MR-DTI在骨骼肌急性損傷中的應用價值

徐光炎　邢福義　樓英英　沈巨峰　袁銓　金瓊英

MR-DTI在骨骼肌急性損傷中的應用價值

徐光炎邢福義樓英英沈巨峰袁銓金瓊英

目的 探討磁共振擴散張量成像（MR-DTI）在骨骼肌急性損傷診斷中的應用價值。方法 收集經MR-DTI檢查的膝關節外傷患者30例，對照組健康志愿者30例，采用Simenzis Avanto 1.5T超導型磁共振掃描儀行DTI檢查，最后得出脛骨前肌、比目魚肌、腓腸肌內側頭及外側頭的ADC圖、ADC值、FA圖、FA值，并通過DTI纖維示蹤圖顯示肌纖維束的連續性和走行方向，比較志愿者與急性損傷患者骨骼肌的ADC值及FA值的差異。結果 當b值=600s/mm2時，急性外傷患者肌肉ADC值及FA值均低于健康志愿者，健康志愿者與急性骨骼肌損傷患者的ADC值及FA值差異有統計學意義（P值＜0.05）。結論 MR-DTI在急性骨骼肌損傷的診斷中具有重要臨床應用價值。

骨骼肌損傷 磁共振成像 擴散張量成像 肌纖維示蹤

磁共振擴散張量成像（Magnetic resonance diffusion tensor imaging，MR-DTI）是以DWI為基礎發展起來的MRI新技術，能夠更加準確地反映分子擴散的方向，已經在中樞神經系統解剖結構及疾病診斷中廣泛應用［1-3］，但在骨骼肌中的應用研究較少，至今國內未見骨骼肌損傷的DTI研究報道。本研究旨在b值=600s/mm2時，觀察MR-DTI在正常人膝關節周圍肌肉與急性損傷肌肉中的肌纖維示蹤成像表現，比較肌纖維束的完整性及連續性，對比分析ADC值、FA值對損傷的意義。

1　臨床資料

1.1一般資料 收集2013年3月至2014年9月行MR-DTI檢查的膝關節外傷患者30例，其中男18例，女12例；年齡11～53歲，平均32.6歲；病史為外傷后3～72h。其中脛骨平臺骨折9例；髕骨骨折合并脛骨上段骨折6例；脛腓骨上段骨折7例；髕骨骨折5例；腓骨上段骨折3例。為便于研究作者選取膝關節下方的脛骨前肌、比目魚肌、腓腸肌內、外側頭作為研究對象。正常健康志愿者30例，男女各15例；年齡15～55歲，平均33.5歲。兩組人員均無肌肉系統及代謝系統疾病。

1.2掃描方法 采用Siemens Avanto 1.5T超導型磁共振掃描儀檢查，18通道膝關節標準線圈，常規SET1WI、T2WI和橫斷面EPI-DTI掃描。掃描參數：SE序列，T1WI TR400ms/TE11ms；T2WI TR3800ms/TE74ms，層厚間隔5mm，FOV 23cm×23cm，矩陣128×128。DTI應用EPI序列，橫斷面采集，TR 5600ms，TE 45ms，16個梯度方向，NEX 4次，b值=600s/mm2，DTI總采集時間5.35min。其中橫斷面T1WI、T2WI與MR-DTI掃描在采集層厚、層數、間隔及FOV方面完全一致。

1.3資料分析 所有DTI圖像傳輸至Siemens syngo后處理工作站magnetom軟件自動重建成DWI圖及彩色編碼圖、ADC圖、FA圖以及纖維示蹤圖，測量ADC值、FA值。通過SE-T1WI、T2WI與DTI圖像分析選取適合的圖像，分別測得脛骨前肌、比目魚肌、腓腸肌內側頭及外側頭的FA圖、FA值、ADC圖、ADC值及纖維示蹤圖；在骨骼肌最有代表性的層面選取感興趣區（ROI），面積盡量大，要求為同一層面，盡量避開大血管、肌肉周圍脂肪組織，對每個感興趣區的連續3個層面測量3次求取平均值。圖像觀察：所有圖像均有三個診斷醫師獨立分析，骨骼肌損傷判斷標準如下［2］：0級：肌纖維正常，纖維束完整。Ⅰ級：肌纖維腫脹，肌纖維束完整。Ⅱ級：肌纖維束斷裂（斷裂＜1/2）、損傷、水腫。Ⅲ級：肌纖維束斷裂（斷裂＞1/2）、出血。

1.4統計學方法 采用SPSS 17.0統計軟件，計量資料以（±s）表示，組間比較采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1T1WI、T2WI、DWI、DTI及擴散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography，DTT）表現 在30例膝關節外傷患者中，有6例普通平掃（T1WI、T2WI）骨骼肌信號未見明顯改變（占20%），在DWI上表現為等信號，DTT表現為肌纖維輕微腫脹、增粗，但未見斷裂；有9例示骨骼肌腫脹（占30%），表現在T1WI上呈低信號、T2WI呈高信號、DWI上為等稍高信號（圖1a），在DTI上為等或稍高信號（圖1b、c），DTT表現為肌束增粗、邊緣毛糙，單位面積內肌纖維數減少（圖1d～h）；有15例骨骼肌明顯腫脹（占50%），表現在T1WI呈低信號、T2WI呈高信號、DWI及DTI上為等高信號，DTT表現為肌纖維不連續、截斷，肌束明顯增粗，肌纖維減少、稀疏；其中有13例合并出血或肌間隙積液，出血在T1WI及T2WI上因出血時間的長短而表現不同，多表現為T1WI等信號、T2WI呈等信號或稍高信號，DWI上表現為高信號或中央低信號、外圍高信號，部分T1WI、T2WI均表現稍高信號，在肌纖維示蹤圖上表現為肌纖維間隙增大，肌纖維斷裂、數量減少；積液在T1WI表現為低信號而T2WI為高信號。根據骨骼肌損傷判斷標準，本組病例中有Ⅰ級損傷15例，Ⅱ級損傷9例，Ⅲ級損傷6例。所有志愿者骨骼肌均表現正常，在T1WI、T2WI、DWI及DTI上均為等信號，DTT上表現為肌纖維束連續、完整。

3　討論

3.1MR-DTI在骨骼肌急性損傷中的應用價值 MRDTI能準確反映分子擴散的方向，從多個方向獲取組織的擴散加權圖像，最后得到每一個體素的擴散張量的成像過程。其能無創地提供組織器官細胞水平的生物學信息，在顯示具有擴散異性的組織與病變關系方面具有較大的優越性及潛力，能顯示神經纖維或骨骼肌纖維的完整性［1］，是目前唯一可以無創性地評估活體組織內部分子各向異性及完整性的技術，其臨床價值也得到了充分肯定。有研究［4-6］表明骨骼肌的生理解剖決定骨骼肌具有各向異性。Alexander AL與Tuch DS等［7-8］報道骨骼肌的MR-DTI的主要觀察指標是FA值、ADC值、相對各向異性（Relative anisotropy，RA）值以及可視化的分析方法（彩色編碼圖及纖維示蹤圖）。而本研究主要觀察膝關節外傷后周圍四塊肌肉的FA值、ADC值以及肌纖維示蹤圖，FA值及ADC值可以用數值的形式顯示骨骼肌微觀物理成分、生理生化性質的改變；彩色編碼圖用不同色階表示肌纖維的各種生理生化改變；纖維示蹤圖可以直觀、立體可視化地顯示肌纖維形態、走行及完整性。ADC值能反映組織整體擴散特征，組織彌散快，則信號衰減大，ADC值高，DWI上呈低信號，ADC圖上呈高信號；組織彌散慢，則相反。FA值是目前最常用于評價擴散各向異性的量度，因為是比例值，所以該值在0～1之間變化，愈趨近0，其擴散模型愈接近于球形；愈趨于1，其擴散模型愈接近于線形，這些標量的測值都是由3個本征值定義生成的，其均與擴散方向無關，具有選擇不變性，可以更好的描述擴散橢球體［7］。骨骼肌纖維具有顯著的各向異性［8］，骨骼肌的壓力和張力的分布在較大程度上依賴于肌纖維的方向，MR-DTI則是目前判斷活體肌纖維方向的唯一方法；故測量各向異性參數即可判斷出骨骼肌纖維細微結構的改變，能夠確定骨骼肌纖維的排列、走行及完整性，直接判定骨骼肌的損傷程度。

3.2選擇合適的b值在骨骼肌DTI成像中的意義 本研究綜合分析了鄧德茂［9］等的研究結果，結合本實驗對正常人的膝關節周圍肌肉DTI原始圖信噪比，得出b值=600s/mm2時信噪比最佳。本研究中當b=600s/ mm2時，測得外傷后脛骨前肌ADC值（1.362±0.122）mm2/s；比目魚肌ADC值（1.432±0.102）mm2/s；腓腸肌內側頭ADC值（1.341±0.207）mm2/s；腓腸肌外側頭ADC值（1.490±0.193）mm2/s。ADC值能有效地反映肌肉受損的差異。對于膝關節外傷后測得各肌肉的FA值分別為脛骨前肌（0.149±0.109）mm2/ s；比目魚肌（0.173±0.119）mm2/s；腓腸肌內側頭（0.201±0.141）mm2/s；腓腸肌外側頭（0.173±0.129）mm2/s，FA值對比分析差異均有統計學意義（P＜0.05）。外傷后肌肉組織受傷，肌肉水腫，單位面積內肌纖維數目減少，局部骨骼肌纖維連續性中斷、紊亂，水分子流動方向的一致性受到破壞，這是FA值改變的主要原因。而關于肌肉間FA值及ADC值存在差異性的原因，目前尚未有定論；一般認為與肌纖維類型、構造有關，因為骨骼肌分為慢肌纖維（Ⅰ型）及快肌纖維（Ⅱ型）。本研究認為，由于骨骼肌損傷時受力不同，導致不同肌肉受力的大小不一致，從而導致骨骼肌受損程度不同，這得以在T1WI、T2WI及DWI的信號中表現出來；因骨骼肌對人體的生理及物理變化比較敏感，且MR-DTI能夠檢測骨骼肌的細微變化，這就為骨骼肌損傷的診斷提供了一種無創的、敏感性和特異性高的檢查方法。本研究亦發現，在骨骼肌損傷嚴重的部分，肌纖維示蹤圖中的肌纖維及色階表現雜亂無章；在損傷后有出血及積液的骨骼肌中，肌纖維示蹤圖表現肌纖維稀疏及部分截斷，說明肌纖維示蹤圖能夠顯示肌纖維的斷裂程度或斷裂數量來判斷骨骼肌的損傷程度。

綜上所述，ADC值、FA值及纖維示蹤圖能對骨骼肌損傷的程度及分級進行評估，是一種能夠評估患者骨骼肌損傷及預后的有效手段，而ADC值、FA值與損傷程度的相關性需要進一步研究證實。

［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］李永剛,王仁法,高曉玲,等.磁共振纖維束成像在肌骨系腫瘤診斷中的應用.臨床放射學雜志,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］鄧德茂,孟悛非,馬玲,等.正常人小腿肌肉3.0T磁共振擴散張量成像初步研究.臨床放射學雜志,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 浙江省紹興市上虞人民醫院放射科

2.2正常志愿者與膝關節外傷患者的ADC值、FA值比較分析 30例膝關節外傷患者中DWI及DTI信號明顯改變的共24例（占80%），隨著損傷程度的加重，DWI及DTI信號變化愈明顯，其ADC值、FA值比較差異均有統計學意義。志愿者與外傷患者各肌群的ADC值、FA值比較，見表1、2。

表1正常志愿者與外傷患者骨骼肌ADC值的平均值比較［mm2/s，（±s）］

骨骼肌名稱正常志愿者膝關節外傷患者P值脛骨前肌1.735±0.3011.362±0.1220.031比目魚肌1.894±0.2311.432±0.1020.015腓腸肌內側頭1.801±0.1111.341±0.2070.011腓腸肌外側頭1.698±0.2491.490±0.1930.029

表2正常志愿者與外傷患者骨骼肌FA值的平均值比較［mm2/s，（±s）］

骨骼肌名稱正常志愿者膝關節外傷患者P值脛骨前肌0.278±0.0910.149±0.1090.009比目魚肌0.264±0.1050.173±0.1190.024腓腸肌內側頭0.295±0.1540.201±0.1410.033腓腸肌外側頭0.291±0.1260.173±0.1290.014

圖1a為膝關節外傷后周圍肌肉組織DWI圖；圖b～c為膝關節外傷后周圍肌肉組織DTI原始圖；圖d～h為腓腸肌與比目魚肌的肌纖維束重建圖像