引用本文： 黄文强, 邵高海, 李波, 余雨, 屈一鸣, 王群波. MRI辅助髓核容积测量评价ISOBAR TTL动态内固定系统对固定节段邻近椎间盘退变影响的临床研究. 中国修复重建外科杂志, 2016, 30(7): 855-860. doi: 10.7507/1002-1892.20160174 复制
后路椎间融合术是治疗椎间盘疾病的标准术式[1-2]，随着融合术的广泛应用，术后固定节段邻近椎间盘、椎体快速退变日益受到众多学者的关注[3]。预防邻近节段退变（adjacent segment degeneration，ASD）的内固定装置应运而生，如脊柱半坚强固定、棘突间固定、人工椎间盘置换等。大量临床研究表明，动态内固定系统能获得良好固定力学环境，同时又能降低固定节段固定刚度，预防ASD的发生与进展[4-5]。目前多通过观察术后椎间隙高度及椎间活动度等指标，研究动态内固定术后对邻近节段的影响。而运用MRI检查测量固定节段邻近椎间盘髓核容积的变化，来研究动态内固定系统对固定节段邻近椎间盘退变的影响尚罕见报道。现回顾分析2010年3月－2011年10月，我科采用ISOBAR TTL动态内固定系统手术治疗的34例单节段腰椎间盘突出症患者临床资料，通过髓核容积测量研究动态内固定对邻近节段椎间盘退变的影响。报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料
纳入标准：单节段腰椎间盘突出症，患者愿意接受脊柱动态内固定治疗。排除标准：合并腰椎滑脱、腰椎肿瘤、腰椎感染、骨质疏松者。
本组男20例，女14例；年龄39～62岁，平均47.5岁。病程6～18个月，平均14个月。病变节段：L4、5 21例，L5、S1 13例。所有患者均无明确外伤史。术前均存在神经根刺激症状或椎管狭窄症状，经3个月以上正规保守治疗无效或再发，其中18例存在典型坐骨神经根刺激症状，16例存在间歇性跛行。腰椎间盘突出症分型[6]：旁中央型23例，外侧型11例。
1.2 手术方法
患者于气管插管加静脉复合麻醉下俯卧于脊柱手术托架上，采用腰椎后正中切口，逐层切开皮肤、皮下，向两侧游离深筋膜、沿肌间隙入路，显露病变节段关节突，摘除病变节段髓核，并于病变节段植入椎弓根螺钉，以ISOBAR TTL动态内固定系统（通用公司，美国）植入固定。术中保护好邻近节段、病变节段关节突关节囊。缝合伤口，术后行持续封闭式负压引流。
1.3 影像学资料搜集
术前及术后6、12、18、24、36、48个月常规行X线片及MRI检查，测量以下指标：①采用角平分线法测量固定节段头侧邻近椎间隙高度。于融合邻近上一椎体后缘中点与椎体前缘中点作一直线，再于融合椎体的上一椎体后缘中点与椎体前缘中点作一直线，两线相交的夹角作一平分线，椎体前缘向平分线作垂线，两垂线的和即为椎间隙高度，见图 1。②MRI辅助髓核容积测定法测量固定节段头侧邻近髓核容积。即在T2加权像上，于固定节段头侧邻近髓核中部横断面测量髓核的前后径和宽度，正中矢状位在髓核中部最高点测量髓核高度。髓核的横断面近似椭圆，根据椭圆体体积计算公式：V=4/3π×a×b×h算出髓核容积，a、b、h分别指椭圆体的前后径、宽度及高度的1/2，π取3.14。见图 2。比较手术前后的邻近节段椎间隙高度及髓核容积，评价ISOBAR TTL动态内固定技术对固定节段头侧邻近椎间盘退变的影响。
图1
角平分线法测量椎间隙高度 a：上椎体前后缘中点连线b：中点连线的角平分线c：下椎体前后缘中点连线 图 2 MRI辅助髓核容积测定法测量固定节段头侧邻近髓核容积 图 3患者，女，39岁，L4、5椎间盘突出，行L4、5髓核摘除、动态内固定术 从左至右分别为术前及术后6、12、18、24、36、48个月ⓐX线片ⓑ矢状位MRIⓒ横断面MRI
Figure1.
Measurement of intervertebral space height by angle bisectrix method a: The midpoint of the anterior and posterior margin of upper vertebral body b: The midpoint of angular bisectrix c: The midpoint of the anterior and posterior margin of lower vertebral body Fig. 2 Measurement of the nucleus pulposus volume of the adjacent fixed segment by MRI assisted nucleus volume measurement Fig. 3 A 39-year-old female patient with protrusion of intervertebral disc at L4, 5, who underwent nucleus pulposus extraction and dynamic internal fixation at L4, 5 From left to right for at pre-operation and at 6, 12, 18, 24, 36, and 48 months after operation ⓐX-ray films ⓑSagittal MRI ⓒCross section MRI
1.4 统计学方法
采用SPSS19.0统计软件进行分析。数据以均数±标准差表示，术后各时间点与术前比较采用配对t检验；检验水准α=0.05。
2 结果
术后30例获随访，均随访至48个月。术后各时间点与术前比较邻近节段椎间隙高度差异均无统计学意义（P > 0.05）；术后6、12、18个月的邻近节段髓核容积与术前比较差异无统计学意义（P > 0.05），但术后24、36、48个月的邻近节段髓核容积显著高于术前（P < 0.05）。术后6、12、18个月髓核容积各数值中，b、h与术前比较差异无统计学意义（P > 0.05），但术后24、36、48个月h较术前增大，b较术前减小，差异均有统计学意义（P < 0.05）；术后18、24、36、48个月a与术前比较差异均有统计学意义（P < 0.05）。见表 1、图 3。
表1
手术前后各影像学指标比较（3 讨论
随着人们生活习惯及工作方式的改变，椎间盘退行性疾病（disc degenerative diseases，DDD）日趋突出并成为严重的公共卫生问题。80%以上的人在一生中会经历1次以上腰痛性疾病，其中5%的人长期受到慢性腰痛困扰，我国DDD患者数量可高达1.5亿[7]。退行性改变在DDD患者主要表现为椎间盘髓核组织变性、纤维化、水分减少、椎间盘突出、椎间盘高度变窄、椎管狭窄和脊柱不稳等，从而导致颈椎病、下腰背疼痛、功能受限，甚至脊柱畸形等。后路腰椎减压、良好的植骨融合、坚强固定被认为是治疗腰椎退行性疾病的金标准。随着临床研究的深入，传统的高坚强内固定术后ASD越来越受到重视。国内外多数研究认为，腰椎融合术后ASD的发生是导致腰椎手术中长期疗效不理想的主要原因[8-10]。
ASD的发病机制目前尚未完全明了，一般认为椎体融合后邻近椎体生物力学的变化是重要原因。多数学者认为腰椎内固定融合术后ASD的发生，是由于需要代偿因椎弓根螺钉固定融合而丧失的椎间活动度，邻近节段在生理范围内会出现较大转矩，椎体机械应力增大，逐渐导致邻近椎间盘退变以及腰椎滑脱[11-12]。近年来矢状面失衡对ASD发生的影响也逐渐引起学者们的关注[13-14]。
为了改善传统坚强内固定及融合术后发生的ASD，脊椎非融合技术逐渐应用于临床。非融合技术保留手术节段椎体一定的活动度，使手术节段仍能保留部分力学作用，更接近于正常腰椎的力学环境，从而改善邻近节段的应力集中，可减缓甚至逆转ASD发生[15]。目前脊柱非融合内固定系统主要有椎弓根钉间韧带连接装置Graf韧带、棘突间固定撑开装置、经椎弓根动态固定装置等。ISOBAR TTL动态内固定系统是一种基于椎弓根螺钉的半坚强内固定装置，其减震关节允许装置于冠状轴上具备±2°的屈伸自由度、矢状轴上具备±2 mm的轴向位移[16]。
椎间盘退变开始于髓核，主要涉及蛋白多糖浓度降低以及胶原蛋白的改变，这些因素可导致成年人椎间盘的含水量迅速下降70%～80%[17]。MRI是发现腰椎髓核及纤维环退变最敏感的方法，相比X线片、椎间盘造影及CT等其他检查方式，MRI检查具有以下优势：①MRI反映组织的多个参数，可获得更多的成像信息；②诊断准确率高，可辨别纤维环、髓核和软骨终板等结构；③可以发现早期椎间盘退变；④能够描述椎间盘的水分含量及形态学变化[18]。楼才俊等[19]通过对腰椎间盘疾病手术患者术后椎间盘标本与正常椎间盘标本进行对比证实，MRI信号强度与髓核内水分子含量成正相关。目前对椎间盘退变进行MRI分析多采用矢状位T2信号的强度作为评价依据，MRI中T2信号随着退变程度的改变而改变，表明T2信号的水平与腰椎退变的严重程度有显著相关性[20]。无论是分析髓核中水分含量还是各种椎间盘退变的分级标准，都是观察椎间盘退变的间接指标。本研究中通过对椎间盘髓核容积的测量，从髓核大小的改变更加直观地分析椎间盘髓核的退变情况，研究动态内固定对固定节段邻近椎间盘髓核的影响，从而反映其对邻近节段椎间盘退变的影响。由于纤维环组织中的氢原子固定在多肽形成的致密网架上，不参与MRI成像，因此在任何MRI序列上均为低信号影。而髓核组织在T2WI呈高信号影，故一般情况下两者界限清楚。但对于髓核组织退变严重者，髓核组织在T2WI仍可表现为低信号，这样纤维环与髓核组织分辨率低，影响测量的准确性。梯度回波序列是目前MRI快速扫描中最为成熟的方法，它不仅可显著缩短扫描时间，而且还保持了较好的空间分辨力和信噪比。遇到这种情况，由有经验的医生增做梯度回波序列，可使纤维环与髓核组织界限更加清晰。理论上讲，反转角度越小，获得的图像越清晰。但我院MRI检查一般采用反转30°扫描，对于其他角度扫描尚无太多经验。
本研究显示，手术前后邻近节段椎间隙高度比较差异无统计学意义（P > 0.05）；术后邻近节段髓核容积均较术前增大，但术后6、12、18个月与术前比较差异无统计学意义（P > 0.05），术后24、36、48个月差异有统计学意义（P < 0.05）。髓核容积增大可能与以下因素有关：①经ISOBAR TTL动态内固定后，在术后36个月ASD椎间盘发生逆转，这与Gao等[21]采用弥散加权成像技术研究ISOBAR TTL动态内固定系统对ASD影响的研究结果相一致；②每次MRI平扫位置不可能绝对一样，与图像的选择有关；③即使增做了梯度回波序列，严重退变的髓核组织与纤维环界限仍不十分清晰，影响测量效果；④研究样本太少，影响测量效果；⑤可能与患者术后生活习惯、工作性质等的改变有关，延缓髓核组织的退变。在髓核容积各数值的变化中，髓核高度于术后24个月开始与术前比较差异有统计学意义（P < 0.05），但术后36、48个月髓核高度较术后24个月并未出现增加，可能与髓核容积改变后其内部微环境改变，导致相应节段承受机械压力及压力的传导改变，使得压力分散于各个方向后不再突出地表现为髓核高度的增加。
MRI矢状位观察结果表明ISOBAR TTL动态内固定系统确实能预防ASD，其原因可能是：①ISOBAR TTL动态内固定后，其减震关节可保留固定节段一定的活动度，使固定节段仍能发挥其承担脊柱受力的部分作用，减少邻近节段的应力集中与异常活动，减轻异常应力对邻近节段椎间盘的影响，从而保护椎间盘髓核，使髓核容积逐渐增大，尤其以髓核高度的改变最为明显；②术中保留病变节段及邻近节段上下关节突及关节囊，保留了关节突关节的运动功能，从而减轻邻近节段载荷。提示ISOBAR TTL动态内固定系统的减震关节能保持术后脊柱矢状位平衡。
综上述，本研究结果表明，髓核体积测量不仅能更加直观地观察椎间盘退变发生的关键部位——椎间盘髓核的退变情况，而且这种测量方法操作简便，仅需在MRI矢状位及横断面上测量髓核的长、宽、高数值，易于临床医生掌握，相比其他操作复杂或成本较高的检查方法，髓核容积测量更适用于临床实践工作。动态内固定系统确有预防甚至逆转邻近节段椎间盘退变的临床效果。但也存在以下不足：①髓核容积测量数值只是反映患者真实髓核容积的近似值，受测量者主观因素或测量工具及MRI图像清晰度等因素的影响；②研究样本量较小，临床随访时间较短，其远期预防ASD的临床效果还需要长时间大宗病例、多中心对比随访研究明确。
后路椎间融合术是治疗椎间盘疾病的标准术式[1-2]，随着融合术的广泛应用，术后固定节段邻近椎间盘、椎体快速退变日益受到众多学者的关注[3]。预防邻近节段退变（adjacent segment degeneration，ASD）的内固定装置应运而生，如脊柱半坚强固定、棘突间固定、人工椎间盘置换等。大量临床研究表明，动态内固定系统能获得良好固定力学环境，同时又能降低固定节段固定刚度，预防ASD的发生与进展[4-5]。目前多通过观察术后椎间隙高度及椎间活动度等指标，研究动态内固定术后对邻近节段的影响。而运用MRI检查测量固定节段邻近椎间盘髓核容积的变化，来研究动态内固定系统对固定节段邻近椎间盘退变的影响尚罕见报道。现回顾分析2010年3月－2011年10月，我科采用ISOBAR TTL动态内固定系统手术治疗的34例单节段腰椎间盘突出症患者临床资料，通过髓核容积测量研究动态内固定对邻近节段椎间盘退变的影响。报告如下。
1 临床资料
1.1 一般资料
纳入标准：单节段腰椎间盘突出症，患者愿意接受脊柱动态内固定治疗。排除标准：合并腰椎滑脱、腰椎肿瘤、腰椎感染、骨质疏松者。
本组男20例，女14例；年龄39～62岁，平均47.5岁。病程6～18个月，平均14个月。病变节段：L4、5 21例，L5、S1 13例。所有患者均无明确外伤史。术前均存在神经根刺激症状或椎管狭窄症状，经3个月以上正规保守治疗无效或再发，其中18例存在典型坐骨神经根刺激症状，16例存在间歇性跛行。腰椎间盘突出症分型[6]：旁中央型23例，外侧型11例。
1.2 手术方法
患者于气管插管加静脉复合麻醉下俯卧于脊柱手术托架上，采用腰椎后正中切口，逐层切开皮肤、皮下，向两侧游离深筋膜、沿肌间隙入路，显露病变节段关节突，摘除病变节段髓核，并于病变节段植入椎弓根螺钉，以ISOBAR TTL动态内固定系统（通用公司，美国）植入固定。术中保护好邻近节段、病变节段关节突关节囊。缝合伤口，术后行持续封闭式负压引流。
1.3 影像学资料搜集
术前及术后6、12、18、24、36、48个月常规行X线片及MRI检查，测量以下指标：①采用角平分线法测量固定节段头侧邻近椎间隙高度。于融合邻近上一椎体后缘中点与椎体前缘中点作一直线，再于融合椎体的上一椎体后缘中点与椎体前缘中点作一直线，两线相交的夹角作一平分线，椎体前缘向平分线作垂线，两垂线的和即为椎间隙高度，见图 1。②MRI辅助髓核容积测定法测量固定节段头侧邻近髓核容积。即在T2加权像上，于固定节段头侧邻近髓核中部横断面测量髓核的前后径和宽度，正中矢状位在髓核中部最高点测量髓核高度。髓核的横断面近似椭圆，根据椭圆体体积计算公式：V=4/3π×a×b×h算出髓核容积，a、b、h分别指椭圆体的前后径、宽度及高度的1/2，π取3.14。见图 2。比较手术前后的邻近节段椎间隙高度及髓核容积，评价ISOBAR TTL动态内固定技术对固定节段头侧邻近椎间盘退变的影响。
图1
角平分线法测量椎间隙高度 a：上椎体前后缘中点连线b：中点连线的角平分线c：下椎体前后缘中点连线 图 2 MRI辅助髓核容积测定法测量固定节段头侧邻近髓核容积 图 3患者，女，39岁，L4、5椎间盘突出，行L4、5髓核摘除、动态内固定术 从左至右分别为术前及术后6、12、18、24、36、48个月ⓐX线片ⓑ矢状位MRIⓒ横断面MRI
Figure1.
Measurement of intervertebral space height by angle bisectrix method a: The midpoint of the anterior and posterior margin of upper vertebral body b: The midpoint of angular bisectrix c: The midpoint of the anterior and posterior margin of lower vertebral body Fig. 2 Measurement of the nucleus pulposus volume of the adjacent fixed segment by MRI assisted nucleus volume measurement Fig. 3 A 39-year-old female patient with protrusion of intervertebral disc at L4, 5, who underwent nucleus pulposus extraction and dynamic internal fixation at L4, 5 From left to right for at pre-operation and at 6, 12, 18, 24, 36, and 48 months after operation ⓐX-ray films ⓑSagittal MRI ⓒCross section MRI
1.4 统计学方法
采用SPSS19.0统计软件进行分析。数据以均数±标准差表示，术后各时间点与术前比较采用配对t检验；检验水准α=0.05。
2 结果
术后30例获随访，均随访至48个月。术后各时间点与术前比较邻近节段椎间隙高度差异均无统计学意义（P > 0.05）；术后6、12、18个月的邻近节段髓核容积与术前比较差异无统计学意义（P > 0.05），但术后24、36、48个月的邻近节段髓核容积显著高于术前（P < 0.05）。术后6、12、18个月髓核容积各数值中，b、h与术前比较差异无统计学意义（P > 0.05），但术后24、36、48个月h较术前增大，b较术前减小，差异均有统计学意义（P < 0.05）；术后18、24、36、48个月a与术前比较差异均有统计学意义（P < 0.05）。见表 1、图 3。
表1
手术前后各影像学指标比较（3 讨论
随着人们生活习惯及工作方式的改变，椎间盘退行性疾病（disc degenerative diseases，DDD）日趋突出并成为严重的公共卫生问题。80%以上的人在一生中会经历1次以上腰痛性疾病，其中5%的人长期受到慢性腰痛困扰，我国DDD患者数量可高达1.5亿[7]。退行性改变在DDD患者主要表现为椎间盘髓核组织变性、纤维化、水分减少、椎间盘突出、椎间盘高度变窄、椎管狭窄和脊柱不稳等，从而导致颈椎病、下腰背疼痛、功能受限，甚至脊柱畸形等。后路腰椎减压、良好的植骨融合、坚强固定被认为是治疗腰椎退行性疾病的金标准。随着临床研究的深入，传统的高坚强内固定术后ASD越来越受到重视。国内外多数研究认为，腰椎融合术后ASD的发生是导致腰椎手术中长期疗效不理想的主要原因[8-10]。
ASD的发病机制目前尚未完全明了，一般认为椎体融合后邻近椎体生物力学的变化是重要原因。多数学者认为腰椎内固定融合术后ASD的发生，是由于需要代偿因椎弓根螺钉固定融合而丧失的椎间活动度，邻近节段在生理范围内会出现较大转矩，椎体机械应力增大，逐渐导致邻近椎间盘退变以及腰椎滑脱[11-12]。近年来矢状面失衡对ASD发生的影响也逐渐引起学者们的关注[13-14]。
为了改善传统坚强内固定及融合术后发生的ASD，脊椎非融合技术逐渐应用于临床。非融合技术保留手术节段椎体一定的活动度，使手术节段仍能保留部分力学作用，更接近于正常腰椎的力学环境，从而改善邻近节段的应力集中，可减缓甚至逆转ASD发生[15]。目前脊柱非融合内固定系统主要有椎弓根钉间韧带连接装置Graf韧带、棘突间固定撑开装置、经椎弓根动态固定装置等。ISOBAR TTL动态内固定系统是一种基于椎弓根螺钉的半坚强内固定装置，其减震关节允许装置于冠状轴上具备±2°的屈伸自由度、矢状轴上具备±2 mm的轴向位移[16]。
椎间盘退变开始于髓核，主要涉及蛋白多糖浓度降低以及胶原蛋白的改变，这些因素可导致成年人椎间盘的含水量迅速下降70%～80%[17]。MRI是发现腰椎髓核及纤维环退变最敏感的方法，相比X线片、椎间盘造影及CT等其他检查方式，MRI检查具有以下优势：①MRI反映组织的多个参数，可获得更多的成像信息；②诊断准确率高，可辨别纤维环、髓核和软骨终板等结构；③可以发现早期椎间盘退变；④能够描述椎间盘的水分含量及形态学变化[18]。楼才俊等[19]通过对腰椎间盘疾病手术患者术后椎间盘标本与正常椎间盘标本进行对比证实，MRI信号强度与髓核内水分子含量成正相关。目前对椎间盘退变进行MRI分析多采用矢状位T2信号的强度作为评价依据，MRI中T2信号随着退变程度的改变而改变，表明T2信号的水平与腰椎退变的严重程度有显著相关性[20]。无论是分析髓核中水分含量还是各种椎间盘退变的分级标准，都是观察椎间盘退变的间接指标。本研究中通过对椎间盘髓核容积的测量，从髓核大小的改变更加直观地分析椎间盘髓核的退变情况，研究动态内固定对固定节段邻近椎间盘髓核的影响，从而反映其对邻近节段椎间盘退变的影响。由于纤维环组织中的氢原子固定在多肽形成的致密网架上，不参与MRI成像，因此在任何MRI序列上均为低信号影。而髓核组织在T2WI呈高信号影，故一般情况下两者界限清楚。但对于髓核组织退变严重者，髓核组织在T2WI仍可表现为低信号，这样纤维环与髓核组织分辨率低，影响测量的准确性。梯度回波序列是目前MRI快速扫描中最为成熟的方法，它不仅可显著缩短扫描时间，而且还保持了较好的空间分辨力和信噪比。遇到这种情况，由有经验的医生增做梯度回波序列，可使纤维环与髓核组织界限更加清晰。理论上讲，反转角度越小，获得的图像越清晰。但我院MRI检查一般采用反转30°扫描，对于其他角度扫描尚无太多经验。
本研究显示，手术前后邻近节段椎间隙高度比较差异无统计学意义（P > 0.05）；术后邻近节段髓核容积均较术前增大，但术后6、12、18个月与术前比较差异无统计学意义（P > 0.05），术后24、36、48个月差异有统计学意义（P < 0.05）。髓核容积增大可能与以下因素有关：①经ISOBAR TTL动态内固定后，在术后36个月ASD椎间盘发生逆转，这与Gao等[21]采用弥散加权成像技术研究ISOBAR TTL动态内固定系统对ASD影响的研究结果相一致；②每次MRI平扫位置不可能绝对一样，与图像的选择有关；③即使增做了梯度回波序列，严重退变的髓核组织与纤维环界限仍不十分清晰，影响测量效果；④研究样本太少，影响测量效果；⑤可能与患者术后生活习惯、工作性质等的改变有关，延缓髓核组织的退变。在髓核容积各数值的变化中，髓核高度于术后24个月开始与术前比较差异有统计学意义（P < 0.05），但术后36、48个月髓核高度较术后24个月并未出现增加，可能与髓核容积改变后其内部微环境改变，导致相应节段承受机械压力及压力的传导改变，使得压力分散于各个方向后不再突出地表现为髓核高度的增加。
MRI矢状位观察结果表明ISOBAR TTL动态内固定系统确实能预防ASD，其原因可能是：①ISOBAR TTL动态内固定后，其减震关节可保留固定节段一定的活动度，使固定节段仍能发挥其承担脊柱受力的部分作用，减少邻近节段的应力集中与异常活动，减轻异常应力对邻近节段椎间盘的影响，从而保护椎间盘髓核，使髓核容积逐渐增大，尤其以髓核高度的改变最为明显；②术中保留病变节段及邻近节段上下关节突及关节囊，保留了关节突关节的运动功能，从而减轻邻近节段载荷。提示ISOBAR TTL动态内固定系统的减震关节能保持术后脊柱矢状位平衡。
综上述，本研究结果表明，髓核体积测量不仅能更加直观地观察椎间盘退变发生的关键部位——椎间盘髓核的退变情况，而且这种测量方法操作简便，仅需在MRI矢状位及横断面上测量髓核的长、宽、高数值，易于临床医生掌握，相比其他操作复杂或成本较高的检查方法，髓核容积测量更适用于临床实践工作。动态内固定系统确有预防甚至逆转邻近节段椎间盘退变的临床效果。但也存在以下不足：①髓核容积测量数值只是反映患者真实髓核容积的近似值，受测量者主观因素或测量工具及MRI图像清晰度等因素的影响；②研究样本量较小，临床随访时间较短，其远期预防ASD的临床效果还需要长时间大宗病例、多中心对比随访研究明确。
