基于T2 Map和mDIXON Quant探讨MRI定量评价拇外翻肌病的效能⋆

张慧慧 孟祥虹 王 植,*

1.天津中医药大学 (天津 301617)

2.天津大学天津医院放射二科 (天津 300211)

拇外翻(Hallus Valgus，HV)是前足最常见的疾病之一，多见于中老年妇女[1]。HV可以导致第一跖趾关节近至距骨，远至远端趾骨的紊乱[2]。临床主要表现为疼痛、畸形及拇囊炎形成，给患者生活、工作带来极大不便。手术是矫正HV畸形的主要方法[3]，通常包括骨性和软组织矫正。软组织作为第一跖趾关节的动态稳定结构，在HV的发生进展中起着极其重要的作用[4-7]。然而临床对软组织的矫形尚需要依据术中所见和术者经验决定[8]。造成这种情况的原因是目前没有能够在术前对软组织进行有效定量评估的影像学检查。因此术前对HV患者软组织进行全面充分地评估，对手术方式的选择、手术预后的评估及并发症的预防至关重要。

X线检查是诊断HV最基础的检查。常用角度测量是判断HV畸形严重程度的基本参数，用于手术方案的选择和手术疗效的评估[9,24]。但无法评估附着于各骨的肌腱韧带的病理改变。磁共振检查(magnetic resonance imaging，MRI)无创无辐射，软组织分辨率高，能够清晰显示软组织结构的变化，常用于拇外翻患者第一跖趾关节软骨、软骨下骨、肌腱及肌肉等病变的定性评价[10-11]。MRI功能成像技术可以对疾病进行定量评价，已广泛应用于临床。

第一跖趾关节的动态稳定结构主要包括拇展肌(abductor hallucis，ABD)，拇收肌斜头(oblique head of adductor hallucis，ADDO)，拇收肌横头(transverse head of adductor hallucis，ADDT)，拇短屈肌内侧头(medial head of flexor hallucis brevis，FHBM)，拇短屈肌外侧头(lateral head of flexor hallucis brevis，FHBL)[12-13]。目前这些肌肉如何影响HV畸形的发生、进展的机制并未被阐述，肌肉损伤程度与HV严重程度的相关性也罕见报道。常规MR对拇外翻的研究主要集中于肌肉萎缩、关节炎性改变等定性评价，对于肌肉病变的定量研究未见报道。

T2 Mapping是一种多回波磁共振序列，可以定量检测微观组织环境中生理或病理变化相关的水驰豫时间改变[14-15]。脂肪定量技术mDIXON Quant基于3D多回波水脂分离技术，可以准确检测活体组织的脂肪分数，评估有无脂肪沉积[16]，被广泛应用于腹部、椎体等部位，是目前脂肪定量最常用、最广泛的技术[17]。目前国内外罕有报道应用T2 Mapping,mDIXON Quant定量技术评价HV的肌肉T2驰豫时间和脂肪分数的研究。

本研究目的在于：(1)探究 T2 Mapping和 mDIXON Quan定量技术评价HV肌肉病变的价值；(2)应用T2 Mapping技术定量评价HV患者肌肉病变与HV和扁平足严重程度有无相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象本研究已经我院伦理委员会批准，所有患者均已知情同意。

纳入标准：我院足踝外科2021年4月至2021年11月间初诊HV的成年患者，年龄在18～70岁。排除标准：合并有趾间肿瘤以及其他足部畸形、感染、近期外伤的患者；有精神疾病或理解力障碍；HV足有金属内固定影响核磁图像质量，不能达到诊断要求的患者；不能独自站立的患者。本研究共纳入HV患者9人共13足，(男5人，女4人；年龄范围：26岁～65岁，平均年龄：36.1岁；左足6例，右足7例)。此外，本研究纳入健康志愿者6人共10足，(男3人，女3人；年龄范围：21岁～56岁，平均年龄：31.2岁；左5例，右5例)作为正常对照组。纳入标准：无足部疾病或外伤史，足趾活动正常。所有受试者行标准负重正、侧位足X线平片，足部常规MRI及功能磁共振T2 mapping和mDIXON Quant检查。

1.2 研究方法

1.2.1 X线摄片方法 标准负重正位片：被检者站立于足踝负重位摄影专用装置上，膝关节伸直，小腿垂直地面，双足分开与肩同宽，足长轴与平板探测器长轴平行，足尖朝前且在同一水平线上，X线管球向头侧倾斜与人体纵轴成15°，中心线对准患侧足第3跖骨基底，焦片距(focus-film distance,FFD)为120cm，管电压50KV，管电流量2mAs。标准负重侧位片：被检者侧位站立于足踝负重位摄影专用装置上，膝关节伸直，双足分开一前一后站立，被检侧小腿垂直地面，足外侧紧贴探测器面板，足长轴与平板探测器长轴平行，X线管球与人体纵轴成90°，中心线对准第一跖骨基底部垂直入射，投照参数同负重正位。

1.2.2 MRI成像 实验组和对照组均使用相同的成像参数，所有受试者检查前静坐30分钟，以消除运动对定量值影响。使用3.0 T MRI设备(Ingenia CX,Philips Healthcare,Best,the Netherlands)，足踝关节线圈(ds Foot-Ankle,四通道)和体部线圈(ds Anterior+ds Posterior Ingenia)，受试者仰卧位，足中立，扫描采用标准体轴的横断面、矢状面、冠状面。MRI检查序列包括：矢状面脂肪抑制(fat suppression，FS)质子密度加权像(proton density weighted imaging，PDWI)，冠状面FS PDWI，横断面FS T2WI，横断面T1WI(表1)。横断面扫描范围包括第一跖列远节趾骨头水平至距骨颈水平。

表1 MRI检查序列及参数

磁共振脂肪定量技术T2 Mapping 采用两段式轴向扫描，扫描定位同横断面T1WI，以保证扫描的横断面图像可以和横断面T1WI进行融合。第一段扫描范围为内或外侧籽骨出现的层面向近端50mm的区域，此区域可以完全显示ADDT走行，显示大部分FHBM，FHBL和ADDO的走行，第二段扫描范围为内侧楔骨基底部层面向近端远端各25mm的区域，以显示大部分ABD肌腹。T2 Mapping 使用SE T2WI多回波序列成像，回波链长度为6，参数如下：TR: 2000ms,TE:13ms、26ms、39ms、52ms、65ms、78ms,FOV:12cm×14cm，层厚：3mm，层间距:0.3mm，矩阵：200×230。

磁共振脂肪定量技术 mDIXON Quant采用3D FFE序列轴向扫描，使用体部线圈(ds Anterior+ds Posterior Ingenia)，扫描方位和扫描范围同横断位T1WI，扫描参数如下：TR:8ms，TE:1.25ms，delta TE:0.9ms，FOV:12cm×14cm，层厚:3mm，层间距:0.3mm，矩阵：200×230。

1.2.3 图像分析 采用专业图像分析软件Image pro Plus6.0(GE公司，美国)在负重正位X线像上进行以下角度测量：拇外翻角(hallux valgus angle，HVA): 第一跖骨中轴线与踇趾近节趾骨中轴线的夹角，正常值<15°；第1、2跖骨间角(IMA)：第1、2跖骨中轴线的夹角，正常值<9°。在负重X线侧位像上测量足内、外侧纵弓。内侧纵弓(正常值：113°～130°)：由跟骨的最低点至距骨头的最低点作一直线，再由距骨头的最低点至第1跖骨头最低点作一直线，两直线间的夹角。外侧纵弓(正常值：130°～150°)：由跟骨的最低点至跟骰关节最低点作一直线，再由跟骰关节的最低点至第5跖骨头最低点作一直线，两直线间的夹角[3]。

使用图像分析软件Philips IntelliSpace® PACS (Philips 医疗，荷兰)对T2 Mapping、mDIXON Quant进行图像后处理。将功能成像图像与T1WI横断面图像进行图像融合，使用徒手画的方法绘制感兴趣区(ROI)，得到各组肌肉的T2值，将在T2 mapping横断面上勾画的ROI 复制到 mDIXON Quant相同层面相同肌肉上，得到相应肌肉的脂肪分数(图1)。对照《骨骼肌肉MRI/CT断层解剖》[18]确定ABD，ADDO，ADDT，FHBM，FHBL的位置。ABD测量层面选取方法：以第一跖楔关节层面为中心，连续三个层面勾画ROI(平均167.15±18.59mm2，142.1～187.4mm2)。ADDT测量层面选取方法：以ADDT横截面最大层面为中心，连续三个层面勾画 ROI(平均46.36±13.88mm2，22.3～69.6mm2)。ADDO，FHBM，FHBL测量层面选取方法：以FHBM与FHBL 走行融合层面为中心，连续三个层面勾画ADDO(平均149.49±12.02mm2，86.4～179.6mm2)；FHBM(平均66.52±20.74mm2，44.7～109.8mm2)；FHBL(平均42.88±12.26mm2，32.8～79.4mm2)的ROI。以上各目标肌肉三次测量取平均值。在肌肉边界比较模糊的层面，可以适当缩小勾画范围，保证ROI始终包绕在相应肌肉内。

图1A 手画法勾画拇短屈肌内侧头(FHBM)的感兴趣区。图1B 手画法勾画拇短屈肌外侧头(FHBL)的感兴趣区。图1C 手画法勾画拇收肌斜头(ADDO)的感兴趣区。图1D 手画法勾画拇收肌横头(ADDT)的感兴趣区。图1E 手画法勾画拇展肌(ABD)的感兴趣区。图2A拇收肌斜头(ADDO)T2值与内侧纵弓角度的大小有显著相关性(R=0.69，P=0.009)。图2B 拇收肌斜头(ADDO)T2值与HVA 的大小有相关性(R=0.611，P=0.027)。图3 女 42岁，拇外翻患者，HVA=17.9°，IMA=14°。图3A～图3B FHBM和FHBL的T2 Mapping及脂肪分数伪彩图，T2值分别为67.19ms、52.24ms,脂肪分数分别为3.35%、7.0%。FHBM：拇短屈肌内侧头，FHBL：拇短屈肌内侧头。图4 男，33岁，健康志愿者，HVA=11.6°,IMA=3.3°。图4A～图4B 为FHBM和FHBL的T2 Mapping及脂肪分数伪彩图，T2值分别为34.70ms、34.88ms,脂肪分数分别为7.07%、4.52%。FHBM：拇短屈肌内侧头，FHBL：拇短屈肌内侧头。

1.3 统计学分析采用SPSS 23.0(IBM公司，美国)统计软件包进行统计学分析。计量资料均以均数±标准差表示，计数资料均以百分数表示。应用Mann—Whitney U检验比较HV组与健康对照组ABD，ADDO，ADDT，FHBM，FHBL的T2值和脂肪分数的差异，应用Spearman相关评价各组肌肉的T2值与平片测量角度之间的相关性。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

HV组和健康对照组ABD，ADDO，ADDT，FHBM，FHBL的脂肪分数差异无统计学意义。两组间的统计学结果汇总，见表2。

表2 HV组和对照组肌肉脂肪分数的比较

HV组和健康对照组FHBM，FHBL，ADDO，ADDT的T2值差异有统计学意义，其余差异均无统计学意义。两组间的统计学结果汇总，见表3。

表3 HV组和对照组肌肉T2值(ms)比较

2.1 ADDOT2值与HVA(R=0.611，P=0.027)、内侧纵弓角度(R=0.69，P=0.009)的大小有显著相关性，其余肌肉与HVA，IMA，内、外侧纵弓角度之间没有发现有统计学意义的相关性。相关性统计学结果见图2。

2.2 典型拇外翻患者与健康志愿者数据比较见图3～图4。

3 讨论

本研究发现，HV组FHBM，FHBL，ADDO，ADDT的 T2值均高于健康对照组，差异具有统计学意义，且ADDO T2值与HVA、内侧纵弓角度的大小成显著正相关。但HV组ABD，FHBM，FHBL，ADDO，ADDT的脂肪分数，与健康对照组的差异无统计学意义。

T2 Mapping是对水分子扩散敏感的功能MRI技术，可以定量的检测微观组织环境中生理或病理变化相关水结合的改变[14-15]。肌肉水肿是T2值升高主要病理改变[15]。T2 mapping已广泛应用于肌肉骨骼成像[19,23]。Yin[20]等应用T2 mapping对杜氏肌营养不良患者的研究中发现患者大腿肌肉的T2值明显高于健康志愿者，其大腿肌肉水肿明显，经组织学活检证实了这一发现。Wang[21]等应用T2 mapping对皮肤性肌炎和多发性肌炎的研究中发现，肌肉水肿组的T2值明显高于非水肿组。本研究中HV组ADD及FHB的T2值明显增高，可以推断是由肌肉水肿造成的，需要进一步组织学活检证实。郭娟[22]等用传统MRI评价HV的研究中发现27%的HV患者存在第一跖趾关节内侧软组织水肿，本研究中HV组所有患者的ADD及FHB 的T2值普遍增高，提示与传统MRI定性评价相比，T2 Mapping 对HV早期的肌肉水肿病变显示具有很大的优势。

本研究发现，HV患者ADDO T2值与HVA、内侧纵弓的大小呈强正相关。ADDO的水肿程度随足弓的低平而加重，推断ADDO在维持足内侧纵弓中发挥重要作用。ADDO 的水肿程度随着HV严重程度的增加而加重，进一步加重了其在维持内侧纵弓的收缩压力，可能导致HV与扁平足病程进展的相互促进，这与《拇外翻治疗专家共识》[8]HV合并平足，会加速HV的进展，平足合并HV患者手术矫形后，畸形复发的概率高于不合并平足者的观点相吻合。由此，我们有理由认为术前对ADDO等肌肉的定量评价对术式选择，预后评估和并发症的预防具有参考价值。

脂肪定量技术mDIXON Quant基于3D多回波水脂分离技术，可以准确评估活体组织有无脂肪沉积并进行量化[15]，被广泛应用于腹部、椎体等部位，是目前脂肪定量最常用、最广泛的技术[16]。本研究中，mDIXON Quant的统计学结果显示HV组和健康对照组ABD，FHBM，FHBL，ADDO，ADDT的脂肪分数无统计学差异。然而在对HV组的MRI 图像分析时发现，有一例患者足部肌肉形态学上明显萎缩，其脂肪分数也明显增高。因此，课题组认为本研究纳入的样本量小，严重肌肉萎缩的患者太少而未能检测出两组的差异。

本研究主要有以下几点不足：(1)纳入研究的HV组和健康对照组的样本量较小，统计结果可能存在偏倚，且不能根据HV的严重程度进行分组而进行亚组间的数据比较。(2)对于HV组患者T2值升高的解释未进行组织学活检验证。(3)未对手术患者进行术后随访，缺乏对患者手术疗效和预后的评估。后续研究中我们将进一步扩大样本量，根据HV严重程度分出亚组，进一步细化肌肉T2值与HV严重程度的关系，引入磁共振波谱(MRS)验证mDIXON Quant的准确性。

本研究使用T2 mapping和mDIXON Quant技术可以定量评价HV肌肉病变，发现HV患者有更明显的拇短屈肌和踇收肌肌肉水肿，踇收肌斜头水肿程度与HV严重程度和扁平足呈正相关。本研究证实T2 mapping可以用于定量评价HV肌肉病变，有利于临床术前对软组织进行有效定量评估及术式选择。