MR-DTI在骨骼肌急性损伤中的应用价值

2016-12-08徐光炎邢福义楼英英沈巨峰袁铨金琼英

浙江临床医学 2016年10期

徐光炎　邢福义　楼英英　沈巨峰　袁铨　金琼英

徐光炎邢福义楼英英沈巨峰袁铨金琼英

目的探讨磁共振扩散张量成像（MR-DTI）在骨骼肌急性损伤诊断中的应用价值。方法收集经MR-DTI检查的膝关节外伤患者30例，对照组健康志愿者30例，采用Simenzis Avanto 1.5T超导型磁共振扫描仪行DTI检查，最后得出胫骨前肌、比目鱼肌、腓肠肌内侧头及外侧头的ADC图、ADC值、FA图、FA值，并通过DTI纤维示踪图显示肌纤维束的连续性和走行方向，比较志愿者与急性损伤患者骨骼肌的ADC值及FA值的差异。结果当b值=600s/mm2时，急性外伤患者肌肉ADC值及FA值均低于健康志愿者，健康志愿者与急性骨骼肌损伤患者的ADC值及FA值差异有统计学意义（P值＜0.05）。结论 MR-DTI在急性骨骼肌损伤的诊断中具有重要临床应用价值。

骨骼肌损伤磁共振成像扩散张量成像肌纤维示踪

磁共振扩散张量成像（Magnetic resonance diffusion tensor imaging，MR-DTI）是以DWI为基础发展起来的MRI新技术，能够更加准确地反映分子扩散的方向，已经在中枢神经系统解剖结构及疾病诊断中广泛应用［1-3］，但在骨骼肌中的应用研究较少，至今国内未见骨骼肌损伤的DTI研究报道。本研究旨在b值=600s/mm2时，观察MR-DTI在正常人膝关节周围肌肉与急性损伤肌肉中的肌纤维示踪成像表现，比较肌纤维束的完整性及连续性，对比分析ADC值、FA值对损伤的意义。

1　临床资料

1.1一般资料收集2013年3月至2014年9月行MR-DTI检查的膝关节外伤患者30例，其中男18例，女12例；年龄11～53岁，平均32.6岁；病史为外伤后3～72h。其中胫骨平台骨折9例；髌骨骨折合并胫骨上段骨折6例；胫腓骨上段骨折7例；髌骨骨折5例；腓骨上段骨折3例。为便于研究作者选取膝关节下方的胫骨前肌、比目鱼肌、腓肠肌内、外侧头作为研究对象。正常健康志愿者30例，男女各15例；年龄15～55岁，平均33.5岁。两组人员均无肌肉系统及代谢系统疾病。

1.2扫描方法采用Siemens Avanto 1.5T超导型磁共振扫描仪检查，18通道膝关节标准线圈，常规SET1WI、T2WI和横断面EPI-DTI扫描。扫描参数：SE序列，T1WI TR400ms/TE11ms；T2WI TR3800ms/TE74ms，层厚间隔5mm，FOV 23cm×23cm，矩阵128×128。DTI应用EPI序列，横断面采集，TR 5600ms，TE 45ms，16个梯度方向，NEX 4次，b值=600s/mm2，DTI总采集时间5.35min。其中横断面T1WI、T2WI与MR-DTI扫描在采集层厚、层数、间隔及FOV方面完全一致。

1.3资料分析所有DTI图像传输至Siemens syngo后处理工作站magnetom软件自动重建成DWI图及彩色编码图、ADC图、FA图以及纤维示踪图，测量ADC值、FA值。通过SE-T1WI、T2WI与DTI图像分析选取适合的图像，分别测得胫骨前肌、比目鱼肌、腓肠肌内侧头及外侧头的FA图、FA值、ADC图、ADC值及纤维示踪图；在骨骼肌最有代表性的层面选取感兴趣区（ROI），面积尽量大，要求为同一层面，尽量避开大血管、肌肉周围脂肪组织，对每个感兴趣区的连续3个层面测量3次求取平均值。图像观察：所有图像均有三个诊断医师独立分析，骨骼肌损伤判断标准如下［2］：0级：肌纤维正常，纤维束完整。Ⅰ级：肌纤维肿胀，肌纤维束完整。Ⅱ级：肌纤维束断裂（断裂＜1/2）、损伤、水肿。Ⅲ级：肌纤维束断裂（断裂＞1/2）、出血。

1.4统计学方法采用SPSS 17.0统计软件，计量资料以（±s）表示，组间比较采用配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1T1WI、T2WI、DWI、DTI及扩散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）表现在30例膝关节外伤患者中，有6例普通平扫（T1WI、T2WI）骨骼肌信号未见明显改变（占20%），在DWI上表现为等信号，DTT表现为肌纤维轻微肿胀、增粗，但未见断裂；有9例示骨骼肌肿胀（占30%），表现在T1WI上呈低信号、T2WI呈高信号、DWI上为等稍高信号（图1a），在DTI上为等或稍高信号（图1b、c），DTT表现为肌束增粗、边缘毛糙，单位面积内肌纤维数减少（图1d～h）；有15例骨骼肌明显肿胀（占50%），表现在T1WI呈低信号、T2WI呈高信号、DWI及DTI上为等高信号，DTT表现为肌纤维不连续、截断，肌束明显增粗，肌纤维减少、稀疏；其中有13例合并出血或肌间隙积液，出血在T1WI及T2WI上因出血时间的长短而表现不同，多表现为T1WI等信号、T2WI呈等信号或稍高信号，DWI上表现为高信号或中央低信号、外围高信号，部分T1WI、T2WI均表现稍高信号，在肌纤维示踪图上表现为肌纤维间隙增大，肌纤维断裂、数量减少；积液在T1WI表现为低信号而T2WI为高信号。根据骨骼肌损伤判断标准，本组病例中有Ⅰ级损伤15例，Ⅱ级损伤9例，Ⅲ级损伤6例。所有志愿者骨骼肌均表现正常，在T1WI、T2WI、DWI及DTI上均为等信号，DTT上表现为肌纤维束连续、完整。

3　讨论

3.1MR-DTI在骨骼肌急性损伤中的应用价值 MRDTI能准确反映分子扩散的方向，从多个方向获取组织的扩散加权图像，最后得到每一个体素的扩散张量的成像过程。其能无创地提供组织器官细胞水平的生物学信息，在显示具有扩散异性的组织与病变关系方面具有较大的优越性及潜力，能显示神经纤维或骨骼肌纤维的完整性［1］，是目前唯一可以无创性地评估活体组织内部分子各向异性及完整性的技术，其临床价值也得到了充分肯定。有研究［4-6］表明骨骼肌的生理解剖决定骨骼肌具有各向异性。Alexander AL与Tuch DS等［7-8］报道骨骼肌的MR-DTI的主要观察指标是FA值、ADC值、相对各向异性（Relative anisotropy，RA）值以及可视化的分析方法（彩色编码图及纤维示踪图）。而本研究主要观察膝关节外伤后周围四块肌肉的FA值、ADC值以及肌纤维示踪图，FA值及ADC值可以用数值的形式显示骨骼肌微观物理成分、生理生化性质的改变；彩色编码图用不同色阶表示肌纤维的各种生理生化改变；纤维示踪图可以直观、立体可视化地显示肌纤维形态、走行及完整性。ADC值能反映组织整体扩散特征，组织弥散快，则信号衰减大，ADC值高，DWI上呈低信号，ADC图上呈高信号；组织弥散慢，则相反。FA值是目前最常用于评价扩散各向异性的量度，因为是比例值，所以该值在0～1之间变化，愈趋近0，其扩散模型愈接近于球形；愈趋于1，其扩散模型愈接近于线形，这些标量的测值都是由3个本征值定义生成的，其均与扩散方向无关，具有选择不变性，可以更好的描述扩散椭球体［7］。骨骼肌纤维具有显著的各向异性［8］，骨骼肌的压力和张力的分布在较大程度上依赖于肌纤维的方向，MR-DTI则是目前判断活体肌纤维方向的唯一方法；故测量各向异性参数即可判断出骨骼肌纤维细微结构的改变，能够确定骨骼肌纤维的排列、走行及完整性，直接判定骨骼肌的损伤程度。

3.2选择合适的b值在骨骼肌DTI成像中的意义本研究综合分析了邓德茂［9］等的研究结果，结合本实验对正常人的膝关节周围肌肉DTI原始图信噪比，得出b值=600s/mm2时信噪比最佳。本研究中当b=600s/ mm2时，测得外伤后胫骨前肌ADC值（1.362±0.122）mm2/s；比目鱼肌ADC值（1.432±0.102）mm2/s；腓肠肌内侧头ADC值（1.341±0.207）mm2/s；腓肠肌外侧头ADC值（1.490±0.193）mm2/s。ADC值能有效地反映肌肉受损的差异。对于膝关节外伤后测得各肌肉的FA值分别为胫骨前肌（0.149±0.109）mm2/ s；比目鱼肌（0.173±0.119）mm2/s；腓肠肌内侧头（0.201±0.141）mm2/s；腓肠肌外侧头（0.173±0.129）mm2/s，FA值对比分析差异均有统计学意义（P＜0.05）。外伤后肌肉组织受伤，肌肉水肿，单位面积内肌纤维数目减少，局部骨骼肌纤维连续性中断、紊乱，水分子流动方向的一致性受到破坏，这是FA值改变的主要原因。而关于肌肉间FA值及ADC值存在差异性的原因，目前尚未有定论；一般认为与肌纤维类型、构造有关，因为骨骼肌分为慢肌纤维（Ⅰ型）及快肌纤维（Ⅱ型）。本研究认为，由于骨骼肌损伤时受力不同，导致不同肌肉受力的大小不一致，从而导致骨骼肌受损程度不同，这得以在T1WI、T2WI及DWI的信号中表现出来；因骨骼肌对人体的生理及物理变化比较敏感，且MR-DTI能够检测骨骼肌的细微变化，这就为骨骼肌损伤的诊断提供了一种无创的、敏感性和特异性高的检查方法。本研究亦发现，在骨骼肌损伤严重的部分，肌纤维示踪图中的肌纤维及色阶表现杂乱无章；在损伤后有出血及积液的骨骼肌中，肌纤维示踪图表现肌纤维稀疏及部分截断，说明肌纤维示踪图能够显示肌纤维的断裂程度或断裂数量来判断骨骼肌的损伤程度。

综上所述，ADC值、FA值及纤维示踪图能对骨骼肌损伤的程度及分级进行评估，是一种能够评估患者骨骼肌损伤及预后的有效手段，而ADC值、FA值与损伤程度的相关性需要进一步研究证实。

［1］Schimriqk SK, Bellenberq B, Schluter M, et al. Diffusion tensor imaging-based fractional anisotropy quantification in the corticospinal tract of patients with amyotrophic lateral sclerosis using a probabilistic mixture model. AJNR,2007,28(4):724-730.

［2］Saqe CA, Peeters RR,Gorner A,et al.Quantitative diffusion tensor imaging in amyotrophic lateral sclerosis.Neuroimage,2007, 34(2): 486-499.

［3］Alexander AL,HasanK,Kindlmann G,et al.A geometric analysis of diffusion tensor measurements of the human brain. Magn Reson Med, 2000,44(2):283-291.

［4］Zeng H.Grading of rabbit skeletal muscle trauma by diffusion tensor imaging and tractography on magnetic resonance imaging.Chin Med Sci J, 2006,21(4):276-280.

［5］李永刚,王仁法,高晓玲,等.磁共振纤维束成像在肌骨系肿瘤诊断中的应用.临床放射学杂志,2008,27(4):481-485.

［6］Helm P,Beg MF,Miller MI,et al.Measuring and mapping cardiac fiber and laminar architecture using diffusion tensor MR imaging. Ann N Y Acad Sci,2005,1047(6):296-307.

［7］Tuch DS,Reese TG,Wiegell MR,et al.High angular resolution diffusion imaging reveals intravoxel white matter fiber heterogeneity. Magn Reson Med,2004,48(4):577-579.

［8］Basser PJ,Pierpaoli C.Microstructural fetaures measured using diffusion tensor imaging.J Magn Reson B,1996,111(3):209-214.

［9］邓德茂,孟悛非,马玲,等.正常人小腿肌肉3.0T磁共振扩散张量成像初步研究.临床放射学杂志,2008,27(5):663-667.

Objective To study MR-DTI value in the diagnosis of acute skeletal muscle damage. Methods Collected by MR-DTI examination of 30 cases of patients with knee joint injury，The control group 30 healthy volunteers，Using Simenzis Avanto line type 1.5 T superconducting MRI scanner DTI check，At last，the soleus，gastrocnemius medial head of the tibialis anterior muscle and lateral head of the ADC diagram，ADC values，FA figure，FA values were aquired，and through the DTI fiber tracer figure, the continuity of muscle fiber bundle was shown andthe direction contorted，More volunteers and patients with acute injury of skeletal muscle were compared of ADC value and FA value difference. Results When the b value=600s/mm2，patients with acute trauma muscle ADC value and FA values were lower than that of healthy volunteers，Healthy volunteers and patients with acute injury of skeletal muscle of ADC value and FA value have significant statistical difference（P＜0.05）. Conclusions MR-DTI in diagnosis of acute injury of skeletal muscle has important clinical value.

Skeletal muscle injury Magnetic resonance imaging Diffusion tensor imaging Muscle fiber tracer

312300 浙江省绍兴市上虞人民医院放射科

2.2正常志愿者与膝关节外伤患者的ADC值、FA值比较分析 30例膝关节外伤患者中DWI及DTI信号明显改变的共24例（占80%），随着损伤程度的加重，DWI及DTI信号变化愈明显，其ADC值、FA值比较差异均有统计学意义。志愿者与外伤患者各肌群的ADC值、FA值比较，见表1、2。

表1正常志愿者与外伤患者骨骼肌ADC值的平均值比较［mm2/s，（±s）］

骨骼肌名称正常志愿者膝关节外伤患者P值胫骨前肌1.735±0.3011.362±0.1220.031比目鱼肌1.894±0.2311.432±0.1020.015腓肠肌内侧头1.801±0.1111.341±0.2070.011腓肠肌外侧头1.698±0.2491.490±0.1930.029

表2正常志愿者与外伤患者骨骼肌FA值的平均值比较［mm2/s，（±s）］

骨骼肌名称正常志愿者膝关节外伤患者P值胫骨前肌0.278±0.0910.149±0.1090.009比目鱼肌0.264±0.1050.173±0.1190.024腓肠肌内侧头0.295±0.1540.201±0.1410.033腓肠肌外侧头0.291±0.1260.173±0.1290.014