T2-mapping定量评估脊髓性肌萎缩症严重程度

胡颖熠,黄杨,陈太雅,方佃刚,路新国,王景刚,李志勇

脊髓性肌萎缩症(spinal muscular atrophy,SMA)是儿童最常见的致命性常染色体隐性遗传病之一[1],发病率为1/10000～1/6000[2],以肢体近端为主的进行性、对称性的肌无力和肌萎缩为主要临床表现[3]。根据患儿起病年龄和获得的最大运动能力,将SMA分为0～Ⅳ型。研究证明诺西那生钠靶向治疗能明显改善SMA患儿的运动功能[4],且越早接受治疗,患儿预后越好[5-6]。然而,目前临床常用的运动功能评估方法尚不能评估单个肌肉的功能变化,且高度依赖于患者的依从性[7]。因此,一种无创、客观、敏感和可重复性高的方法对于SMA的疾病监测及疗效评估具有重要临床价值。

磁共振成像软组织分辨率高,能早期和直观地显示肌肉受损情况[8-9]。与常规MRI相比,定量MRI能更可靠地反映神经肌肉疾病的肌肉组织特征[10-11],包括T2-mapping技术、水-脂化学位移成像和磁共振波谱成像等[12-15]。其中,T2-mapping技术通过定量测量肌肉T2值来反映肌肉的特性,目前将此技术应用于SMA疾病的研究报道较少见[16-17]。本研究基于T2-mapping技术探讨SMA患儿大腿肌肉受累情况及分布模式,评估肌肉T2值与临床指标的相关性。

材料与方法

1.研究对象

将2022年2月-2022年11月在本院神经肌肉疾病中心确诊的28例SMA患者纳入本研究。纳入标准:经多重连接依赖探针扩增技术(multiplex ligation-dependent probe amplification,MLPA)检测出SMN1基因7、8外显子缺失而可配合完成MRI检查和临床评估。排除标准:①除SMA以外,有可能改变骨或肌肉代谢的任何其它慢性疾病的病史;②有MRI检查禁忌证;③临床资料不完整。所有临床评估均在MRI检查后1个月内进行。

本研究已获得本院伦理委员会批准(2021116)。所有受试者由其父母或监护人签署了知情同意书。

2.运动功能评估

由一位儿童康复科医师(具有10年工作经验)采用汉默史密斯功能运动量表扩展版(Hammersmith Functional Motor Scale Expanded,HFMSE)对所有受试者进行运动功能评估。HFMSE共包括33个评估项目,分值范围为0～66[18-19]。

3.MRI检查方法

使用Philip Ingenia 3.0T超导磁共振成像仪和16通道体部相控阵列线圈。不能配合者在检查前采用10%水合氯醛(0.5 mL/kg)进行灌肠,最大剂量不超过10 mL。扫描时患者取仰卧位、足先进、大腿自然放松状态,以大腿中段为中心进行扫描,扫描范围自双侧髂前上棘至股骨远端,总扫描时间约20 min,各序列扫描参数如下。①横轴面DIXON-T1WI:TR 700 ms,TE 9 ms,层厚5 mm,层间距1 mm,视野280 mm×200 mm,采集次数1,翻转角8°;②横轴面DIXON-T2WI:TR 3500 ms,TE 65 ms,层厚5 mm,层间距1 mm,视野280 mm×200 mm,采集次数1,翻转角90°;③横轴面T2-mapping:回波链长度6,TR 2000 ms,TE分别为13、26、39、52、65和78 ms,层厚5 mm,层间距2 mm,视野280 mm×180 mm,采集矩阵243×188,体素大小1.15 mm×0.95 mm×5.00 mm,扫描时间6.5 min。

4.图像分析和测量

由一位经验丰富的放射科医师(工作经验>8年)进行MRI图像分析和数据测量。先在T1WI图像(解剖像)上分别选取骨盆肌肉(臀大肌、阔筋膜张肌)和大腿肌肉(股直肌、股内侧肌、股外侧肌、股中间肌、缝匠肌、半膜肌、半腱肌、股二头肌长头肌、大收肌、长收肌和股薄肌)的最大横截面,沿各条肌肉边界的内侧约1 mm处勾画ROI,然后将其复制到T2-mapping图像,由Phillips后处理工作站自动得到各肌肉的T2值。肌肉平均T2值由所测量的13块肌肉的T2值取平均值所得。

4.统计分析

使用SPSS 25.0 软件进行统计学分析。计量资料中符合正态分布者以均数±标准差表示,不符合者以中位数(上、下四分位数)表示。采用方差分析比较13块肌肉之间T2值的差异,并应用LSD-t检验对各肌肉T2值进行两两比较。采用Mann-WhitneyU检验比较Ⅱ、Ⅲ型患者股二头肌长头T2值的差异,应用两独立样本t检验比较Ⅱ、Ⅲ型患者其余12条肌肉T2值、肌肉平均T2值、HFMSE评分及年龄的差异。采用Spearman相关性分析评估肌肉T2值与年龄、BMI及HFMSE评分之间的相关性。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.患者的基本资料

28例SMA患儿,Ⅱ型15例,Ⅲ型13例;年龄1.3～13.7岁,平均(6.6±3.1)岁;HFMSE评分为2～64,平均(28.5±18.9);BMI为10.9～31.5 kg/m2,中位数16.5(13.5,19.1)kg/m2,13块肌肉的平均T2值的取值范围为42.9～70.1 ms,均数为(56.3±8.5)ms。

2.各肌肉的T2值对比

13块肌肉T2值的总体差异有统计学意义(F=7.755,P<0.001)。对13条肌肉的T2值进行组间两两比较,结果见表1。其中,T2值最高者为臀大肌[(63.3±11.9)ms],其次为股外侧肌[(61.4±9.9)ms];T2值最低者为长收肌[(42.5±4.5)ms],其次为半膜肌[(51.6±7.6)ms]。长收肌的T2值明显低于其它肌肉,差异均有统计学意义(5.050≤t≤7.409,P均≤0.001)。

表1 13条肌肉间两两比较LSD-t检验的t值表

彩色编码分布图可直观显示13块肌肉的T2值呈异质性分布,可提供有效的视觉评估(图1、2)。

图1 女,9岁,Ⅲ型SMA。a)骨盆横轴面T2彩色编码图示臀大肌呈绿色(黑箭), 表明其T2值明显高于前方呈蓝色的阔筋膜张肌(白箭);b)骨盆横轴面T1WI,显示骨盆肌肉的解剖结构。 图2 女,5岁,Ⅱ型SMA。a)大腿横轴面T2值彩色编码图,示长收肌呈蓝-黑混杂色(白箭),其余肌肉以黄-绿色为主,表明长收肌T2值明显低于同层面的其它肌肉;b)大腿横断面的T1WI,显示大腿层面肌肉的解剖结构。

3.Ⅱ、Ⅲ型SMA临床资料和肌肉T2值的比较

Ⅱ、Ⅲ型SMA组临床资料和肌肉T2值的比较结果见表2。Ⅱ型SMA患儿阔筋膜张肌T2值显著高于Ⅲ型,Ⅱ型SMA组的HFMSE评分和年龄明显低于Ⅲ型组,差异均具有统计学意义(P<0.05);而其余各条肌肉的T2值、13块肌肉平均T2值及BMI在两组之间的差异均无统计学意义(P>0.05)。

表2 Ⅱ、Ⅲ型SMA患者临床资料和肌肉T2值的比较

4.肌肉T2值与临床指标的相关性

SMA患者肌肉T2值与临床指标的相关性见表3。SMA患者肌肉平均T2值与HFMSE评分呈负相关关系(r=-0.657,P<0.001),与BMI和年龄无显著相关性(P>0.05);BMI与年龄无显著相关性(P>0.05);HFMSE评分与BMI和年龄均无显著相关性(P>0.05)。

表3 年龄、BMI、HFMSE与T2的相关性

除股中间肌(r=-0.374,P=0.05)、长收肌(r=-0.250,P=0.200)和半腱肌(r=-0.366,P=0.055)之外,其它肌肉的T2值与HFMSE评分均呈显著负相关(-0.690≤r≤-0.386,P<0.05)。其中,阔筋膜张肌的T2值与HFMSE评分的相关性最高(r=-0.690,P<0.001;图3)。此外,在Ⅱ型与Ⅲ型患者中,肌肉平均T2值均与HFMSE评分呈高度负相关(r=-0.696、-0.724,P均<0.01),而与年龄和BMI均无显著相关性(P均>0.05)。

图3 SMA患者阔筋膜张肌T2值与HFMSE相关性。

讨 论

SMA的发病机制是运动神经元生存基因1(survival motor neuron gene1,SMN1)发生缺失或突变,导致其编码的SMN蛋白水平降低,引起α神经元的缺失和进行性肌肉萎缩[20-21]。目前通过提高SMN蛋白水平的病因治疗方法已经取得显著进展[3,22]。多项临床试验及长期随访研究结果均表明,以诺西那生钠为代表的针对SMN靶点的反义寡核苷酸药物可以维持甚至显著改善SMA患者的运动功能,并且显著增加SMA患者的无事件生存时间[23-24],且患者的预后与接受治疗的时间早晚相关[5]。

HFMSE是一项由33个项目组成的功能评估量表,有较高的评分者信度,且与用于评估SMA严重程度的生物标志物有很好的相关性[25],适用于2型和3型脊髓性肌萎缩症中能走动的患者。但目前用于反映SMA肌肉损伤的临床运动功能评估方法仍不够敏感,不足以监测疾病进程或治疗过程中的微小变化[26]。

MRI是活体研究骨骼肌解剖及组织特征的有力且无创性工具[27-28],既往主要通过定性或半定量方法研究肌肉内脂肪浸润程度以及测量肌肉体积来评估SMA患者的肌肉受累情况[18,29,30]。然而,半定量评价具有主观性,且肌肉体积无法准确反映肌肉的细微改变。T2-mapping可定量测量组织的T2值,即横向弛豫时间。当肌肉组织出现炎症、水肿、脂肪浸润或纤维化等病理生理学改变时,水分子运动受限,肌肉的T2值则会延长。SMA患者肌肉的去神经支配常常导致肌肉的水肿和脂肪浸润[17,31],这两者均会增加肌肉的T2值。本研究通过T2-mapping技术定量测量SMA患儿臀部及大腿13块肌肉的T2值,结果显示臀大肌的T2值最高,其次为股外侧肌,长收肌的T2值明显低于其它肌肉(P<0.05)。这种骨盆及大腿前部肌群受累较重、长收肌等内侧肌群受累相对轻微的受累模式与既往报道相一致[29],提示SMA疾病的肌肉受累模式存在一定规律,其潜在机制尚不完全清楚,可能与解剖及功能特点有关,即这些受累轻微的肌肉均为较薄弱的带状肌,在人体活动中主要起协调作用而受力相对较小[32]。本研究结果表明T2-mapping可以准确地评估个体肌肉的受累情况,其中T2值彩色编码图可快速、直观地显示各肌肉受累程度的差异。

已有研究描述了Ⅱ型和Ⅲ型SMA患者在MRI上大腿肌肉受累程度的差异[29]。本研究结果显示,Ⅱ型患儿的HFMSE评分明显低于Ⅲ型患儿,Ⅱ型患儿的阔筋膜张肌T2值显著高于Ⅲ型患儿,证实了Ⅱ型患儿临床功能更差,大腿肌肉受累情况较Ⅲ型更为严重。这表明T2-mapping可作为客观的定量技术在一定程度上反映SMA患者的临床运动能力,且有助于区分Ⅱ型与Ⅲ型SMA患者,其中阔筋膜张肌的T2值可能是反映疾病严重程度、区分两型患儿的有效指标。此外,Ⅱ、Ⅲ型患儿的年龄也存在显著差异。由于目前尚缺乏对疾病变化规律和自然进程的明确解释,我们仍需要在不同疾病类型的比较研究中进一步探索。

本研究结果表明在Ⅱ型、Ⅲ型及所有患者中,肌肉平均T2值与HFMSE评分均呈高度负相关,即患者运动功能越差,肌肉的平均T2值越高,也进一步说明T2值可以反映SMA患者的病情严重程度。其中,对于个体肌肉而言,阔筋膜张肌的T2值与HFMSE的相关系数最大,提示该肌肉T2值与疾病严重程度最相关,说明阔筋膜张肌可能是反映疾病活动度的理想目标肌肉,这对SMA患者的病情监测和疗效评估具有重要的临床意义,当然这仍需进一步大样本研究来验证。此外,在Ⅱ型、Ⅲ型及所有患者中,肌肉平均T2值均不随年龄增长而增加,提示SMA是一种相对稳定的疾病,这与既往研究的结论相一致[18]。这可能与SMA不同分型的起病年龄及能达到的最大运动功能本就存在差异有关,未来需通过纵向研究监测疾病进展过程中患者骨盆及大腿各肌肉T2值的变化情况。

本研究存在一定的局限性。首先,由于患者年龄小、扫描时间较长等限制,本研究缺乏与同龄健康对照组的比较。其次,我们纳入的患者数量偏少,有待在今后的研究中增加样本量来进一步研究和论证我们的结果。此外,本研究仅在横断面探讨T2-mapping评估SMA疾病严重程度及分析肌肉受累模式的潜在价值,未来将通过该技术纵向比较患儿治疗前后T2值的变化,以进一步确定T2-mapping对疾病疗效及预后评估的临床意义。最后一点,本研究中未将T2-mapping技术与DTI和Dixon脂肪定量技术等其它相关技术进行比较,DTI可通过检测水分子的扩散情况来评价骨骼肌结构的改变[12,33],Dixon脂肪定量技术则通过肌肉脂肪分数来精确评估肌肉的脂肪浸润情况,多模态MRI定量参数间的比较及联合应用对疾病的进展和疗效评估应该具有更重要的意义。

总之,T2-mapping技术能客观定量评估SMA患儿疾病的严重程度,有助于识别该疾病的肌肉受累模式。阔筋膜张肌T2值可区分Ⅱ型与Ⅲ型SMA患者,此块肌肉可能是反映患者临床运动功能的理想目标肌肉。