一、病理学

（一）发病机制

布氏杆菌病的发生发展较为复杂，一则与菌血症、毒血症、变态反应有关，二则该菌侵犯多个器官。布氏杆菌通过损伤的皮肤、呼吸道、消化道等途径进入血液，随血液循环可到达全身各处，易滞留在血流缓慢的小血管，特别是椎体的前缘，在局部增殖并阻塞小血管，发生骨坏死，并有白细胞浸润，形成局部炎症反应。在慢性期则可出现由上皮样细胞、巨细胞、浆细胞、淋巴细胞等所组成的肉芽肿，此为组织对细菌产生的变态反应。肝、脾、淋巴结及骨髓中均可有类似病变。肉芽肿中的布氏杆菌可以继续增殖，破坏组织并形成脓肿。血管的增生破坏性病变也为变态反应所致，主要累及肝、脾、脑、肾等的小血管及毛细血管，导致血管内膜炎、血栓性脉管炎、脏器的浆液性炎症与微小坏死等。

（二）病理变化

布氏杆菌性脊柱炎的特征性病理变化为骨质破坏基础上的明显骨形成。滞留的布氏杆菌引起脊柱局部炎症反应，局部浸润的白细胞释放多种酶类破坏细菌、骨组织，形成骨质破坏灶，多发，类圆形。椎体中心亦可被侵犯，形成深部骨质破坏缺损，通常椎体中心病灶迅速硬化，无椎体压缩征象。与化脓性细菌相比，布氏杆菌的毒力较弱，在机体抵抗力强时可能不会产生明显的化脓性改变，轻微的炎症会刺激增加局部血液供应，骨膜增生反应明显，影像学表现为骨破坏的基础上伴有明显的骨形成。病灶周围骨质疏松不明显，骨形成相对活跃，有不同程度的增生硬化带。胚胎时期，椎间盘具有血液供应。出生后至8岁时，血管逐渐闭塞，遗留下许多微孔，具有半透膜性质。成人椎间盘无血液供应，由软骨板、纤维环和髓核三部分组成，软骨板由透明软骨构成，覆盖于椎体上、下面骺环的骨面。透明软骨基质的化学成分主要为嗜碱性软骨黏蛋白，它以长链的透明质酸分子为主干，以许多较短的蛋白质链连接硫酸软骨素八、C和硫酸角质素，具有限制水分及其他细胞外物质扩散的作用。布氏杆菌经血液循环停留在椎间盘附近的微血管，产生分泌多种水解酶，其中透明质酸酶为一种能水解透明质酸的酶，能破坏以透明质酸为主要成分的软骨板的屏障作用，引起邻近水分和炎症等的扩散，布氏杆菌进入并破坏椎间盘，引起椎间盘的炎性改变。如果布氏杆菌滞留在椎体周围并在局部增殖，可以破坏局部组织。在布氏杆菌数量较少而机体抵抗力较强的情况下，布氏杆菌和局部炎症刺激骨膜增生反应，椎体周围大量骨质形成，后期骨膜肥厚钙化伴前纵韧带钙化，形成唇状骨赘或与邻近椎体缘形成骨桥。如果布氏杆菌数量较多、毒力较强，其在局部大量繁殖，并释放侵袭性酶类，破坏邻近组织，形成局部化脓性改变。脓液在椎体周围集聚，形成球状、梭状或筒状脓肿。脓肿推挤椎旁腰大肌，两侧一般不对称。后期布氏杆菌和脓液破坏椎体骨质，椎体边缘毛糙。

二、影像学表现

（一）典型病理及其影像学表现

按照病灶范围，布氏杆菌性脊柱炎可分为局灶性和弥散性两类。

1.局灶性布氏杆菌病

指病灶局限于椎体椎间盘连接部位的下位椎体的上终板前缘者，多见于腰椎上终板前缘，而椎间盘、椎旁软组织和椎管很少受累。腰椎，尤其是L4椎体，是布氏杆菌病最常累及的部位。胸腰椎椎体的主要血液供应来自节段动脉，首先发出前中央支穿过椎体骨皮质进入骨松质：背支发出的后中央支在椎体后方中心凹处相互吻合并发出分支穿过皮质进入椎体。椎体终板前（后）缘血流缓慢，布氏杆菌易在此处沉积，引起布氏杆菌椎体炎。在疾病早期表现为小骨质稀疏灶，数周后出现骨质缺损病灶，椎体上终板骨质破坏最常见，多为2~5m直径的多发、类圆形低密度灶，可呈多灶性或跳跃性，多侵害1~2个椎体终板上缘，少数为多个椎体。随后骨修复，新生骨形成，病灶周边形成增生硬化带，通常无死骨。成骨反应累及韧带，造成韧带钙化，以下腰椎多见，表现为自下而上逐渐发展的前后纵韧带呈索条状钙化影。椎体前缘增生的骨赘与硬化的前纵韧带融合，形成“鹦鹉嘴”样改变(图4-1，图4-2A).MI检查可见布氏杆菌感染急性期病灶T1WI呈中-低信号，邻近椎体呈低信号，T2WI椎间盘和椎体受累部位呈中-高信号。T2WI压脂相和STI序列呈不均匀的高信号。椎体骨膜受到炎症刺激，由中间向两侧膨出，使椎体呈斑驳状不均匀密度增高，梭状变形，椎体边缘骨膜增生肥厚钙化，形成唇状骨赘，新生骨赘加上其间的破坏灶构成花边椎样特征性表现(图4-2B)，但钙化的骨膜和椎体的界限仍清晰可辨。相邻椎体骨熬连结形成椎体侧方融合。有时横突的骨膜增生表现为横突顶部帽状增厚。这一过程较为缓慢，病程较长。

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A:椎体终板前缘的局部骨侵蚀；B:椎体终板前部开始出现骨硬化；C:椎体前部局部骨质硬化，伴邻近硬化区域椎间盘的气化；D:椎体前缘骨赘形成，呈“鹦鵡嘴”样改变

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图4-2患者男性，46岁，发热伴腰痛2个月就诊。CT矢状位扫描(A)见L4上终板骨质破怀，伴推体前缘骨形成和前纵韧带骨化，呈鹦嘴样改变。CT轴位扫描(B)见L4椎体边缘骨膜增生肥厚钙化，形成唇状骨整，新生骨整加上其间的破坏灶构成花边椎样特征性表现。MRI矢状位T1WM(C)示L4椎体前缘低信号；矢状位T2WI压脂相(D)示礼4椎体前缘高信号。因此，临床中对待发热或腰痛为主诉的患者，如果X线显示明显退变，退变程度与年龄不相符时，应行CT检查，明确病灶是否存在；为进一步明确病变性质，需行MRI检查

2。弥散性布氏杆菌病

弥散性布氏杆菌病可累及整个椎体终板或整个椎体，感染经韧带或交通血管累及邻近椎间盘、椎体、椎旁软组织和硬膜外间隙。布氏杆菌性脊柱炎通常始于血供丰富的上终板，偶见始发于下终板者。病情的进展情况取决于微生物的毒力和宿主的自身免疫力。在机体抵抗力降低的情况下，局部病变进展，炎性反应扩散可累及整个椎体。MRI检查可见整个椎体T1WI呈中-低信号，邻近椎体呈低信号，T2WI椎间盘和椎体受累部位呈中-高信号。T2WI压脂相和STIR序列呈不均匀的高信号(图4-3)。布氏杆菌还可经相互吻合的血管扩散到邻近或远处的椎体。布氏杆菌和炎性细胞均释放侵袭性酶，破坏椎间盘，椎间隙星现炎性改变。早期特征为椎间隙狭窄，上下椎体终板及椎体边缘不规则，有骨质破坏倾向。后期椎体边缘骨质硬化增生，附近韧带钙化。C「表现为等密度影，骨关节面增生硬化(图4-3)。

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图4-3  患者男性，56岁。反复发热伴胸背部疼痛3个月。胸腰椎侧位片(A)仅T8、T9椎体、L2、L3椎体上下终板前缘骨形成，未见骨质破坏等其他改变；CT矢状位扫描(B)显示T8、T9椎体、L2、L3椎体上下终板前缘骨形成，同时还可见T9椎体骨质破坏；MR矢状位T1WM(C)示T8、T9椎体、L2椎体下部和L3椎体上部呈低信号改变；矢状位T2压脂相(D)T8、T9椎体全部、L2椎体下部和L3椎体上部呈高信号改变。T8、T9椎体前缘呈不均匀中-高信号，为炎性水肿的椎旁软组织。对于X线检查未见明显异常而患者症状明显时应行CT或M检查，可提高疾病检出率。此患者T8、T9整个椎体受累，为弥散性病灶，L2椎体下部和L3椎体上部为局灶性病灶

布氏杆菌突破椎体皮质和骨膜，造成椎旁感染，形成椎旁软组织肿块、椎旁脓肿及腰大肌脓肿。椎旁软组织影与椎体破坏区相连，形态不规则，界限清楚，推压邻近的腰大肌(图4-4)。大约30%的病例可见椎旁脓肿，病程较长者脓肿壁增厚，密度增高。MI检查可以清楚显示炎症范围，静脉注射二乙烯五胺醋酸钆(Gd-DTPA)后炎症病灶和脓肿壁可被强化，可准确评估周围软组织受累情况和硬膜外间隙(图4-4)。增强扫描压脂相，受累椎体终板、椎间盘和椎旁硬膜外脓肿边缘星现高信号。

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图4-4患者男性，73岁，腰背痛3个月。MRI矢状位(A)T1WI示T10~12椎体低信号。矢状位T2压脂相(B)示T10~12高信号，伴相应节段椎体前方高信号改变的炎性软组织影。轴位T2WM(C)示T11椎体内和椎体周围不均匀高信号改变；冠状位T1WI增强扫描(D)可见T10~12椎体高信号，周围软组织也被强化，提示椎旁脓肿形成。多发类园形脓肿、骨质破坏利临近终板者应高度怀凝布氏杆菌病，其椎旁脓肿与受累椎体多位于同一水平

布氏杆菌性脊柱炎的病程较长，部分患者就诊时已有3个月以上的病程，此时影像学表现有别于急性期布氏杆菌病。亚急性期或慢性期布氏杆菌病的炎症长期存在，骨膜反应较明显，骨形成较多，椎间隙狭窄明显，炎症不再局限于椎体前缘或终板，可累及整个椎体甚至后方附件，可有腰大肌或椎旁脓肿形成，甚至压迫脊髓(图4-5)。病变椎体和椎间盘在T1WⅥ星中-低信号，T2WI星中-高信号。有报道，采用DWI相有助于鉴别布氏杆菌性脊柱炎的急性期和慢性期。

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图4-5患者男性，54岁，发热伴腰痛1年余。发病5个月时，MRI(A~C)呈较为典型的布氏杆菌病表现，为相邻椎体的终板受累，上终板前缘炎症较为明显，椎间盘有炎性高信号。发病1年时的影像学表现(D~I),骨质破坏灶、椎间隙狭窄、骨形成；腰椎则位片(D)见L2~3椎体前缘骨整形成，椎间隙狭窄；CT矢状位(E)见L2椎体下缘骨质破坏，L3椎体上部骨形成明显，密度增高；CT轴位(F)见L3椎体前部骨膜反应明显；发病1年时布氏杆菌病的MI表现(G~I),L2椎体后方炎症反应明显，T2WI高信号，可强化。

（二）其他病理类型及其影像学表现

骨质破坏灶有时见于椎体中心(图4-6)，此时常规X线检查很难发现，CT扫描可见椎体中央类圆形骨质缺损，MI检查见病灶周围炎症反应明显。少数布氏杆菌病会累及椎弓根、椎管、小关节突等后方附件，常规X线检查很难发现该类病变，CT有助于发现这类骨质破坏(图4-7)。

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图4-6患者男性，44岁，腰背痛1年。腰椎侧位X线检查(A)未见骨质破坏；CT扫描(B)见L3上终板骨质破坏，破坏灶周边硬化，内无死骨；M检查T2WM(C)示礼3椎体病灶周围炎性水肿。腰背痛病史长，常规保守治疗疗效欠佳而腰椎正侧位片大致正常时，应行腰椎CT检查，可以发现X线不能显示的骨质破坏，结合MRI检查可以初步判断病变性质。

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图4-7患者女性，48岁，胸背部疼痛50天。腰椎正位片(A)未见明显异常：侧位片(B)仅见T11水平附近肋骨密度稍高，其他无异常。CT轴位(C)见T11左侧椎弓根、关节突及椎板破坏；DMRI T2WM(D)示T11左侧椎弓根、关节突、椎板和T11左侧肋骨炎性水肿改变。

大范围骨破坏是布氏杆菌性脊柱炎的非典型影像学表现。由于病程较长，细菌毒力较强，影像学可见到严重骨破坏和大量椎旁软组织钙化，同时骨形成不是很明显，形成所谓的'类Pt病”(图4-8).另外，部分布氏杆菌性脊柱炎的影像学表现不具有典型性，类似严重的脊柱退行性疾病。但仔细阅读影像资料，也能发现布氏杆菌病的一些线索。X线片上可见椎体前缘骨赘形成、椎间隙狭窄。CT检查见后方骨质破坏，同时伴有明显骨膜反应。MRI检查，T1WI星中-低信号，T2WⅥ呈中-高信号，压脂相呈炎性高信号，受累病变周围有强化的脓肿形成(图4-9)。极少数布氏杆菌性脊柱炎患者以神经功能障碍为主要就诊原因，影像学检查可见脊髓或神经压迫(图4-10)。此类患者多不具备典型布氏杆菌病的影像学特征，此时遇见椎体高信号或椎管内脓肿形成，应想到布氏杆菌病可能性，进行相关检查，进一步明确诊断。

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图4-8患者男性，61岁，腰痛2个月。腰椎CT(A)见L5椎体上部大量骨破坏，椎旁软组织肿胀。多发脓肿位于椎体皮质下，直径2~5m,多发、类圆形，可相互融合，部分可突破皮质，形成椎旁脓肿。B:正中矢状位CT见L2~3、L4~5椎体破坏；C:矢状位CT见L5右侧椎与根受累；CMRIT1WMI示L2、L4椎体下缘和L3、L5椎体上缘低信号改变；D:MRIT1WI际T11、L2、L4椎体下缘和T12、L3、L5椎体上缘不均匀高信号改变

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图4-9患者男性，59岁，腰痛5年，间歌性跛行1年。腰椎正位片(A)示腰椎右侧凸，明显退行性变。CT轴位(B)扫描示L5右侧关节突附件明显骨膜反应、骨形成。MRI轴位T2WM(C)示L5椎板后方不均匀中-高炎性信号，单纯依靠此截面很难发现病灶；MRIT2增强扫描(D~E)示礼3~5椎板后方两侧明显炎性水肿信号，可被强化。该患者入院初诊为腰椎管狭窄症，完善相关影像学及实验室检查，据MR轴位T2WI和矢状位T2压脂相L4~5水平椎板后方炎性水肿高信号，不能除外脊柱相关感染引起的腰痛，常规进行布氏杆菌凝集试验筛查，布氏杆菌凝集试验阳性(1:160)，最终诊断为布氏杆菌性脊柱炎

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图4-10 患者男性，62岁，胸背部疼痛伴不全瘫2个月。胸椎CT扫描(A)未见明显异常：MI矢状位T1WM(B)示T3.4椎体低信号，相应节段椎管内可见低信号囊性暗区；矢状位T2WM(C)示T3、T4椎体低-中信号，椎管内液性高信号区；矢状位T2W压脂相(D)示T3、4椎体高信号，椎管内高信号占位；矢状位T1增强扫描(E)示T3、4节段椎管内囊性占位，脊髓受压。该患者在外院误诊为椎管内肿痛，先后行3次放疗，无明显改善。根据MRIT1WI示T3,、4椎体低信号和矢状位T2压脂相示T3,4椎体高信号，怀疑感染，行血常规、血沉、CRP等检查发现，CRP升高，按照感染性疾病诊断流程，常规进行布氏杆菌凝集试验筛查，多次复查血常规、ESR、CRP,发现中性粒细胞百分比80.4%，ESR19mm/h,CRP16.5mg/L,布氏杆菌凝集试验阳性(1:160)。住院期间出现发热，体温达39.2℃，应用抗布氏杆菌药物后体温降低布氏杆菌性脊柱炎的影像学表现具有多样性和可变性，从出现症状到出现影像学改变大约有2~8周的时间，这增加了早期诊断的难度。因此，临床医生要对布氏杆菌性脊柱炎保持高度警惕，对可疑脊柱感染的患者，应进行MI压脂相和增强扫描，可提高脊柱感染的发现率。骨质破坏基础上的明显骨形成是布氏杆菌性脊柱炎的特征性病理变化，CT扫描见椎体及其附件的骨质破坏的低密度灶周围有明显骨形成，M检查见T2W高信号炎性水肿区周围存在低信号改变，T2压脂相显示水肿更为清楚，炎性水肿区可被强化。

（三）临床与病理

布氏杆菌可累及全身多个脏器，偶尔为单一脏器受累为主，骨与关节最常受累，占所有布氏杆菌病的10%~95%。成人布氏杆菌病最常累及脊柱，尤其是腰椎，以L4~5水平最为常见，其次是胸椎(19%)和颈椎(12%)，多发生于40岁以上男性。多节段受累者约占布氏杆菌性脊柱炎的6%~14%。然而，我院布氏杆菌性脊柱炎多节段受累者占布氏杆菌性脊柱炎总数的60%以上，这可能与本国国情和疫区有关。布氏杆菌性脊柱炎起病急骤或隐匿，急性者通常在感染2~3周后出现症状。神经系统受累的病理变化为变态反应性炎症，主要表现为神经炎、神经根炎等。肺可有出血小叶性肺炎，心脏病变较血管病变少见，有心内膜炎、心肌炎等。肾脏受累后肿胀，偶见弥漫性肾炎和肾盂肾炎。此外，尚有睾丸炎、附睾炎、子官内膜炎等。

三、影像学鉴别诊断

（一）原发性化脓性脊柱炎

主要表现为急性感染症状，少数病例有先期感染疾病史，病情发展迅速。背痛多呈持续性，程度剧烈。体重减轻、厌食和乏力都是常见的症状。早期X线表现为椎体骨质疏松和椎间隙狭窄，CT扫描可显示椎体内多发或融合成片的骨质破坏灶，病程早期也可见椎旁软组织块影及椎管受累情况，骨形成不明显。典型M改变是受累椎体、椎间盘及周围组织呈现急性炎症改变，在T1WⅥ上信号强度降低，T2WI信号增强如椎间盘，增强扫描可明显强化。

（二）脊柱退行性病变

退变性脊柱疾病主要包括腰椎间盘突出症、椎管狭窄症、退变性腰椎失稳、滑脱、退变性腰椎侧弯等。多见于0岁以上的中老年，以男性多见。起病缓慢，腰痛反复发作，无全身症状。X线片见明显退行性改变，可有骨质疏松，但无骨质破坏灶。CT扫描见椎管狭窄，关节突增生，少数病例可见到Schmo结节。MRI对明确神经压迫和CT显示的骨质缺损的性质具有重要价值。Modici改变为椎体近终板区域的异常信号改变，边界较清，I型T1WI低信号，T2WI高信号，多位于终板区域，呈长条状对称分布，多合并退变疾病。而局灶性布氏杆菌椎体炎多位于椎体前缘或后缘。

（三）其他

布氏杆菌性脊柱炎还须与结核、骨质疏松性椎体压缩骨折、脊柱肿瘤等脊柱疾病相鉴别。以发热为主要表现的布氏杆菌性脊柱炎还要与疟疾、风湿性疾病、类风湿、Q热等传染性疾病相鉴别。

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