased significantly at L1/2, L

9、2/3, L3/4 and L4/5 levels (P < 0.05), but no significant changes in thickness were found at L5/S1 level or the area of dorsal fat pad during axially loaded examination (P > 0.05). CONCLUSION: The degree of disc bulging, protrusion or extrusion is aggravated and the thickness of ligamentum flav

10、um increased during axially loaded examination, which are main factors for reduction of D-CSA in lumbar spine.Liu QY, Liang BL, Chen JY, Li JT, Zeng WK.Impact of axial load on lumbar dural sac. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(30):5819-58238-30/30k-5819(ps).pdf摘要背景：常规CT、MR

11、I检查是在仰卧位进行，这时人体在直立位时腰椎所承受的生理轴向负荷消失，腰椎间盘、硬膜囊等结构在生理负荷状态下的生理或病理改变不能真实反映出来。目的：实验拟探讨轴向负荷对腰椎硬膜囊的影响。设计、时间及地点：对照观察试验，于2006-03/2007-02在中山大学附属第二医院完成。参试者：选择本科收治的腰椎退行性变患者45例，男29例，女16例。所有患者均有腰腿疼痛症状。年龄2279岁，病程为1个月至10年。方法：对45例慢性腰腿痛患者进行常规CT检查（扫描范围为L1S1）和轴向负荷CT检查。主要观察指标：在椎间盘中央水平的横断面图像上分别测量负荷前后硬膜囊横截面积、椎间盘的面积、椎管内背侧脂肪垫

12、面积及黄韧带厚度。结果：纳入腰椎退变患者45例，扫描L5/S1时有3例患者由于腰椎骶化排除。与常规CT检查比较，轴向负荷检查可见硬膜囊横截面积不同程度的缩小，平均缩小8.219.7 mm2。与常规CT检查比较，轴向负荷检查对椎间盘的形态分类不产生影响，只引起椎间盘面积不同程度的增加（P < 0.05）；椎间盘膨出、突出或脱出的程度有所加重。轴向负荷时L1/2、L2/3、L3/4、L4/5各水平黄韧带增厚（P < 0.05），但对L5/S1水平黄韧带及椎管内背侧脂肪垫面积无显著影响（P > 0.05）。 结论：轴向负荷时椎间盘向后膨出、突出或脱出程度加重、黄韧带增厚，是引起硬膜

13、囊横截面积缩小的主要原因。关键词：体层摄影术；X射线计算机；腰椎；轴向负荷刘庆余，梁碧玲，陈建宇，李洁婷，曾伟科.轴向负荷对腰椎硬膜囊的影响J.中国组织工程研究与临床康复，2008，12(30):5819-58238-30/30k-5819(ps).pdfd>>本文导读<<课题背景：课题为广东省医学科研基金资助项目（A2006195）。常规CT、MRI是评价腰椎病变最主要的影像检查方法，患者进行检查时取仰卧位，这时人体直立时腰椎所承受的生理负荷消失，不能真实反映人体在站立位时腰椎间盘、椎管内容物的生理或病理改变，而且在这一体位状态下患者的临床症状或体征常常减轻，因而常规

14、CT、MRI可能会漏诊与患者临床症状、体征相关的阳性影像学发现。本实验采用腰椎轴向负荷装置模拟人体在直立位时腰椎所承受生理负荷时的状态，探讨在这一状态下腰椎硬膜囊的变化。偏倚或不足：采用轴向负荷装置模拟人体在直立位时腰椎所承受生理负荷时的状态，这一检查尚存在以下不足之处：直立位时腰椎所承受的生理负荷从头侧到脚侧存在一种逐步增加的梯度变化，但在轴向负荷检查时可能不存在这一种梯度改变。直立位时，为维持直立姿势腰椎肌肉会产生收缩，肌张力增加，肌肉张力的增加又将增加椎间盘的负荷压力。而轴向负荷检查时肌张力的影响可能被忽视。相关链接：腰椎退变引起的腰腿痛等症状随着患者体位的不同症状的严重程度也会发生改变

15、，这一现象提示在患者症状最明显的体位进行检查要比常规CT、MRI检查体位时能提供更多的诊断信息。对于腰椎退变患者而言，在临床症状、体征最明显的体位或负荷状态下进行CT或MRI检查是今后需要进一步深入研究的内容，这将有助于揭示导致患者症状的真正病因。0 引言腰椎轴向负荷检查是一种新的影像学检查技术，能真实地反映人体直立时椎间孔、硬膜囊等结构的病理生理改变1-11。与常规CT或MRI检查比较，轴向负荷检查能更准确显示椎管狭窄部位、程度，对诊断中央性椎管狭窄具有重要临床意义1-11。本文通过对硬膜囊、椎间盘、黄韧带及椎管内背侧脂肪垫的观察，旨在探讨轴向负荷检查对硬膜囊的影响，并对其机制进行分析探讨。

16、1 对象和方法设计：对照观察试验。时间及地点：试验于2006-03/2007-02在中山大学附属第二医院放射科完成。对象：选择本科收治的腰椎退变患者45例，男29例，女16例。所有患者均有腰腿疼痛症状。年龄2279岁，病程为1个月至10年。入选标准：临床或影像学检查诊断为腰椎退变，包括椎间盘突出、椎管狭窄、椎小关节退变等。临床以及常规MSCT腰椎检查脊柱无明显骨质疏松、脊柱骨折、炎症、肿瘤或肿瘤样病变。无严重的心肺疾病。试验过程：MSCT检查方法：患者首先进行常规MSCT检查：患者取仰卧位，双腿自然伸直。采用Siemens公司Sensation 64层螺旋CT对腰椎进行容积扫描，扫描范围为L1

17、S1。CT扫描参数：管电压120 kV，管电流250 mAs，螺距因子0.9，层厚1.0 mm，卷积核（Kernel）选择B20s smooth。将获得的横断面图像传输至工作站，进行横断位多平面重建（MPR），重建图像的层厚为2.0 mm，间隔为0.0 mm。常规MSCT检查结束后患者再接着进行轴向负荷检查1-2：采用自行研制的腰椎轴向负荷装置，患者取仰卧位，穿戴负荷背心，脚踏板置于脚下，将牵引带与弹簧组件连接。轴向压力通过负荷背心-牵引带-弹簧-脚踏板系统向检查者轴向施压，采用负荷压力为患者体质量的40%50%，轴向负荷MSCT检查的扫描参数和常规MSCT检查相同。指标检测：在进行测量评估前

18、，首先观察所选图像中椎体周围软组织、脊神经根、骨性结构（例如小关节、椎板等）的位置、形态，判断所选择的负荷前、后图像是否一致，如果不一致可在工作站上从三维空间方向调整图像层面的位置及角度，尽可能保证负荷前、后检查所选择的图像层面一致。主要观察指标：在椎间盘中央水平的横断面图像上分别测量负荷前后硬膜囊横截面积（cross-sectional area of dural sac，D-CSA）、椎间盘的面积、双侧黄韧带厚度及椎管内背侧脂肪垫面积，测量3次取平均值。在椎间盘中央水平的横断面图像上观察轴向负荷前后椎间盘的形态，将椎间盘的形态分为正常、膨出、突出、脱出、髓核游离等5种类型。设计、实施、评估

19、者：实验设计为第一、二作者，干预实施为全部作者，评估为第一、三作者。经过正规培训，采用盲法评估。统计学分析：由第一作者采用SPSS 13.0软件包完成统计处理，试验结果以±s表示，采用配对样本t检验分析方法，P < 0.05为差异有显著性意义。2 结果2.1 参与者数量分析 纳入腰椎退行性变患者45例，扫描L5/S1时有3例患者由于腰椎骶化排除。2.2 轴向负荷检查对硬膜囊的影响 见表1。 表1 两种CT检查方法D-CSA比较 Table 1 Comparison of cross-sectional area of dural sac measured by routine

20、CT and axially loaded CT(±s，mm2)Disc levelnRoutine CTAxially loaded CTPL1/2L2/3L3/4L4/5L5/S14545454542182.47±35.06158.71±43.25128.78±44.48118.29±47.90119.10±60.45168.80±33.64139.00±40.33111.29±41.92102.91±42.33110.93±61.37< 0.01< 0.01<

21、0.01< 0.01< 0.01与常规CT检查比较，轴向负荷检查D-CSA有不同程度的缩小（P < 0.05），其中L1/2水平D-CSA平均缩小13.7 mm2，L2/3水平缩小19.7 mm2，L3/4水平缩小17.5 mm2，L4/5水平缩小15.4 mm2，L5/S1水平缩小8.2 mm2。2.3 轴向负荷检查对椎间盘面积及形态的影响 见表2。Disc levelnRoutine CTAxially loaded CTPL1/2451 425.96±286.061 453.40±295.96< 0.01L2/3451 612.80±

22、289.841 657.16±304.70< 0.01L3/4451 757.24±328.411 805.78±340.81< 0.01L4/5451 824.44±346.901 895.02±353.96< 0.01L5/S1421 645.29±348.741 722.76±364.49< 0.01 表2 轴向负荷前、后不同腰椎水平椎间盘面积的比较 Table 2 Area of lumbar disc at different levels measured by routine CT an

23、d axially loaded CT (±s，mm2)与常规CT检查比较，轴向负荷检查可导致椎间盘面积增大（P < 0.05），而且从L1/2至L5/S1椎间盘面积增大的程度呈递增趋势，L1/2水平面积平均增加27.4 mm2，L2/3水平增加44.4 mm2，L3/4水平增加48.5 mm2，L4/5水平增加70.6 mm2，L5/S1水平增加77.5 mm2。由于本试验仅4个水平椎间盘脱出，故将椎间盘突出与脱出合并一起进行分析。轴向负荷检查前、后不同形态类别椎间盘面积比较见表3。Disc levelnRoutine CTAxially loaded CTPNormal14

24、6 1538.03±296.931583.89±311.06< 0.01Bulging441925.80±323.471990.95±343.63< 0.01Protrusion+extrusion321804.22±326.821875.53±325.20< 0.01 表3 轴向负荷前、后不同类别椎间盘的面积比较 Table 3 Area of lumbar disc with different morphologies measured by routine CT and axially loaded CT (

25、±s，mm2)与常规CT检查比较，轴向负荷检查可导致正常、膨出、突出脱出椎间盘面积增加（P < 0.05），正常椎间盘轴向负荷检查后面积平均增加45.9 mm2，膨出椎间盘组面积增加65.2 mm2，突出脱出组面积增加71.3 mm2。与常规CT检查比较，轴向负荷检查对椎间盘的形态分类不产生影响，常规CT检查上膨出或突出的椎间盘在轴向负荷检查上仍呈膨出或突出改变，只是膨出或突出的程度有所加重，见图13。a: Routine CTb: Axially loaded CT (Long arrowhead shows bilateral thickening of the ligam

26、entum flavum, and short arrowhead shows a reduction of dural sac size)Figure 1 Axially loaded CT of normal disc 图1 正常椎间盘轴向负荷检查a: Routine CTa: Routine CTb: Axially loaded CT (Arrowhead shows unchanged dorsal fat pad)Figure 2 Axially loaded CT of bulging disc 图2 膨出椎间盘轴向负荷检查b: Axially loaded CT (Arrowh

27、ead shows increased compression of dural sac, and a reduction of the area of dural sac)Figure 3 Axially loaded CT of disc protrusion 图3 突出椎间盘轴向负荷检查Figure 6 An increase in disc area, aggravated degree of disc protrusion and a mildly thickening of the left side arcuate ligaments on axially loaded CT.

28、Arrowhead shows increased compression of dural sac, and a reduction of the area of dural sac 图6 轴向负荷检查示椎间盘面积增加，椎间盘向后突出程度加重，左侧黄韧带增厚，箭头示硬膜囊受压加重，面积缩小2.4 轴向负荷检查对黄韧带及椎管内背侧脂肪垫的影响 见表4。Disc levelnRoutine CTAxially loaded CTPLeft sideRight sideLeft sideRight sideLeft sideRight sideL1/2452.55±0.512.68

29、77;0.212.75±0.582.88±0.24< 0.01< 0.01L2/3452.91±0.502.62±0.483.17±0.592.91±0.58< 0.01< 0.01L3/4453.06±0.652.85±0.603.28±0.663.09±0.73< 0.01< 0.01L4/5453.32±0.802.95±0.713.50±0.823.24±0.79< 0.01< 0.01L5/S142

30、2.94±0.802.80±0.612.99±0.782.78±0.64> 0.05> 0.05 表4 轴向负荷检查前、后黄韧带厚度比较Table 4 Thickness of ligamentum flavum measured by routine CT and axially loaded CT (±s，mm)与常规CT检查比较，轴向负荷检查使L1/2、L2/3、L3/4、L4/5各水平黄韧带增厚（P < 0.05）；但黄韧带平均增厚程度均小于0.5 mm。轴向负荷检查对L5/S1水平黄韧带无显著影响（P > 0.

31、05）；见图13。轴向负荷检查前、后背侧脂肪垫面积的测量结果见表5。与常规CT检查比较，轴向负荷检查对背侧脂肪垫面积无显著影响（P > 0.05），见图13。 表5 轴向负荷前、后背侧脂肪垫面积的比较Table 5 Area of dorsal fat pad measured by routine CT and axially loaded CT (±s，mm2)Disc levelnRoutine CTAxially loaded CTPL1/24523.80±8.9924.27±9.810.274L2/345 29.64±11.97 30.3

32、8±11.840.053L3/445 32.24±12.87 33.09±12.910.110L4/545 18.71±11.71 18.47±11.830.605L5/S142 3.26±6.25 3.14±6.270.5943 讨论3.1 进行轴向负荷检查的临床意义 腰椎椎管狭窄是引起坐骨神经痛、神经性跛行及下腰痛的常见原因。在临床实际工作中，部分患者有明显的椎管、椎间孔狭窄或神经根受压症状，但在常规仰卧位MRI或CT检查中未能发现有临床意义的影像学改变，因而给临床医生在诊断和治疗椎管狭窄时带来困惑。其原因可能是由于常规

33、CT、MRI检查常常是在仰卧位腰大肌放松时进行，不能真实反映硬膜囊或椎间孔、脊神经根等结构在站立负荷状态下的病理生理变化，通过特殊的腰椎轴向负荷装置可模拟人体直立位状态腰椎所承受的生理负荷，能更加有效地检出腰椎椎管、椎间孔狭窄等病变1-11。本试验发现轴向负荷可导致硬膜囊面积不同程度的缩小，平均缩小8.219.7 mm2。Lohman等12对117例下腰疼痛或临床可疑椎管狭窄的患者共351个腰椎节段进行了CT轴向负荷检查，结果与本试验非常类似：与常规CT检查比较，轴向负荷检查引起L3/4水平硬膜囊面积平均缩小18.5 mm2，L4/5水平缩小16.7 mm2，L5/S1水平缩小13.4 mm2

34、。轴向负荷检查虽然可导致硬膜囊面积缩小，但对于不同的患者具有不同的意义，这主要取决于负荷前硬膜囊面积的大小，如果负荷前硬膜囊面积较大，硬膜囊内神经根的缓冲空间大，负荷后硬膜囊面积缩小1020 mm2 左右不会导致椎管的狭窄，影响其内马尾神经功能。例如在本试验中，L2/3水平硬膜囊面积平均为159 mm2，硬膜囊内神经根的缓冲空间大，负荷后硬膜囊的缩小不会引起其内马尾神经功能受损。如果负荷前硬膜囊面积较小，接近椎管狭窄或者已经出现椎管狭窄，轴向负荷后面积的进一步缩小可导致硬膜囊内马尾神经根受压而出现临床症状，这就可以解释为什么部分椎管狭窄患者在平卧、曲髋时症状减轻，而在站立、行走时症状明显，这将

35、对临床治疗方案的选择具有一定的参考价值1-7。3.2 硬膜囊面积缩小的机制 吴浩波等13对尸体骨进行轴向负荷实验的研究中发现，在轴向负荷压力下椎间盘各处均受压而向四周放射状膨出，膨出尺度最大区域出现在后缘。Nowicki等14采用接近腰椎节段负荷极点的负荷压力对尸体骨进行了研究，发现41个椎间盘中37个椎间盘横断面积增加，正常的椎间盘面积增加65 mm2，而有辐射状撕裂的椎间盘面积增加最显著，达127 mm2，但两者的差异无显著性意义（P > 0.05）。以上均是采用尸体骨标本进行的试验，本试验发现在人体中轴向负荷也可引起各腰椎水平椎间盘面积增大，正常、膨出、突出或脱出椎间盘在轴向负荷压

36、力下椎间盘面积均有不同程度的增加，而且本试验还发现轴向负荷对椎间盘形态分类无影响，轴向负荷时椎间盘面积的增加并非局限在椎间盘的某一局部，而是向四周放射状膨出，包括椎间盘的后缘，从而引起椎间盘向后膨出、突出或脱出程度加重。由于椎间盘后缘间隔硬膜外间隙与硬膜囊毗邻，而且接触面较大，因而轴向负荷时椎间盘向后膨出、突出或脱出程度的加重是导致硬膜囊面积缩小的主要原因。Manenti等15的研究也证实了这一点，在其观察的50例患者中发现 8例患者轴向负荷检查时椎间盘突出有明显加重。近年来大量研究表明，黄韧带的退变、肥厚也具有一定的临床病理意义，当黄韧带发生退变后其弹性明显降低，甚至变得肥厚，当黄韧带厚度大

37、于5 mm 以上即可引起椎管狭窄，压迫硬膜囊或神经根，引起相应的临床症状16-18。在轴向负荷压力下黄韧带的厚度也会发生一定的变化。Nowicki等14采用接近腰椎负荷极点的负荷压力对尸体骨进行了研究，发现轴向负荷可导致黄韧带增厚，但对黄韧带增厚的程度未进行详细的描述。在人体中发现轴向负荷检查可导致L1L5各水平黄韧带不同程度的增厚（P < 0.05），其增厚的原因可能是由于椎间盘高度下降导致相邻椎板间距离缩短、黄韧带松弛所致。黄韧带作为组成椎管的重要成分之一，在侧后方与硬膜囊毗邻，它的厚度变化无疑影响到硬膜囊横截面积的大小，特别是已经存在椎管狭窄的病例中，即使轻度的黄韧带增厚也可能导致

38、硬膜囊面积缩小，椎管狭窄程度的加重，患者症状加剧。本试验发现轴向负荷对L5/S1水平黄韧带厚度无显著影响（P > 0.05），可能与轴向负荷时L5/S1节段椎体间角显著缩小有关19。椎管内背侧脂肪垫的存在有利于脊柱伸曲活动时起到保护硬膜囊的作用。本试验发现轴向负荷对椎管内背侧脂肪垫的面积并无影响，因而作者认为，虽然硬膜囊后方紧贴背侧脂肪垫，但轴向负荷时椎管内背侧脂肪垫并不会出现增厚或前移改变，对硬膜囊不会产生压迫。但在Willen等20的研究中提到轴向负荷可引起椎管内背侧脂肪垫的增厚、前移，从而导致硬膜囊受压变形。笔者推测这可能与该试验负荷前、后所选择的层面未完全吻合，试验方法存在不足有

39、一定的关系。总之，腰椎硬膜囊毗邻的非骨性结构包括有椎间盘、黄韧带以及椎管内背侧脂肪垫，轴向负荷时椎间盘向后膨出/突出或脱出程度的加重、黄韧带的增厚是引起硬膜囊横截面积缩小的主要原因，而椎管内背侧脂肪垫对硬膜囊面积大小并无显著影响。4 参考文献1 Liu QY，Chen JY，Liang BL. Zhongshan Daxue Xuebao: Yixue Kexue Ban 2007；28(3)：327-331刘庆余，陈建宇，梁碧玲.腰椎轴向负荷MRI检查的临床应用J.中山大学学报:医学科学版，2007，28(3)：327-3312 Liu QY，Chen JY，Shen J，et al. Zh

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