T2-mapping定量評(píng)估脊髓性肌萎縮癥嚴(yán)重程度

胡穎熠,黃楊,陳太雅,方佃剛,路新國,王景剛,李志勇

脊髓性肌萎縮癥(spinal muscular atrophy,SMA)是兒童最常見的致命性常染色體隱性遺傳病之一[1],發(fā)病率為1/10000～1/6000[2],以肢體近端為主的進(jìn)行性、對(duì)稱性的肌無力和肌萎縮為主要臨床表現(xiàn)[3]。根據(jù)患兒起病年齡和獲得的最大運(yùn)動(dòng)能力,將SMA分為0～Ⅳ型。研究證明諾西那生鈉靶向治療能明顯改善SMA患兒的運(yùn)動(dòng)功能[4],且越早接受治療,患兒預(yù)后越好[5-6]。然而,目前臨床常用的運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估方法尚不能評(píng)估單個(gè)肌肉的功能變化,且高度依賴于患者的依從性[7]。因此,一種無創(chuàng)、客觀、敏感和可重復(fù)性高的方法對(duì)于SMA的疾病監(jiān)測(cè)及療效評(píng)估具有重要臨床價(jià)值。

磁共振成像軟組織分辨率高,能早期和直觀地顯示肌肉受損情況[8-9]。與常規(guī)MRI相比,定量MRI能更可靠地反映神經(jīng)肌肉疾病的肌肉組織特征[10-11],包括T2-mapping技術(shù)、水-脂化學(xué)位移成像和磁共振波譜成像等[12-15]。其中,T2-mapping技術(shù)通過定量測(cè)量肌肉T2值來反映肌肉的特性,目前將此技術(shù)應(yīng)用于SMA疾病的研究報(bào)道較少見[16-17]。本研究基于T2-mapping技術(shù)探討SMA患兒大腿肌肉受累情況及分布模式,評(píng)估肌肉T2值與臨床指標(biāo)的相關(guān)性。

材料與方法

1.研究對(duì)象

將2022年2月-2022年11月在本院神經(jīng)肌肉疾病中心確診的28例SMA患者納入本研究。納入標(biāo)準(zhǔn):經(jīng)多重連接依賴探針擴(kuò)增技術(shù)(multiplex ligation-dependent probe amplification,MLPA)檢測(cè)出SMN1基因7、8外顯子缺失而可配合完成MRI檢查和臨床評(píng)估。排除標(biāo)準(zhǔn):①除SMA以外,有可能改變骨或肌肉代謝的任何其它慢性疾病的病史;②有MRI檢查禁忌證;③臨床資料不完整。所有臨床評(píng)估均在MRI檢查后1個(gè)月內(nèi)進(jìn)行。

本研究已獲得本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(2021116)。所有受試者由其父母或監(jiān)護(hù)人簽署了知情同意書。

2.運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估

由一位兒童康復(fù)科醫(yī)師(具有10年工作經(jīng)驗(yàn))采用漢默史密斯功能運(yùn)動(dòng)量表擴(kuò)展版(Hammersmith Functional Motor Scale Expanded,HFMSE)對(duì)所有受試者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估。HFMSE共包括33個(gè)評(píng)估項(xiàng)目,分值范圍為0～66[18-19]。

3.MRI檢查方法

使用Philip Ingenia 3.0T超導(dǎo)磁共振成像儀和16通道體部相控陣列線圈。不能配合者在檢查前采用10%水合氯醛(0.5 mL/kg)進(jìn)行灌腸,最大劑量不超過10 mL。掃描時(shí)患者取仰臥位、足先進(jìn)、大腿自然放松狀態(tài),以大腿中段為中心進(jìn)行掃描,掃描范圍自雙側(cè)髂前上棘至股骨遠(yuǎn)端,總掃描時(shí)間約20 min,各序列掃描參數(shù)如下。①橫軸面DIXON-T1WI:TR 700 ms,TE 9 ms,層厚5 mm,層間距1 mm,視野280 mm×200 mm,采集次數(shù)1,翻轉(zhuǎn)角8°;②橫軸面DIXON-T2WI:TR 3500 ms,TE 65 ms,層厚5 mm,層間距1 mm,視野280 mm×200 mm,采集次數(shù)1,翻轉(zhuǎn)角90°;③橫軸面T2-mapping:回波鏈長度6,TR 2000 ms,TE分別為13、26、39、52、65和78 ms,層厚5 mm,層間距2 mm,視野280 mm×180 mm,采集矩陣243×188,體素大小1.15 mm×0.95 mm×5.00 mm,掃描時(shí)間6.5 min。

4.圖像分析和測(cè)量

由一位經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師(工作經(jīng)驗(yàn)>8年)進(jìn)行MRI圖像分析和數(shù)據(jù)測(cè)量。先在T1WI圖像(解剖像)上分別選取骨盆肌肉(臀大肌、闊筋膜張肌)和大腿肌肉(股直肌、股內(nèi)側(cè)肌、股外側(cè)肌、股中間肌、縫匠肌、半膜肌、半腱肌、股二頭肌長頭肌、大收肌、長收肌和股薄肌)的最大橫截面,沿各條肌肉邊界的內(nèi)側(cè)約1 mm處勾畫ROI,然后將其復(fù)制到T2-mapping圖像,由Phillips后處理工作站自動(dòng)得到各肌肉的T2值。肌肉平均T2值由所測(cè)量的13塊肌肉的T2值取平均值所得。

4.統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料中符合正態(tài)分布者以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,不符合者以中位數(shù)(上、下四分位數(shù))表示。采用方差分析比較13塊肌肉之間T2值的差異,并應(yīng)用LSD-t檢驗(yàn)對(duì)各肌肉T2值進(jìn)行兩兩比較。采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較Ⅱ、Ⅲ型患者股二頭肌長頭T2值的差異,應(yīng)用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較Ⅱ、Ⅲ型患者其余12條肌肉T2值、肌肉平均T2值、HFMSE評(píng)分及年齡的差異。采用Spearman相關(guān)性分析評(píng)估肌肉T2值與年齡、BMI及HFMSE評(píng)分之間的相關(guān)性。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.患者的基本資料

28例SMA患兒,Ⅱ型15例,Ⅲ型13例;年齡1.3～13.7歲,平均(6.6±3.1)歲;HFMSE評(píng)分為2～64,平均(28.5±18.9);BMI為10.9～31.5 kg/m2,中位數(shù)16.5(13.5,19.1)kg/m2,13塊肌肉的平均T2值的取值范圍為42.9～70.1 ms,均數(shù)為(56.3±8.5)ms。

2.各肌肉的T2值對(duì)比

13塊肌肉T2值的總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=7.755,P<0.001)。對(duì)13條肌肉的T2值進(jìn)行組間兩兩比較,結(jié)果見表1。其中,T2值最高者為臀大肌[(63.3±11.9)ms],其次為股外側(cè)肌[(61.4±9.9)ms];T2值最低者為長收肌[(42.5±4.5)ms],其次為半膜肌[(51.6±7.6)ms]。長收肌的T2值明顯低于其它肌肉,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(5.050≤t≤7.409,P均≤0.001)。

表1 13條肌肉間兩兩比較LSD-t檢驗(yàn)的t值表

彩色編碼分布圖可直觀顯示13塊肌肉的T2值呈異質(zhì)性分布,可提供有效的視覺評(píng)估(圖1、2)。

圖1 女,9歲,Ⅲ型SMA。a)骨盆橫軸面T2彩色編碼圖示臀大肌呈綠色(黑箭), 表明其T2值明顯高于前方呈藍(lán)色的闊筋膜張肌(白箭);b)骨盆橫軸面T1WI,顯示骨盆肌肉的解剖結(jié)構(gòu)。 圖2 女,5歲,Ⅱ型SMA。a)大腿橫軸面T2值彩色編碼圖,示長收肌呈藍(lán)-黑混雜色(白箭),其余肌肉以黃-綠色為主,表明長收肌T2值明顯低于同層面的其它肌肉;b)大腿橫斷面的T1WI,顯示大腿層面肌肉的解剖結(jié)構(gòu)。

3.Ⅱ、Ⅲ型SMA臨床資料和肌肉T2值的比較

Ⅱ、Ⅲ型SMA組臨床資料和肌肉T2值的比較結(jié)果見表2。Ⅱ型SMA患兒闊筋膜張肌T2值顯著高于Ⅲ型,Ⅱ型SMA組的HFMSE評(píng)分和年齡明顯低于Ⅲ型組,差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);而其余各條肌肉的T2值、13塊肌肉平均T2值及BMI在兩組之間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表2 Ⅱ、Ⅲ型SMA患者臨床資料和肌肉T2值的比較

4.肌肉T2值與臨床指標(biāo)的相關(guān)性

SMA患者肌肉T2值與臨床指標(biāo)的相關(guān)性見表3。SMA患者肌肉平均T2值與HFMSE評(píng)分呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.657,P<0.001),與BMI和年齡無顯著相關(guān)性(P>0.05);BMI與年齡無顯著相關(guān)性(P>0.05);HFMSE評(píng)分與BMI和年齡均無顯著相關(guān)性(P>0.05)。

表3 年齡、BMI、HFMSE與T2的相關(guān)性

除股中間肌(r=-0.374,P=0.05)、長收肌(r=-0.250,P=0.200)和半腱肌(r=-0.366,P=0.055)之外,其它肌肉的T2值與HFMSE評(píng)分均呈顯著負(fù)相關(guān)(-0.690≤r≤-0.386,P<0.05)。其中,闊筋膜張肌的T2值與HFMSE評(píng)分的相關(guān)性最高(r=-0.690,P<0.001;圖3)。此外,在Ⅱ型與Ⅲ型患者中,肌肉平均T2值均與HFMSE評(píng)分呈高度負(fù)相關(guān)(r=-0.696、-0.724,P均<0.01),而與年齡和BMI均無顯著相關(guān)性(P均>0.05)。

圖3 SMA患者闊筋膜張肌T2值與HFMSE相關(guān)性。

討 論

SMA的發(fā)病機(jī)制是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元生存基因1(survival motor neuron gene1,SMN1)發(fā)生缺失或突變,導(dǎo)致其編碼的SMN蛋白水平降低,引起α神經(jīng)元的缺失和進(jìn)行性肌肉萎縮[20-21]。目前通過提高SMN蛋白水平的病因治療方法已經(jīng)取得顯著進(jìn)展[3,22]。多項(xiàng)臨床試驗(yàn)及長期隨訪研究結(jié)果均表明,以諾西那生鈉為代表的針對(duì)SMN靶點(diǎn)的反義寡核苷酸藥物可以維持甚至顯著改善SMA患者的運(yùn)動(dòng)功能,并且顯著增加SMA患者的無事件生存時(shí)間[23-24],且患者的預(yù)后與接受治療的時(shí)間早晚相關(guān)[5]。

HFMSE是一項(xiàng)由33個(gè)項(xiàng)目組成的功能評(píng)估量表,有較高的評(píng)分者信度,且與用于評(píng)估SMA嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物有很好的相關(guān)性[25],適用于2型和3型脊髓性肌萎縮癥中能走動(dòng)的患者。但目前用于反映SMA肌肉損傷的臨床運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估方法仍不夠敏感,不足以監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)程或治療過程中的微小變化[26]。

MRI是活體研究骨骼肌解剖及組織特征的有力且無創(chuàng)性工具[27-28],既往主要通過定性或半定量方法研究肌肉內(nèi)脂肪浸潤程度以及測(cè)量肌肉體積來評(píng)估SMA患者的肌肉受累情況[18,29,30]。然而,半定量評(píng)價(jià)具有主觀性,且肌肉體積無法準(zhǔn)確反映肌肉的細(xì)微改變。T2-mapping可定量測(cè)量組織的T2值,即橫向弛豫時(shí)間。當(dāng)肌肉組織出現(xiàn)炎癥、水腫、脂肪浸潤或纖維化等病理生理學(xué)改變時(shí),水分子運(yùn)動(dòng)受限,肌肉的T2值則會(huì)延長。SMA患者肌肉的去神經(jīng)支配常常導(dǎo)致肌肉的水腫和脂肪浸潤[17,31],這兩者均會(huì)增加肌肉的T2值。本研究通過T2-mapping技術(shù)定量測(cè)量SMA患兒臀部及大腿13塊肌肉的T2值,結(jié)果顯示臀大肌的T2值最高,其次為股外側(cè)肌,長收肌的T2值明顯低于其它肌肉(P<0.05)。這種骨盆及大腿前部肌群受累較重、長收肌等內(nèi)側(cè)肌群受累相對(duì)輕微的受累模式與既往報(bào)道相一致[29],提示SMA疾病的肌肉受累模式存在一定規(guī)律,其潛在機(jī)制尚不完全清楚,可能與解剖及功能特點(diǎn)有關(guān),即這些受累輕微的肌肉均為較薄弱的帶狀肌,在人體活動(dòng)中主要起協(xié)調(diào)作用而受力相對(duì)較小[32]。本研究結(jié)果表明T2-mapping可以準(zhǔn)確地評(píng)估個(gè)體肌肉的受累情況,其中T2值彩色編碼圖可快速、直觀地顯示各肌肉受累程度的差異。

已有研究描述了Ⅱ型和Ⅲ型SMA患者在MRI上大腿肌肉受累程度的差異[29]。本研究結(jié)果顯示,Ⅱ型患兒的HFMSE評(píng)分明顯低于Ⅲ型患兒,Ⅱ型患兒的闊筋膜張肌T2值顯著高于Ⅲ型患兒,證實(shí)了Ⅱ型患兒臨床功能更差,大腿肌肉受累情況較Ⅲ型更為嚴(yán)重。這表明T2-mapping可作為客觀的定量技術(shù)在一定程度上反映SMA患者的臨床運(yùn)動(dòng)能力,且有助于區(qū)分Ⅱ型與Ⅲ型SMA患者,其中闊筋膜張肌的T2值可能是反映疾病嚴(yán)重程度、區(qū)分兩型患兒的有效指標(biāo)。此外,Ⅱ、Ⅲ型患兒的年齡也存在顯著差異。由于目前尚缺乏對(duì)疾病變化規(guī)律和自然進(jìn)程的明確解釋,我們?nèi)孕枰诓煌膊☆愋偷谋容^研究中進(jìn)一步探索。

本研究結(jié)果表明在Ⅱ型、Ⅲ型及所有患者中,肌肉平均T2值與HFMSE評(píng)分均呈高度負(fù)相關(guān),即患者運(yùn)動(dòng)功能越差,肌肉的平均T2值越高,也進(jìn)一步說明T2值可以反映SMA患者的病情嚴(yán)重程度。其中,對(duì)于個(gè)體肌肉而言,闊筋膜張肌的T2值與HFMSE的相關(guān)系數(shù)最大,提示該肌肉T2值與疾病嚴(yán)重程度最相關(guān),說明闊筋膜張肌可能是反映疾病活動(dòng)度的理想目標(biāo)肌肉,這對(duì)SMA患者的病情監(jiān)測(cè)和療效評(píng)估具有重要的臨床意義,當(dāng)然這仍需進(jìn)一步大樣本研究來驗(yàn)證。此外,在Ⅱ型、Ⅲ型及所有患者中,肌肉平均T2值均不隨年齡增長而增加,提示SMA是一種相對(duì)穩(wěn)定的疾病,這與既往研究的結(jié)論相一致[18]。這可能與SMA不同分型的起病年齡及能達(dá)到的最大運(yùn)動(dòng)功能本就存在差異有關(guān),未來需通過縱向研究監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展過程中患者骨盆及大腿各肌肉T2值的變化情況。

本研究存在一定的局限性。首先,由于患者年齡小、掃描時(shí)間較長等限制,本研究缺乏與同齡健康對(duì)照組的比較。其次,我們納入的患者數(shù)量偏少,有待在今后的研究中增加樣本量來進(jìn)一步研究和論證我們的結(jié)果。此外,本研究?jī)H在橫斷面探討T2-mapping評(píng)估SMA疾病嚴(yán)重程度及分析肌肉受累模式的潛在價(jià)值,未來將通過該技術(shù)縱向比較患兒治療前后T2值的變化,以進(jìn)一步確定T2-mapping對(duì)疾病療效及預(yù)后評(píng)估的臨床意義。最后一點(diǎn),本研究中未將T2-mapping技術(shù)與DTI和Dixon脂肪定量技術(shù)等其它相關(guān)技術(shù)進(jìn)行比較,DTI可通過檢測(cè)水分子的擴(kuò)散情況來評(píng)價(jià)骨骼肌結(jié)構(gòu)的改變[12,33],Dixon脂肪定量技術(shù)則通過肌肉脂肪分?jǐn)?shù)來精確評(píng)估肌肉的脂肪浸潤情況,多模態(tài)MRI定量參數(shù)間的比較及聯(lián)合應(yīng)用對(duì)疾病的進(jìn)展和療效評(píng)估應(yīng)該具有更重要的意義。

總之,T2-mapping技術(shù)能客觀定量評(píng)估SMA患兒疾病的嚴(yán)重程度,有助于識(shí)別該疾病的肌肉受累模式。闊筋膜張肌T2值可區(qū)分Ⅱ型與Ⅲ型SMA患者,此塊肌肉可能是反映患者臨床運(yùn)動(dòng)功能的理想目標(biāo)肌肉。