学习目的：

1. 描述结构性腰椎不稳（LSI）的定义，直接和间接放射学特征

2. 审查各种放射成像技术及其优缺点，以评估LSI

   
   

腰椎不稳是腰痛、坐骨神经痛的重要原因之一，并且可能与严重残疾相关联（Leone A，2007）。腰椎不稳定（LSI）是确定脊柱融合和减压手术指征的重要因素（Mulholland RC，2008）。虽然已经发表了很多关于LSI的相关文章，但仍然缺乏对不稳定性的定义。

Frymoyer J等人将LSI定义为：对施加负荷的异常响应，其特征在于运动节段中的异常运动超出正常约束，这损害了小关节，椎间盘，韧带和肌肉等约束结构。脊柱不稳定性诊断的主要内容是功能性脊柱单位（椎骨，韧带和肌肉复合体）稳定性的丧失，这可能导致弹性降低、活动度增加、和运动异常（Manfre L，2007）。 在分析LSI之前，定义不稳定的主要概念很重要（Ross J，2016）：

前滑脱--椎体相对于下方的前移位;

anterolisthesis- anterior displacement of vertebral body relative to one below;

后滑脱 - 椎体相对于下方的后移位;

retrolisthesis- posterior displacement of vertebral body relative to one below;

脊椎前移 - 椎体完全向前移位，下移位至下一级;

spondyloptosis- vertebral body displaced completely anteriorly, with inferior displacement to level of one below;

退行性腰椎滑脱 - 在完整神经弓存在的情况下椎体在另一个椎体上的前滑动

degenerative spondylolisthesis- anterior slippage of vertebral body on another in presence of intact neural arch

基于维持该过程的病理生理机制存在不同的不稳定模式：退行性，创伤性，术后性和肿瘤性（Muto M，2016）。

退行性不稳定被定义为脊柱功能单元之间关系中矢量力的变化，产生异常，不平衡，矛盾的运动（Izzo R，2013）。 椎间盘退变导致三关节复合体（自诱导退行性疾病）的生物力学功能，损伤和紧张退化的丧失。 不稳定不是一种全有或全无的现象，但在退行性疾病中总是以不同程度和形式存在，调节其症状和进化（Izzo R，2013）。 Kirkaldy-Willis和Farfan定义了退化级别：

功能障碍阶段或微不稳定性：受影响的部分具有异常的病理运动而没有结构变化

Dysfunction phase or microinstability: the affected segment have abnormal, pathological motion without structural changes

不稳定：在受影响的部分中，异常运动增加并且观察到退行性变化

Instability: in the affected segment abnormal motion increases and degenerative changes is observed

恢复稳定：受影响的节段的纤维化和骨赘稳定，没有病理运动

Restabilization: fibrotic and osteophytic stabilization of affected segment without no pathological motion

图1：Kirkaldy-Willis和Farfan（1982）描述的退行性分级。 一级：功能障碍阶段; 二级：不稳定；三级：恢复稳定

创伤性不稳定与稳定骨折和不稳定骨折之间的区别密切相关。 所有脊柱结构都有助于稳定。 每当创伤损坏柱元素时，它都会产生一定程度的不稳定性。 Denis将脊柱元素分为三列，并将不稳定性定义为对两列的伤害。 识别稳定性与不稳定性骨折最重要的发现是后韧带的状态（Muto M，2016）。

图2：三柱Denis分类。ALL - 前纵韧带; PLL - 后纵韧带; ITL  - 横突韧带; ISL  - 棘突间韧带; SSL  - 棘上韧带

肿瘤不稳定性被定义为与运动相关的疼痛、症状、或进行性畸形、和/或生理负荷下的神经妥协相关的肿瘤过程丧失脊柱完整性（Ross JS，2015）。 当需要手术稳定时，在椎管狭窄或压缩性骨折发生之前识别情况是很重要的。 稳定椎体病变的经典临床指征是（Izzo R，2013）：椎体塌陷超过50％，椎弓根转移受累，半身或前后元素转移受累。 有很少的评分系统可以预测不稳定性，但没有一个对患者管理有重大的临床影响。 新的脊柱不稳定性肿瘤评分（SINS）已导致脊柱肿瘤文献中统一报告的改善，但目前，SINS的预后价值存在争议（Versteeg AL，2016）。

术后不稳定可能演变为脊柱广泛椎板切除术或脊柱不稳定，晚期并发症为邻近的上下关节加速融合(Ross J, 2015)。

LSI患者通常会出现急剧的下背痛和活动能力丧失。 过伸--过曲位X线片可以显示，对于具有功能不稳定的患者，由于腰椎节段性不稳定引起的腰痛的估计患病率约为33％（Alyazedi FM，2015）。 然而，X线摄影不稳定性仅基于图像发现，并且即使患者表现出射线照相不稳定性，它们也不总是表现出不稳定的临床症状（Takayanagi K，2001）。

图3：20岁的女病人，从5楼跌倒。 进行全身CT（WBCT）多创伤成像方案。 A-矢状图显示L1 I°爆裂压缩性骨折; B-轴位图显示L1上1/3的骨折; C-轴向图像显示L1下部1/3的骨折线

图4：脊柱不稳定性肿瘤评分

图5：21岁男性患者，双腿进行性疼痛3个月。 A  - 腰椎X线片显示L3体内的多环溶骨性病灶; B，E-矢状位T1图像显示L3体内的等信号肿块，伴有椎旁和硬膜外扩张，上下端板破坏; C-矢状位T2图像显示，在L3体内等信号肿块里面有高信号成分，伴有椎旁和硬膜外扩张; D-矢状T2图像TIRM显示背侧骨窄水肿; F-轴T2图像显示L3椎弓根水平的肿块，椎旁，硬膜外扩张到两个椎弓根; G，H轴向T1 fs和c / m（h）图像显示不均匀对比增强（组织学 - 尤文肉瘤）

图6:74岁女性患者，患有腰部疼痛，涉及胃，两肋，活动能力受限。A-矢状位CT图像; B-椎弓根水平的B-轴CT图像;C-轴向CT图像显示T12 / L1切面水平的软组织密度肿块，浸润椎弓根，扩散到骨骼边界以外，具有不均匀的对比度增强。 脊髓狭窄，T11棘突的溶骨性病变;D-平扫CT图像; E-CT增强扫描，不均匀对比度增强;F-MR矢状位T1图像显示T11，T12椎弓上的低信号肿块; G  -  MR矢状T2图像显示T12水平的肿块; H-MR STIR图像显示水肿和周围组织浸润; I-MR轴位图像，T12椎间盘; J- 肿块闭塞双侧椎间孔，硬膜外扩散，强烈增强; K-MR矢状T1 fs显示强烈的增强（分化差的腺癌转移（来自肺部））

建立脊柱不稳定性的诊断标准已经改进，并且在过去几十年中已经开发了各种成像技术，来评估脊柱不稳定性的存在，每种都有其优点和缺点。然而，LSI评估缺乏放射学标准，诊断通常基于异常椎体运动的间接和直接成像结果。最广泛使用的方法是腰椎过屈-过伸 - 放射摄影术，但CT和MRI也有应用于该领域的专用方案。 在这篇材料中，我们回顾了不同的成像技术，并区分了有助于诊断LSI的间接和直接放射学特征。我们将在不同的成像方式中区分LSI的间接征象，这些将表明脊柱不稳定或与脊柱不稳定有关。

1、平片

提供了几种间接征象，例如中度椎间盘退变，伴有轻度椎间盘狭窄，骨硬化和椎体终板骨赘（Kirkaldy-Willis W，1985）。 牵引性骨刺（Traction spur），位于距离终板2-3毫米处，具有水平方向（Remy S Nizard，2001）。 椎间盘内的真空征（Vacuum phenomenon）（Leone A，2007）。 X线平片属于初始检查，但具有不确定的诊断价值。

图7：40岁女性患者，患有进行性，长期背部疼痛，神经源性跛行。 A，B腰椎X线片显示约7 mm的L4前滑脱; C-MR矢状位T1显示~5 mm L4前滑脱，L4变形，退行性椎间盘; D，E  -  MR两侧的矢状T1图像 - 绿色箭头显示关节内的缺陷; F-MR T2轴位图像 - 关节积液伴关节积液，右侧关节囊肿（绿色箭头）使椎管狭窄; G-MR T2轴位图像显示关节积液伴有关节积液和轻度肥大的韧带。

2、计算机断层扫描

CT可以提供脊柱退行性变化和小关节定向的详细视图。 CT可以证明潜在的易感解剖因素，如小关节不对称，单侧凹陷狭窄，椎间盘突出，可能导致椎骨轴向旋转异常（旋转性滑脱）（Muto M，2016）。 CT对于椎间盘内的牵引性骨刺，小关节关节和真空征的检测，具有比普通X线摄影更高的灵敏度（Larde D，1982）。 然而，这些发现与脊柱不稳定之间的关系是值得怀疑的。 在创伤的情况下，CT可以精确检测中柱和后柱的骨折，揭示潜在的不稳定病变，可以很好地评估椎体对齐和脱位骨碎片的空间位置（Campbell SE，1995），并且是首选的成像方式。 急性多发伤患者。

图8:36岁男性患者。 A-MR T1矢状图像; B-MR矢状位图像; C-MR轴位T2图像（2009-03），无异常影像学表现; E-MR T1矢状位图像，F-MR T2矢状位图像（2017-02）显示L4 / L5椎间盘脱水伴椎体变窄; D-MR轴位T2图像显示椎间关节关节炎，轻度肥大的韧带。 功能性X射线：G-屈曲，H-伸展 - 表示腰椎不稳

3、磁共振成像

MR成像检测软组织异常（椎间盘退变，小关节）高度敏感，可以观察椎间盘突出、椎间孔狭窄、椎管狭窄导致脊柱不稳定（Splendiani A，2015）。 牵引性骨赘和环状撕裂与节段性腰椎不稳定有关（Splendiani A，2015）。 MRI对患者不稳定机会增加的鉴定可能具有临床相关性，可影响功能性X线片的适应症（Iguchi T，2004）。

动态和轴向负重放射体位，可以通过实际观察的椎间不稳定，或两个椎骨之间的异常运动来识别直接LSI特征。

图9:52岁男性患者。 CT图像：A-软组织窗口，B-骨窗 - 矢状图像显示L5，L4 / L5、 L5 / S1椎间盘膨出与真空征，轻度软骨下硬化约3 mm。 MR图像：C-矢状T1，D-矢状T2，E- STIR-显示L4-S1终板的Modic I / II改变，椎间盘脱水和膨出的迹象; F-L4 / L5，G-L5 / S1小关节关节炎。 影像学检查结果表明脊柱不稳定的间接征象，应该为该患者推荐功能性X射线。

4、功能位X线照相术

具有直立前 - 后位、中性正侧，过伸位，过曲位的功能性X射线照片，是诊断椎间不稳定性的最广泛使用的成像方法（Pieper CC，2014），其在日常实践中以其低成本和广泛可用性。 然而，它具有非标准化技术的局限性，准确性可疑且测量重现性差（Jang YS，2009）。 Segundo S.等（2016）提出了一种执行屈曲X线片评估节间不稳定性的技术：

      患者坐在长凳上，双脚完全支撑在地板上，膝盖和臀部略微弯曲，双臂交叉放在胸部，指示患者尽可能向前弯曲躯干以获得 此时的图像，在此之后，指示患者执行最大的主动延伸以在该时刻捕获图像。 然而，患者定位或X射线束方向的轻微变化可能导致椎骨移位范围的10-15％变化（Leone A，2007）。 此外，由于患有不稳定的患者经常出现相关的椎间盘和根管病变，因此常规放射摄影术在其评估这些结构中的诊断用途受到限制。

图10：51岁女性患者。 功能性X射线（2007-01）：A-中性，B-屈曲，C-延伸 - 没有异常。 MR图像：D-T1矢状，E-矢状T2-显示L4 / L5椎间盘未明确的退行性改变; E，G-轴T2-显示小关节增生，伴有积液。 黄韧带功能性X射线（2017-01）：H-中性，I-屈曲，J-延伸 - 证明L4不稳定

图11。80岁女性患者。 功能性X射线：A-中性，B-屈曲，E-延伸 - 证明不稳定的L3前滑脱。 CT图像：D-矢状软组织窗，E-矢状骨窗 - 显示L3 / L4椎间盘的真空现象，椎管狭窄。 G-轴软组织窗，F-矢状骨窗 - 小关节关节，伴有L3 / L4，水平的真空现象。 黄韧带肥大，椎管狭窄。

椎体滑脱放射学测量，通常通过沿着椎体的上终板绘制基线来测量，而另外两条垂直线，一个通过椎体的上后缘，另外一个通过相邻椎骨的后下缘绘制（White A，1990）。 用于描述退行性不稳定的标准：

动态滑动>屈曲/伸展3mm

静态滑动≥4.5mm

角度> 10-15°（Ross J，2015）

功能性X线摄影的价值是值得商榷的，然而，大多数外科医生仍然使用它们来表示不稳定性。

图12:24岁男性患者。 CT矢状图：A-骨窗，B-软组织窗 - 显示L5的14mm前滑脱，椎间盘变形，真空现象和L5 / S1椎体终板下硬化。 C，D CT矢状图像显示双侧峡部缺损。MR图像：E- STIR图像显示L5滑脱与L5 / S1椎间盘变性。 F-T1矢状位图显示L5 / S1椎间孔狭窄。

图13：68岁的女性患者。 MR图像：A-T1矢状，B-T2矢状，C-T2 tirm-表现出约4.5mm的L4前滑脱。 MR T2轴向图像D，E，F-显示L3 / L4，L4 / L5，L5 / S1的退行性变化。 功能性X射线：G-中性; H-延伸; I-屈曲证明L4列表是稳定的。

图14：Dupuis的测量技术。 通过沿着上部和下部椎体的后皮质绘制线U和L来测量矢状面平移。 沿着上椎体的下端板绘制第三线I，并且通过线I和U的交叉点平行于L绘制第四线R.平移被定义为平行线L和R之间的垂直距离。 为了避免由于X射线放大因子引起的不准确性，平移被测量为上椎体宽度（W）的百分比。 通过绘制垂直线到后体线（U和L）来测量矢状面旋转。 如果角度的顶点在椎体后面，则角度为正; 如果它是前面的，角度是负的。

5、轴向负荷CT和MRI 

MRI和CT通常在患者仰卧时进行，因此脊柱无负荷，而腰痛患者在站立或坐着时常常出现，与仰卧位相比症状可能增加。理想情况下，站立位置的成像对于施加在脊柱上的正常重力是最佳的，然而，这是不切实际的。因此，已经开发了几种装置，其在CT或MRI检查期间以仰卧位置轴向地加载到脊柱。装置由非磁性X射线透明护套组成，带有连接到踏板的带子。通过拧紧或松开压缩部件上的调节旋钮，可以调节负载并均匀地分配到两个腿。在轴向加载期间，紧固侧带以将躯干上大约60％的患者体重压力施加到足板上。Hiial（AL）MRI或CT模拟正常重力下的直立位置，模拟腰椎轴向压缩状态，检测动态或隐匿性变化，如硬膜囊或神经根的机械压迫（Hiwatashi A， 2004）。与标准成像相比，AL扫描可能表现出更多且经常共存的异常，包括：椎间盘形态，椎间关系，小关节，黄韧带，棘突间，棘突移动和椎间孔形状的变化（Manfre L，2007） 。在AL期间最常见的变化是椎管狭窄的增加，已经在预载MRI研究中出现，增加的椎间盘突出，黄韧带韧带增厚，滑膜囊肿的存在或滑脱加重（Manfre L，2007）。然而，研究表明腰椎在仰卧位轴向负荷下的对齐参数，包括椎间角，椎间盘高度和前凸角，并不完全等于在实际站立位置观察到的参数和当患者处于仰卧位时，不能正确地复制站立位置的腰椎的轴向负荷程度（Hioki A，2010）。

图15：MR成像期间的轴向负荷。 患者佩戴L-Spine背心，将患者的脚放在压迫装置的足板上。 通过收紧带子，在成像期间对患者的脊柱施加轴向载荷。

图16：用于扫描多个位置的开放式MRI系统：站立，坐下，弯曲或躺下。

 6、动态MRI

磁体和梯度线圈的最新进展，已经开发出一种开放式MRI系统，其为研究脊柱运动学，特别是椎骨不稳定性提供了机会。MRI是唯一直接评估韧带完整性的成像模式，这对于脊柱稳定性至关重要。动态MRI可用于评估腰椎的不稳定性，检测已经存在于仰卧位置的突起和/或突出椎间盘的隐藏修改（Splendiani A，2016）。它还有助于评估腰椎滑脱和腰椎管狭窄的存在或改变。

参考文献

• Alyazedi FM, L. E. (2015). The inter-rater reliability of clinical tests that best predict the subclassification of lumbar segmental instability: structural, functional and combined instability. The Journal of Manual & Manipulative Therapy 23(4), 197-204.

• Beazell JR. (2010). Lumbar instability: an evolving and challenging concept. J Man Manip Ther., 18(1), 9–14.

• Bram J, Z. M. (1998). MR abnormalities of the intervertebral disks and adjacent bone marrow as predictors of segmental instability of the lumbar spine. Acta Radiol 39, 18-23.

• Campbell SE, P. C. (1995). The value of CT in determining potential instability of simple wedge-compression fractures of lumbar spine. AJNR Am J Neuroradiol 16, 1385-92.

• Cartolari R, A. G. (1998). Axial loaded computed tomography (AL-CT), and cine AL-CT. Riv Neuroradiol 11, 275–286.  
  Frymoyer JW, S. D. (1985). Segmental instability: rationale for treatment. Spine, 280-286.

• Hanely EN. (1995). The indications for lumbar spinal fusion with and withought instrumentation. Spine 20(24), 143S-153S.

• Hioki A, M. K. (2010). Lumbar axial loading device alters lumbar sagittal alignment differently from upright stand- ing position: a computed tomography study . Spine 35, 995-1001.

• Hiwatashi A, D. B. (2004). Axial loading during MR imaging can influence treatment decision for symptomatic spinal stenosis. AJNR Am J Neuroradiol 25, 170–174.

• Iguchi T, K. A. (2004). Lumbar instability and clinical symptoms: which is the more critical factor for symptoms: sagittal translation or segment angulation? J Spinal Disord Tech 17, 284-290.

• Jang YS, K. H. (2009). Radiographic parameters of segmental instability in lumbar spine using kinetic MRI. J Korean Neurosurg Soc 45 , 24-31.

• Kirkaldy-Willis W. (1985). Symposium on instability of the lumbar spine: Introduction. Spine 10, 254-55.

• Kishner S, M. M. (2015). Lumbar Spine Anatomy. Medscape.

• Larde D, M. D. (1982). Spinal vacuum phenomenon: CT diagnosis and significance . J Comput Assist Tomogr 6, 671-676.

• Leone A, G. G.-P. (2007). Lumbar Intervertebral Instability: A Review. Radiology, 245(1), 62-77.

• Manfre L, C. R. (2007). Spinal Instability — Axial Loaded Imaging of the Spine. In: Van Goethem J.W.M., van den Hauwe L., Parizel P.M. (eds) Spinal Imaging. Medical Radiology (Diagnostic Imaging). . Berlin, Heidelberg: Springer.

• Mulholland RC. (2008). The myth of lumbar instability : the importance of abnormal loading as a cause of low back pain. Eur Spine J 17 :, 619-625.

• Muto M, G. F. (2016). Neuroimaging of Spinal Instability. Magn Reson Imaging Clin N Am 24(3), 485-94.

• Pieper CC, G. S. (2014). Radiographic evaluation of ventral instability in lumbar spondylolisthesis: do we need extension radiographs in routine exams? Eur Spine J 23, 96-101.

• Remy S Nizard, M. W.-D. (2001). Radiologic assessment of lumbar intervertebral instability and degenerative spondylolidthesis. Radiol Clin North Am 39(1), 55-71.

• Splendiani A, P. L. (2015). Lumbar spinal Instability: an updated rewiew. OMICS J of Radiol 4(1) .

• Takayanagi K, T. K. (2001). Using cineradiography for continuous dynamic-motion analysis of the lumbar spine. Spine 26 , 1858-1865.

• White A, P. M. (1990). Clinical biomechanics of the spine. 2nd edition. Philadelphia: Lippincott.

• Ross JS, Moore KR. Diagnostic Imaging, Spine. Amirsys; 2015

• Izzo R, Guarnieri G, Guglielmi G, Muto M. Biomechanics of the spine. Part II: spinal instability. Eur J Radiol. 2013;82(1):127-38.

• Fox S, Spiess M, Hnenny L, Fourney DR. Spinal Instability Neoplastic Score (SINS): Reliability Among Spine Fellows and Resident Physicians in Orthopedic Surgery and Neurosurgery. Global Spine J. 2017;7(8):744-748.

• Versteeg AL, Verlaan JJ, Sahgal A, et al. The Spinal Instability Neoplastic Score: Impact on Oncologic Decision-Making. Spine. 2016;41 Suppl 20:S231-S237.