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经验交流
磁共振扩散张量成像对正常女性尿道括约肌复合体及肛提肌结构的分析研究
张静 杨子涛 赵志恒 吴玥 程敬亮 车英玉

Cite this article as: Zhang J, Yang ZT, Zhao ZH, et al. Analysis of the structure of normal female urethral sphincter complex and levator ani muscles by magnetic resonance diffusion tensor imaging[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(4): 128-131.本文引用格式:张静, 杨子涛, 赵志恒, 等. 磁共振扩散张量成像对正常女性尿道括约肌复合体及肛提肌结构的分析研究[J]. 磁共振成像, 2022, 13(4): 128-131. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.04.025.


[摘要] 目的 利用3.0 T MR扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技术探讨分娩和年龄对正常女性尿道括约肌复合体及肛提肌结构的影响变化,为分析盆底功能障碍的发病机制提供客观依据。材料与方法 前瞻性纳入103例无盆底功能障碍的女性志愿者,根据有无分娩史分为正常对照组24例和经产妇组79例,然后再将经产妇组按年龄段分为≤30岁组(19例)、31~44岁组(22例)、45~59岁组(27例)和≥60岁组(11例)四个亚组。采用二维扩散加权横断自旋梯度回波(spin-echo-gradient-recalled echo,SE-GRE)脉冲序列对所有受试者行盆底DTI检查,测量尿道中段环形括约肌、纵行肌、耻骨直肠肌及髂尾肌肌纤维的DTI参数,包括各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值、三个特征值(λ1,λ2,λ3),分析分娩史及不同年龄对尿道及肛提肌的微观组织结构的影响。结果 (1)经产妇组中≤30岁组耻骨直肠肌FA值较正常对照组小,差异有统计学意义(t=2.206,P=0.030);(2)经产妇组中不同年龄组间尿道中段环形括约肌ADC值、λ2值及λ3值之间比较,差异均有统计学意义(F=3.547、4.105、3.596,P=0.018、0.009、0.017),尿道中段纵行肌DTI各参数比较,差异无统计学意义(P>0.05);(3)经产妇组中不同年龄组间耻骨直肠肌FA值、ADC值、λ1值及λ2值之间比较,差异均有统计学意义(F=8.071、6.051、6.672、3.688,P<0.001、P=0.001、P<0.001、P=0.013);(4)经产妇组中不同年龄组间髂尾肌FA值、ADC值及λ3值之间比较,差异均有统计学意义(F=5.676、3.110、5.175,P=0.001、0.028、0.002)。结论 分娩史主要影响耻骨直肠肌的微观结构,年龄因素对尿道环形括约肌及肛提肌微观结构的改变有一定的影响,DTI技术对观察盆底肌结构和评估微结构变化具有重要价值。
[Abstract] Objective To explore the influence of delivery and age on the microtissue structure of urethral sphincter complex and levator ani muscles in normal female by 3.0 T MR diffusion tensor imaging, and to provide an objective basis for analyzing the pathogenesis of pelvic floor dysfunction.Materials and Methods Prospectively, 103 women without pelvic floor dysfunction were collected and divided into 24 cases in the normal control group and 79 cases in the menstrual group based on the presence or absence of the history of delivery, and then the menstrual group was divided by age group into those ≤30 years (19 cases), 31-44 years (22 cases), 45-59 years (27 cases) and ≥60 years old group (11 cases). A two-dimensional diffusion-weighted transverse spin-gradient echo (SE-GRE) pulse sequence was used to perform pelvic floor diffusion tensor imaging (DTI) in all subjects, and DTI parameters, including fraction anisotropy (FA), apparent diffusion coefficient (ADC) values, and three eigenvalues (λ1, λ2, and λ3) were measured in the middle urethral circle sphincter, longitudinal muscle, puborectalis muscle, and iliococcygeus muscle fibers to .analyze the effects of delivery history and different age groups on the microstructure of the urethra and levator ani muscles.Results (1) The FA value of the puborectalis muscle in the group under 30 years was smaller than that of the normal control group in the menstrual group, and the difference was statistically significant (t=2.206, P=0.030); (2) There was a statistically significant difference between ADC values, λ2 values and λ3 values of the middle urethral ring sphincter between different age groups in the transmaternal group (F=3.547, 4.105, 3.596, P=0.018, 0.009, 0.017), but there was no statistically significant difference in the DTI parameters of the longitudinal muscle of the middle urethra (P>0.05); (3) In the multiparous women group, the FA value, ADC value, λ1 value and λ2 value of the puborectalis muscle were compared between different age groups, and the differences were statistically significant (F=8.071, 6.051, 6.672, 3.688, P<0.001, P=0.001, P<0.001, P=0.013); (4) In the multiparous female group, the FA value, ADC value and λ3 value of the iliococcygeus muscle were compared between different age groups, and the differences were statistically significant (F=5.676, 3.110, 5.175, P=0.001, 0.028, 0.002).Conclusions Delivery mainly affects the microstructure of the puborectalis muscle, the age factor has a certain influence on the microstructure changes of the urethral annular sphincter and levator ani muscles. DTI technology is of great value in observing the pelvic floor muscle structure and evaluating the microstructure changes.
[关键词] 扩散张量成像;尿道括约肌复合体;肛提肌;年龄;分娩;盆底功能障碍
[Keywords] diffusion tensor imaging;urethral sphincter complex;levator ani muscles;age;delivery;pelvic floor dysfunction

张静    杨子涛    赵志恒    吴玥    程敬亮    车英玉 *  

郑州大学第一附属医院磁共振科,郑州 450052

车英玉,E-mail:cheyingyujia@126.com

作者利益冲突声明:全体作者均声明无利益冲突。


收稿日期:2021-12-10
接受日期:2022-04-01
中图分类号:R445.2  R322.46 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.04.025
本文引用格式:张静, 杨子涛, 赵志恒, 等. 磁共振扩散张量成像对正常女性尿道括约肌复合体及肛提肌结构的分析研究[J]. 磁共振成像, 2022, 13(4): 128-131. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.04.025

       盆底肌是女性盆底的重要组成部分,其功能障碍是盆底功能障碍疾病(pelvic floor dysfunction,PFD)的重要原因,PFD常导致一系列症状,包括盆腔器官脱垂、大小便失禁、排便障碍、盆腔疼痛、会阴肿胀和性功能障碍等[1, 2],影响50%中老年妇女的正常生活[3]。PFD的病因是多因素的,其中怀孕和年龄的增长被认为是主要的[4],因此探讨分娩和年龄对盆底肌肉的影响很有必要,尽管先前有研究者报道盆底肌肉与其他骨骼肌一样会随着年龄增大而出现形态学及功能学的改变[5],但从微观组织学方面定量分析尿道括约肌复合体和肛提肌的研究罕有报道。扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技术是MR功能成像的一种方法,通过非侵入性量化水分子的扩散及其方向各向异性,对微观组织进行定量描述,从而反映组织的完整性及功能状态[6],本研究的目的是基于DTI技术探讨分娩和年龄对女性尿道括约肌复合体及肛提肌微观结构的影响,从而为进一步探讨PFD发生的病理机制奠定基础。

1 资料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性纳入2020年7月至2021年9月于我院行盆腔磁共振检查的女性健康志愿者103例;根据有无分娩史分为正常对照组(未孕未产)24例,年龄23~30 (26.08±1.74)岁和经产妇组79例,年龄23~72 (44.08±13.46)岁,其中经产妇组根据年龄段再次进行分组[7, 8, 9],分为≤30岁组(19例)、31~44岁组(22例)、45~59岁组(27例)和≥60岁组(11例)四个亚组。纳入标准:(1)经盆底功能障碍问卷(pelvic floor distress inventory-short form 20,PFDI-20)调查无PFD疾病;(2)除剖宫产外未行其他盆腔手术;(3)盆腔内无明显占位。排除标准:(1)尿道及盆底肌形态或信号异常者;(2)盆腔器官脱垂者;(3) MRI检查禁忌证者。资料收集:采集受试者的一般资料,包括:年龄、体质量指数(body mass index,BMI)及产次。本研究经过医院伦理委员会审核批准(批号:2021-KY-0133-002),所有受试者均知情同意并签署知情同意书。

1.2 MRI检查方法

       使用德国西门子公司Skyra 3.0 T MR扫描仪,受检者仰卧位,头先进,使用18通道相控阵腹部线圈,以耻骨联合为中心,先行动静态MRI扫描,随后以尿道为中心,行DTI序列扫描。检查前30 min嘱所有受试者排空膀胱并充分训练受试者提肛及屏气后尽最大用力排空膀胱和直肠的动作(Valsalva动作)。

       扫描序列及参数:(1)静态扫描,采用快速自旋回波(fast spin echo,TSE)序列分别进行横断位、矢状位及冠状位T2WI扫描,扫描参数:TR 2200 ms,TE 86 ms,FOV 240 mm×240 mm,矩阵384×257,层厚3 mm,层间距0.6 mm,上述序列中排除盆腔内明显占位、尿道及盆底肌肉形态或信号异常者。(2)动态扫描,采用半傅里叶采集单次激发快速自旋回波(half-fourier acquisition single-shot turbo spin-echo,HASTE)序列行经尿道矢状位扫描,扫描参数:TR 2000 ms,TE 197 ms,FOV 280 mm×280 mm,矩阵320×288,层厚12 mm,层数1,扫描时间40 s,嘱患者在一次扫描时间内反复做Valsalva动作,共获得20个期相动态图像,重复扫描该序列3~4次,该序列排除盆腔器官脱垂患者。(3)横断位DTI序列,先行3D T1WI优化磁化准备快速梯度回波(magnetization preparing rapid gradient echo, MP-RAGE)序列,扫描参数:TR 1900 ms,TE 2.44 ms,TI 900 ms,FOV 240 mm×240 mm,矩阵256×192,层厚1 mm,层数144,该序列采集的图像作为解剖参考;DTI序列采用单次激发自旋回波-梯度回波成像(spin-echo-gradient-recalled echo,SE-GRE)序列,扫描参数:TR 8000 ms,TE 71 ms,FOV 256 mm×256 mm,矩阵122×122,层厚3 mm,间隔0 mm,层数30,b=0、400 s/mm2,扩散梯度方向30个,采集层面与3D横断位T1WI MP-RAGE序列层面一致。总扫描时间约30 min。

1.3 图像后处理和图像分析

       获得的原始图像在德国西门子syngo.via后处理工作站的Neuro 3D软件(版本:E11)上进行勾画感兴趣区域(region of interest,ROI)。T1WI MP-RAGE序列作为解剖参考图,于各向异性分数(fraction anisotropy,FA)彩色编码图中,将ROIs分别放置在尿道中段环形括约肌肌环中的3、6、9、12点钟和纵行肌肌环中的中央位置进行DTI参数测量(图1A);对盆底肌进行DTI参数测量时,选择在显示盆底肌最大层面上沿着肌肉走行进行手动勾画ROI (图1B),由于盆底肌肉结构纤细,故感兴趣区的选择缩小,避免部分容积效应,并在相邻的2个层面用同样的方法勾画ROI。随后将FA彩色编码图分别替换为ADC、λ1、λ2及λ3图,软件自动计算出相应肌纤维的FA值、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)值及三个特征值(λ1、λ2、λ3)。以上图像分析及数据测量由1名研究生和1名具有丰富阅片经验的影像科医师独立完成,所有数据分别测量3次后取平均值,最终数据为2名医师测量结果的平均值。

图1  各向异性分数(fraction anisotropy,FA)感兴趣区(region of interest,ROI)的放置示例图。1A:ROI放置在尿道中段环形括约肌肌环中的3、6、9、12点钟和纵行肌肌环中的中央位置;1B:沿左侧耻骨直肠肌的轮廓进行手动勾画ROI。

1.4 统计学方法

       利用SPSS 21.0统计软件进行数据分析与处理,以双尾P<0.05表示差异有统计学意义。使用Kolmogorov-Smirnov test对数据正态性进行检验,数据采用均数±标准差(正态分布)或M (Q1,Q3) (非正态分布),采用Levene test对数据方差齐性进行检验。采用两独立样本t检验分析正常对照组与年龄匹配的经产妇组的相关参数;采用单因素方差分析(正态性分布且方差齐)或Kruskal Wallis检验(偏态分布或方差不齐)比较经产妇各亚组DTI的相关参数。

2 结果

2.1 临床一般资料

       正常对照组与经产妇组在年龄、BMI方面差异无统计学意义(t=-1.735、-1.684, P=0.090、0.100);经产妇组中不同年龄组在BMI方面差异无统计学意义(F=1.004,P=0.396);经产妇组中不同年龄组的产次差异有统计学意义(K=9.949,P=0.019) (表1)。

表1  临床一般资料比较

2.2 DTI定量评估

       经产妇组中≤30岁组的耻骨直肠肌FA值较正常对照组小,差异有统计学意义(t=2.206,P=0.030),而尿道中段环形括约肌、尿道中段纵行肌和髂尾肌DTI各参数比较,差异无统计学意义(P>0.05) (表23)。经产妇组中不同年龄组间尿道中段环形括约肌的ADC值、λ2值及λ3值之间差异有统计学意义(F=3.547、4.105、3.596,P=0.018、0.009、0.017) (表2);尿道中段纵行肌DTI各参数比较,差异无统计学意义(P>0.05) (表2);耻骨直肠肌FA值、ADC值、λ1值及λ2值之间差异有统计学意义(F=8.071、6.051、6.672、3.688,P<0.001、P=0.001、P<0.001、P=0.013) (表3);髂尾肌FA值、ADC值及λ3值之间差异有统计学意义(F=5.676、3.110、5.175,P=0.001、0.028、0.002) (表3)。

表 2  各组间尿道中段环形括约肌、纵行肌DTI各参数测量值比较
表3  各组间耻骨直肠肌、髂尾肌DTI各参数测量值比较

3 讨论

       最新Meta分析发现女性分娩后出现尿失禁、盆腔器官脱垂及大便失禁症状分别为1/3、1/2、1/10,且患病率随产次的增加而增加,尤其初次分娩所造成的损伤最大,致使发病风险最高[10, 11, 12, 13]。另外,随着全球老龄化的加剧,PFD的患病率急剧上升,这将严重影响女性患者的生活质量、身体及心理健康状态等问题。目前国内已有少数文献报道了利用DTI技术对肛提肌的相关研究,但由于尿道括约肌复合体结构细微复杂,国内尚无有关报道。本研究首次利用DTI技术探讨分娩和年龄因素对正常女性尿道括约肌复合体和肛提肌微观结构的影响变化,结果显示:经产妇组中不同年龄组间尿道中段环形括约肌、耻骨直肠肌和髂尾肌ADC值、λ1值、λ2值及λ3值随年龄增加逐渐减小;FA值随年龄增加逐渐增大;≤30岁经产妇耻骨直肠肌FA值较正常对照组减小。这些发现为探讨女性盆底功能障碍发生机制提供了分子水平的影像依据。

3.1 尿道括约肌复合体微观结构的改变

       尿道括约肌复合体包括尿道外括约肌和尿道内括约肌,尿道外括约肌由环形的横纹肌组成;尿道内括约肌由环形和纵行平滑肌组成,其中外侧的环形平滑肌仅为纵行平滑肌的1/10[14]。由于环形平滑肌较薄,DTI尚无法将其与外括约肌区分,所以本研究中的尿道环形括约肌是指尿道外括约肌和尿道内括约肌的环形平滑肌,中央的纵行肌即纵行平滑肌。

       本研究发现经产妇组中不同年龄组间尿道中段环形括约肌随着年龄增长ADC值呈显著减小趋势,FA值差异虽无统计学意义,但有轻度增大趋势,与Roy等[15]利用DTI技术对不同年龄组的女性行盆底检查的研究结果相似。以往文献已经发现尿道外括约肌纤维的数量随着年龄的增加而减少,而尿道内括约肌变化不显著[16, 17],据此我们认为尿道中段环形括约肌ADC值与FA值的变化主要由尿道外括约肌变细造成,而与内括约肌中较薄的环形肌无显著关系。

       有研究表明λ1值反映肌肉纤维束的长度,λ2和λ3值反映肌肉纤维的长轴和短轴的直径[18, 19]。本研究中经产妇组不同年龄组间尿道中段环形括约肌随着年龄的增长,λ2值、λ3值呈减小趋势,提示随着年龄的增长,肌纤维直径变小,再次支持了以往的研究发现,即尿道外括约肌随着年龄的增长而发生萎缩[16]。另本研究发现不同年龄组间尿道纵行肌DTI各参数差异无统计学意义,说明年龄增长对纵行肌的影响并不显著,其微观组织学成分尚未发生明显变化,这与以往研究认为随着年龄的增加,尿道内括约肌纤维的数量变化不著相一致[16, 17]

3.2 肛提肌微观结构的改变

       本研究发现经产妇组不同年龄组间的耻骨直肠肌和髂尾肌FA值、ADC值与上述尿道外括约肌的变化一致。另外,本研究中经产妇组不同年龄组间耻骨直肠肌λ1值、λ2值及髂尾肌λ3值差异具有统计学意义,提示随着年龄的增长,耻骨直肠肌和髂尾肌肌纤维直径变小,其中耻骨直肠肌纤维束长度随着年龄的增长将会缩短。

       Cui等[20]研究发现初产妇组(产后6周)耻骨直肠肌FA值低于对照组,ADC值高于对照组,分析可能是因为耻骨直肠肌肌组织有序性的丧失或结构完整性的破坏,肌细胞的胞外区增加,正常的扩散异性被破坏。本研究与上述研究结果相比,耻骨直肠肌FA值与其一致,而ADC值虽大于正常对照组,但差异无统计学意义,我们认为可能是因本研究的经产妇组不是产后6周的女性,分娩过程造成的水肿程度随时间有所减轻所致。另外,本研究发现两组间的髂尾肌DTI各参数差异无统计学意义,本研究结果与Cui等[20]一致,提示经产妇组中≤30岁组的髂尾肌的微结构尚完整。

3.3 影响尿道括约肌复合体结构变化的分析

       有研究报道产妇在分娩过程中可导致不同程度的损伤,尽管有些损伤随着时间可以自然恢复,如水肿、骨折等,但肛提肌撕裂并不愈合[20, 21]。Krofta等[22]报道肛提肌最大绝对应力是耻骨直肌产生的,因此,耻骨直肠肌在阴道分娩期间更容易受伤。有研究报道肌肉水肿和肌纤维数量减少会扩大肌纤维之间的间隔,进而导致水分子扩散增加,使ADC值增大,水分子运动的方向性减弱,导致水分子的各向异性减少,即FA值减小[20]。然而,本研究发现经产妇组中≤30岁组与正常对照组的尿道中段环形括约肌和纵行肌DTI各参数差异无统计学意义,说明经产妇组中≤30岁组的尿道括约肌复合体的微结构尚完整,功能未发生明显改变,进一步表明分娩对尿道括约肌复合体的影响较小或随时间及康复锻炼等因素影响具有逐渐恢复的可逆性改变,故我们推测多次分娩和年龄是造成肌肉损伤的主要原因。

3.4 本研究局限性

       本研究尚存在一些不足之处:(1)由于60岁以上的样本量较少,可能存在样本偏倚;(2)在经产妇组,由于收集年轻女性产次为2次以上的较困难,导致30岁以下年龄组与其他亚组进行比较时不能完全排除分娩产次的影响;(3)对分娩方式没有更细致的划分。今后的研究中将继续纳入更多符合条件的受试者,在统一影响因素的情况下,更深入准确探讨盆底功能障碍发病机制,并使DTI技术更好地应用于PFD的诊断。

       综上所述,DTI技术在评估尿道括约肌复合体及肛提肌结构中具有良好的应用前景;在分析分娩和年龄因素对正常女性盆底肌结构的影响中,分娩主要影响耻骨直肠肌的微观结构,而随分娩次数增多及年龄增长盆底肌肌纤维逐渐萎缩减少。

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