0 前言

       特发性炎性肌病（idiopathic inflammatory myositis, IIM）是一组由免疫介导的以骨骼肌炎性病变为主要特征的弥漫性结缔组织病^{[1, 2]}，多发性肌炎（polymyositis, PM）和皮肌炎（dermatomyositis, DM）是IIM的两种常见亚型^{[3, 4, 5]}。主要临床表现为对称性四肢近端肌无力，特异性皮疹，血清肌酸激酶（creatine kinase, CK）水平升高，严重者可伴发间质性肺病及恶性肿瘤而导致预后不良^{[6, 7]}。MRI具有高软组织分辨率优势，能清晰地显示肌肉和肌筋膜的病变。MRI常规序列能够对病变肌群的肌肉水肿、纤维化及脂肪浸润等病理改变特征作出评价^{[8, 9]}，但仅限于提供定性信息，无法对肌肉病变侵犯程度做到定量分析。近年来，各种（diffusion weighted imaging, DWI）模型越来越多地应用在PM/DM的诊治中，其中扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）能够通过定量检测组织中水分子扩散运动的程度和各向异性分数，从而明确组织内的病理生理变化特征^{[10, 11, 12]}。因此，DTI或许能更好地反映PM/DM患者的组织结构特征。血清CK水平常作为评估患者疾病活动程度的重要指标，DTI参数值与血清CK之间是否具有相关性国内外少有报道，本文通过分析PM/DM患者大腿肌肉的DTI影像资料，探讨DTI对PM/DM的诊断价值及对疾病活动度的评估价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性纳入我院2019年9月至2022年3月接受MRI平扫及DTI检查的PM/DM患者46例，所有患者均经肌肉活检确诊。PM/DM组纳入标准：（1）年龄大于18岁；（2）检查前未经激素及免疫抑制剂治疗；（3）有完整DTI检查资料。排除标准：（1）MRI检查禁忌证者。同时按年龄和性别相匹配原则选择同期32例无肌肉病变的健康志愿者作为对照组，对照组纳入标准：（1）年龄大于18岁；（2）无肌肉系统疾病者；（3）均知情同意。排除标准：（1）依从性差者；（2）MRI检查禁忌证者。搜集患者血清CK的实验室检查结果。

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经武汉市第一医院伦理委员会批准，批准文号：武卫—院伦审（2021）22号，全体受试者均签署了知情同意书。

1.2 检查方法

       MRI检查使用德国西门子Magnetom Vida 3.0 T超导磁共振仪，18通道体表线圈，被检查者采用仰卧位、脚先进，以双侧股骨中点连线为层面中心行定位扫描。双侧大腿MRI检查主要包括常规序列及DTI序列，扫描时间大约20 min。常规MRI扫描序列包括横轴位快速自旋回波（turbo spin echo, TSE）-T1WI、脂肪抑制TSE-T2WI序列和冠状位脂肪抑制TSE-T2WI序列。横轴位TSE-T1WI序列扫描参数：TR 419 ms，TE 9.3 ms，矩阵384×176，FOV 400 mm×400 mm，层厚6 mm，层间距2 mm；横轴位脂肪抑制TSE-T2WI序列扫描参数：TR 3000 ms，TE 80 ms，矩阵320×240，FOV 400 mm×400 mm，层厚6 mm，层间距2 mm；冠状位脂肪抑制TSE-T2WI序列扫描参数：TR 5940 ms，TE 83 ms，T1=180 ms，层厚6 mm，层间距2 mm。DTI采用横轴位EPI-DTI序列，扫描参数：TR 4200 ms，TE 62 ms，b值500 s/mm²，梯度编码方向20个，NEX=1，FOV 400 mm×400 mm，层厚6 mm，层间距0 mm。

1.3 图像处理

       将常规MRI序列及DTI序列获得的图像上传至Syngo MultiMo dality Workplace XA10B进行后处理。根据大腿肌肉解剖结构及影像成像特点，共纳入10块大腿肌肉，包括股前肌群（股外侧肌、股内侧肌、股中间肌、股直肌）、股后肌群（股二头肌、半腱肌、半膜肌）、内侧群（大收肌、长收肌、股薄肌）。由两名具有5年以上诊断经验的影像科主治医师共同对上述肌肉进行测量和分析，意见不一致时，由两名医师共同协商并达成一致。肌肉炎性水肿在轴位T1WI上表现为低信号，在脂肪抑制T2WI上表现为高信号，DTI图像处理时以轴位T1WI和T2WI图像作为参考，根据病灶分布范围在DTI图像上绘制感兴趣区（region of interest, ROI），对于PM/DM患者双侧大腿弥漫性肌肉水肿，选择肌肉范围最大层面；对于PM/DM患者局灶性肌肉水肿，选择肌肉水肿范围最大层面；PM/DM患者未水肿肌肉及正常对照组则将ROI放置于肌肉中心层面。ROI的范围大约为70～100 mm²，并避开骨头、血管和脂肪。测得上述10块大腿肌肉的DTI相应参数，包括ADC、FA参数值，并获得相应参数影像图。最后，将水肿肌肉、未水肿肌肉及正常肌肉各ROI区域的ADC、FA参数取得平均值。

1.4 临床指标分析

       临床指标包括患者和对照组的年龄、性别、血清CK水平，由一名具有5年以上诊断经验的皮肤科主治医师对上述结果进行评价。

1.5 统计学分析

       应用SPSS 23.0软件进行统计学分析，DTI的相应参数及实验室检查结果采用均值±标准差（x¯±s）表示。采用单因素方差分析（analysis of variance, ANOVA）比较患者水肿肌肉、未水肿肌肉及正常对照组ROI区域的平均ADC、FA值的差异，组间分析采用SNK检验。运用受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线评估差异有统计学意义（P＜0.05）的DTI参数的诊断效能。利用Spearman秩相关分析评价患者双侧大腿水肿肌肉的平均ADC、FA值与血清CK之间的关系。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PM/DM患者和对照组的一般资料

       入组PM/DM患者46例，其中男20例，女26例，年龄25～68（45.37±8.86）岁，其中PM 19例，DM 27例；对照组32例，其中男15例，女17例，年龄23～65（43.56±7.45）岁。PM/DM组与对照组之间性别与年龄的差异不具有统计学意义（P＞0.05）。

2.2 PM/DM患者和对照组的DTI影像表现

       在PM/DM组中，25名（54.3%）患者有弥漫性肌肉水肿，21名（45.7%）患者有局灶性肌肉水肿。图1显示双侧大腿弥漫性肌肉水肿的PM患者MRI影像表现：1A～1D分别为患者的T2WI、DTI、ADC和FA图像。图2显示双侧大腿局灶性肌肉水肿的DM患者MRI影像表现：2A～2D为患者的T2WI、DTI、ADC 和FA图像。图3显示对照组（健康志愿者）的ADC图（3A）和FA伪彩图（3B）。

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图1  女，56岁，PM患者。1A：横轴位脂肪抑制TSE-T2WI可见双侧大腿肌肉弥漫性水肿，肌筋膜增厚水肿；1B：DTI（b=0 s/mm²）图像水肿肌肉表现为高信号；1C：ADC图显示水肿肌肉ADC值高于周围未水肿肌肉组织；1D：FA伪彩图（0～1）未见显著异常。
图2  女，59岁，DM患者。2A：横轴位脂肪抑制TSE-T2WI可见双侧大腿前群肌肉局灶性水肿；2B：DTI（b=0 s/mm²）图像水肿肌肉表现为高信号；2C：ADC图显示水肿肌肉ADC值高于周围未水肿肌肉组织；2D：FA伪彩图（0～1）未见显著异常。
图3  男，67岁，健康志愿者。ADC图（3A）及FA伪彩图（0～1）（3B）未见明显异常。PM：多发性肌炎；TSE：快速自旋回波；DTI：扩散张量成像；ADC：表观扩散系数；FA：各向异性分数；DM：皮肌炎。
Fig. 1  A 56-year-old female patient with polymyositis (PM). 1A: Axial fat-suppressed turbo spin echo (TSE)-T2WI show diffuse muscle edema and myofascial thickening of bilateral thigh muscles. 1B: Diffusion tensor imaging (DTI, b=0 s/mm²) show hyperintensity on edema muscles. 1C: Apparent diffusion coefficient (ADC) imaging show the ADC value of edema muscles is higher than unaffected muscles. 1D: There is no significant signal abnormality on pseudo-color map of fractional anisotropy (FA).
Fig. 2  A 59-year-old female patient with dermatomyositis (DM). 2A: Axial fat-suppressed TSE-T2WI show focal muscle edema of bilateral anterior thigh muscles; 2B: DTI (b=0 s/mm²) show hyperintensity on edema muscles; 1C: ADC imaging show the ADC value of edema muscles is higher than unaffected muscles; 1D: There is no significant signal abnormality on pseudo-color map of FA.
Fig. 3  A 67-year-old male healthy volunteer. There are no significant signal abnormality on ADC (3A) imaging and pseudo-color map of FA (3B).

2.3 PM/DM组与对照组大腿肌肉的DTI参数比较

       PM/DM组水肿肌肉、未水肿肌肉及正常对照组的ADC值差异具有统计学意义（P＜0.05），对各组间进行SNK检验，水肿肌肉的ADC值高于未水肿肌肉和对照组（P＜0.05），但未水肿肌肉与对照组之间差异不具有统计学意义（P＞0.05）。PM/DM患者水肿肌肉、未水肿肌肉及正常对照组的FA值差异不具有统计学意义（P＞0.05）。详见表1。

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图4  多发性肌炎/皮肌炎水肿肌肉和对照组肌肉表观扩散系数（ADC）值的受试者工作特征（ROC）曲线。
图5  多发性肌炎/皮肌炎水肿肌肉平均ADC值及各向异性分数（FA）值与血清肌酸激酶（CK）关系的散点图。
Fig. 4  Receiver operating characteristic (ROC) curve of apparent diffusion coefficient (ADC) values of polymyositis/dermatomyositis edema muscles and normal muscles.
Fig. 5  Scatter plots of the relationship between ADC and fractional anisotropy (FA) values of polymyositis/dermatomyositis edema muscles with creatine kinase (CK).

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表1  PM/DM组水肿肌肉、未水肿肌肉与对照组大腿肌肉的DTI参数比较
Tab.1  Comparison of DTI parameters in PM/DM edema muscles, unaffected muscles and normal thigh muscles

2.4 PM/DM水肿肌肉和对照组肌肉ADC值的ROC曲线

       对PM/DM组水肿肌肉和对照组肌肉的ADC值进行ROC分析，ADC的曲线下面积为0.869（95% CI：0.754～0.983）（P＜0.001），诊断阈值为1.62×10^-3 mm²/s，敏感度为87.5%，特异度为85.0%（图4）。

2.5 DTI参数与血清CK的相关性

       PM/DM组血清CK平均值为1564.5 U/L，最大值为8356.0 U/L，其中41例（89.1%）患者血清CK值不同程度升高，5例（10.9%）患者CK值处于正常范围内。PM/DM患者双侧大腿水肿肌肉平均ADC值与血清CK呈正相关（r=0.583，P＜0.001；图5A）。PM/DM组水肿肌肉平均FA值与血清CK之间不存在显著相关性（r=0.255，P=0.088；图5B）。

3 讨论

       DTI是定量检测活体组织水分子扩散运动信息的无创功能成像方法，多用于中枢神经系统疾病的临床诊断^{[13, 14]}。在肌肉组织中，由于肌纤维细胞膜、肌纤维走形、肌肉筋膜等因素的影响，水分子在不同方向上的扩散程度并不一致，具有一定的各向异性，DTI正是基于这一原理，通过肌肉组织内水分子扩散速度和方向的差异来探测组织的微观结构，从而定量分析肌肉组织中水分子的扩散特性^{[15, 16, 17]}。本文利用DTI对PM/DM患者大腿肌肉组织进行定量研究，发现PM/DM组的DTI（b=0 s/mm²）、ADC图像与T2WI的诊断一致，FA伪彩图无明显异常；PM/DM组水肿肌肉的ADC值高于未水肿肌肉及正常对照组，并且水肿肌肉ADC值与血清CK呈明显正相关，而PM/DM组水肿肌肉、未水肿肌肉及正常对照组的FA值差异不具有统计学意义，表明DTI可作为炎性肌病患者病变肌肉侵犯程度的定量评价指标，并且可以协助评估PM/DM患者的疾病活动度。目前国内很少有类似报道。

3.1 PM/DM组水肿肌肉、未水肿肌肉与正常对照组平均ADC值的结果分析

       本研究显示，PM/DM组水肿肌肉的ADC值显著高于未水肿肌肉及正常对照组，提示PM/DM水肿肌肉内含水量更高，水分子扩散运动更显著，这与AI等^[18]、BRYANT等^[19]报道的结果相一致。PM/DM患者肌肉典型的病理表现为炎性细胞包绕和浸润肌纤维组织，这种病理改变可引起肌纤维细胞膜的通透性增高，水分子更易通过细胞膜，细胞外的自由水进入细胞内，导致细胞内自由水含量增多，细胞内水分子扩散运动显著，ADC值增高^[18,20]。此外，有研究表明，PM/DM患者肌纤维组织的毛细血管壁上可见膜攻击复合体（membrane attack complex, MAC）沉积^{[21, 22]}，它能够降低局部组织毛细血管的密度，导致毗邻肌细胞缺血缺氧，低水平的ATP引起钠/钾泵障碍，使细胞间隙内的水转运到肌细胞内，细胞内水含量增多，肌肉组织出现明显水肿，DTI时细胞内水分子的扩散增强引起ADC值增高，而正常肌纤维组织中未见MAC沉积。本文通过进一步组间比较，显示PM/DM未水肿肌肉的ADC值较对照组稍高，但二者之间差异不具有统计学意义，这表明DTI能将水肿肌肉与未水肿肌肉及正常对照组区分开，提示DTI可作为炎性肌病患者病变肌肉侵犯程度的定量评价指标，这对炎性肌病的诊断及治疗预后具有重要价值。

3.2 PM/DM组水肿肌肉、未水肿肌肉与正常对照组平均FA值的结果分析

       FA值是反映肌肉纤维内各向异性程度的敏感参数，代表有序的肌肉纤维结构及排列方向，肌纤维排列越有序，各向异性越高，FA值就越大^{[23, 24]}。本文中PM/DM组水肿肌肉、未水肿肌肉及正常对照组的FA值差异不具有统计学意义，这与WANG等^[25]报道的结果相似。提示虽然PM/DM患者肌肉组织内的肌纤维发生水肿、变性和坏死，但肌纤维的结构和方向未出现明显变化。然而，也有学者将DTI应用于运动后的骨骼肌纤维以区分外伤性水肿、损伤和撕裂，发现这几组之间的FA值差异具有统计学意义^{[26, 27]}。造成这种FA值结果不一致的原因可能是由于DTI原理上是基于组织内水分子的扩散运动是一种高斯分布的假设，而人体中由于组织结构复杂，肌肉组织的微观结构可能呈现高度的异质性，水分子的扩散运动可能并不仅仅表现为高斯分布^[28]，因此，后续的研究将引入非高斯分布模型继续探究组织的微观结构。

3.3 PM/DM组水肿肌肉与血清CK的相关性分析

       在实验室检查中，血清CK常作为评估PM/DM患者疾病活动程度的重要指标^{[29, 30, 31]}。通常，血清CK升高水平与肌纤维破坏损伤程度一致，主要是由于在免疫系统介导下，炎性细胞因子破坏肌纤维细胞膜，肌细胞内CK大量释放入血，导致血清CK增高。本组中，PM/DM患者血清CK平均值高达1564.5 U/L，最大值为8356.0 U/L，比正常值的高40多倍，提示肌纤维损伤严重。本研究通过对PM/DM组双侧大腿水肿肌肉平均ADC值及FA值与血清CK进行相关性分析，发现患者水肿肌肉平均ADC值与血清CK呈明显正相关，而患者水肿肌肉平均FA值与血清CK之间不存在显著相关性。提示ADC值对评估患者疾病活动情况有很高的应用价值，较FA值具有更高的敏感性，或许可作为新的监测指标协助评估PM/DM患者的疾病活动程度。

3.4 局限性

       本研究存在一些局限性，本研究样本量较少，未进一步分类比较PM组与DM组患者的DTI定量参数研究结果，后期需要增加样本量继续研究。

4 结论

       综上所述，本研究通过定量测定PM/DM组水肿肌肉、未水肿肌肉及正常对照组的DTI参数，为临床治疗提供可量化的参考指标，其中ADC值在肌肉病变活动程度的评估中有重要意义，对于PM/DM具有重要的辅助诊断价值。