磁共振擴散張量成像對正常女性尿道括約肌復合體及肛提肌結構的分析研究

張靜，楊子濤，趙志恒，吳玥，程敬亮，車英玉

作者單位：鄭州大學第一附屬醫(yī)院磁共振科，鄭州 450052

盆底肌是女性盆底的重要組成部分，其功能障礙是盆底 功能障礙疾病(pelvic floor dysfunction，PFD)的重要原因，PFD 常導致一系列癥狀，包括盆腔器官脫垂、大小便失禁、排便障礙、盆腔疼痛、會陰腫脹和性功能障礙等[1-2]，影響50%中老年婦女的正常生活[3]。PFD的病因是多因素的，其中懷孕和年齡的增長被認為是主要的[4]，因此探討分娩和年齡對盆底肌肉的影響很有必要，盡管先前有研究者報道盆底肌肉與其他骨骼肌一樣會隨著年齡增大而出現(xiàn)形態(tài)學及功能學的改變[5]，但從微觀組織學方面定量分析尿道括約肌復合體和肛提肌的研究罕有報道。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術是MR功能成像的一種方法，通過非侵入性量化水分子的擴散及其方向各向異性，對微觀組織進行定量描述，從而反映組織的完整性及功能狀態(tài)[6]，本研究的目的是基于DTI 技術探討分娩和年齡對女性尿道括約肌復合體及肛提肌微觀結構的影響，從而為進一步探討PFD發(fā)生的病理機制奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 研究對象

前瞻性納入2020年7月至2021年9月于我院行盆腔磁共振檢查的女性健康志愿者103 例；根據(jù)有無分娩史分為正常對照組(未孕未產(chǎn))24例，年齡23～30 (26.08±1.74)歲和經(jīng)產(chǎn)婦組79 例，年齡23～72 (44.08±13.46)歲，其中經(jīng)產(chǎn)婦組根據(jù)年齡段再次進行分組[7-9]，分為≤30 歲組(19 例)、31～44 歲組(22例)、45～59歲組(27例)和≥60歲組(11例)四個亞組。納入標準：(1)經(jīng)盆底功能障礙問卷(pelvic floor distress inventory-short form 20，PFDI-20)調(diào)查無PFD 疾??；(2)除剖宮產(chǎn)外未行其他盆腔手術；(3)盆腔內(nèi)無明顯占位。排除標準：(1)尿道及盆底肌形態(tài)或信號異常者；(2)盆腔器官脫垂者；(3) MRI檢查禁忌證者。資料收集：采集受試者的一般資料，包括：年齡、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)及產(chǎn)次。本研究經(jīng)過醫(yī)院倫理委員會審核批準(批號：2021-KY-0133-002)，所有受試者均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查方法

使用德國西門子公司Skyra 3.0 T MR 掃描儀，受檢者仰臥位，頭先進，使用18 通道相控陣腹部線圈，以恥骨聯(lián)合為中心，先行動靜態(tài)MRI 掃描，隨后以尿道為中心，行DTI 序列掃描。檢查前30 min 囑所有受試者排空膀胱并充分訓練受試者提肛及屏氣后盡最大用力排空膀胱和直腸的動作(Valsalva動作)。

掃描序列及參數(shù)：(1)靜態(tài)掃描，采用快速自旋回波(fast spin echo，TSE)序列分別進行橫斷位、矢狀位及冠狀位T2WI掃描，掃描參數(shù)：TR 2200 ms，TE 86 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，矩陣384×257，層厚3 mm，層間距0.6 mm，上述序列中排除盆腔內(nèi)明顯占位、尿道及盆底肌肉形態(tài)或信號異常者。(2)動態(tài)掃描，采用半傅里葉采集單次激發(fā)快速自旋回波(half-fourier acquisition single-shot turbo spin-echo，HASTE)序列行經(jīng)尿道矢狀位掃描，掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 197 ms，F(xiàn)OV 280 mm×280 mm，矩陣320×288，層厚12 mm，層數(shù)1，掃描時間40 s，囑患者在一次掃描時間內(nèi)反復做Valsalva動作，共獲得20個期相動態(tài)圖像，重復掃描該序列3～4次，該序列排除盆腔器官脫垂患者。(3)橫斷位DTI序列，先行3D T1WI優(yōu)化磁化準備快速梯度回波(magnetization preparing rapid gradient echo, MP-RAGE)序列，掃描參數(shù)：TR 1900 ms，TE 2.44 ms，TI 900 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，矩陣256×192，層厚1 mm，層數(shù)144，該序列采集的圖像作為解剖參考；DTI序列采用單次激發(fā)自旋回波-梯度回波成像(spin-echo-gradient-recalled echo，SE-GRE)序列，掃描參數(shù)：TR 8000 ms，TE 71 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣122×122，層厚3 mm，間隔0 mm，層數(shù)30，b=0、400 s/mm2，擴散梯度方向30 個，采集層面與3D 橫斷位T1WI MP-RAGE序列層面一致?？倰呙钑r間約30 min。

1.3 圖像后處理和圖像分析

獲得的原始圖像在德國西門子syngo.via 后處理工作站的Neuro 3D 軟件(版本：E11)上進行勾畫感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)。T1WI MP-RAGE 序列作為解剖參考圖，于各向異性分數(shù)(fraction anisotropy，F(xiàn)A)彩色編碼圖中，將ROIs 分別放置在尿道中段環(huán)形括約肌肌環(huán)中的3、6、9、12 點鐘和縱行肌肌環(huán)中的中央位置進行DTI參數(shù)測量(圖1A)；對盆底肌進行DTI 參數(shù)測量時，選擇在顯示盆底肌最大層面上沿著肌肉走行進行手動勾畫ROI (圖1B)，由于盆底肌肉結構纖細，故感興趣區(qū)的選擇縮小，避免部分容積效應，并在相鄰的2個層面用同樣的方法勾畫ROI。隨后將FA彩色編碼圖分別替換為ADC、λ1、λ2 及λ3 圖，軟件自動計算出相應肌纖維的FA值、表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值及三個特征值(λ1、λ2、λ3)。以上圖像分析及數(shù)據(jù)測量由1名研究生和1名具有豐富閱片經(jīng)驗的影像科醫(yī)師獨立完成，所有數(shù)據(jù)分別測量3次后取平均值，最終數(shù)據(jù)為2名醫(yī)師測量結果的平均值。

1.4 統(tǒng)計學方法

利用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析與處理，以雙尾P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計學意義。使用Kolmogorov-Smirnov test對數(shù)據(jù)正態(tài)性進行檢驗，數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標準差(正態(tài)分布)或M (Q1，Q3) (非正態(tài)分布)，采用Levene test對數(shù)據(jù)方差齊性進行檢驗。采用兩獨立樣本t檢驗分析正常對照組與年齡匹配的經(jīng)產(chǎn)婦組的相關參數(shù)；采用單因素方差分析(正態(tài)性分布且方差齊)或Kruskal Wallis 檢驗(偏態(tài)分布或方差不齊)比較經(jīng)產(chǎn)婦各亞組DTI的相關參數(shù)。

2 結果

2.1 臨床一般資料

正常對照組與經(jīng)產(chǎn)婦組在年齡、BMI方面差異無統(tǒng)計學意義(t=-1.735、-1.684,P=0.090、0.100)；經(jīng)產(chǎn)婦組中不同年齡組在BMI 方面差異無統(tǒng)計學意義(F=1.004，P=0.396)；經(jīng)產(chǎn)婦組中不同年齡組的產(chǎn)次差異有統(tǒng)計學意義(K=9.949，P=0.019) (表1)。

2.2 DTI定量評估

經(jīng)產(chǎn)婦組中≤30 歲組的恥骨直腸肌FA 值較正常對照組小，差異有統(tǒng)計學意義(t=2.206，P=0.030)，而尿道中段環(huán)形括約肌、尿道中段縱行肌和髂尾肌DTI 各參數(shù)比較，差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05) (表2、3)。經(jīng)產(chǎn)婦組中不同年齡組間尿道中段環(huán)形括約肌的ADC 值、λ2 值及λ3 值之間差異有統(tǒng)計學意義(F=3.547、4.105、3.596，P=0.018、0.009、0.017) (表2)；尿道中段縱行肌DTI 各參數(shù)比較，差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)(表2)；恥骨直腸肌FA 值、ADC 值、λ1 值及λ2 值之間差異有統(tǒng)計學意義(F=8.071、6.051、6.672、3.688，P＜0.001、P=0.001、P＜0.001、P=0.013) (表3)；髂尾肌FA 值、ADC 值及λ3 值之間差異有統(tǒng)計學意義(F=5.676、3.110、5.175，P=0.001、0.028、0.002) (表3)。

表2 各組間尿道中段環(huán)形括約肌、縱行肌DTI各參數(shù)測量值比較

表3 各組間恥骨直腸肌、髂尾肌DTI各參數(shù)測量值比較

3 討論

最新Meta 分析發(fā)現(xiàn)女性分娩后出現(xiàn)尿失禁、盆腔器官脫垂及大便失禁癥狀分別為1/3、1/2、1/10，且患病率隨產(chǎn)次的增加而增加，尤其初次分娩所造成的損傷最大，致使發(fā)病風險最高[10-13]。另外，隨著全球老齡化的加劇，PFD 的患病率急劇上升，這將嚴重影響女性患者的生活質(zhì)量、身體及心理健康狀態(tài)等問題。目前國內(nèi)已有少數(shù)文獻報道了利用DTI 技術對肛提肌的相關研究，但由于尿道括約肌復合體結構細微復雜，國內(nèi)尚無有關報道。本研究首次利用DTI 技術探討分娩和年齡因素對正常女性尿道括約肌復合體和肛提肌微觀結構的影響變化，結果顯示：經(jīng)產(chǎn)婦組中不同年齡組間尿道中段環(huán)形括約肌、恥骨直腸肌和髂尾肌ADC值、λ1值、λ2值及λ3值隨年齡增加逐漸減??；FA 值隨年齡增加逐漸增大；≤30 歲經(jīng)產(chǎn)婦恥骨直腸肌FA 值較正常對照組減小。這些發(fā)現(xiàn)為探討女性盆底功能障礙發(fā)生機制提供了分子水平的影像依據(jù)。

3.1 尿道括約肌復合體微觀結構的改變

尿道括約肌復合體包括尿道外括約肌和尿道內(nèi)括約肌，尿道外括約肌由環(huán)形的橫紋肌組成；尿道內(nèi)括約肌由環(huán)形和縱行平滑肌組成，其中外側(cè)的環(huán)形平滑肌僅為縱行平滑肌的1/10[14]。由于環(huán)形平滑肌較薄，DTI尚無法將其與外括約肌區(qū)分，所以本研究中的尿道環(huán)形括約肌是指尿道外括約肌和尿道內(nèi)括約肌的環(huán)形平滑肌，中央的縱行肌即縱行平滑肌。

本研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)產(chǎn)婦組中不同年齡組間尿道中段環(huán)形括約肌隨著年齡增長ADC 值呈顯著減小趨勢，F(xiàn)A 值差異雖無統(tǒng)計學意義，但有輕度增大趨勢，與Roy 等[15]利用DTI 技術對不同年齡組的女性行盆底檢查的研究結果相似。以往文獻已經(jīng)發(fā)現(xiàn)尿道外括約肌纖維的數(shù)量隨著年齡的增加而減少，而尿道內(nèi)括約肌變化不顯著[16-17]，據(jù)此我們認為尿道中段環(huán)形括約肌ADC 值與FA 值的變化主要由尿道外括約肌變細造成，而與內(nèi)括約肌中較薄的環(huán)形肌無顯著關系。

有研究表明λ1 值反映肌肉纖維束的長度，λ2 和λ3 值反映肌肉纖維的長軸和短軸的直徑[18-19]。本研究中經(jīng)產(chǎn)婦組不同年齡組間尿道中段環(huán)形括約肌隨著年齡的增長，λ2值、λ3值呈減小趨勢，提示隨著年齡的增長，肌纖維直徑變小，再次支持了以往的研究發(fā)現(xiàn)，即尿道外括約肌隨著年齡的增長而發(fā)生萎縮[16]。另本研究發(fā)現(xiàn)不同年齡組間尿道縱行肌DTI 各參數(shù)差異無統(tǒng)計學意義，說明年齡增長對縱行肌的影響并不顯著，其微觀組織學成分尚未發(fā)生明顯變化，這與以往研究認為隨著年齡的增加，尿道內(nèi)括約肌纖維的數(shù)量變化不著相一致[16-17]。

3.2 肛提肌微觀結構的改變

本研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)產(chǎn)婦組不同年齡組間的恥骨直腸肌和髂尾肌FA值、ADC值與上述尿道外括約肌的變化一致。另外，本研究中經(jīng)產(chǎn)婦組不同年齡組間恥骨直腸肌λ1值、λ2值及髂尾肌λ3 值差異具有統(tǒng)計學意義，提示隨著年齡的增長，恥骨直腸肌和髂尾肌肌纖維直徑變小，其中恥骨直腸肌纖維束長度隨著年齡的增長將會縮短。

Cui 等[20]研究發(fā)現(xiàn)初產(chǎn)婦組(產(chǎn)后6 周)恥骨直腸肌FA 值低于對照組，ADC 值高于對照組，分析可能是因為恥骨直腸肌肌組織有序性的喪失或結構完整性的破壞，肌細胞的胞外區(qū)增加，正常的擴散異性被破壞。本研究與上述研究結果相比，恥骨直腸肌FA值與其一致，而ADC值雖大于正常對照組，但差異無統(tǒng)計學意義，我們認為可能是因本研究的經(jīng)產(chǎn)婦組不是產(chǎn)后6 周的女性，分娩過程造成的水腫程度隨時間有所減輕所致。另外，本研究發(fā)現(xiàn)兩組間的髂尾肌DTI 各參數(shù)差異無統(tǒng)計學意義，本研究結果與Cui 等[20]一致，提示經(jīng)產(chǎn)婦組中≤30歲組的髂尾肌的微結構尚完整。

3.3 影響尿道括約肌復合體結構變化的分析

有研究報道產(chǎn)婦在分娩過程中可導致不同程度的損傷，盡管有些損傷隨著時間可以自然恢復，如水腫、骨折等，但肛提肌撕裂并不愈合[20-21]。Krofta 等[22]報道肛提肌最大絕對應力是恥骨直肌產(chǎn)生的，因此，恥骨直腸肌在陰道分娩期間更容易受傷。有研究報道肌肉水腫和肌纖維數(shù)量減少會擴大肌纖維之間的間隔，進而導致水分子擴散增加，使ADC 值增大，水分子運動的方向性減弱，導致水分子的各向異性減少，即FA值減小[20]。然而，本研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)產(chǎn)婦組中≤30 歲組與正常對照組的尿道中段環(huán)形括約肌和縱行肌DTI 各參數(shù)差異無統(tǒng)計學意義，說明經(jīng)產(chǎn)婦組中≤30 歲組的尿道括約肌復合體的微結構尚完整，功能未發(fā)生明顯改變，進一步表明分娩對尿道括約肌復合體的影響較小或隨時間及康復鍛煉等因素影響具有逐漸恢復的可逆性改變，故我們推測多次分娩和年齡是造成肌肉損傷的主要原因。

3.4 本研究局限性

本研究尚存在一些不足之處：(1)由于60歲以上的樣本量較少，可能存在樣本偏倚；(2)在經(jīng)產(chǎn)婦組，由于收集年輕女性產(chǎn)次為2 次以上的較困難，導致30 歲以下年齡組與其他亞組進行比較時不能完全排除分娩產(chǎn)次的影響；(3)對分娩方式?jīng)]有更細致的劃分。今后的研究中將繼續(xù)納入更多符合條件的受試者，在統(tǒng)一影響因素的情況下，更深入準確探討盆底功能障礙發(fā)病機制，并使DTI技術更好地應用于PFD的診斷。

綜上所述，DTI技術在評估尿道括約肌復合體及肛提肌結構中具有良好的應用前景；在分析分娩和年齡因素對正常女性盆底肌結構的影響中，分娩主要影響恥骨直腸肌的微觀結構，而隨分娩次數(shù)增多及年齡增長盆底肌肌纖維逐漸萎縮減少。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。