功能MRI在肌肉損傷中的應(yīng)用進(jìn)展

曾飄娥 周延 劉劍羽*

肌肉損傷是臨床常見(jiàn)疾病，準(zhǔn)確早期診斷及檢測(cè)損傷修復(fù)情況對(duì)治療和預(yù)后有重要意義。目前主要根據(jù)臨床癥狀，輔以實(shí)驗(yàn)室檢查、肌電圖等對(duì)其進(jìn)行診斷。MRI具有良好的軟組織分辨力及多參數(shù)成像等特點(diǎn)，可以為評(píng)估肌肉損傷范圍及損傷程度提供重要信息，但常規(guī)抑脂T2WI對(duì)肌肉損傷的評(píng)估依賴(lài)于醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)，主觀(guān)性強(qiáng)，且不能檢測(cè)到細(xì)微肌肉撕裂[1]。近年來(lái)，功能MRI在評(píng)價(jià)肌肉損傷方面有較多臨床及基礎(chǔ)研究，T2mapping反映細(xì)胞水腫情況，擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）及擴(kuò)散張量成像（DTI）提供組織擴(kuò)散信息，能在微觀(guān)層面對(duì)肌肉損傷及其動(dòng)態(tài)恢復(fù)變化進(jìn)行定量評(píng)估。本文就功能MRI技術(shù)的基本原理及在肌肉損傷方面的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 功能MRI技術(shù)的基本原理

目前用在肌肉損傷方面較多的技術(shù)主要有T2mapping、DWI及 DTI。 T2mapping成像是采用多回波快速自旋回波序列，測(cè)量不同回波時(shí)間的MR信號(hào)強(qiáng)度，從而定量評(píng)估興趣區(qū)T2值的新技術(shù)[2]。在正常肌肉組織中，肌細(xì)胞和細(xì)胞外間隙的水分子分別主要以結(jié)合水和自由水形式存在，結(jié)合水的橫向弛豫時(shí)間較自由水短，因此正常肌肉組織呈現(xiàn)短T2信號(hào)。當(dāng)肌肉損傷時(shí)，水分子的狀態(tài)與分布發(fā)生改變，導(dǎo)致T2改變。T2mapping成像正是通過(guò)測(cè)量受損肌肉T2值，定量反映水分子分布微觀(guān)變化情況，從而評(píng)估肌肉損傷狀態(tài)[3]。

DWI是無(wú)創(chuàng)反映組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的成像技術(shù)，水分子擴(kuò)散受限程度可以用表觀(guān)擴(kuò)散系數(shù)（ADC）表示。含水量和細(xì)胞結(jié)構(gòu)等變化都會(huì)引起擴(kuò)散受限的變化，導(dǎo)致測(cè)量ADC值改變。肌肉損傷時(shí)，肌纖維、細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)大分子等發(fā)生變化，可能引起ADC值變化。

水分子擴(kuò)散具有各向異性，為準(zhǔn)確分析組織內(nèi)水分子擴(kuò)散特性，1994年Basser等[4]首次提出引入張量及擴(kuò)散橢球體來(lái)表示各向異性，在6個(gè)非共線(xiàn)方向施加擴(kuò)散敏感梯度，從而獲得描述擴(kuò)散各向異性的量化參數(shù)，即DTI。其中各向異性分?jǐn)?shù)（FA）代表測(cè)量體素中的擴(kuò)散異性成分，是水分子各向異性成分占整個(gè)擴(kuò)散張量的比例。本征值（λ1、λ2、λ3）分別反映3個(gè)正交方向的擴(kuò)散系數(shù)大小，λ1代表平行于纖維方向的擴(kuò)散系數(shù)，λ2和λ3代表垂直于纖維方向的擴(kuò)散系數(shù)[5－6]。DTI已經(jīng)較廣泛地應(yīng)用于正常及損傷肌肉的微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化研究。當(dāng)肌肉損傷時(shí)，有序的肌纖維結(jié)構(gòu)遭到破壞，水分子在各個(gè)方向的擴(kuò)散增加，DTI參數(shù)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，表現(xiàn)為受損肌肉FA 值下降，本征值升高[7－9]。

2 功能MRI在肌肉損傷中的應(yīng)用

2.1 反映肌肉損傷與再生修復(fù)的病理、生理微觀(guān)變化 肌肉損傷的病理、生理過(guò)程包括細(xì)胞水腫、壞死、炎癥、纖維再生。T2mapping、DWI及DTI的參數(shù)值可以定量反映肌肉損傷不同階段微觀(guān)組織學(xué)變化特點(diǎn)，進(jìn)而評(píng)估其損傷嚴(yán)重程度及再生修復(fù)情況。McMillan等[7]發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)不良小鼠離心運(yùn)動(dòng)后受損脛骨前肌近端T2值升高，同時(shí)熒光顯微鏡下伊文思藍(lán)染色（EBD）－陽(yáng)性纖維（EBD染色陽(yáng)性指示纖維膜的破壞）較對(duì)照組顯著增加，另一研究[10]發(fā)現(xiàn)受損肌肉T2值升高與EBD陽(yáng)性纖維成正比，提示受損肌肉T2值升高與肌纖維膜破壞有關(guān)。更多研究進(jìn)一步證實(shí)受損肌肉T2值變化與其病理變化過(guò)程密切相關(guān)。Zhang等[11]在兔肌肉擠壓損傷模型中發(fā)現(xiàn)，損傷后第1天肌肉壞死、炎性浸潤(rùn)，導(dǎo)致肌細(xì)胞破壞，肌纖維膜通透性增加，細(xì)胞內(nèi)大分子外溢以及細(xì)胞外間隙水分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞水腫，T2值升高；炎性反應(yīng)也使肌細(xì)胞膜和毛細(xì)血管壁通透性增加，細(xì)胞間質(zhì)水腫，橫向弛豫時(shí)間延長(zhǎng)，T2值升高。病理顯示在損傷第7天時(shí)炎性浸潤(rùn)最明顯，此時(shí)T2值最高。7 d后炎性浸潤(rùn)減輕，肌纖維開(kāi)始再生，肌間隙減小，自由水減少，T2值減低。損傷后30 d時(shí)肌肉病理表現(xiàn)基本恢復(fù)正常，T2值也恢復(fù)到正常。另有研究[12－14]也證實(shí)T2mapping的T2值與病理變化過(guò)程的平行性，在3～7 d時(shí)T2值達(dá)到頂峰，28～30 d時(shí)恢復(fù)正常，不同研究T2值達(dá)到高峰及恢復(fù)正常時(shí)間有所不同，這可能與損傷機(jī)制、損傷局限性及研究模型的種類(lèi)不同有關(guān)。Esposito等[12]研究還發(fā)現(xiàn)T2值與損傷肌肉炎性白細(xì)胞 （CD45+）數(shù)量及組織損傷/炎性浸潤(rùn)評(píng)分呈正相關(guān)（r=0.881，P=0.007 2），進(jìn)一步證實(shí)T2值可以反映肌肉損傷炎性反應(yīng)程度，T2值峰值出現(xiàn)在炎癥最嚴(yán)重時(shí)，進(jìn)而評(píng)估肌肉損傷程度。

Yanagisawa等[15]研究人踝關(guān)節(jié)跖屈收縮小腿肌肉損傷腓腸肌內(nèi)側(cè)頭ADC值升高，第3天時(shí)顯著升高，推測(cè)由于肌肉損傷肌纖維破壞，細(xì)胞膜屏障破壞導(dǎo)致酶溢出到細(xì)胞外間隙，吸引水分子進(jìn)入細(xì)胞間質(zhì)，細(xì)胞間質(zhì)水腫使水分子擴(kuò)散受限減輕，ADC值升高。此外，水分子擴(kuò)散主要受限于平行肌纖維方向，纖維結(jié)構(gòu)破壞本身也會(huì)導(dǎo)致水分子擴(kuò)散增加，因此ADC值升高可能提示肌肉損傷的存在。Feng等[16]研究不同MR參數(shù)區(qū)分肌肉損傷和修復(fù)時(shí)間進(jìn)程的可行性，發(fā)現(xiàn)ADC值在損傷早期(1 d內(nèi))顯著升高，之后進(jìn)行性下降，此時(shí)受損肌肉病理變化以細(xì)胞水腫為主，T2值在第3天升高達(dá)到頂峰，病理表現(xiàn)肌纖維壞死，間質(zhì)吞噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)伴少許再生肌纖維，故推測(cè)ADC值反映細(xì)胞微結(jié)構(gòu)的完整性，與細(xì)胞水腫相關(guān)，在損傷早期即出現(xiàn)。

DTI通過(guò)水分子的擴(kuò)散受限及各向異性的特點(diǎn)分析肌肉損傷的微觀(guān)變化。Yanagisawa等[17]評(píng)估踝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)損傷后，腓腸肌內(nèi)側(cè)頭FA值在2～5 d顯著下降，平均擴(kuò)散率（mean diffusivity，MD）、λ2、λ3第3天顯著升高。λ2、λ3的升高表明垂直于肌纖維長(zhǎng)軸方向的水分子擴(kuò)散增加，提示急性期肌肉損傷肌纖維水腫。FA值最能反映肌肉損傷與再生修復(fù)過(guò)程。Esposito等[12]誘導(dǎo)鼠脛骨前肌急性損傷，損傷后第1天時(shí)FA值下降到最低，此時(shí)病理表現(xiàn)以纖維壞死為主，肌纖維完整性缺失導(dǎo)致擴(kuò)散各向異性減低。隨后，F(xiàn)A值變化趨勢(shì)與組織病理再生修復(fù)過(guò)程相平行，由于肌纖維再生，且再生的肌纖維不成熟，直徑小，導(dǎo)致FA值升高甚至高于正常組織水平，當(dāng)30 d時(shí)再生肌纖維逐漸成熟，纖維直徑恢復(fù)正常大小，F(xiàn)A值恢復(fù)正常。同時(shí)，F(xiàn)A值與再生的中央核肌纖維比例呈正相關(guān)，進(jìn)一步佐證FA值與肌肉損傷的再生修復(fù)過(guò)程的相關(guān)性。當(dāng)誘導(dǎo)破壞肌衛(wèi)星細(xì)胞（參與肌纖維受損后再生修復(fù)的干細(xì)胞），受損的肌纖維無(wú)法再生修復(fù)，受損區(qū)域最終被脂肪及纖維組織替代，使水分子擴(kuò)散受阻，相應(yīng)FA值減低，不能恢復(fù)至正常水平[18]。Peng等[19]通過(guò)移植內(nèi)皮祖細(xì)胞促進(jìn)受損肌肉組織修復(fù)，移植后第7天、第14天的λ1、λ2、λ3和 ADC 值較生理鹽水治療對(duì)照組顯著下降，F(xiàn)A值顯著升高。

2.2 診斷肌肉損傷的敏感性 常規(guī)T2WI主要從形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)肌肉的損傷，如細(xì)胞水腫、肌肉撕裂或斷裂，主觀(guān)性強(qiáng)，敏感性欠佳。T2mapping在診斷肌肉損傷的敏感性可能較傳統(tǒng)T2WI更佳。Zhang等[11]研究發(fā)現(xiàn)，受損肌肉第1、3、7天時(shí)T2WI呈高信號(hào)，信號(hào)強(qiáng)度逐漸減低，此時(shí)T2值遞增。但第14天時(shí)T2WI呈稍低信號(hào)，較正常對(duì)照組無(wú)明顯差異，而T2值仍顯著高于對(duì)照組，此時(shí)病理也顯示肌肉損傷還未恢復(fù)到正常，提示T2mapping定量診斷較常規(guī)T2WI診斷更敏感。該研究還發(fā)現(xiàn)受損肌肉的T2值與血清肌鈣蛋白和尿肌紅蛋白數(shù)量呈線(xiàn)性正相關(guān)（回歸系數(shù)分別為 0.299、8.26，P 均＜0.05），血清肌鈣蛋白是肌肉損傷的早期敏感指標(biāo)，T2值可能是評(píng)估肌肉損傷的敏感指標(biāo)。Ha等[20]也提出對(duì)比常規(guī)T2WI，T2mapping可早期檢測(cè)急性去神經(jīng)支配肌肉損傷，在肌肉損傷3 d后T2值輕度升高，T2WI影像無(wú)明顯變化，1周后T2值顯著變化，而T2WI影像才開(kāi)始出現(xiàn)可疑及確定的信號(hào)強(qiáng)度改變。陰道分娩6周后采用T2mapping評(píng)估髂尾肌，T2WI上表現(xiàn)為信號(hào)正常，無(wú)水腫、撕裂、斷裂，但其T2值顯著高于無(wú)損傷對(duì)照組，同時(shí)偽彩圖也可顯示其色階混雜、色調(diào)增高，提示髂尾肌存在病損，推測(cè)可能是由于髂尾肌細(xì)小，T2WI影像難以發(fā)現(xiàn)微小損傷，T2值及其偽彩圖有助于發(fā)現(xiàn)細(xì)微肌肉損傷[21]。Fulford等[22]研究認(rèn)為聯(lián)合ADC與T2值可能提高檢測(cè)肌肉損傷的敏感性。Foeling等[23]發(fā)現(xiàn)5名馬拉松運(yùn)動(dòng)員比賽后在抑脂T2WI上，180塊肌肉中9塊肌肉出現(xiàn)1級(jí)肌肉拉傷。除去9塊拉傷肌肉，肱二頭肌和半腱肌的本征值和MD在比賽后2 d仍顯著升高。該研究表明DTI參數(shù)能檢測(cè)到常規(guī)抑脂影像未出現(xiàn)的肌肉損傷變化，驗(yàn)證DTI用于檢測(cè)亞臨床運(yùn)動(dòng)相關(guān)肌肉損傷的可行性。在評(píng)估運(yùn)動(dòng)員肌肉損傷時(shí)，需要考慮到運(yùn)動(dòng)員優(yōu)勢(shì)側(cè)及非優(yōu)勢(shì)側(cè)肌肉特征及代謝的不對(duì)稱(chēng)性可能會(huì)導(dǎo)致DTI測(cè)值的偏側(cè)化，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化（損傷肌肉和同側(cè)健康肌肉的比值與對(duì)側(cè)對(duì)比）后能更精確評(píng)估肌肉損傷，避免肌肉偏側(cè)性導(dǎo)致的偏倚[24]。功能MRI可早期、敏感檢測(cè)肌肉損傷，較常規(guī)MRI具有優(yōu)勢(shì)。

2.3 在盆底肌損傷中的應(yīng)用 功能MRI已經(jīng)較多地用于評(píng)估上、下肢的粗大肌肉群損傷，但近年來(lái)嘗試應(yīng)用于盆底肌進(jìn)行相關(guān)研究。盆底肌是女性盆底支持結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，主要維持盆腔臟器正常解剖位置、形態(tài)和生理功能。盆底肌肉損傷會(huì)導(dǎo)致盆腔臟器脫垂、壓力性尿失禁、直腸脫垂等盆底功能障礙性疾病的發(fā)生。由于盆底肌肉纖細(xì)，走行復(fù)雜，目前尚無(wú)良好的評(píng)估其損傷的檢查方法。T2mapping技術(shù)可通過(guò)定量測(cè)量組織T2值間接評(píng)定組織損傷狀態(tài)。趙等[21]研究產(chǎn)后受損的恥骨直腸肌T2值升高，其偽彩圖可直觀(guān)顯示損傷程度及范圍，損傷越重，色階增加越明顯，色調(diào)越高。DTI及纖維示蹤技術(shù)開(kāi)始用于評(píng)估盆底臟器脫垂病人及陰道分娩初產(chǎn)婦盆底肌損傷。2011年Zijta等[25]首次驗(yàn)證了DTI和纖維示蹤技術(shù)用于盆底肌研究的可行性，獲得了恥尾肌、會(huì)陰小體、肛門(mén)及尿道括約肌和閉孔內(nèi)肌解剖結(jié)構(gòu)。Rousset等[26]運(yùn)用纖維示蹤技術(shù)進(jìn)一步細(xì)分肛提肌的解剖結(jié)構(gòu)，觀(guān)察到恥尾肌及恥骨直腸肌形態(tài)和纖維走行，但骶尾肌的成像欠佳，可能與其形態(tài)復(fù)雜且纖維網(wǎng)稀疏有關(guān)。尚等[27]在國(guó)內(nèi)首次對(duì)50例未生育或經(jīng)剖宮產(chǎn)生育志愿者女性盆底肌肉纖維束進(jìn)行了DTI研究，結(jié)果顯示DTI纖維束成像可以三維觀(guān)察女性盆底復(fù)雜肌肉纖維束結(jié)構(gòu)，并且獲得其正常ADC值和FA值。Zijta等[28]發(fā)現(xiàn)盆底臟器脫垂病人與未生育女性2組間肛門(mén)括約肌、會(huì)陰小體及恥骨會(huì)陰肌的FA和MD值無(wú)顯著差異，而盆底臟器脫垂組左側(cè)閉孔內(nèi)肌FA值顯著高于未生育組。但國(guó)內(nèi)一項(xiàng)研究[29]與之結(jié)果不一致，發(fā)現(xiàn)2組間閉孔內(nèi)肌DTI測(cè)值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，考慮閉孔內(nèi)肌不是盆底支持結(jié)構(gòu)的主要成分，損傷程度輕導(dǎo)致測(cè)值無(wú)顯著差異。但脫垂病人左側(cè)髂尾肌λ1、λ3明顯高于正常對(duì)照組，提示左側(cè)髂尾肌細(xì)長(zhǎng)而纖維稀疏，損傷程度較重。崔等[30]研究發(fā)現(xiàn)陰道分娩后6個(gè)月初產(chǎn)婦恥骨內(nèi)臟肌損傷組、無(wú)損傷組及對(duì)照組間恥骨內(nèi)臟肌的FA和ADC值無(wú)顯著差異，分析原因可能是分娩后6個(gè)月?lián)p傷程度輕且肛提肌體積小，部分容積效應(yīng)影響的結(jié)果，但是損傷組ADC值比對(duì)照組高，這可能對(duì)肛提肌損傷具有一定提示作用。DTI及纖維示蹤技術(shù)對(duì)于評(píng)估盆底肌是可行的，對(duì)揭示盆底器官脫垂發(fā)生機(jī)制及早期診斷孕產(chǎn)婦盆底肌損傷有重要意義，但仍屬初步探索階段，部分研究結(jié)果仍未取得一致，有待更多研究證實(shí)。

3 小結(jié)

總之，T2mapping、DWI、DTI等功能 MRI在肌肉損傷的評(píng)估研究中已取得較大進(jìn)展，其相關(guān)參數(shù)T2值、ADC、FA及本征值等可量化反映肌肉損傷后病理、生理狀態(tài)微觀(guān)結(jié)構(gòu)的變化情況，提示受損肌肉壞死、炎性水腫、纖維破壞、纖維再生過(guò)程，從而無(wú)創(chuàng)、定量、客觀(guān)地評(píng)估肌肉損傷的嚴(yán)重程度與再生修復(fù)動(dòng)態(tài)變化，甚至可早期發(fā)現(xiàn)肌肉損傷，這將對(duì)肌肉損傷相關(guān)疾病的臨床治療和預(yù)后評(píng)估有重要的指導(dǎo)意義。