IVIM扩散加权成像对多发性肌炎和皮肌炎的诊断价值

丁宁宁， 孟岩， 麻少辉， 刘本寅， 高丽， 李小明



·骨骼肌肉影像学·

IVIM扩散加权成像对多发性肌炎和皮肌炎的诊断价值

丁宁宁， 孟岩， 麻少辉， 刘本寅， 高丽， 李小明

目的：探讨体素内不相干运动扩散加权成像(IVIM-DWI)技术在多发性肌炎和皮肌炎中的诊断价值。方法：对10例经肌肉活检证实的多发性肌炎和皮肌炎患者(病患组)及11例健康志愿者(正常对照组)进行双侧大腿轴位T1WI、T2STIR和IVIM-DWI扫描，经后处理分析和测量得到IVIM参数值：快速弥散系数(ADCfast值)、慢速弥散系数(ADCslow值)、快速弥散分数(Ff值)。采用单因素方差分析比较各组间参数值差异。结果：病患组水肿肌肉、未受累肌肉(T2STIR上未显示水肿)及正常对照组正常肌肉ADCslow分别(1.59±0.26)、(1.41±0.24)、(1.34±0.13)×10-3mm2/s，差异有统计学意义(P<0.05)，各组ADCfast分别为(10.83±2.69)、(9.09±1.55)、(7.48±2.73)×10-3mm2/s，差异有统计学意义(P<0.05)，其中病患组未受累肌肉ADCfast值高于正常肌肉，差异有统计学意义(P<0.05)。各组Ff值差异无统计学意义(P>0.05)。结论：IVIM-DWI技术可用于定量评估肌肉水分子扩散及微血管灌注情况，ADCslow和ADCfast值对多发性肌炎和皮肌炎的诊断具有重要作用，其中ADCfast值对其早期诊断有意义。

多发性肌炎； 皮肌炎； 扩散加权成像； 体素内不相干运动； 磁共振成像

多发性肌炎(polymyositis，PM)和皮肌炎(dermatomyositis，DM)是临床上常见的特发性炎性肌病。目前，诊断主要依据临床表现、肌电图、血清激酶，肌肉活检是确诊依据。MRI对软组织分辨力高，在PM和DM中具有良好的应用价值，能清晰地显示肌肉水肿、脂肪浸润以及替代情况，已广泛应用于PM和DM病程监测、肌肉活检的指导以及疗效评价等方面。但传统MR序列(如T1WI、T2WI、T2STIR)不能对肌肉水肿及脂肪变提供定量分析，对PM和DM早期诊断价值也不高[1-2]。

PM和DM组织病理改变主要是肌纤维的变性、坏死、再生和炎性细胞浸润以及毛细血管密度减低，炎症反应使液体渗出，细胞外间隙增大，会引起肌肉水分子的扩散运动和微循环的改变[3]。体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)技术能够通过多参数定量反映组织水分子运动的真性扩散及微循环血液灌注形成的假性扩散，在PM、DM中具有较好的应用前景，尤其在病程的早期阶段，炎性细胞浸润，尚未引起肌肉水肿，不足以使T2WI信号改变时，水分子扩散运动以及微循环情况已发生变化，利用IVIM技术可反映病变早期分子水平的变化[4]。本研究旨在探讨IVIM-DWI技术在PM、DM中的诊断价值。

材料与方法

1.研究对象

本研究所有患者及健康志愿者均签署书面知情同意书。病变组：连续搜集华中科技大学同济医学院附属同济医院2011年9月-2013年7月经肌肉活检证实的10例PM和DM (PM 4例，DM 6例)的病例资料，其中男5例，女5例，年龄15～63岁，平均33.2岁。纳入标准：①病程小于12个月；②T1WI上无明显脂肪浸润、脂肪替代；③未经治疗。排除标准：①大腿部位有外伤史、手术史；②大腿部位伴发其他疾病，如肿瘤、血管病变；③心功能异常。正常对照组：募集11例无大腿外伤史及手术史、非运动员健康志愿者作为正常对照组，其中男6例，女5例，年龄22～53岁，平均31.5岁。

2.检查方法

采用GE Signa Excite HD 3.0T超导MR扫描仪，运用8通道腹部线圈进行双侧大腿(双侧髂前上棘连线水平至腘窝水平)横轴面T1WI自旋回波(SE)、T2WI短时翻转恢复序列(STIR)及IVIM-DWI扫描。T1WI扫描参数：TR 420 ms，TE 10.2 ms，激励次数2次，矩阵128×128，视野40 cm×40 cm，层数20，层厚6 mm，层间距2 mm。T2STIR扫描参数：TR 3800 ms，TE 85.5 ms，TI 150 ms，其余参数与T1WI相同。IVIM-DWI扫描参数：选取15个扩散敏感系数b值，分别为0，20，50，100，200，300，400 ,500，600，700，800，900，1000，1100，1200 s/mm2，TR 3600 ms，TE 85.5 ms，其余参数与T1WI相同，扫描时间为4分20秒。

3.图像分析

由2名具有3年以上经验的MRI诊断医师采用双盲法，运用GE ADW4.4图像工作站，首先在T2STIR匹配像上将病患组分为未受累肌肉(T2STIR上未显示水肿)和水肿肌肉，为避免不同肌群对结果的影响，本研究兴趣区(ROI)均放置于左侧股四头肌(即股外侧肌(vastus lateralis muscle，VL)、股中间肌(vastus intermedius，VI)、股内侧肌(vastus medialis muscle，VM)、股直肌(rectus femoris，RF)测量快速弥散系数(ADCfast值)、慢速弥散系数(ADCslow值)、快速弥散分数(Ff值)。ROI选择遵循以下原则：①弥漫性水肿的病例，ROI选取在肌肉最大横截面；②局限性斑片状水肿的病例，ROI选取在病灶最大层面；③未受累肌肉及正常肌肉，ROI选取在肌肉最大横截面。ROI范围约103～150 mm3(图1～2)。

表2　病患者股四头肌中水肿肌肉、未受累肌肉、正常股四头肌IVIM各参数方差分析情况

4.统计学分析

采用SPSS 16.0统计分析软件，结果以平均值±标准差的方式表示，采用Shapiro-Walk (W检验)进行正态性检验，Bartlett-Box检验法进行方差齐性检验，运用单因素方差分析比较各组参数的差异，以P<0.05为差异具有统计学意义。

结　果

10例患者双侧大腿肌肉T2STIR均呈对称性高信号(6例弥漫性，4例局限性斑片状信号)，T1WI上呈等信号或稍低信号，未见明显脂肪浸润、脂肪替代，肌束结构和形态保持完好，肌束间分界清晰。双侧大腿前组、内侧及后组肌群均不同程度受累，大收肌受累9例，股四头肌受累8例，股二头肌受累5例，半腱肌受累5例，股薄肌受累4例，半膜肌受累4例，缝匠肌受累3例。10例病患组股四头肌(即VM、VL、VI、RF)共40块，其中水肿肌肉26块(VL 6块，VM 6块，RF 8 块，VI 6块)，未受累肌肉14块(VL 4块，VM 4块，RF 2块，VI 4块)。

正常对照组股四头肌ADCslow、ADCfast、Ff平均值分别为(1.34±0.13)×10-3mm2/s、(7.48±2.73)×10-3mm2/s、27.96±9.79(%)，VM、VL、VM、RF的ADCslow、ADCfast值、Ff值差异均无统计学意义(P>0.05，表1)。

病变组股四头肌中水肿肌肉的ADCfast、ADCslow值均大于未受累肌肉和正常对照组股四头肌，差异具有统计学意义(P<0.05)，并且病患组股四头肌中未受累肌肉的ADCfast值高于正常组股四头肌，差异具有统计学意义(P<0.05)，病患组股四头肌水肿肌肉Ff值较未受累肌肉及正常组肌肉减低，但差异无统计学意义(P>0.05，表2)。水肿肌肉与未受累肌肉、正常肌肉ADCslow值差异均有统计学意义(P=0.06、0.00)；水肿肌肉与未受累肌肉、正常肌肉ADCfast值差异均有统计学意义(P=0.044、0.00)；未受累肌肉与正常肌肉的ADCfast值差异具有统计学意义(P=0.045)。

讨　论

特发性炎性肌病是一组以骨骼肌炎性反应为特点的自身免疫病，临床上最常见的类型是PM和DM，临床典型表现为渐进性对称性肢体无力，部分患者伴有肌痛，全身肌肉可受累，最易累及四肢近端[5-6]，本研究10例病患均是双侧大腿对称性受累。PM/DM组织病理学主要表现为肌纤维变性、坏死、肌内膜及小血管周围炎性细胞浸润，毛细血管的密度减低。目前PM/DM的诊断主要依据临床表现、肌电图、血清激酶，确诊主要依据肌肉活检，MRI作为一种无创性检查，T1WI、T2WI序列能够直观地显示肌肉水肿、脂肪浸润或替代程度及范围。本研究10例病患双侧大腿水肿肌肉在T2STIR表现为弥漫性或局限性高信号，T1WI未见明显脂肪浸润和替代征象，各组肌群均不同程度受累，但肌束结构和形态保持完好，肌束间分界清晰，与文献报道一致。MRI在指导诊断、活检定位、病程进展监测、疗效评价中起到重要作用，但传统MR序列无法对病变进行定量分析，对早期病变诊断价值也不高[1-2,7]。

IVIM理论最早由Bihan等[4]提出，利用双指数函数公式：S/S0=(1-f)×exp(-bD)+f×exp[-b(D*+D)]，S(b)代表取某个b值(b≠0)时的信号强度，S0代表b=0时的信号强度，f(perfusion fraction)是灌注分数，D(diffusion coefficient)和D* (pseudo-diffusion coefficient)分别是扩散系数和伪扩散系数。b值被称为扩散敏感梯度因子(gradient factor)，单位为s/mm2，该参数依赖于扫描序列，其计算公式为b=Y2G2δ2(Δ﹣δ/3)，Y、δ、G、Δ分别代表所施加的梯度磁场的磁旋比、持续时间、磁场强度及间隔。通过公式计算可获的f值(fraction of ADCfast值)、D*值(ADCfast值)及D值(ADCslow值)，分别代表体素内毛细血管容积占整个组织容积的比值和毛细血管网的微循环灌注相关情况(反映相对真实的组织中水分子的扩散状态)；前者没有单位，后两者的单位均为mm2/s。多个参数更能体现组织中微循环灌注及单纯水分子扩散的特性[4]。

IVIM成像已应用于多个组织器官，如颅脑、乳腺、肝脏、胰腺、肾脏、前列腺等，在肿瘤的诊断及鉴别诊断、病程监测、疗效评价等方面起到重要的作用，但应用于骨骼肌肉的文献报道尚少[8-11]。

本次研究结果显示PM/DM水肿肌肉的ADCslow值明显高于未受累肌肉和正常肌肉。PM/DM中肌纤维的变性、坏死，使组织间隙增大，水分子弥散空间增大、受限减低。另外炎性细胞浸润，可导致毛细血管通透性增加，血管内液体、蛋白、白细胞流入组织间隙内，引起组织水肿[3]。ADCslow值低反映的是水分子弥散状态，PM/DM中组织间隙内水分子数量增多、扩散空间增大，扩散受限减低，导致ADCslow值增高[12]。Qi等[13]研究表明 PM/DM水肿肌肉D值较未受累及肌肉增高24%，与本研究结果一致。Baur等[14]研究结果表明放疗后水肿肌肉的D值较肿瘤复发区高29%。有学者提出在病程早期，肌肉表现出水肿改变之前，即未受累肌肉就有炎性细胞浸润，毛细血管通透性增加，血管内液体、蛋白、白细胞流入组织间隙内，细胞间隙中水分子数量增多，T2STIR上未见信号改变，但ADCslow值较正常肌肉轻度增高，虽然差异无统计学无意义，推测可能与炎性细胞浸润程度有关[15]。ADCslow值可以敏感地反应水肿肌肉中水分子的扩散的特点。

ADCfast值高于未受累肌肉和正常肌肉。炎性细胞浸润可导致毛细血管通透性增强，另外有研究表明DM虽有微血管数量的减少，亦有新生血管形成[3]，新生血管的血管通透性较成熟血管的强，导致血管与血管外间隙液体交换增加。新生血管形成以及血管通透性增加可能是导致ADCfast值增加的主要因素。Qi等[13]研究结果表明水肿肌肉D*比正常的高2倍，但无统计学意义，可能是由于数据离散程度偏大造成的，他在文献中提到计算得到精确的D*相对较困难，小于200s/mm2的b值越多，计算结果越可信[13]。Morvan等[16]研究表明肌肉运动下的，运动过后肌肉血流灌注增多，D*值较静息状态的明显增高。ADCfast值在一定程度上是可以反应微血管灌注的情况。

另外笔者还得到一个有趣的结果，T2STIR上未显示水肿改变的肌肉定义为未受累肌肉，这些肌肉的ADCfast值高于健康志愿者的正常肌肉，差异具有统计学意义。高丽等[7]和Iglesias等[15]分别从MRI显示的肌肉水肿区和未受累肌肉活检组织，结果示水肿区有明显的炎症浸润，而在MRI上显示未受累肌肉有轻度的炎症浸润，但不至于引起肌肉水肿，因而在T2WI序列上不能显示。如上所述炎性细胞的浸润可以引起毛细血管通透性的增加，使血管与血管外间隙的液体交换增加，从而影响ADCfast值。这一结果提示ADCfast在PM/DM的早期诊断中很有价值。

在本项研究中，三组Ff即灌注分数f未有显著性差异。Qi等[13]研究结果显示水肿肌肉的f值比未受累肌肉降低约40%[13]，本项研究结果示水肿肌肉Ff平均值较正常低约22%，但无统计学意义，f值降低可反映毛细血管床减少，这可能与两组患者病程相关，本项研究病程均小于12个月，T1WI上未见明显脂肪浸润，而文献中患者平均病程约22个月，病程可能会影响毛细血管床减少程度，故本项研究Ff值未出现显著降低。

总之，IVIM-DWI技术为评估PM/DM水肿肌肉提供了新视角，ADCfast值、ADCslow值具有重要的诊断价值，尤其是ADCfast对于病变早期诊断更具有重要意义。

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Value of intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging in the diagnosis of polymyositis and dermatomyositis

DING Ning-ning,MENG Yan,MA Shao-hui,et al.

Department of Medical Imaging,the First Affiliated Hospital of Xi'an Jiaotong University,Xi'an 710061,China

Objective:To study the value of intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging (IVIM-DWI) in the diagnosis of patients with polymyositis (PM) and dermatomyositis (DM).Methods:Ten patients with PM/DM proven by muscle biopsy (patient group) and eleven healthy volunteers (control group) were enrolled in this study.Axial views with IVIM-DWI，T1WI and T2STIR sequences were performed on bilateral thighs of all subjects.The IVIM parameters after post-processing included ADCfast,ADCslow,and fraction of ADCfast(Ff) were measured.One-way analysis of variance was used for statistical analyses.Results:The mean ADCslowof edematous muscle,unaffected muscle (no edema on T2STIR) in the patient group and normal muscle in control group was (1.59±0.26)、(1.41±0.24)、(1.34±0.13)×10-3mm2/s respectively,with statistic difference (P<0.05).The mean ADCfastvalue of the three groups mentioned above was (10.83±2.69)、(9.09±1.55)、(7.48±2.73)×10-3mm2/s respectively,with statistic difference (P<0.05).The ADCfastvalue of unaffected muscle in patient group was higher than that of normal group,with statistic difference (P<0.05).There was no statistically significant difference among the Ff values of the three groups (P>0.05).Conclusion:IVIM-DWI technique could be used to quantitatively evaluate the H2O diffusion and microcirculation of muscles,ADCslowand ADCfastvalues provided important diagnostic information for patients with PM/DM,especially,ADCfastis valuable in early diagnosis.

Polymyositis; Dermatomyositis； Diffusion weighted imaging; Intravoxel incoherent motion; Magnetic resonance imaging

710061西安，西安交通大学第一附属医院医学影像科(丁宁宁、麻少辉)；430030武汉，华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科(高丽、李小明)；710054西安，西安交通大学附属红会医院头颈外科(孟岩)，CT室(刘本寅)

丁宁宁(1985-)，女，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，住院医师，主要从事骨骼肌肉影像诊断工作。

李小明，E-mail：lilyboston2002@163.com

R445.2; R685

A

1000-0313(2016)07-0649-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.07.017

2016-02-01)