科研进展扩散张量成像在多发性肌炎和皮
作者：华中科技大学同医院，高丽杨茜李小明
多发性肌炎（polymyositis）和皮肌炎（dermatomyositis）是特发性炎性肌病中最常见的两种疾病，属于由免疫机制介导的全身性结缔组织病，主要累及骨骼肌，全身肌肉均可受累，以四肢近端最常见，对称发病，常呈亚急性或隐匿起病。皮肌炎除骨骼肌受累外，可出现皮肤损害。磁共振成像（MRI）软组织分别率高，能清楚显示水肿、脂肪等信号。在PM/DM早期，MRI上主要表现为肌肉水肿、肌筋膜增厚，皮肌炎可出现皮下脂肪水肿；慢性期肌肉内及肌间隙内出现脂肪信号，严重者脂肪替代。
扩散张量成像（DTI）是基于DWI技术的一种功能MR成像，能够检测组织中水分子扩散的各向异性，目前最常用于中枢系统。Bassert提出扩散各向异性椭球体模型，在此模型中，扩散张量矩阵具有三个本征向量，分别代表椭球体中的三个主轴方向，其对应的本征值分别为λ1、λ2、λ3，代表三个方向的扩散度的大小。骨骼肌的肌纤维呈长圆柱形，其长轴远远大于短轴，由于肌细胞膜及肌膜的限制，与肌纤维垂直的方向上水分子的扩散受限，在平行于肌纤维的方向扩散受限最小，因此与肌纤维平行方向上水分子的弥散高于垂直方向，且肌纤维的排列具有一定规律，因此肌肉的水分子扩散表现为各向异性，将DTI应用于四肢肌肉，检测肌肉组织水分子扩散的各向异性是可行的。本次研究目的旨探讨PM/DM病变肌肉在DTI图像上的特征，为DTI在其他肌病中的应用提供一个参考。
材料与方法1.临床资料
收集本院临床诊断为多发性肌炎/皮肌炎（polymyositis/dermatomyositis，PM/DM）患者12例（男4例女8例，年龄15~63岁），其中多发性肌炎7例，皮肌炎5例。12例患者中10经肌肉活检结合临床确诊为PM/DM。另外2例未作肌肉活检，此2例临床主要表现为四肢近端无力、酸痛，查血清肌酶明显升高，肌电图提示肌肉损害，一例腿部可见紫红斑，另一例全身皮肤见多发紫红斑，2例临床均诊断为DM。本组患者病程多数为数周~半年，仅一例病程为2年，为再发患者，其余所有病例均为首发，12例患者均为活动期。
选择10例健康志愿者作为对照组，其中男4例，女6例，年龄24岁~60岁，平均36岁。10例志愿者均无肌无力、肌痛、发热等症状，无结缔组织病等病史。
2.MRI检查方法
使用GE公司3.0T超导磁共振扫描仪（GEHealthcare,SignaHDxt3.0T）及八通道相控阵体部线圈（TORSO线圈），所有病例及志愿者均行双侧大腿常规序列及扩散张量成像（DTI）MRI扫描。受检者呈仰卧位，将大腿中段置于线圈中心，脚先进入主磁场进行扫描。
常规MR序列扫描包括轴位快速自旋回波T1加权、快速自旋回波T2加权抑脂序列及冠状位短时反转恢复序列（STIR）。
DTI数据采集采用平面回波成像（EPI），轴位采集，施加15个梯度编码方向，扩散敏感系数b值=s/cm2，TR/TE=/62.2ms，NEX=2，Matrix=×，DFOV=38~40cm，Slicethickness=6mm，Slicespace=0mm。另以轴位FSE/T2WI序列与DTI图像做匹配图像，层厚及层间距完全同DTI序列。
根据常规序列所得图像，分析患者大腿肌肉、皮肤、皮下脂肪组织受累的总体情况。将扫描所得DTI原始图像及轴位T2WI匹配图像导入GEadw4.4工作站，用Functiontool对DTI各项参数进行测量和分析。
3.统计学分析
采用SPSS18.0软件统计包，对正常志愿者大腿各肌肉间的ADC值、FA值进行方差分析，比较各肌肉间的平均值是否有统计学差异；对测量所得的水肿肌肉、未受累肌肉的ADC值、FA值及三个λ值分别与测得的正常肌肉各参数值进行独立样本t检验，比较病变肌肉与正常肌肉及未受累肌肉与正常肌肉间各参数值的差异是否具有统计学意义。P0.05时表示差异存在显著统计学意义。
结果1.常规序列上PM/DM患者的表现特征
12例患者均完成了常规序列及DTI序列的MRI扫描。其中，5例大腿肌肉水肿（表现为T2WI抑脂序列上呈高信号）呈弥漫性，全组肌肉均受累；7例病灶呈局限性受累。出现皮下脂肪水肿（表现为皮下脂肪网格状长T1长T2信号）者5例，肌筋膜增厚水肿（表现为肌间隙及肌肉周围线状长T2信号）者7例。仅3例患者大腿肌间隙内出现轻度脂肪沉积（表现为T1WI上高信号），余9例均未见脂肪沉积或替代。（见图1）
图1图A为正常人大腿中段肌肉轴位T1WI图；图B示皮肌炎患者皮下脂肪内网格状长T1信号（黄色箭头）；图C为正常人大腿肌肉轴位T2WI压脂序列图；图D示皮肌炎患者大腿肌肉内片状长T2信号，各组肌肉均受累，肌间隙内见增厚肌筋膜（蓝色箭头），皮下脂肪内见网格状长T2信号
2.PM/DM患者大腿肌肉DTI测量结果及其与正常大腿肌肉的比较：
分别对水肿肌肉与正常肌肉、未受累肌肉与正常肌肉之间的ADC值、FA值及λ值行独立样本t检验。水肿肌肉的ADC值及三个λ值较正常肌肉升高，具有有显著统计学意义（p0.05）；水肿肌肉与正常肌肉的FA值之间无显著性差异（差异无统计学意义，p0.05）。未受累肌肉与正常肌肉的ADC值、FA值及三个λ值均无显著性差异，见表1。
图2皮肌炎患者，女，28岁，四肢无力、酸痛1月余。图A为左侧大腿中段轴位T2WI图，示股中间肌、股外侧肌内局限性肌肉水肿（黄色箭头所示），肌筋膜增厚（蓝色箭头所示）；图B为DTI原始图像（b=0），由于T2透过效应病变肌肉表现为高信号；图C为ADC图，病变肌肉（ROI3）较未受累肌肉（ROI4）高；图D为相应FA图。
讨论特发性炎性肌病主要包括多发性肌炎、皮肌炎及包涵体肌炎，其中多发性肌炎/皮肌炎最为常见。PM/DM属于由免疫机制介导的结缔组织病，为慢性非化脓性炎症，全身肌肉均可受累，主要累及骨骼肌，其中四肢近端肌肉最易受累，常对称发病。临床主要表现为受累肌肉无力，部分病例可有肌肉疼痛、发热等症状，皮肌炎患者出现皮肤损害。目前PM/DM的诊断主要依靠临床症状、血清肌酶、肌电图及肌肉活检，磁共振检查未列入诊断标准。MRI图像软组织分辨率高，为无创性检查，临床上MRI检查已经逐渐成为PM/DM的一项重要辅助检查。常规MRI序列结合抑脂技术能够显示肌肉组织的水肿、脂肪沉积、皮下脂肪水肿、筋膜增厚等。目前国内外研究多认为，对于PM/DM，常规序列上的肌肉水肿可以反映肌肉的炎症浸润。
本次实验的病例组中，12例PM//DM患者均处于活动期，表现为血清肌酶升高，出现肌无力、肌痛等症状，水肿肌肉组大腿的各肌肉ADC值均较相应的正常肌肉ADC值升高，差异均具有显著性统计学意义。虽然水肿肌肉弥散增强，但在DTI图像上，由于T2透过效应，水肿肌肉仍表现为高信号（图2）。病变肌肉的水含量增高、水分子运动空间扩大等因素均可引起ADC值升高。PM/DM的主要病理改变为灶性的肌纤维变性、坏死、萎缩、增生，炎性细胞的浸润，间质增生等，本组病例均为活动期，处于亚急性期，肌纤维萎缩、增生及间质增生较少，主要为肌纤维的变性、坏死和炎性细胞的浸润。因此，病变肌肉水含量增高，肌细胞膜的通透性增高，均可引起水分子弥散增强，ADC值相应升高。
病例组各水肿肌肉的三个本征值λ1、λ2、λ3的平均值与正常志愿者的大腿肌肉相比均升高，且差异均具有统计学意义(P0.05)。这表明由于炎症浸润，水肿肌肉在三个基本方向上的弥散均增高。水肿肌肉在三个基本方向上的弥散均增高，其中λ1、λ2、λ3分别增高12.8%、15.9%和16.1%，λ1增加的百分比较λ2、λ3低。本次实验的病变肌肉主要表现为肌纤维的变性、坏死及炎性细胞的浸润。对于λ1，与肌纤维平行方向上的细胞外水的扩散为影响λ1大小的主要成分，在PM/DM患者的大腿肌肉，由于炎症反应伴随的渗出等过程，细胞外间隙的水含量加，细胞间隙增大，但是肌纤维的长度远远大于水分子的扩散距离，因此在平行于肌纤维方向上，水分子扩散的空间距离无明显增加，因此，水含量的增加是造成λ1升高的主要原因。对于λ2，由于炎症浸润，肌纤维间隙水含量增加，间隙扩大。同时由于肌纤维发生变性、坏死，肌纤维膜的通透性增加，因此跨肌纤维膜的水分子运动也增加。肌纤维间隙水分子扩散的空间扩大、水含量增加以及跨肌纤维膜运动增加，均为可导致λ2值升高的因素，因此λ2升高百分比例高于λ1。对于λ3，PM/DM患者病变肌肉的肌纤维发生变性、坏死，肌纤维横断面积增大，部分肌纤维萎缩，在病变的早期，肌纤维萎缩不明显，本组实验中的病例组由于病程相对较短，推测肌纤维的平均直径增大，因此水分子扩散的空间增加，故λ3升高。
本组实验中各水肿肌肉的FA值与正常肌肉的FA组织之间无统计学差异。FA值是DTI中反映组织的各向异性扩散的一个最常用的参数，与肌纤维的完整性和排列有关。在肌肉损伤的病例中，如肌肉撕裂和肌肉内血肿时，肌纤维断裂，肌细胞的完整性及肌纤维的排列遭到破坏，因此水分子扩散的各向异性减低。而本组实验，PM/DM患者各水肿肌肉中，股薄肌、半腱肌及半膜肌的FA值仍较另外三块肌肉高，与正常肌肉相比，六块肌肉的FA值均无统计学差异，因此可以认为，虽然PM/DM患者病变肌肉的肌纤维发生变性、坏死，肌肉内有炎性细胞的浸润，但其整体机构的完整性及肌纤维排列的一致性并未遭到明显破坏。
对于病例组的未受累肌肉，ADC值、FA值及三个本征值与正常肌肉相比均无统计学差异，这表明在PM/DM患者中，常规MRI序列图像上未表现出水肿的肌肉其各项弥散特征未发生改变。但这不能说明未受累的肌肉无病理改变，DTI检测的是组织内的水分子的扩散，但若肌肉内出现轻微的病理改变，但未达到可以引起明显的扩散改变而被DTI检测出时，各参数仍可为正常值。
DTI技术结合常规MRI序列，能够对PM/DM患者肌肉水分子的弥散及其各向异性进行定量分析，同时从功能水平对病变肌肉的病理特征进行分析。本实验结果显示，PM/DM患者水肿肌肉在三个基本方向上的弥散均较正常肌肉增加，其弥散的各向异性特征未发生改变。这次实验表明，DTI在肌病中的应用是可行的，其在PM/DM及其他类型肌病中的应用价值有巨大的应用前景。
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