0 引言

       长跑运动，尤其是马拉松与半程马拉松，已成为全球超3000万人参与的健身项目，不仅显著提升心肺功能、改善心理健康^{[1, 2]}，还具有重要的社会交往与文化价值。长跑人群通常指每周至少进行3~5次、持续6个月以上规律性参与中长距离（≥5 km）耐力跑步的个体，涵盖以健康为目的的大众健身跑者、业余爱好者以及专业运动员^[3]。值得注意的是，仅偶尔参赛且无系统训练基础者，因其肌肉适应性与损伤风险模式与规律训练者存在显著差异，一般不纳入典型“长跑人群”范畴。长跑人群下肢肌肉长期承受重复性高冲击负荷，下肢运动损伤发生率高达18.2%~92.4%^[4]，且多集中于膝、髋、踝关节及其周围肌腱韧带^[5]，易引起肌纤维微观损伤^{[4, 6]}，表现为细胞水肿、膜通透性增加、局部炎症反应及潜在肌纤维断裂等^{[7, 8]}。若未及时干预，反复微损伤可累积演变为慢性劳损，严重影响运动表现与健康。

       传统影像学方法在检测肌肉微观变化和早期损伤方面存在明显局限：超声虽可实时观察软组织动态^{[9, 10]}，但对操作者依赖性高且难以量化；X线适用于骨骼评估，对软组织的分辨力不足^{[11, 12]}。相比之下，磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）凭借其优异的软组织对比度和无辐射特点，已成为肌肉损伤评估的重要工具^{[13, 14, 15]}。特别是定量磁共振成像（quantitative magnetic resonance imaging, qMRI）技术，通过量化生物物理特性，可在亚临床阶段客观、可重复地识别肌肉微损伤，为精准诊断与康复提供依据。

       目前，多种qMRI技术被用于研究长跑诱发的下肢肌肉变化：T2-mapping可敏感检测水肿与炎症反应^[16]；扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）能揭示肌纤维微观结构完整性变化^{[17, 18, 19]}；体素内不相干运动成像（intravoxel incoherent motion, IVIM）可无创评估组织微循环灌注^{[20, 21]}；化学位移编码磁共振成像技术（chemical shift encoded magnetic resonance imaging, CSE-MRI）用于量化肌肉内脂肪含量^[22]；磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS）和化学交换饱和转移技术(chemical exchange saturation transfer, CEST)则能非侵入性地检测肌肉代谢物变化^{[23, 24]}。尽管已有研究探讨了qMRI在肌肉损伤中的应用，但针对长跑人群下肢肌肉微损伤的系统综述仍较少，现有研究多局限于单一技术或小样本，缺乏多模态整合和纵向数据。因此，本文旨在系统综述qMRI技术在长跑人群下肢肌肉变化中的应用进展，重点阐述各项技术的原理、临床价值及研究发现，并对未来研究方向进行展望，以期为临床实践和未来研究提供理论指导和参考。

1 T2-mapping技术在下肢肌肉水肿与炎症评估中的应用

1.1 T2-mapping技术的原理

       T2-mapping是一种基于T2弛豫时间定量分析的MRI技术，通过采集多回波T2加权图像并拟合生成像素级T2值伪彩图谱，能够无创、客观地反映组织内水分子分布状态^{[25, 26, 27]}。该技术对肌肉组织中自由水含量及细胞内外水分再分布高度敏感^{[28, 29]}，因此被广泛用于评估炎症性水肿。在正常肌肉中，有序的肌原纤维排列和完整的细胞膜结构维持较低的T2值；而在损伤或炎症状态下，细胞膜通透性增加、细胞外液积聚，导致T2值显著延长^[30]。组织病理学研究进一步证实，在特发性炎性肌病患者中，T2值延长与肌纤维大小变异、炎性细胞浸润及结缔组织增生呈显著正相关（P≤0.008），为T2-mapping作为肌肉炎症活动性指标提供了组织学依据^[31]。

1.2 T2-mapping技术在长跑人群下肢肌肉水肿与炎症评估中的应用

       在长距离耐力运动后下肢肌肉微损伤的动态监测中，T2-mapping展现出优异的时空敏感性。例如，HIGASHIHARA等^[32]对20名大学马拉松跑者的研究发现，赛后第1天腘绳肌远端和中段部位的T2值显著升高，至第8天逐渐恢复至基线水平，提示这些区域更易受损且损伤具有可逆性。另一项针对12名业余马拉松运动员的膝关节周围肌肉研究显示，半膜肌、腓肠肌内侧头及外侧头的T2值在赛后12 h内显著上升，而多数肌肉在2个月后恢复，说明马拉松运动引起的微损伤具有区域差异性且整体可逆^[33]。此外，T2-mapping在评估恢复策略效果方面也展现出潜力。SHU等^[34]通过比较泡沫滚轴干预组与对照组发现，干预后腘绳肌T2值短期内显著下降，表明通过干预措施可加速水肿消退。近期研究进一步扩展了其应用，SHU等^[35]利用T2-mapping和6-echo Dixon序列监测半程马拉松后大腿肌肉炎症水肿，发现赛后3 h T2值显著升高，48 h后趋于恢复，强调了T2-mapping在量化急性炎症响应中的作用。张冉旭等^[33]在业余跑者中观察到赛后T2值变化与肌肉体积增加相关，提示水肿可能伴随代谢适应。

1.3 T2-mapping技术的优缺点及未来研究方向

       T2-mapping技术的优点在于其高敏感性和定量性，能够在亚临床阶段检测肌肉水肿和炎症变化，为长跑运动员的损伤预防和康复提供可靠依据^[27]。具体而言，在临床场景中，可通过定期T2-mapping监测训练强度，避免过度负荷导致的累积水肿；在康复评估中，跟踪T2值恢复曲线以优化恢复方案。然而，其局限性包括对运动伪影的敏感性，可能导致T2值计算偏差，以及在多回波采集时扫描时间较长，影响临床推广。针对这些局限，未来研究应聚焦于优化快速采集序列（如压缩感知技术）以缩短扫描时间，同时开发自动化后处理算法，提高参数计算的准确性和可重复性，从而在发挥其无创优势的前提下，提升在动态监测长跑微损伤中的实用性。

2 DTI技术在下肢肌肉微损伤评估中的应用

2.1 DTI技术的原理

       DTI是一种基于水分子扩散运动各向异性qMRI技术，通过在不同方向施加扩散敏感梯度场，可获取反映肌肉微观结构完整性的关键参数，包括各向异性分数（fractional anisotropy, FA）、平均扩散系数（mean diffusivity, MD）、轴向扩散系数（axial diffusivity, AD）以及径向扩散系数（radial diffusivity, RD）等^{[36- 37]}。在肌肉组织中，FA值反映肌纤维结构的完整性和排列方向，MD值则表征整体扩散能力^[38]。在健康骨骼肌中，肌纤维膜和肌原纤维的有序排列限制水分子自由扩散，使其优先沿纤维长轴方向运动，从而维持较高的FA值和较低的MD值^[39]；而当肌肉发生微损伤时，膜通透性增加、肌纤维排列紊乱，导致FA值下降、MD值升高^{[40, 41]}，这些变化可在无明显水肿或脂肪浸润的亚临床阶段被DTI敏感捕捉^[42]。近期研究进一步证实，即使在常规MRI未见异常的肌肉区域（脂肪分数<10%），DTI参数仍能揭示早期微结构改变，揭示其在疾病早期监测中的独特价值^[43]。

2.2 DTI技术在长跑人群下肢肌肉微观结构评估中的应用

       多项研究利用DTI技术揭示了长跑后下肢肌肉的微观结构改变。FROELING等^[44]对长跑运动员的研究发现，全程马拉松赛后股二头肌和半腱肌的MD值和本征值显著升高，且部分肌肉在3周后仍未完全恢复，提示某些肌群更易出现持续性微损伤。周静等^[42]对男性业余跑者半程马拉松后的动态观察显示，赛后3 h大腿肌群整体FA值显著降低，其中股中间肌、股内侧肌、半膜肌及大收肌的FA下降最为显著，提示这些肌肉在跑步中承担主要负荷；至赛后第3天，FA值已恢复至基线水平，表明此类微结构改变具有可逆性。张莉^[45]的研究进一步发现，业余马拉松运动员静息状态下大腿肌肉FA值普遍低于健康对照组，提示长期训练可能导致肌肉微观结构的适应性改变，甚至在无临床症状时即可被DTI检测。DTI技术还在区分损伤类型和评估修复过程中展现价值。GIRAUDO等^[46]通过标准化感兴趣区域分析，提高了DTI参数在急性肌肉拉伤中的判别效能；AGTEN等^[47]则发现，在延迟性肌肉酸痛模型中，FA值恢复时间与主观疼痛感解离，提示DTI参数可能更客观反映组织修复状态。此外，HOOIJMANS等^[48]通过时间依赖DTI扫描10名男跑者的大腿肌肉，发现马拉松后24~48 h内所有扩散参数（除FA外）显著变化，并在2周后恢复，该研究应用随机渗透屏障模型进一步证实膜通透性增加，凸显DTI在量化微创伤和膜完整性动态中的潜力。LI等^[49]结合DTI与化学位移编码序列评估业余马拉松者小腿肌肉，发现马拉松训练组的FA值在腓肠肌和比目鱼肌显著降低，提示长期耐力训练诱导的适应性微结构重塑，并通过logistic回归模型确认这些变化与马拉松参与相关。这些研究共同表明，DTI不仅能检测急性跑步负荷后的短期变化，还可揭示长期训练的累积效应，为个性化损伤风险评估提供依据。

2.3 DTI技术的优缺点及未来研究方向

       DTI技术的优点在于其对肌肉微观结构变化的独特敏感性，能够在常规MRI正常时检测亚临床损伤，为长跑微损伤的早期干预提供影像学证据。具体应用包括训练监控中通过FA值阈值预测疲劳风险，以及康复评估中监测MD值恢复以指导渐进负荷。尽管DTI在肌肉应用中仍面临信噪比、扫描时间与分辨率平衡等挑战，其在揭示长跑相关肌肉亚临床变化方面具有独特优势，为早期干预提供了重要窗口。然而，其局限性包括对扫描参数（如扩散方向数量）的依赖，可能导致参数变异性增大，以及在长跑动态监测中易受肌肉收缩伪影影响。针对这些局限，未来研究应开发高分辨率快速DTI序列（如多带激发技术），并整合多模态数据（如与T2-mapping结合）以提高参数鲁棒性，从而在保持其各向异性量化优势的前提下，扩展在长跑人群纵向随访中的应用。

3 IVIM技术在下肢肌肉微损伤评估中的应用

3.1 IVIM技术的原理

       体素内不相干运动磁共振成像是一种无需外源性对比剂即可同步量化组织水分子扩散与微循环灌注的先进定量MRI技术^[27]。该方法基于多b值采集与双指数模型拟合，可分离出三个关键参数：真扩散系数D值，反映水分子的纯布朗运动；伪扩散系数D^*值，表征由毛细血管网络中血流引起的快速位移效应；以及灌注分数f值，即微循环成分对整体信号衰减的贡献比例，被广泛视为肌肉微血管容积的无创指标^{[20, 21, 50, 51]}。IVIM的独特优势在于其对骨骼肌低基线灌注及运动后高动态血流变化的敏感性，使其特别适用于运动生理学中对肌肉代谢与修复过程的实时监测^[50]。

3.2 IVIM技术在长跑人群下肢肌肉灌注状态评估中的应用

       在长距离跑步相关研究中，IVIM已被用于揭示运动后下肢肌肉灌注的动态演变。CHENG等^[27]综述了IVIM在马拉松后下肢肌肉微损伤中的应用，发现f值在赛后显著升高，提示局部微循环代偿性增强以支持代谢废物清除与组织修复。另一项干预实验显示，泡沫滚轴处理可使同侧腘绳肌f值在干预后30 min内进一步上升，表明机械刺激可能通过促进微血管灌注加速恢复进程^[34]。ENGLUND等^[50]进一步证实，IVIM可检测半马后灌注变化，与DTI结合提升对微循环动态的理解。值得注意的是，在行走与跑步过程中，IVIM亦能识别下肢肌肉激活的空间异质性——例如跑步时小腿与足部肌肉的灌注增幅显著高于大腿肌群，且腘绳肌的血流响应强于股四头肌，反映出运动模式对局部血流再分配的调控作用^[52]。此外，IVIM与其他qMRI技术（如T2-mapping、MRS）的多模态整合，有助于全面刻画马拉松后肌肉微损伤、炎症水肿及能量代谢的时空特征^[27]。

3.3 IVIM技术的优缺点及未来研究方向

       IVIM技术的优点在于其无创性和同步量化扩散与灌注的能力，能够在长跑后实时监测肌肉微循环变化，为恢复策略优化提供依据^[50]。具体而言，在训练监控中，f值可作为负荷指标，避免灌注不足导致的代谢积聚；在康复评估中，D^*值恢复可指导血管功能重建。然而，其局限性包括参数拟合对b值选择的敏感性，可能导致f值变异，以及在长跑动态研究中样本量小，难以区分不同运动强度的影响。针对这些局限，未来研究应标准化b值协议并通过多中心大样本验证参数阈值，同时结合人工智能算法改善拟合稳定性，从而在发挥其微循环敏感优势的前提下，精确评估长跑微损伤的灌注动态。

4 脂肪定量技术在下肢肌肉微损伤评估中的应用

4.1 脂肪定量技术的原理

       肌肉内脂肪浸润作为长期运动或损伤后的一种常见病理改变，是导致肌肉功能衰退的重要因素^{[53, 54]}。基于化学位移效应的编码MRI技术（例如Dixon技术）为无创量化这一病理过程提供了关键手段。该技术通过精确操控回波时间，分别在组织内水质子与脂肪质子的磁化矢量处于同相和反相时采集信号，并据此计算出质子密度脂肪分数（proton density fat fraction, PDFF），从而实现对脂肪含量的精准定量^{[55, 56]}。

4.2 脂肪定量技术在长跑人群下肢肌肉成分变化评估中的应用

       在长跑人群中，PDFF的变化反映了运动对身体成分的长期影响。SHU等^[35]研究发现，股外侧肌（vastus lateralis, VL）和股内侧肌（vastus medialis, VM）的PDFF在跑步后3 h显著降低。1天后，在VL和VM中的PDFF与跑前相比不再有显著差异，表明肌内脂质含量在运动过程中会发生动态变化。CHENG等^[27]综述了PDFF在马拉松后下肢肌肉变化中的应用，显示耐力训练可降低脂肪分数，支持其作为适应性生物标志。GRIMM等^[57]通过6回波Dixon技术观察到13周力量训练后大腿肌肉PDFF下降，且与弹跳高度呈正相关，说明PDFF可作为训练效果的影像学生物标志。NGUYEN等^[58]在山地超马拉松赛后48~72 h观察到股四头肌PDFF保持稳定，而T2和T2^*值显著升高，体积轻微增加，提示极端耐力负荷主要引发炎症反应而非脂肪变性，进一步强调脂肪定量技术在区分运动诱发炎症与代谢变化中的价值。这些研究表明，脂肪定量技术不仅能揭示长跑运动员的肌肉适应性改变，还为损伤后肌肉退变的监测提供了量化工具。

4.3 脂肪定量技术的优缺点及未来研究方向

       脂肪定量技术的优点在于其对肌肉脂肪浸润的精确量化，能够在长跑人群中监测长期适应变化，为功能评估提供生物标志^[57]。在临床应用中，该技术可用于训练监控，通过PDFF趋势预测脂肪积累风险，并指导饮食干预；在康复评估中，PDFF稳定可作为肌肉质量恢复的指标，优化物理疗法。然而，其局限性包括对化学位移伪影的敏感，可能在动态长跑研究中影响PDFF准确性，以及当前研究多为横断面，缺乏纵向数据。针对这些局限，未来研究应整合动态序列以减少伪影，并开展前瞻性随访研究建立PDFF阈值，从而在发挥其成分量化优势的前提下，评估长跑微损伤的长期演变。

5 MRS与CEST技术在下肢肌肉微损伤评估中的应用

5.1 MRS与CEST技术的原理

       MRS是一种测量体内细胞能量代谢的无创方法，用于测量一系列人体组织（包括大脑和肌肉）的细胞能量代谢^{[59, 60]}。在肌肉研究中，¹H-MRS常用于量化肌细胞内脂质（intramyocellular lipid, IMCL）含量^[61]，而³¹P-MRS则通过监测磷酸肌酸（phosphocreatine, PCr）、无机磷酸盐（inorganic phosphate, Pi）及腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate, ATP）的动态变化，有效评估高能磷酸化合物代谢与线粒体氧化磷酸化功能^{[62, 63]}。CEST是新兴的生化成像技术，通过饱和转移效应间接检测代谢物如肌酸、乳酸和pH值，具有高分辨率和无创优势^{[23, 64]}。

5.2 MRS与CEST技术在长跑人群下肢肌肉代谢调控评估中的应用

       长跑运动对肌肉代谢的影响呈现强度依赖性特征。BRECHTEL等^[65]通过对12名定期从事耐力训练的男性跑者，使用¹H-MRS在运动前后测量胫骨前肌和比目鱼肌的IMCL含量，结果显示中等强度马拉松后IMCL显著下降，但高强度相似持续时间下未见明显变化，提示IMCL消耗与运动强度呈“U形”关系。另一项涉及22名常规耐力跑者的多阶段超马研究则发现，高强度、长时间有氧运动前IMCL显著增加^[66]，进一步证实了这一强度依赖模式，为解释脂肪酸作为骨骼肌能量来源的作用提供了依据。CHENG等^[27]综述了MRS在马拉松后下肢肌肉代谢中的应用，发现¹H-MRS和³¹P-MRS可量化IMCL下降和高能磷酸变化。BURMAN等^[67]开发了新型CEST方法，映射骨骼肌氧化磷酸化，在跑步后观察到肌酸恢复率变化，支持其在耐力评估中的潜力。KOGAN等^[68]在人体骨骼肌中实现肌酸CEST成像，发现轻至中度运动后游离肌酸浓度升高；RERICH等^[69]进一步运用CEST-MRI检测肌酸含量和pH值，为理解运动后肌肉中肌酸及pH变化提供了新视角。这些研究揭示了IMCL在能量供应中的动态角色，为营养与训练策略优化提供了依据。

5.3 MRS与CEST技术的优缺点及未来研究方向

       MRS与CEST技术的优点在于其对肌肉代谢物的非侵入性检测，能够揭示长跑后能量代谢动态，为个性化营养指导提供依据^[68]。在临床应用中，该技术可用于训练监控，通过PCr恢复率评估代谢疲劳，并优化补给方案；在康复评估中，pH稳定可作为代谢恢复的指标，指导渐进负荷。然而，其局限性包括对磁场均匀性的高要求，可能在长跑动态扫描中导致谱线畸变，以及当前研究样本小，难以量化强度依赖性。针对这些局限，未来研究应优化高场强序列以提高信噪比，并通过多中心研究验证代谢阈值，从而在发挥其生化敏感优势的前提下，探索长跑微损伤的代谢机制。

       各种qMRI技术在长跑人群下肢肌肉评估中各有优势和局限，对比总结情况见表1。

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表1  qMRI技术在长跑人群下肢肌肉评估中的对比总结表
Tab. 1  Comparative summary of qMRI techniques in assessing lower limb muscles in long-distance runners

6 小结与展望

       当前研究显示，长跑人群下肢肌肉在运动后呈现出典型变化：水肿和炎症增加（T2值升高）、微观结构紊乱（FA下降、MD升高）、灌注增强（f值上升）、脂肪浸润减少（PDFF降低）以及代谢调控激活（IMCL下降、PCr恢复加速），这些变化多为可逆性适应，但反复负荷可导致累积损伤。这些发现深化了对运动性肌肉损伤机制的理解，也为个体化康复和再损伤预防提供了影像学支持。

       然而，当前研究仍存在若干局限性：首先，多数研究样本量较小，且以横断面为主，缺乏长期随访数据；其次，各技术参数尚未建立统一的标准参考值，影响结果可比性；第三，技术复杂性限制了其在临床的广泛应用；最后，不同跑步类型、强度、个体差异（如年龄、性别、训练背景）对肌肉反应的影响仍需系统探讨。

       未来研究方向应聚焦于以下关键领域：（1）开展多中心、大样本的前瞻性纵向研究，建立针对不同人群的定量参数基线值与损伤预警阈值；（2）推进人工智能辅助分析，实现图像自动分割、参数提取及风险预测模型的构建；（3）建立标准化定量MRI数据平台，促进多模态数据融合、共享与协作；（4）加强基础研究向临床应用的转化，将qMRI整合入运动处方制定、康复进程监测以及再损伤预防的闭环管理体系。通过这些技术创新与协作机制的构建，定量MRI有望成为运动医学精准管理的重要核心工具。