定量 CT 測量不同層面腰部椎后肌群體質成分的差異及相關性研究

李新彤 姚寧 蔡韋 王玲 程曉光

肌少癥 ( Sarcopenia ) 是隨著年齡增長進行性出現全身肌肉減少，強度下降以及肌肉生理功能減退的綜合征，是一種全身性疾病，其存在會導致人群跌倒、骨折、身體殘疾、甚至死亡等不良臨床結果的發生率增加[1]。骨骼肌的定量測量是篩查和監測肌少癥的關鍵，也是目前國內外的研究熱點之一。CT、MRI 等影像學檢查可以對骨骼肌進行定量測量，在評估骨骼肌退變及診斷肌少癥中發揮著重要作用[2]。目前對于骨骼肌測量部位及層面尚沒有統一的標準，以往的許多研究是以 L3椎體中部水平的整體肌肉或單獨椎后肌群的情況作為診斷依據[3-4]。本研究利用定量 CT 測量 L3及 L5椎體中部層面的椎后肌群，研究這兩個層面椎后肌群體質成分的差異及相關性，并且探討骨骼肌測量層面的選擇及替代。

資料與方法

一、納入標準與排除標準

1. 納入標準：( 1 ) 2013年 1月至 2016年 12月，在我院參加骨科退行性疾病病因學研究的社區志愿者；( 2 ) 接受腰椎 CT 掃描者；( 3 )年齡 21～60 歲者；( 4 ) 已簽署知情同意書者；( 5 ) 人體參數信息及病史資料完整者。

2. 排除標準：( 1 ) 既往有腰部手術史者；( 2 ) 椎體及椎旁存在占位性、感染性病變者；( 3 ) 腰椎側彎畸形及骨折移位者；( 4 ) 患有嚴重器質性疾病及惡病質者；( 5 ) 圖像質量無法滿足后處理分析需求者；( 6 ) 資料不完整者。

二、方法

1. 腰椎 CT 掃描：志愿者仰臥于 Toshiba Aquilion 80 排 CT 掃描床中央，腰部下方加墊 Mindways 公司校準體模，雙手上舉至頭頂，進行腰椎 CT 掃描。掃描參數為床高 120 cm、電壓 120 kV、電流 250 mAs、掃描視野 500 mm、層厚 1.00 mm、矩陣 512×512，掃描范圍自 T12椎體下緣至 S1椎體上緣。

2. 測量方法：使用 Mindways 公司 QCT 測量分析軟件工作站 ( Mindways QCT PRO ) 對腰椎 CT 掃描的容積數據進行測量。參照以往研究中的椎后肌群測量方法 ( 圖 1 )[3-4]，選擇軟件中“tissue composition”功能模塊，通過掃描定位像，選取 L3及 L5椎體中部層面的軸位圖像，沿椎后肌群邊緣手動分割圈畫感興趣區。提前設置肌肉組織閾值為 996～1153 mg / cm3、脂肪組織閾值為 833～995 mg / cm3，軟件自動區分肌肉及脂肪組織并得出相應橫截面積 ( cm2)，即肌肉橫截面積 ( cross-sectional muscle area，CSMA )、肌間隙脂肪面積 ( intra-muscular adipose area，IMAA )，依據公式 IMAA / ( IMAA + CSMA )×100% 得出肌肉脂肪浸潤程度 ( muscle fat infiltration，MFI )。操作者為一位經過專業培訓的放射科主治醫師，復核人員為一位高年資醫師，測量方法的準確性及重復性已在以往研究中得到良好證明[5-6]。

圖1 椎后肌群體質成分測量示意圖a：L3 層面；b：L5 層面 ( 點狀綠色套索為圈畫的感興趣區，黃色區域代表肌肉組織，藍色區域代表脂肪組織 )Fig.1 Measurement of posterior vertebral muscle composition a: L3 level; b: L5 level( Punctate green lasso was the region of interest, with yellow areas representing muscle tissue and blue areas representing adipose tissue )

三、統計學處理

本研究中的所有數據使用 SPSS 19.0 統計軟件進行處理分析。定量資料使用 K-S 正態分布檢驗后，采用±s形式表示。使用獨立樣本t檢驗比較男女之間椎后肌群的差異。使用配對樣本t檢驗比較 L3及 L5層面椎后肌群參數的差異。使用 Person 相關分析對 L3、L5層面椎后肌群體質成分進行相關性分析。分別以 L3層面 CSMA、IMAA、MFI 為因變量，L5層面 CSMA、IMAA、MFI 為自變量進行線性回歸分析，得到線性回歸方程。P＜ 0.05 視為差異有統計學意義。

結 果

一、志愿者基線特征

本研究共納入 659 名志愿者，年齡 21～60 歲，平均 ( 39.3±8.5 ) 歲，男性 276 名 ( 41.9% )，女性383 名 ( 58.1% )。其中，男性的身高、體重、體質量指數 ( body mass index，BMI )、腰圍、臀圍均大于女性，差異有統計學意義；男性的年齡與女性比較，差異無統計學意義 ( 表 1 )。

表1 不同性別基線特征及椎后肌群體質成分比較 (±s )Tab.1 Comparison of baseline characteristics and posterior vertebral muscle composition between different genders ( ±s )

表1 不同性別基線特征及椎后肌群體質成分比較 (±s )Tab.1 Comparison of baseline characteristics and posterior vertebral muscle composition between different genders ( ±s )

變量男性 ( n = 276 ) 女性 ( n = 383 ) t 值P 值年齡 ( 歲 ) 39.20± 7.90 39.40± 8.90 -0.398 0.691身高 ( cm ) 170.80±15.90 161.00± 6.20 10.944＜ 0.001體重 ( kg ) 77.10±13.70 62.10±10.40 15.365＜ 0.001 BMI 26.20± 3.50 24.30± 8.60 3.418 0.001腰圍 ( cm ) 90.20±10.70 80.10±10.60 11.961＜ 0.001臀圍 ( cm ) 100.40± 8.60 96.50± 6.80 6.434＜ 0.001 L3 CSMA ( cm2 ) 57.40± 9.01 39.59± 6.59 27.905＜ 0.001 L3 IMAA ( cm2 ) 3.81± 1.99 3.78± 2.09 0.188 0.851 L3 MFI ( % ) 6.20± 2.91 8.63± 3.94 -9.091＜ 0.001 L5 CSMA ( cm2 ) 26.63± 5.99 23.28± 5.26 7.450＜ 0.001 L5 IMAA ( cm2 ) 6.78± 2.60 8.88± 3.05 -9.514＜ 0.001 L5 MFI ( % ) 20.50± 7.25 27.77± 8.59 -11.755＜ 0.001

二、不同性別椎后肌群體質成分差異

男性 L3及 L5層面椎后肌群的 CSMA 均明顯大于女性，MFI 均明顯小于女性，差異有統計學意義；男性 L5層面椎后肌群 IMAA 小于女性，差異有統計學意義。而 L3層面椎后肌群 IMAA 與女性的差異無統計學意義 ( 表 1 )。

三、L3 及 L5 層面椎后肌群體質成分差異

L3層面椎后肌群 CSMA 明顯大于 L5層面，而IMAA 及 MFI 明顯小于 L5層面，差異有統計學意義( 表 2 )。

表2 L3 及 L5 層面椎后肌群體質成分的差異 (±s )Tab.2 Difference of posterior vertebral muscle composition at L3 and L5 levels ( ±s )

表2 L3 及 L5 層面椎后肌群體質成分的差異 (±s )Tab.2 Difference of posterior vertebral muscle composition at L3 and L5 levels ( ±s )

變量L3 層面L5 層面t 值P 值CSMA ( cm2 ) 47.05±11.6824.68±5.81 55.850＜ 0.001 IMAA ( cm2 ) 3.79± 2.05 8.00±3.05-34.788＜ 0.001 MFI ( % ) 7.61± 3.7424.73±8.82-57.774＜ 0.001

四、L3 及 L5 層面椎后肌群體質成分的相關性及線性回歸分析

L3及 L5層面椎后肌群的 CSMA (r男性= 0.459、r女性= 0.365，P＜ 0.01 )、IMAA (r男性= 0.336、r女性=0.325，P＜ 0.01 )、MFI (r男性= 0.421、r女性= 0.455，P＜ 0.01 ) 分別呈正相關。以 L3CSMA 為因變量 ( Y )，L5CSMA 為自變量 ( X ) 進行線性回歸分析，得到回歸方程：Y男性= 0.690X + 39.034，Y女性= 0.458X +28.943；以 L3IMAA 為因變量 ( Y )，L5IMAA 為自變量 ( X ) 進行線性回歸分析，得到回歸方程：Y男性=0.258X + 2.062，Y女性= 0.223X + 1.797；以 L3MFI 為因變量 ( Y )，L5MFI 為自變量 ( X ) 進行線性回歸分析，得到回歸方程：Y男性= 0.169X + 2.739，Y女性=0.208X + 2.841。所有回歸方程均有統計學意義 (P＜0.001 ) ( 圖 2～4 )。

圖2 L3 及 L5 層面椎后肌群 CSMA 相關性 ( 男性：Y = 0.690X +39.034，r = 0.459，調整 R2 = 0.207，P ＜ 0.001；女性：Y = 0.458X +28.943，r = 0.365，調整 R2 = 0.131，P ＜ 0.001 )Fig.2 Correlation between the CSMA of posterior vertebral muscle at L3 and L5 levels. For males, regression equation ( Y = 0.690X +39.034, r = 0.459, adjusted R2 = 0.207, P ＜ 0.001; For females,regression equation: Y = 0.458X + 28.943, r = 0.365, adjusted R2 =0.131, P ＜ 0.001 )

圖3 L3 及 L5 層面椎后肌群 IMAA 相關性 ( 男性：Y = 0.258X +2.062，r = 0.336，調整 R2 = 0.109，P ＜ 0.001；女性：Y = 0.223X +1.797，r = 0.325，調整 R2 = 0.103，P ＜ 0.001 )Fig.3 Correlation between the IMAA of posterior vertebral muscle at L3 and L5 levels ( For males, regression equation: Y = 0.258X + 2.062,r = 0.336, adjusted R2 = 0.109, P ＜ 0.001; For females, regression equation: Y = 0.223X + 1.797, r = 0.325, adjusted R2 = 0.103, P ＜0.001 )

圖4 L3 及 L5 層面椎后肌群 MFI 相關性 ( 男性：Y = 0.169X +2.739，r = 0.421，調整 R2 = 0.174，P ＜ 0.001；女性：Y = 0.208X +2.841，r = 0.455，調整 R2 = 0.205，P ＜ 0.001 )Fig.4 Correlation between the MFI of posterior vertebral muscle at L3 and L5 levels ( For males, regression equation: Y = 0.169X + 2.739,r = 0.421, adjusted R2 = 0.174, P ＜ 0.001; For females, regression equation: Y = 0.208X + 2.841, r = 0.455, adjusted R2 = 0.205, P ＜0.001 )

討 論

根據亞洲肌少癥委員會 2019 共識 ( AWGS 2019 )的最新診斷標準，我國中老年人群中可疑肌少癥、肌少癥及嚴重肌少癥的患病率分別為 38.5%、18.6%、8.0%，并且患病率隨著年齡的增長而增加[7]。骨骼肌隨著年齡的增加而逐漸發生退變，一方面肌纖維減少及萎縮引起肌肉質量減少，另一方面肌細胞間脂肪細胞增生及肌細胞內脂質沉積引起肌肉脂肪浸潤，從而導致肌肉力量下降和肌肉功能減退，嚴重時可以診斷肌少癥[8-9]。

在 CT 圖像上，可以采用手動或半自動的分割方法圈畫感興趣肌肉或肌群，爾后通過兩種方式定量評估骨骼肌退變情況[10]：一是通過由于脂肪浸潤引起的骨骼肌 CT 值降低，如測量骨骼肌與皮下脂肪 CT 值的比值，比值越小，表示骨骼肌的脂肪浸潤程度越嚴重；二是利用設置 CT 值閾值的方式直接識別肌肉組織及肌間隙脂肪組織，得出 CSMA、IMAA及 MFI，本研究采用的是后者。既往研究表明腰部的 CSMA 與全身肌肉質量密切相關[11-13]，并且肌肉內脂肪含量與身體功能有關[14-16]。目前許多研究通過測量 L3椎體層面的椎旁肌群或腹部整體肌群來進行研究，如研究骨骼肌的增齡性改變[3-4]，骨骼肌與骨密度的相關性[17]，以及研究診斷肌少癥的肌肉參數臨界值[18-19]。但是臨床 CT 掃描范圍時常不包括 L3椎體，因此肌肉的測量也不應局限于 L3椎體水平，需要尋找 L3的替代層面。

Lee 等[20]認為椎后肌群的退變從最下方的腰椎關節開始，并隨著年齡的增加逐漸向上層延伸。本研究結果顯示 L3及 L5層面椎后肌群的體質成分存在顯著差異，腰部椎后肌群的肌纖維在 L3層面更為發達，而肌肉脂肪浸潤在 L5層面更加明顯，說明 L5層面對于評估椎后肌群退變較 L3層面更為敏感，與文獻報道一致[20]。相關性研究結果顯示 L3及 L5兩個層面椎后肌群的 CSMA、IMAA、MFI 分別呈正相關，提示測量單層肌肉體質成分可以用于評估整體肌肉改變，并且肌肉測量層面可以進行替代。本研究中建立了回歸方程，可以進行兩層面椎后肌群體質成分數據的換算。此外可以通過大數據分析，建立每個層面椎后肌群體質成分的正常范圍參考值，以更廣泛的用于臨床肌少癥診斷和評估，例如Derstine 等[21]的研究。

在對男女椎后肌群體質成分進行比較時發現，男性 L3及 L5層面椎后肌群的 CSMA 明顯大于女性，而 MFI 明顯小于女性，存在明顯的性別差異，與以往的研究結果基本一致[3,22]。遺傳物質的不同導致男性與女性在身體結構、代謝水平、體質構成等方面存在顯著差異。目前普遍認為雄激素可以對骨骼肌的蛋白質代謝進行調控，在肌肉質量維持中發揮著重要的作用，雄激素也已被用于治療肌少癥。研究表明男性體內較高水平的雄激素能夠在雄激素受體介導下，通過 IGF-1 / Akt、GPCR、ERK / mTOR 等多種信號通路促進肌細胞的蛋白質合成代謝，使肌肉質量增加[23-25]。

綜上所述，本研究基于定量 CT 測量 L3及 L5層面椎后肌群的體質成分，兩個層面的 CSMA、IMAA、MFI 存在顯著差異，并且分別呈正相關，肌肉測量層面可以進行替代。兩層面的數據可以通過建立回歸方程進行換算，也可以通過大數據分析，建立每個層面椎后肌群體質成分的正常范圍參考值。后期需要進行多中心、大樣本研究，為肌少癥的診斷篩查和監測提供數據依據。