Changes in paraspinal muscle morphology after standalone lateral lumbar interbody fusion – a quantitative MRI-based analysis

Abstract-Text deutsch

Einleitung

Die freistehende seitliche lumbale interkorporelle Fusion (engl. Abk. standalone lateral lumbar interbody fusion − SA-LLIF) ohne posteriore Instrumentierung stellt in ausgewählten Fällen eine Alternative zur 360°-Fusion dar. Das Fehlen einer Instrumentierung und somit von Metallartefakten in der Magnetresonanztomographie (MRT) erlaubt eine quantitative Untersuchung der spinalen Muskulatur. Ziel dieser Studie war es, quantitative Veränderungen der paraspinalen Muskelmorphologie nach SA-LLIF zu untersuchen.

Material/Methode

Patienten, die zwischen 2008-2021 eine SA-LLIF erhielten und präoperativ sowie postoperativ nach 3-18 Monaten eine lumbale MRT hatten, wurden retrospektiv eingeschlossen. Muskelmessungen wurden durchgeführt vom Psoas und von den posterioren paraspinalen Muskeln (PPM; Erector spinae und Multifidus) nach Segmentierung und unter Verwendung einer automatisierten Messmethode basierend auf Pixelintensitäten. Veränderungen der totalen Querschnittsfläche (TQF), der funktionellen Querschnittsfläche (FQF) und der prozentualen Fettinfiltration (FI) dieser Muskeln wurden untersucht. Der gepaarte t-Test oder der Wilcoxon-Rangsummentest wurden angewendet für den paarweisen Vergleich kontinuierlicher Variablen. Beziehungen zwischen Variablen wurden mittels der Spearman-Korrelation untersucht. Statistische Signifikanz wurde definiert als p < 0.05.

Ergebnisse

67 Patienten (55.2% weiblich, Alter 64.3 ± 10.6 Jahre, BMI 26.9 ± 5.0 kg/m²) mit 125 operierten Niveaus wurden in die Analyse eingeschlossen. Verlaufs-MRTs wurden durchschnittlich 8.7 ± 4.6 Monate nach der Operation durchgeführt, mehrheitlich für lumbale Rückenschmerzen. Keiner der Muskelparameter des Psoas hatte sich über die Zeit hinweg signifikant verändert. Bei den Parametern der PPM hingegen kam es zur signifikanten Vergrößerung der TQF auf L4/5, von 4445.8 ± 932.0 mm² auf 4608.7 ± 884.9 mm² (+4.8 ± 12.4%; p = 0.013). Außerdem nahm die FI der PPM sowohl auf L3/4, als auch auf L4/5 signifikant zu, von 45.6% auf 48.7% (+3.1 ± 6.5%; p = 0.002) und von 51.5% auf 54.5% (+3.0 ± 7.0%; p = 0.002). Veränderungen der FI auf L3/4 zeigten eine signifikante negative Korrelation mit dem BMI (ρ = −0.333; p = 0.024), wohingegen Veränderungen der FI auf L4/5 negativ mit dem Zeitintervall zwischen Operation und Verlaufs-MRT korrelierten (ρ = −0.313; p = 0.017).

Diskussion

Unsere Studie hat gezeigt, dass eine SA-LLIF die Muskelmorphologie des Psoas nicht verändert, was die minimalinvasive Natur dieser Operationstechnik unterstreicht. Allerdings nahm die FI der PPM signifikant zu, dies trotz Fehlen eines direkten Gewebetraumas auf die posterioren Strukturen, was eine anhaltende inflammatorische und/oder eine schmerzinduzierte Antwort vermuten lässt. Weitere Studien sind notwendig, um Faktoren zu identifizieren, welche eine Veränderung der PPM-Morphologie beeinflussen und um zu untersuchen, ob diese Veränderungen die chirurgischen Ergebnisse nach einer SA-LLIF beeinflussen.

Abstract-Text englisch

Introduction

Standalone lateral lumbar interbody fusion (SA-LLIF) without posterior instrumentation can be an alternative to 360° fusion in selected cases. The absence of instrumentation and corresponding metal artifacts on magnetic resonance imaging (MRI) scans allows a quantitative assessment of the spinal musculature. This study aimed to investigate quantitative changes in paraspinal muscle morphology that occur on index levels after SA-LLIF.

Material and Methods

Patients undergoing SA-LLIF between 2008-2021 at a single academic institution who had both preoperative and postoperative lumbar MRI, performed between 3-18 months after surgery for any reason were retrospectively included. Muscle measurements were conducted of the psoas and posterior paraspinal muscles (PPM; erector spinae and multifidus) on index levels using manual segmentation and an automated pixel intensity threshold method. Changes in the total cross-sectional area (TCSA), the functional cross-sectional area (FCSA), and the percentage of fat infiltration (FI) were assessed. The paired t-test or the Wilcoxon signed-rank test were used for the pairwise comparison of continuous variables according to their distribution. Spearman's correlation coefficient (ρ) was calculated to assess crude relationships among variables. Statistical significance was defined as p < 0.05.

Results

67 patients (55.2% female, age 64.3 ± 10.6 years, BMI 26.9 ± 5.0 kg/m2) with 125 operated levels were included in the final analysis. Follow-up MRI scans were performed after 8.7 ± 4.6 months, mostly for low back pain. Psoas muscle parameters did not change significantly over time, and there was no significant difference between left- and right-sided trans-psoas approaches. Among PPM, the mean ± SD TCSA at L4/5 significantly increased over time, from 4445.8 ± 932.0 mm² to 4608.7 ± 884.9 mm² (+4.8 ± 12.4%; p = 0.013). Furthermore, mean FI of PPM significantly increased over time both at L3/4 and L4/5, from 45.6% to 48.7% (+3.1 ± 6.5%; p = 0.002), and from 51.5% to 54.5% (+3.0 ± 7.0%; p = 0.002), respectively. Changes in FI of PPM at L3/4 showed a significant negative correlation with BMI (ρ = −0.333; p = 0.024), whereas changes in FI of PPM at L4/5 showed a significant negative correlation with the time interval between surgery and follow-up MRI (ρ = −0.313; p = 0.017). In multilevel procedures including ≥ 2 spinal levels, only changes in FI of PPM significantly correlated among spinal levels (ρ = 0.442; p = 0.005). 

Discussion

Our study demonstrated that SA-LLIF did not alter psoas muscle morphology, underlining its minimally invasive nature. However, FI of PPM significantly increased over time despite the lack of direct tissue damage to posterior structures, suggesting an ongoing inflammatory and/or pain-related response. Further studies are needed to identify contributing factors for significant changes in PPM morphology and to assess whether these changes affect surgical outcomes after SA-LLIF.