青春期女孩的脊柱旁肌肉结构：一项扩散张量成像研究

《Journal of Biomechanics》：Paraspinal muscle architecture in adolescent girls: A diffusion tensor imaging study

非侵入性方法结合DTI和T1加权MRI分析青少年女性胸腰段脊柱旁肌束走向、长度及曲率，发现多裂肌和长肌棘肌存在显著左右差异和区域差异，为脊柱发育性疾病诊断提供新手段。

　　在脊柱发育过程中，施加在骨骼上的力是影响生长的重要因素。这些力不仅决定了骨骼的形态变化，还可能影响肌肉的结构和功能。特别地，脊柱旁的肌肉（paraspinal muscles）直接作用于脊柱，其结构特征如肌束方向、长度和曲率对于理解其施加力的大小和方向至关重要。因此，准确量化这些肌肉的结构参数，有助于诊断、预防和治疗与脊柱发育相关的疾病。本研究旨在开发一种非侵入性的方法，用于在体（in-vivo）测量脊柱旁肌肉在脊柱两侧及不同区域的结构变化，从而为脊柱健康与疾病的研究提供新的视角。

为了实现这一目标，研究团队对16名女性青少年进行了T1加权和扩散张量磁共振成像（DTI）扫描。这些参与者平均年龄为13.3±1.8岁，年龄范围在10至18岁之间，且没有被诊断为任何已知的肌肉骨骼疾病。此外，所有参与者的躯干旋转角度均小于或等于5°，表明他们没有明显的脊柱侧弯（scoliosis）表现。该研究是“Back-In-Action”前瞻性队列研究的一部分，旨在收集患有和未患有青少年特发性脊柱侧弯（adolescent idiopathic scoliosis）的儿童数据，时间跨度为2022年4月至2024年7月。由于青少年特发性脊柱侧弯在性别分布上存在差异，因此研究特别关注女性群体。

通过使用解剖学约束的纤维束追踪技术，研究团队成功重建了从T5到L2脊椎节段的多裂肌（multifidus）和最长肌（longissimus）的肌束结构。这种技术能够提供高分辨率的3D肌肉纤维图像，使研究人员能够更精确地测量肌束的方向、长度和曲率。肌束方向角是指肌束相对于脊柱中轴线的倾斜角度，其变化反映了肌肉在不同脊椎节段的力学功能。肌束长度则与肌肉的收缩能力密切相关，而肌束曲率则可能影响肌肉在脊柱不同部位的力的分布和传导效率。

研究结果表明，多裂肌的肌束方向角范围为13.3±5.9°至20.7±7.7°，其中最大的方向角出现在下中胸段。而最长肌的肌束方向角范围为7.7±4.3°至14.8±4.6°，最大值出现在上中胸段和腰段。值得注意的是，无论是多裂肌还是最长肌，肌束越短，其方向角越大。这种现象可能与肌肉纤维在脊柱不同节段的排列方式有关。此外，在大多数脊椎节段中，研究人员观察到两侧肌束方向角和长度存在微小但显著的差异（p ≤ 0.05）。这种不对称性可能与个体的解剖结构、姿势习惯或运动模式有关，但具体机制仍需进一步研究。

肌束曲率的测量结果显示，多裂肌的曲率明显高于最长肌（p ≤ 0.05）。这种曲率主要集中在肌束的末端，导致肌束呈现出“S”形结构。这种结构特征可能有助于肌肉在脊柱不同部位的力的传导，特别是在需要复杂运动的区域。肌束曲率的差异可能与肌肉纤维的排列方式、肌肉的力学功能以及个体的脊柱形态有关，但具体影响仍需结合更多的临床和生物力学数据进行分析。

本研究提供了一种新的非侵入性方法，用于在体测量脊柱旁肌肉的结构参数。该方法利用DTI技术，结合先进的图像处理和纤维追踪算法，能够准确捕捉肌肉在脊柱多个节段的3D结构特征。与传统的二维超声波成像相比，DTI技术提供了更全面的肌肉结构信息，避免了因成像平面限制而可能遗漏的细节。此外，该方法还可以用于测量肌肉在脊柱两侧的结构差异，从而揭示潜在的不对称性。这种不对称性可能与脊柱发育过程中的力学环境、神经控制模式或个体的运动习惯有关，但其临床意义仍需进一步探讨。

在脊柱发育过程中，肌肉结构的变化可能影响脊柱的稳定性、姿势控制以及力的传导效率。因此，理解这些变化对于脊柱疾病的预防和治疗具有重要意义。本研究的结果表明，脊柱旁肌肉的结构参数在脊柱不同区域和两侧存在显著差异。这种差异可能反映了肌肉在脊柱不同节段的功能特异性，也可能与个体的发育过程、遗传因素或环境影响有关。此外，研究还发现，肌束方向角和长度与肌束所跨越的脊椎节段数量密切相关。肌束跨越的节段越多，其方向角越小，长度越长。这种现象可能与肌肉纤维的排列方式和力的传导路径有关，但具体机制仍需进一步研究。

本研究的发现为脊柱旁肌肉的结构和功能研究提供了新的视角。通过非侵入性的3D测量方法，研究人员能够更全面地了解这些肌肉在脊柱不同区域的力学行为，从而为脊柱疾病的诊断和治疗提供更精确的依据。此外，该方法还可以用于评估脊柱旁肌肉在不同发育阶段的变化，从而揭示其在脊柱发育过程中的作用机制。对于脊柱侧弯等疾病，这种结构分析可能有助于识别早期病变迹象，为干预提供时间窗口。而对于健康个体，这种研究可以为脊柱发育的正常模式提供参考，从而帮助理解脊柱结构的正常变化规律。

研究团队还注意到，脊柱旁肌肉的结构变化可能与脊柱的形态和功能密切相关。例如，多裂肌和最长肌作为脊柱稳定的主要肌肉，其结构参数的变化可能影响脊柱的运动能力和稳定性。此外，这些肌肉的结构特征可能与脊柱的生物力学特性相互作用，从而在脊柱疾病的发展过程中发挥重要作用。因此，深入研究脊柱旁肌肉的结构变化，不仅有助于理解脊柱的正常发育过程，还可能为脊柱疾病的预防和治疗提供新的思路。

在脊柱旁肌肉的研究中，传统的测量方法通常局限于局部区域，且多依赖于尸体组织或二维超声波成像。然而，这些方法在提供全面信息方面存在局限性。例如，尸体组织的测量可能无法反映活体肌肉在发育过程中的动态变化，而二维超声波成像则可能忽略肌肉的三维结构特征。因此，开发一种非侵入性的3D测量方法，对于研究脊柱旁肌肉的结构和功能具有重要意义。该方法不仅能够提供更精确的测量结果，还可以揭示肌肉在脊柱不同区域的结构差异，从而为脊柱疾病的诊断和治疗提供更全面的依据。

本研究的结果表明，脊柱旁肌肉的结构参数在不同脊椎节段和两侧存在显著差异。这种差异可能反映了肌肉在脊柱不同区域的功能特异性，也可能与个体的发育过程、遗传因素或环境影响有关。此外，研究还发现，肌束方向角和长度与肌束所跨越的脊椎节段数量密切相关。肌束跨越的节段越多，其方向角越小，长度越长。这种现象可能与肌肉纤维的排列方式和力的传导路径有关，但具体机制仍需进一步研究。

研究团队还注意到，脊柱旁肌肉的结构变化可能与脊柱的形态和功能密切相关。例如，多裂肌和最长肌作为脊柱稳定的主要肌肉，其结构参数的变化可能影响脊柱的运动能力和稳定性。此外，这些肌肉的结构特征可能与脊柱的生物力学特性相互作用，从而在脊柱疾病的发展过程中发挥重要作用。因此，深入研究脊柱旁肌肉的结构变化，不仅有助于理解脊柱的正常发育过程，还可能为脊柱疾病的预防和治疗提供新的思路。

本研究的结果表明，脊柱旁肌肉的结构参数在不同脊椎节段和两侧存在显著差异。这种差异可能反映了肌肉在脊柱不同区域的功能特异性，也可能与个体的发育过程、遗传因素或环境影响有关。此外，研究还发现，肌束方向角和长度与肌束所跨越的脊椎节段数量密切相关。肌束跨越的节段越多，其方向角越小，长度越长。这种现象可能与肌肉纤维的排列方式和力的传导路径有关，但具体机制仍需进一步研究。

在脊柱旁肌肉的研究中，传统的测量方法通常局限于局部区域，且多依赖于尸体组织或二维超声波成像。然而，这些方法在提供全面信息方面存在局限性。例如，尸体组织的测量可能无法反映活体肌肉在发育过程中的动态变化，而二维超声波成像则可能忽略肌肉的三维结构特征。因此，开发一种非侵入性的3D测量方法，对于研究脊柱旁肌肉的结构和功能具有重要意义。该方法不仅能够提供更精确的测量结果，还可以揭示肌肉在脊柱不同区域的结构差异，从而为脊柱疾病的诊断和治疗提供更全面的依据。

本研究的发现不仅为脊柱旁肌肉的结构研究提供了新的数据，还可能对脊柱疾病的预防和治疗产生深远影响。通过非侵入性的3D测量方法，研究人员能够更全面地了解脊柱旁肌肉在脊柱不同区域的结构变化，从而为脊柱疾病的早期诊断和干预提供新的工具。此外，该方法还可以用于评估脊柱旁肌肉在不同发育阶段的变化，从而揭示其在脊柱发育过程中的作用机制。对于脊柱侧弯等疾病，这种结构分析可能有助于识别早期病变迹象，为干预提供时间窗口。而对于健康个体，这种研究可以为脊柱发育的正常模式提供参考，从而帮助理解脊柱结构的正常变化规律。

综上所述，本研究为脊柱旁肌肉的结构和功能研究提供了重要的基础。通过非侵入性的3D测量方法，研究人员能够更精确地量化脊柱旁肌肉在脊柱不同区域和两侧的结构变化，从而为脊柱疾病的诊断、预防和治疗提供新的视角。此外，该方法还可以用于评估脊柱旁肌肉在不同发育阶段的变化，为脊柱发育的正常模式提供参考。这些发现不仅有助于理解脊柱旁肌肉在脊柱发育过程中的作用，还可能为未来的临床研究和康复干预提供重要的理论依据。