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编号:10493634
肌肉损伤磁共振成像的病理基础研究
http://www.100md.com 南京医科大学学报 2000年第5期第20卷 论著
     作者:洪汛宁 王德杭 王小宁 李麟荪

    单位:南京医科大学第一附属医院放射科,南京 210029

    关键词:肌肉损伤;磁共振成像;动物;实验

    南京医科大学学报000512 摘 要 目的 探讨肌肉损伤后磁共振成像(MRI)的信号变化与病理改变之间的关系。方法 采用14只灰兔建立肌肉损伤的动物模型,损伤后即刻、1、3、5、7、10、14、18、22、26、32、38、44天分别行MRI检查,损伤后即刻、1、3、5、7、14、21、35天分别处死1只兔子并进行光镜和电镜检查。结果 MRI表现,肌肉损伤后即刻T1加权像(T1WI)表现为大片境界模糊稍高信号影,7天信号强度达到高峰,但境界清楚,范围缩小;高信号维持40天以上。T2加权像(T2WI)上,损伤后即刻表现为境界模糊的范围较广泛的高信号区,5~7天时信号达到高峰,境界变清,范围缩小,以后信号强度逐渐下降,44天时基本恢复正常。病理改变:光镜下主要表现为出血、水肿、肌肉变性坏死及炎性细胞浸润;3天时变化最为明显;14天后基本恢复正常。电镜主要表现为肌纤维变性水肿、自溶,线粒体变大,肌膜下肌浆网扩张,肌节模糊,胶原和线粒体增生,肌纤维间可见大小不等的高电子密度颗粒,电镜下病理改变的峰值在5~7天,但一些异常改变可持续40天以上。结论 MRI软组织对比度好,并能准确地反映病理变化,是肌肉损伤首选的影像学检查方法,特别是在T2WI脂肪抑制序列。
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    中图号 R445.2;R641

    Experimental Study of Relationship between Pathological Changes and MRI of Muscle Injury

    Hong Xunning, Wang Dehang, Wang Xiaoning, et al.

    (Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, Nanjing 210029)

    Abstract Objective To explore the relation between the signal changes of image of MRI and pathological changes from posttraumatic muscles. Methods Muscle injury models on 14 rabbits were set up and immediately imaged with MRI and then repeated on 1st, 3rd, 5th, 7th, 10th, 14th, 18th, 22nd, 26th, 32nd, 38th, 44th days after trauma. Randomly selected eight rabbits were sacrificed to obtain the samples of injured muscle tissue for light microscopic and electron microscopic immediately studies and then on 1st, 3rd, 5th, 7th, 14th, 21st, 35th days respectively. Results The injured muscle immediately showed patchy high signal on T1WI. The margin of signal was blurred. It became higher and well demarcated on the 7th day. The high signal slowly dropped and kept high more than 40 days. On T2WI it showed conspicuous high signal immediately but the margin of high signal was obscure. The margin became sharp and the high signal got up to the peak on 5th to 7th day. Then the high signal dropped gradually and approached normal on the 44th day. The pathological changes included hemorrhage, edema, degeneration, muscular necrosis and infiltration of inflammatory cells. They are more obvious on 3rd day. The ultrastructural changes were muscular fiber edema, autolysis, mitochondrion enlargement, submyolemma sarcoplasmic reticulum dilation, myotome obscure, collagen and mitochondrion hyperplasia. There were variant high electronic density granules among muscular fibers. The ultrastructural changes were utmost distinct on 5th to 7th day and some abnormal changes kept at least 40 days. Conclusion MRI is the best choice for image of muscle injury because of its superior inherent contrast resolution and close correlation with ultrastructural changes, especially in T2WI with fat suppression.
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    Key words muscle trauma; MRI; animal, poisonou

    肌肉损伤临床较为常见,但对其损伤的范围及严重程度临床上常难以判断。MRI有良好的组织分辨率,有学者曾对肌肉拉伤[1,2]和肌肉出血[3]的MRI表现作过报道,认为很有价值。但对实验动物肌肉重物砸伤的MRI变化过程及其病理基础还缺乏研究。我们试图通过动物实验,了解损伤部位MRI信号强度变化及其动态恢复情况与病理变化之间关系,以便对MRI的信号特征有更深入的认识。

    1 材料与方法

    1.1 模型建立[4,5]

    雌性灰兔14只,3%异戊巴比妥钠(1.3~1.5 ml.kg-1)腹腔麻醉,麻醉满意后将灰兔固定,右小腿中部垫一层1 cm厚的纱布防止皮肤损伤,将其置于自制的重力制伤机下,重锤0.4 kg,底面直径1.5 cm,导向管长30 cm,自由落高40 cm,同一部位连续打击4次,重物打击的力量为3.5 N/(m.cm2)。
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    1.2 MRI检查

    损伤后即刻、1、3、5、7、10、14、18、22、26、32、38、44天分别行MRI检查。MRI机器为西门子Magneton Impact Expert 1.0T超导磁共振机,用头线圈。自旋回波(SE)序列T1WI轴位扫描感兴趣区(FOV)160 mm,重复时间(TR)/回波时间(TE)600/15 ms,采集次数3次,矩阵192×256,层厚5 mm;TSE(快速SE)序列T2WI(FS)轴位和矢状位FOV 160 mm,TR/TE 3 500/99 ms,11个回波链,矩阵154×256,采集次数4次,层厚5 mm。测量轴位T1WI、T2WI损伤部位及正常横纹肌的信号强度值,T1WI与T2WI测量的部位在同一层面,位置相同,并且尽可能保证整个实验过程测量位置相同。

    1.3 肉眼观察

    观察兔子进食量与活动量。
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    1.4 病理检查

    损伤后即刻、1、3、5、7、14、21、35天分别随机抽取1只灰兔,处死后立即取样,10%福尔马林固定,进行病理检查。采用苏木精-伊红染色,光镜观察。另取标本用2%戊二醛固定,进行电镜检查。

    2 结 果

    2.1 损伤后兔子进食量

    由正常200~250 g下降为100~150 g,活动减少,7天进食量及活动基本恢复正常。

    2.2 MRI观察

    损伤后即刻,损伤侧肢体明显肿胀增粗,T1WI为片状模糊的稍高信号影,1~3天时为片状高信号影,7天时高信号区的境界变得清楚,且面积开始逐渐减少,10天左右其信号强度达到高峰,以后信号强度稍下降,维持40天以上(图1)。其信号强度平均值()=963.6,标准差(s)=82.2,变异系数(CV)=8.5%,健侧=618.5,s=24.4,CV=3.9%,两组信号强度值经单因素方差分析,F=151.8,P<0.01。损伤后即刻T2WI信号明显增高,表现为广泛的片状高信号影,境界模糊不清,7天时仍为明显高信号,但范围明显缩小,境界变得清楚,5~7天时信号最高,以后随时间推移,信号逐渐减低,境界变得更清楚,范围也越来越小(图2)。损伤侧=725.3,s=289.6,CV=39.9%;健侧=99.6,s=9.2,CV=9.2%,两组信号强度值经单因素方差分析,F=60.6,P<0.01。T2WI矢状位扫描可清晰显示病变的上下范围,其信号变化特点与T2WI轴位扫描相同。
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    图1 T1WI信号强度变化示意图

    图2 T2WI(FS)信号强度变化示意图

    2.3 病理结果

    光镜下,损伤后3天内主要表现为局部血管扩张充血、炎性细胞浸润、出血、水肿及肌肉变性、坏死等;5天,局部轻度水肿、血管扩张及少量出血;1周后水肿完全消失,肌纤维无明显异常,横纹肌内纤维组织增生;14天后未见明显异常改变(表1)。电镜下,损伤后即刻主要表现为肌膜下肌纤维变性、局部急性水肿,肌膜下肌浆网扩张,肌节排列紊乱、模糊,线粒体变大;1天为肌纤维水肿,脱髓鞘样变性,局灶性线粒体增生;3天为局灶性坏死,肌纤维自溶,线粒体增生;7天为肌膜呈锯齿样突起,线粒体增生融合;14天为肌膜外胶原增生,水肿不清楚,线粒体增生,其内高电子密度基质颗粒增多;3周局部肌纤维断裂,线粒体增生,可见巨线粒体,线粒体内局部密度增高,线粒体变性,肌纤维间可见细小高电子密度颗粒;5周肌纤维结构正常,线粒体无增生,可见脱髓鞘样变性,肌纤维之间仍可见高电子密度颗粒。
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    表1 肌肉损伤后不同时间光镜观察结果 损伤后

    时间

    横纹肌

    变性

    横纹肌

    坏死

    血管扩

    张充血

    炎性细

    胞浸润

    出血

    水肿

    其 他
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    即刻

    +

    -

    +++

    +

    +

    +

    1天

    +

    +

    ++

    ++

    +

    +
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    肌间脂肪增生

    3天

    ++

    +

    +++

    +++

    ++

    +

    纤维母细胞

    5天

    -

    -

    +

    极微量
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    +-

    +

    7天

    -

    -

    -

    极个别

    -

    -

    肌内纤维增生

    14天

    -

    -

    -
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    极个别

    -

    -

    少量纤维

    21天

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    35天

    -

    -
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    -

    -

    -

    -

    3 讨 论

    肌肉损伤在临床工作中较常见,特别是运动员肌肉损伤时更需要一种很好的方法来了解肌肉损伤的部位、范围及损伤程度,以了解何时可以恢复,可以重新开始训练及预防再发生损伤。MRI软组织对比度好,除轴位外,还能做矢状面、冠状面及斜位成像,能清晰显示四肢关节及肌肉的解剖关系,可以明确显示肌肉损伤的大小范围[1,2]。Fisher等[4]报道了大鼠肌肉损伤的超微病理变化,但他做的损伤较轻,也未研究影像学改变情况。考虑到损伤较轻时影像学改变可能不明显,本组实验兔子后肢受到的打击冲量较大,病理改变明显,并与影像学表现进行对照,发现MRI能反映电镜下的某些变化。
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    本实验显示灰兔肌肉损伤后,MRI上信号变化规律与血红蛋白的演变有一定关系,但又不同于血肿的变化,其变化规律如下:损伤后T1WI信号强度轻度增高,表现为片状模糊的稍高信号影,T2WI为广泛的片状高信号影,境界模糊不清,病理上表现为肌纤维变性水肿及出血,这时MRI上的T1WI与T2WI高信号是由于RBC内有脱氧血红蛋白(DHb)及高铁血红蛋白(MHb)与水肿共同作用的结果;5~7天RBC已崩解变为游离的MHb,游离的MHb在T1WI与T2WI均为高信号,这种高信号可以维持40天以上;7天左右水肿消失,MRI上高信号的境界亦变得清楚,而此时兔子的进食与活动也接近正常,说明MRI上高信号的境界变得清楚,可以反映病理水肿的消失,也能反映功能的恢复;病理改变在3天时最为明显,而电镜上线粒体增生在7天时最为明显,与MRI上T2WI信号变化相一致,说明MRI上的高信号可以反映超微结构的改变。14天时光镜下病理改变已恢复正常,而电镜上可见线粒体增生,其内含有较多的高电子密度基质颗粒。可能就是这种改变导致了T1WI与T2WI的高信号。线粒体寿命一般为10天,线粒体崩解后,其内基质颗粒也分解形成肌纤维之间细小的高电子密度颗粒。3周后肌纤维间可见细小的高电子密度颗粒,它们可能导致了磁共振上的高信号。我们在整个实验过程中始终未见到类似血肿晚期的低信号环,可能与出血量较少、未形成血肿有关,病理上也未出现血肿后期在血肿周围吞噬大量含铁血黄素颗粒的巨噬细胞。
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    本文显示MRI上T1WI与T2WI均可以反映肌肉损伤部位、范围,T1WI上信号变化均表现为增高,信号变化曲线不明显,而T2WI(FS)的变化曲线与电镜改变较为一致,更能反映肌肉损伤及恢复情况。

    MRI上观察肌肉损伤,需综合考虑信号的强度值变化及异常信号的边缘情况,异常信号的边缘模糊不清,考虑有水肿存在,病变为急性期,此时往往有功能障碍存在。如果T1WI与T2WI均为高信号并且境界清楚,病变为亚急性期或慢性期,临床上不一定有功能障碍。肌肉损伤后MRI的信号变化规律与临床表现并不完全一致,MRI上显示水肿吸收时肌肉损伤的临床症状也接近正常,在亚急性期或慢性期临床上不一定有症状,甚至在光镜上也表现正常,但电镜上仍可见线粒体增生和其内的高电子密度基质颗粒以及肌纤维间细小的高电子密度颗粒,说明MRI可以反映肌肉损伤的超微结构病理改变。

    参考文献

    1,Hiroshi Y, Izumi A, Mamoru N, et al. MRI of muscle strain injuries. JCAT, 1994,18:454
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    2,Speer KP, Lohnes J, Garrett WE Jr. Radiographic imaging of muscle strain injury. Am J Sports Med, 1993,21:89

    3,Georges CD, Madeleine RF, Hedvig H, et al. MR imaging of intramuscular hemorrhage. JCAT, 1985,9:908

    4,Fisher BD, Baracos VE, Shnitka TK, et al. Ultrastructural events following acute muscle trauma. Med Sci Sports Exerc, 1990,22:185

    5,李文荣,马林儒.冷疗对家兔软组织创伤的实验观察.中华理疗杂志,1994,17(3):146

    (2000-01-20收稿)

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