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综述
IVIM成像技术评估骨骼肌生理和病理状态的应用进展
田第娇 万兵 刘玥 张德文 王玟 黄倚天

Cite this article as: TIAN D J, WAN B, LIU Y, et al. Application progress of IVIM imaging technology in evaluating physiological and pathological status of skeletal muscle[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2024, 15(10): 222-227, 233.本文引用格式:田第娇, 万兵, 刘玥, 等. IVIM成像技术评估骨骼肌生理和病理状态的应用进展[J]. 磁共振成像, 2024, 15(10): 222-227, 233. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2024.10.038.


[摘要] 骨骼肌是人体重要的运动器官,其功能与人类日常活动紧密相关,但临床检查骨骼肌病变的形态学表现相对于微观病理变化具有滞后性,而从微观角度评价骨骼肌的水分子运动及毛细血管灌注信息,近年来逐渐成为临床研究的热点。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)是一种双指数模式的磁共振扩散功能成像技术,它利用水分子扩散和毛细血管网循环的特点,为我们提供组织功能状态相关的重要信息,包括真扩散系数(D)、假扩散系数(D*)和灌注分数(f)等,该成像机制与骨骼肌生理特性正好契合。本文就IVIM成像原理及参数含义,结合骨骼肌的生理特征、在衰老和疾病中的改变,综述 IVIM技术在骨骼肌生理性衰老退变、不同运动状态时骨骼肌损伤/修复的评估、常见肌肉疾病鉴别诊断和功能评估三个方面的应用研究,并对相关研究中的参数设置、临床意义及应用限制等问题进行讨论,旨在为IVIM技术在骨骼肌成像中的应用提供更多参考价值。
[Abstract] Skeletal muscle is an important motor organ in human body, and its function is closely related to human daily activities. However, the morphological manifestations of skeletal muscle lesions are lagging behind the microscopic pathological changes. In recent years, the evaluation of water molecule movement and capillary perfusion information of skeletal muscle from a microscopic perspective has gradually become a hot spot in clinical research. Intravoxel incoherent motion (IVIM) is a dual-exponential MR diffusion imaging technique, which uses the characteristics of water molecule diffusion and capillary network circulation to provide us with important information related to tissue function, including true diffusion coefficient (D), false diffusion coefficient (D*) and perfusion fraction (F), etc. This imaging mechanism coincides with the physiological characteristics of skeletal muscle. Based on the principles and parameters of IVIM imaging, combined with the physiological characteristics of skeletal muscle and the changes in aging and diseases, this paper summarizes the application research of IVIM technology in three aspects: physiological aging and degeneration of skeletal muscle, evaluation of skeletal muscle injury/repair in different exercise states, differential diagnosis of common muscle diseases and functional evaluation, and discusses the parameter setting, clinical significance and application limitations in related research, aiming at providing more reference value for the application of IVIM technology in skeletal muscle imaging.
[关键词] 体素内不相干运动;骨骼肌;磁共振功能成像;磁共振成像;水分子扩散;微循环灌注
[Keywords] intravoxel incoherent movement;skeletal muscle;functional magnetic resonance imaging;magnetic resonance imaging;water molecule dispersion;microcirculatory perfusion

田第娇    万兵 *   刘玥    张德文    王玟    黄倚天   

三峡大学附属仁和医院放射科,宜昌,443001

通信作者:万兵,E-mail: 23130293@qq.com

作者贡献声明:万兵设计本研究的方案,对稿件重要内容进行了修改,获得了2022年度湖北省教育厅科学研究计划项目资助;田第娇起草和撰写稿件,获取、分析和解释了本研究的数据,对稿件重要内容进行了修改;刘玥、张德文、王玟、黄倚天获取、分析和解释本研究的数据,对稿件重要内容进行了修改;全体作者都同意发表最后的修改稿,同意对本研究的所有方面负责,确保本研究的准确性和诚信。


基金项目: 2022年度湖北省教育厅科学研究计划项目 B2022032
收稿日期:2024-06-13
接受日期:2024-10-10
中图分类号:R445.2  R685 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2024.10.038
本文引用格式:田第娇, 万兵, 刘玥, 等. IVIM成像技术评估骨骼肌生理和病理状态的应用进展[J]. 磁共振成像, 2024, 15(10): 222-227, 233. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2024.10.038.

0 引言

       骨骼肌是人体运动系统的重要器官,其代谢及功能与人体健康状态、运动强度、年龄变化等因素息息相关[1]。随着骨骼肌影像学的高速发展,MRI软组织分辨率高的特点对多维度、无创性、客观性了解骨骼肌纤维的解剖和超微结构、定量和半定量功能评价的优势越来越突出[2]

       体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)作为双指数模型的MRI扩散功能成像技术,可以定量骨骼肌微循环灌注和水分子扩散信息,多维度评估骨骼肌纤维有序结构及功能[3]。2013年,SASAKI等[4]首次研究证实了IVIM可用于评估咀嚼肌的灌注和扩散功能,从此该技术被逐步应用到人体不同部位骨骼肌研究中,包括头颈部、肩部、四肢及躯干肌群,但由于肌群分布、大小不同,成像方案和研究对象差异等多方面原因,目前IVIM成像技术对评估骨骼肌的参数及参考值解读尚有争议[5, 6]。本文旨在概述IVIM在骨骼肌中的应用现状,通过分类总结相关研究方法以及对研究结果进行讨论,为IVIM在骨骼肌成像中的应用提供更多参考价值。

1 IVIM成像原理和参数介绍

       自1986年DENIS等提出首个IVIM模型以来,该技术在人体研究中的应用范围不断扩展[7]。IVIM是指给定体素在限定测量时间内呈现分子不同速度、方向和振幅分布的平移运动,在DWI中,通常采用与b值相关的单指数衰减模型采集组织微观信号,其参数表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)描述水分子在组织内不同方向上的扩散运动特性,但ADC值为水分子扩散效应和微循环灌注效应之和,并不能真实反映水分子的运动情况[8, 9]

       IVIM成像技术通过采集不同b值的图像数据,精确拟合IVIM信号方程,从中提取IVIM信号参数,实现了对组织内水分子扩散和毛细血管灌注信号的有效分离[10, 11]。在IVIM中,真扩散系数(D)为自由扩散相关参数,能够更准确地反映水分子的扩散。假扩散系数(D*)为微循环灌注相关参数,可综合反映体素内毛细血管网包括密度、方向、长度以及血液流速等的多个特征。灌注分数(f)代表局部微循环所引发的灌注效应与组织整体扩散效应的容积之比,间接提供了有关组织血液供应状态的重要信息[12, 13]。除上述直接从双指数方程中获得的参数外,还有研究[14]提到f和D*的合效应值fD*约等于总体血流量,可提供单位时间内血液流经单位组织的速度和总量信息。

2 骨骼肌的生理特征和衰老/病理改变与IVIM参数间的关系

       骨骼肌是运动系统的重要组成部分,肌纤维收缩是维持人体姿势、运动及呼吸等机械性活动的基础,作为高度血管化和神经支配的随意肌,其体积约占人体总体积的40%,肌纤维的血供由复杂的动静脉网组成,血管网分布密度因肌肉类型而异,其中小动脉穿行在肌束膜间,与肌纤维垂直排列,形成包绕在肌肉束膜外的毛细血管细网,连接小静脉和静脉网,构成丰富的缠绕肌肉纤维束的网状血管系统,为骨骼肌提供维持功能所必须的氧气交换、物质代谢和营养神经的场所[15, 16]。在无脂肪组织的肌肉中,水含量约为70%~75%,其稳态会明显影响肌肉活动时代谢相关的蛋白质结构和酶活性[17]。因此,骨骼肌微循环灌注和水分子运动是评价其功能的两个重要方面。

       随着年龄增长,骨骼肌发生生理性衰老和退变,肌肉损伤导致炎症、水肿等病理性改变,使骨骼肌萎缩、肌纤维数量减少及脂肪浸润,这些因素长期存在进一步加剧了肌肉广泛坏死、纤维结缔组织增生,肌束微观结构及功能受到严重损害[18, 19]。多项研究[20, 21]发现,在骨骼肌进行性退化过程中,由于单纯脂肪组织含水量仅为正常肌肉的10%,因此被脂肪和结缔组织取代的骨骼肌含水量严重下降。在炎症、坏死性肌病的研究[22, 23]中显示,当骨骼肌发生萎缩时,常伴随脂肪和炎症浸润等病理变化,毛细血管床显著减少,此时D*值明显降低[24];若病变伴随急性炎症水肿,肌纤维随之发生变性和坏死,肌肉完整性受损,组织间隙扩散空间增大[25, 26],炎症因子使毛细血管通透性增高,此时D值增大而f值减小[27]。关于肌营养不良性疾病和自身免疫性肌炎的研究也证实,营养不良性肌病患者病变肌肉伴有严重的脂肪变性和肌纤维化,组织水含量降低、水分子扩散受限,D值明显减低[28];自身免疫性肌炎患者病理活动期骨骼肌因炎症反应诱导肌纤维凋亡和坏死,f值较正常肌肉显著增高[29]。以上研究都表明了IVIM的参数值可以敏感捕捉骨骼肌水分子扩散和微循环灌注的变化。

3 IVIM在骨骼肌的临床应用

       当前,针对骨骼肌的检查手段丰富,如表面肌电图、肌肉超声和计算机断层扫描、肌肉兴奋性测试、肌肉活检等[30, 31, 32, 33],这些检查方法或侧重于观察骨骼肌形态学结构变化,或局限于肌肉本身的功能性评估,或对于被检查者有一定创伤性,在临床的应用价值和可行性有待讨论。IVIM技术作为一种非侵入性的影像检查手段,无需使用对比剂、安全系数高、成像范围广、无辐射暴露,其定量参数D、D*、f和fD*值所表征的信息与骨骼肌独特的生理特性高度契合,可以更客观地揭示肌肉病理状态下水分子的扩散和毛细血管的灌注状态,在评估骨骼肌微观结构变化及相关临床实践中具有重要的应用价值[34]。同时,骨骼肌结构和功能的改变也可能是人体其他系统疾病的一种表现形式,如老年人溃疡性结肠炎常伴有骨骼肌减少症,而IVIM技术可通过评估骨骼肌功能状态的改变评价此类炎症性肠病的治疗效果[35, 36]

3.1 IVIM在骨骼肌生理性衰老退变中的应用

       衰老导致骨骼肌的毛细血管减少、灌注功能下降,肌肉氧气和营养物质供应不足使肌纤维相对缺血;血管壁脆性增加或血管内皮损伤使血管弹性功能下降,导致运动过程中骨骼肌调节功能受损,这些骨骼肌生理性衰老变化会随着年龄的增长逐渐加重[37]。有研究发现[38],在试验时间内毛细血管数量和血容量可以通过运动改善,但这种变化在长期年龄增长的背景下暂未得到证实。在ADELNIA等[39]关于IVIM技术评估运动后年轻组(4名,21~30岁)与老年组(4名,60~90岁)大腿肌肉灌注差异的研究中(Philips 3 T MRI扫描仪,b=0、3、7、10、15、20、25、30、40、50、70、100、200、400、600、800 s/mm2),两组肌肉IVIM参数在静息状态下无显著差异;运动后股直肌f和D值显著升高,且达到最大值的时间节点相同;与老年人相比,年轻人股直肌在运动后D值的增长幅度更大,f值上升及从最大值下降到基线的速度更快。YOON等[40]用IVIM等多种定量MRI技术评估了95名健康志愿者(男47名,女48名,30~69岁)大腿肌肉质量随年龄的变化情况(Siemens 3 T MRI扫描仪,b=0、25、50、75、100、200、500、800 s/mm2)。该研究将大腿中段骨骼肌群按照解剖位置划分为前腔肌群组(股直肌、股外侧肌、股中间肌、股内侧肌)、中腔肌群组(长内收肌、大内收肌)、后腔肌群组(股二头肌、半腱肌、半膜肌),进行IVIM静态成像,结果显示D值仅在前腔室各肌肉中与年龄相关,而D*和f值在所有腔室肌肉的改变与年龄均不相关。以上两项研究都发现D值在不同年龄阶段运动前后均有显著差异,其变化幅度及灵敏性与年龄呈负相关,f值仅在运动后有明显变化。

3.2 IVIM对不同运动状态时骨骼肌损伤/修复的评估

       骨骼肌的运动状态与不同的纤维类型有关,Ⅰ型纤维即“慢肌纤维”,Ⅱ型纤维即“快肌纤维”,慢肌纤维血管化程度和代谢潜能明显高于快肌纤维[41],因此骨骼肌在由不同类型纤维主导的活动时毛细血管灌注状态有异[42, 43];而慢肌纤维和快肌纤维收缩引起不同程度血氧代谢和乳酸堆积,使骨骼肌周围水分子扩散状态也随之改变[44, 45]

       缓慢持续性运动主要依靠慢肌纤维氧化代谢供能。MASTROPIETRO等[46]观察了12名健康志愿者(男7名,女5名,24~34岁)在进行等长间歇运动期(包含静息、触发运动、恢复的活动过程)比目鱼肌和腓肠肌的灌注变化(Philips 3 T MRI扫描仪,b=0、10、20、50、100、200、350、500s/mm2)。结果发现,在等长间歇运动期间比目鱼肌D、D*、f和fD*值均高于腓肠肌,特别是运动激活阶段D*和fD*增幅差异性突出,因为比目鱼肌慢肌纤维比例更高、毛细血管密度更大,但二者在运动结束后所有值恢复到基线水平的时间相同,说明等长间歇运动后肌肉灌注的恢复是一个相对稳定的过程。OGURA等[38]研究了12名健康受试者(男7名,女5名,20~58岁)运动前后毛细血管血容量的变化与下肢肌肉疼痛的关系(Philips 1.5 T MRI扫描仪,b=0、5、10、15、20、25、30、40、50、100、200、400、1000s/mm2),发现大腿肌肉D*和f值在运动后立即上升,3小时后开始下降,24小时后再次上升,但增加幅度较前一次小;大腿骨骼肌运动后灌注水平的波动性改变与志愿者后腿部疼痛变化一致,表明运动后肌肉疼痛与毛细血管血容量的增加有直接关系,且D*值的变化与运动引起的骨骼肌原发损伤和炎症密切相关。JUNGMANN等[47]评估了8名健康女性志愿者双下肢骨骼肌在静止、步行、跑步这一逐渐加快的过程中灌注参数的变化(Siemens 1.5 T MRI扫描仪,b=0、50、100、150、200、400、600、800、1000 s/mm2),发现小腿和足部肌肉在运动强度逐渐加大的过程中fD*、f和D*值显著增加;大腿肌肉在休息到步行阶段fD*值增加,在更剧烈的跑步时fD*、f和D*值均减少,D值则增加,这些参数值变化差异可能与剧烈运动中下肢的微血管灌注重新分配使流向小腿和足部的血液更多有关。此外,作者还发现fD*值的变化与心率之间呈负相关,说明IVIM技术还可用于监测骨骼肌微血管储备水平。NGUYEN等[5, 48]通过肩部外展试验和旋转试验评估12名健康男性志愿者(24~39岁)肩部肌肉从静息态到外展和旋转运动时IVIM微血管灌注的变化(Siemens 3.0 T MRI扫描仪,b=0、10、20、40、80、110、140、170、200、300、400、500、600、700、800、900 s/mm2)。在外展运动中,肩胛下肌和三角肌后束fD*值显著增加,三角肌后束D值轻度增加,肩胛下肌D值呈局部差异性改变;在旋转运动中,冈上肌和三角肌外侧束D、fD*值均显著增加,表明运动方式的差异会激活不同肌群,与JUNGMANN等[47]的发现略微不同,NGUYEN等[5, 48]认为虽然在运动过程中血流会向更有利于动作发挥的骨骼肌群重新分配,但微循环血流也会选择性地倾向活动肌肉。上述4项研究中,除了OGURA等[31的研究结果仅有D*和f值的显著改变外,其余3项研究中D、D*、f、fD*都有运动前后的显著差异,可能与设置的b值≤50 s/mm2的个数太多(9/13)有关。

       短时爆发性运动主要依靠快肌纤维急性收缩,此时IVIM参数值较静息状态或低强度运动状态显著增高。OHNO等[49]通过观察13名健康志愿者(男9名,女4名,22~27岁)运动前后小腿肌肉IVIM参数值的变化,探讨该变化与小腿肌肉组织灌注和含水量的关系(GE 3.0 T MRI扫描仪,b=0、10、20、40、80、160、240、320、500、750 s/mm2),发现运动前仅fD*值与肌肉血流量呈正相关,说明fD*在低灌注状态下敏感性较高;运动后D*、fD*值与肌肉血流量显著正相关,D值明显升高,这可能是运动使肌肉含水量增加所致。LI等[50]通过IVIM比较20名肥胖志愿者(男10名,女10名,18~30岁)分别在高强度间歇训练和中等强度连续训练前后大腿肌肉灌注差异,间接评估不同运动方式对脂肪氧化的影响(Siemens 3.0 T MRI扫描仪,b=0、20、40、60、80、100、200、400、800 s/mm2)。结果显示:(1)高强度运动后股直肌和股外侧肌fD*值升高的幅度和持续时间均高于中等强度运动,变化幅度与肌肉最大摄氧量呈正相关,说明高强度间歇训练运动后耗氧量更容易增大;(2)股外侧肌运动强度和运动后恢复时间的相互作用会影响D值变化,说明可以根据D值评估肌肉运动性损伤的程度;(3)fD*和D值在大腿各肌束特异性改变还可以进行无创定位。FILLI等[6]尝试量化8名健康志愿者(男4名,女4名,25~35岁)前臂肌群在标准化握力前后的灌注值(Philips 3.0 T MRI扫描仪,b=0、10、20、50、100、200、350、500 s/mm2),发现运动后早期指浅深屈肌和桡腕长短伸肌的D*、f、D、fD*值均显著升高,fD*值变化幅度最大,且在运动停止后20分钟仍表现出持续增高,肱桡肌仅f值有显著增加。以上3项以快肌纤维收缩为主导的运动试验都强调了fD*值在快肌运动中高度的选择性和特异性,LI等[50]的研究结果显示D*值在各组运动前后的变化缺乏显著性,这可能与研究对象是肥胖人群,而脂肪会影响D*值的稳定性有关。OHNO等[49]特别提到,f值与运动前后肌肉血流量均不相关,可能不适用于评价运动前后骨骼肌灌注的变化,这一结论尚需更多研究证实。

3.3 IVIM在常见肌肉疾病诊断和功能评估中的应用

       IVIM成像技术在骨骼肌的应用常见于原发或继发性肌肉炎性病变。NGAMSOM等[51]通过IVIM技术检测42名颞下颌关节功能紊乱患者(男11名,女31名,22~78岁)翼外肌水分子扩散和微循环灌注情况与病理变化的关系(Siemens 3 T MRI扫描仪,b=0、50、100、150、200、300、400、500 s/mm2)。研究结果显示:(1)当颞下颌关节紊乱伴有关节盘不可复性前移位或关节积液时,翼外肌上部f值较关节盘可复性前移位者显著增加,表明翼外肌f值的变化可反映颞下颌关节盘移位的严重程度;(2)早期单纯性颞下颌关节紊乱患者,翼外肌上部D值升高,翼外肌下部无明显变化;(3)颞下颌关节功能紊乱伴骨关节炎时,翼外肌上部和下部D值显著升高,f值无明显变化,这些结果表明翼外肌下部D值升高仅发生在疾病晚期。在有关椎旁肌的研究中,SHAHIDI等[52]对32名研究对象(16名健康志愿者、17名下腰部肌肉疼痛者)进行12周康复训练并用IVIM技术定量评估下腰部肌肉微循环灌注变化(GE 3 T MRI扫描仪,b=0、10、20、40、70、110、160、220、300、400、500、600、700 s/mm2),结果显示:(1)康复训练后下腰部肌肉疼痛者多裂肌和竖脊肌D、D*、f值均增加,D值最显著,但增幅明显小于对照组,说明病例组康复训练前后肌肉炎症、水肿变化明显;(2)D和D*值的变化存在明显临界值,D*值更敏感,表明在康复训练的某一阶段可以显著改善肌肉微循环灌注;(3)D值变化与椎旁肌体积呈正相关,可能是肌肉水肿导致体积相对变化影响D值改变,同时提示D值可以作为判断肌肉体积变化的参考信息。FEDERAU等[53]在使用IVIM量化青少年特发性脊柱侧凸者(8名病例者,9名健康志愿者)运动前后背部肌群灌注信息的研究中发现(Siemens 1.5 T MRI扫描仪,b=0、10、20、40、80、110、140、170、200、300、400、500、600、700、800、900 s/mm2),因脊柱侧弯压迫了凹面肌肉引起运动时脊柱两侧肌肉灌注不对称,所有患者脊柱侧弯凸面背部肌肉fD*值增加幅度较脊柱侧弯凹面大,与脊柱侧弯角度呈正相关。以上研究发现D和f值与病变肌肉炎症、水肿及关节积液的水分子扩散密切相关,对评估损伤骨骼肌功能、鉴别疾病严重程度具有显著价值。而D*和fD*值在萎缩肌肉中不同程度减小,可能是腰椎疾病引起肌肉局部解剖结构改变导致两侧椎旁肌微循环灌注值异常所致,这一发现可更好帮助临床理解下腰部疼痛和特发性脊柱侧凸等疾病的微观结构变化,预防性制订个性化康复方案。

       有研究证实IVIM可以反映肿瘤周边肌肉炎症性改变,与被早期浸润的坏死组织相鉴别,XU等[54]测量了20名头颈部肿瘤患者(23~88岁)的病变组织和周围肌肉的灌注信息,并比较其在IVIM与动态对比增强MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)两种技术的相关性(Siemens 3 T MRI扫描仪,b=0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、400、800 s/mm2),发现D值对鉴别肿瘤侵犯肌肉和正常肌肉有参考价值,但D*、f值差异不明显,且IVIM与DCE-MRI灌注参数值变化趋势不同,二者不可相互取代。该结论与NGAMSOM等[51]的研究显示了D值变化可为判断肌肉炎性疾病严重程度及肿瘤对邻近骨骼肌的浸润范围提供重要的参考价值。

       IVIM还应用于疾病治疗及运动恢复手段的评估。TANG等[55]对28名接受过经皮腔内血管成形术治疗的周围动脉疾病患者(男19名,女9名,73±7.5岁)小腿肌肉进行了IVIM成像(GE 3 T MRI扫描仪,b=0、20、50、100、150、200、300、500、800 s/mm2),发现所有研究对象在术后D、D*值都有所增加,与下肢骨骼肌灌注增加后的踝臂指数(ankle-brachial index, ABI)呈正相关,而f值呈明显下降趋势,说明术后病例组骨骼肌微循环灌注容积率有待恢复。SHU等[56]利用IVIM技术评价16名健康志愿者(男12名,女4名)马拉松运动后康复手段(泡沫滚动技术)对缓解下肢肌肉疼痛的效果(Siemens 1.5 T MRI扫描仪,b=0、10、20、40、80、110、140、170、200、300、500、800 s/mm2),发现仅在运动结束后30~60分钟内使用泡沫滚动会使股二头肌、半腱肌和半膜肌T2值(炎性水肿指标)有效降低、f值增加,这表明泡沫滚动可在短期内缓解小腿肌肉的急性炎症。RIEXINGER等[57]对16名健康志愿者(男9名,女7名,18~29岁)在静息态、静息态穿加压服、运动后即刻、运动后30分钟、连续穿加压服6小时、脱下加压服后即刻的6种状态分别进行IVIM成像(Siemens 3.0 T MRI扫描仪,b=0、3、10、25、50、100、300、800 s/mm2),发现无论是否穿加压服,腓肠肌的f值在运动后均明显增加,说明加压服没有限制小腿肌肉血液循环。上述研究均提到f值在肌肉损伤后恢复期的评价作用,作为与微循环相关的效应参数值,f值改变与毛细血管血容量密切相关,为临床无创性地评价疾病治疗手段与辅助器械对骨骼肌功能恢复的作用提供了新思路。

4 IVIM成像在骨骼肌研究中的应用价值与限制

       以上综述的实验性研究涉及肌肉解剖位置及形态、运动激活模式及持续时间、病例数量(8~95例)及年龄范围(20~90岁)、研究对象个体化差异等,都可能导致IVIM参数D、D*、f值偏差,而性别差异对研究结果无明显影响。MRI扫描仪品牌主要集中在Siemens、Philips、GE,有两项研究使用的MRI设备场强为1.5 T,其他14项研究MRI设备场强均为3.0 T,但MRI设备品牌及型号对IVIM参数设置以及实验结果的影响尚需进一步研究。所有研究中b的取值个数为8~16个,范围集中在0~1000 s/mm²,每项研究中b值≤200 s/mm²的数量占总b值比例约为53.84%~85.71%。

       骨骼肌扩散参数受研究对象个体因素的影响,包括年龄、性别、体质量指数、肌肉力量、纤维大小和纤维类型比例等。在本综述涉及到的文献中,除两项研究给出了具体参数值,其余研究均展示为趋势性变化结果:(1)健康肌肉随年龄变化的研究中,D值因肌肉萎缩明显降低,f值也呈负向改变;(2)病变肌肉脂肪浸润和血管炎症等病理变化使D*值降低,但随着病变加重伴随肌纤维变性和坏死,D和D*值会不同程度升高,f值降低;(3)fD*值在骨骼肌运动状态时敏感性高且具有特异性;(4)运动性损伤与恢复的相关研究中,试验对象基础代谢率的个体差异导致运动后骨骼肌温度升高程度和时间不同,出现肌肉灌注参数D*、f、fD*值变化率偏差。

       总体而言,D、D*、f、fD*值虽然有其代表的特定意义,但不能将它们独立分析。首先,IVIM成像中,b值≤200 s/mm²扩散加权信号的衰减范围主要体现微循环灌注效应D*值的变化,而D值更易受高b值的影响,故b值的个数及取值范围会直接导致D、D*值计算偏差,因此建议选取b值个数在12~16之间,其中为了更好展现微循环效应,小于200 s/mm²的b值个数占总体取值比例应不少于65%。其次,D和D*值除了受组织水的扩散运动和微循环灌注的影响,还与下列因素相关:(1)在成像参数及序列设置上,因D*值对脂肪和噪音极为敏感,压脂不均匀会使信噪比降低导致信号偏移、灌注信号假性增高;(2)心动周期或血管搏动相关的不自主运动使D*值在收缩期远远大于舒张期,而D和f的变化则不显著,这表明D*值对运动的敏感性高;(3)过长的扫描时间会增加生理性运动伪影出现的几率,使信噪比降低,D*值偏差;(4)运动后肌肉内乳酸堆积、代谢物延迟排出和关节积液中的炎性细胞因子都会导致D*值假性增高。所以,我们需要综合考虑并采取相应措施,如增加采集时间提高信噪比的同时,也要平衡信噪比和扫描时长的关系,减少生理性运动伪影;用多重脂肪抑制技术有效减少残余脂肪,也可联合更合适的图像后处理算法,这些措施都能减少IVIM信号偏差,明显提高D*值的稳定性。另外,fD*作为D*与f的综合效应值,在一定程度上也可以发挥更重要的参考价值。

       目前IVIM在骨骼肌的应用还有以下限制:第一,因图像后处理时需对肌肉感兴趣区进行手动勾画,作为人体核心大肌群的下肢骨骼肌更容易实现,而结构复杂、体积更小的骨骼肌群勾画相对困难、精准度较低;第二,几乎所有研究中选取感兴趣区都是在二维横截面上进行,而实际上测量的肌肉参数值是3D空间范围的综合体现,这也可能是IVIM参数值偏差的原因。

5 小结与展望

       近年来,IVIM技术在骨骼肌的应用研究不断深入和多样化,为骨骼肌功能评估和疾病诊断、治疗方法选择、效果评价提供了新的视角。IVIM技术研究不同运动形式与毛细血管血容量增加之间的关系,可前瞻性了解衰老骨骼肌的范围及功能退变情况,提供预防指导信息。对于从事相关特定运动的运动员,IVIM技术可精确定位活跃肌群和非活跃肌群,定量肌束在运动过程中的代谢信息,预测肌力爆发节点和恢复曲线,更好地指导运动员训练和康复治疗。另外,通过IVIM定量参数对颞下颌关节和头颈部肿瘤邻近骨骼肌微观状态的评估,为疾病的严重程度、预后判断提供有价值的参考信息,这些都拓展了IVIM技术在骨骼肌的临床应用范围。目前IVIM技术在骨骼肌的应用还处在探索阶段,但随着IVIM图像采集和模型优化,参数稳定性提高及参数值诊断效能提升,并充分挖掘IVIM技术在骨骼肌疾病预防、诊断和动态监测中的潜力,有望在骨骼肌疾病的临床诊疗中发挥重要作用。

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