探讨超短回波时间（UTE）-T2*成分分析技术在参加马拉松赛的业余马拉松运动员跟腱形态及生化变化动态监测中的价值。
招募2020年10月至2021年3月广东省珠海市业余马拉松运动员29名，其中男25名，女4名，年龄24~50（40±6）岁。所有运动员于马拉松赛前1周、赛后48 h内及赛后1个月分别接受双侧跟腱MRI检查，采用常规T1加权像、质子密度加权压脂序列和不同回波时间（TE）的UTE序列对跟腱的形态及信号进行评估，采用UTE-T2*序列对跑步后跟腱生化的改变进行动态定量分析。UTE-T2*序列获得单成分分析值（T2*M）和双成分分析的短T2*成分值（T2*S）和长T2*成分值（T2*L）以及百分比值。在跟腱矢状位图像上测量跟腱整体的数值，并把跟腱等分为3个亚区分别测量（跟腱连接段、跟腱中间段、跟腱插入段），由2名放射科医师独立勾画感兴趣区。用组内相关系数（ICC）法对2名放射科医生的定量结果进行一致性检验；采用非参数的Friedman M检验比较不同时间点、不同亚区T2*M、T2*S、T2*L和百分比值的差异；使用Wilcoxon秩和检验比较不同距离、不同跑姿、不同配速及不同训练量的赛后48 h与赛前T2*S的变化差异（ΔT2*S），其中ΔT2*S为赛后48 h T2*S值与赛前T2*S值的差值。
在短TE（TE≤0.6 ms）的序列上，跟腱腱病可表现为高信号区域出现散在点状低信号。2名放射科医师对跟腱的T2*M、T2*S、T2*L和百分比值测量的一致性好，ICC值分别为0.96、0.94、0.83和0.94。跟腱的整体、跟腱连接段及跟腱中间段的T2*S值在马拉松运动后48 h均轻度升高，运动1个月后减低［0.49（0.45，0.59）比0.54（0.49，0.59）比0.53（0.49，0.57），0.48（0.44，0.54）比0.53（0.47，0.58）比0.50（0.46，0.57），0.48（0.43，0.58）比0.54（0.47，0.59）比0.52（0.46，0.57）；均P<0.05］，T2*M、T2*L和百分比值的变化差异无统计学意义（均P>0.05）。不同的跑姿中，前中脚掌着地者跟腱整体ΔT2*S高于后脚掌着地者［0.03（-0.05，0.07）比-0.03（-0.17，0.11），P = 0.001］。
UTE-T2*的双成分分析技术对运动前后的跟腱形态动态变化监测优于单成分分析，其T2*S对跟腱内化学成分的细微变化更加敏感。
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跟腱腱病是运动员的常见病和多发病，长跑是导致跟腱腱病的主要原因［1, 2, 3, 4］。跟腱腱病的形成是一个连续且漫长的过程，疾病早期经过休息或适当的康复训练后，病程可以逆转［5］，因此对跟腱早期损伤的监测是该病诊疗的关键。跟腱是短T2组织，目前影像学缺乏有效的早期诊断的手段［6, 7］。超短回波时间（ultra-short echo time，UTE）的T2*成分分析技术，不仅能在形态学上对跟腱进行观察，同时能对跟腱的长、短T2/T2*成分进行定量研究，反映组织内生化成分的含量变化［8, 9］。目前，关于UTE-T2*成分分析技术在长跑运动后跟腱组织内生化成分改变的动态监测研究鲜有报道。本研究通过对业余马拉松运动员马拉松赛前后的跟腱动态观察，旨在评价UTE-T2*成分分析技术在跟腱组织内生化成分改变的定量诊断中的价值。
1. 业余马拉松运动员招募：本研究为随访研究，经中山大学附属第五医院伦理委员会批准（［2020］伦字第（K56-1）号），受试者签署知情同意书。招募2020年10月至2021年3月广东省珠海市业余马拉松运动员（指未受过正规训练，不以马拉松运动为职业）。采用问卷调查表的方式搜集受试者相关信息。纳入标准：（1）既往5个月常规训练但未参加马拉松运动；（2）既往无跟腱外伤和手术史；（3）无长期需药物治疗的慢性疾病史；（4）无MRI禁忌证。共招募29名业余马拉松运动员，男25名，女4名，年龄24~50（40±6）岁，体质指数（body mass index，BMI）19.9~26.7（22.8±1.6）kg/m²。受试者共参加马拉松1~33次，完成全程马拉松的时间为2 h 59 min~4 h 50 min，完成半程马拉松的时间为1 h 39 min~2 h 17 min。其中有跟腱区不适者7名。对所有纳入的业余马拉松运动员在马拉松赛前1周、马拉松赛后48 h和马拉松赛后1个月共行3次MRI。所有受试者在参加马拉松赛后到试验结束不能参加剧烈运动（如马拉松赛、越野赛）。
2. 分组：依据调查问卷中临床资料对跟腱进行分类：（1）以参赛距离不同，将受试者分为：半程马拉松（10名，19侧跟腱）、全程马拉松（19名，35侧跟腱）；（2）以不同的跑步姿势，将受试者分为：前中脚掌着地（19名，37侧跟腱）、后脚掌着地（10名，17侧跟腱）；（3）以不同的配速，将受试者分为：专业级（14名，25侧跟腱）、非专业级（15名，29侧跟腱）；（4）以每个月的训练量，将受试者分为：每个月训练量<150 km（12名，23侧跟腱）、每个月训练量≥150 km（17名，31侧跟腱）；（5）以既往训练次数，将受试者分为：次数≤5次（13名，24侧跟腱）、次数>5次（16名，30侧跟腱）。
MRI检查使用Pioneer 3.0 T超导MRI扫描仪（美国GE公司），踝关节体表16单元的体表柔线圈。患者取踝关节伸直、脚掌与检查床垂直，仰卧足先进。采用常规T1加权像（T1-weighted images，T1WI）、质子密度加权压脂像（proton density weighted with fat saturation，PD-FS）序列矢状位对跟腱进行形态学评估，采用UTE-T2* 序列进行定量分析。参数：（1）T1WI矢状位序列：重复时间（repetition time，TR）758.00 ms，回波时间（echo time，TE）7.50 ms，反转角111°，视野150 mm×150 mm，层厚3 mm，层间距 0.30 mm，带宽 125 kHz；（2）PD-FS序列：自动TR 2 200~2 700 ms，TE 40.00 ms，反转角111°，视野150 mm×150 mm，层厚3 mm，层间距0.30 mm，带宽83.3 kHz；（3）3D-UTE-T2* 序列：TR 163.20 ms，采用0.032/4.4、0.3/6.6、0.6/8.8和2.2/10 ms的TE获得4组双回波采集，反转角6°，视野150 mm×150 mm×40 mm，矩阵256×256×20，带宽125 kHz。总共用时17 min 32 s。
1. 跟腱病变的检出：基于常规T1WI及质子密度加权像序列及不同TE的UTE-T2*序列，评估跟腱形态及信号情况。
2. 跟腱组织生化动态变化的定量评估：在跟腱矢状位图像上把跟腱平均分为三段，分别为跟腱连接段、跟腱中间段和跟腱插入段［9, 10］，每段的长度为2~3 cm（图1）。由2名从事骨骼肌肉放射影像诊断3年以上的放射科医师，单独对跟腱整体和跟腱的3个亚区的图像进行感兴趣区勾画，成分分析数据测量采用MATLAB R2019a软件进行离线的DICOM图像分析，得到单成分分析值（T2* mono-component，T2*M），双成分分析的短T2*成分值（short T2* component，T2*S）、长T2*成分值（long T2* component，T2*L）以及百分比值，同时得到这些值所对应的跟腱伪彩图和拟合曲线图。
注：MTJ为跟腱连接段；MID为跟腱中间段；INS为跟腱插入段
应用SPSS 25.0软件对数据进行分析。使用组内相关系数（interclass correlation coefficient，ICC）评价观察者间定量测量的一致性。计量数据经Shapiro-Wilk检验不符合正态分布，以M（Q1，Q3）表示；采用非参数的Friedman M检验分析比较不同时间点不同亚区T2*M、T2*S、T2*L和百分比值的差异；对其中差异有统计学意义的值，采用矫正Bonferroni法进行两两比较。使用Wilcoxon秩和检验，分别比较不同距离、不同跑姿、不同配速及不同训练量的赛后48 h与赛前T2*S的变化差异（ΔT2*S），其中ΔT2*S为赛后48 h T2*S值与赛前T2*S值的差值。双侧检验，检验水准α=0.05。
2名观察者间测量跟腱不同亚分区（跟腱连接段、跟腱中间段和跟腱插入段）T2*M、T2*S、T2*L和百分比值的一致性均较好，ICC分别为0.96（95%CI：0.95~0.97）、0.94（95%CI：0.93~0.95）、0.83（95%CI：0.80~0.85）及0.94（95%CI：0.93~0.95）。
本组志愿者中共检出3例（4侧）跟腱病，MRI表现为跟腱弥漫或局限性增粗，常规T1WI、PD-FS均呈低信号，而短TE（TE≤0.6 ms）的序列表现为整体高信号区域出现散在点状低信号区域（图2）。
注：TE为回波时间；T1WI为T1加权像；PD-FS为质子密度加权压脂像
1. 跟腱不同亚区随时间变化的结果：跟腱所有区域均有很好的拟合曲线。T2*M、T2*S、T2*L和百分比值在马拉松赛后48 h内均有不同程度的升高，而赛后1个月数值减低（图3），仅跟腱的整体、跟腱连接段及中间段的UTE-T2*S差异有统计学意义，具体表现在：（1）T2*S在赛前、赛后48 h和赛后1个月，在跟腱整体为0.49（0.45，0.59）、0.54（0.49，0.59）、0.53（0.49，0.57）（P=0.009），在跟腱连接段为0.48（0.44，0.54）、0.53（0.47，0.58）、0.50（0.46，0.57）（P=0.044），在跟腱中间段为0.48（0.43，0.58）、0.54（0.47，0.59）、0.52（0.46，0.60）（P=0.020）；三者的T2*L、T2*M、百分比值的变化差异无统计学意义（均P>0.05）；（2）而跟腱插入段的T2*M、T2*S、T2*L和百分比值的变化差异均无统计学意义（均P>0.05）（表1）。对有统计学意义的T2*S进行进一步的两两比较，跟腱整体在赛前和赛后48 h之间、赛后48 h和赛后1个月之间的差异有统计学意义（均P<0.05）。跟腱连接段和跟腱中间段仅赛前和赛后48 h之间的差异有统计学意义（均P<0.05），赛后48 h和赛后1个月之间差异无统计学意义（P>0.05）。
注：UTE为超短回波时间；T2*M为单成分分析的值；T2*L为双成分分析的长T2*组分值；T2*S为双成分分析的短T2*组分值；TE为回波时间
业余马拉松运动员在比赛前后跟腱UTE T2*M、T2*S、T2*L值及百分比值比较［n=54，M（Q1，Q3）］
业余马拉松运动员在比赛前后跟腱UTE T2*M、T2*S、T2*L值及百分比值比较［n=54，M（Q1，Q3）］
| 项目 | 赛前 | 赛后48 h | 赛后1个月 | M值 | P值 |
|---|---|---|---|---|---|
| T2*M（ms） | |||||
MTJ | 0.61（0.53，0.72） | 0.62（0.55，0.73） | 0.60（0.54，0.70） | 3.37 | 0.185 |
MID | 0.65（0.55，0.77） | 0.70（0.60，0.81） | 0.66（0.60，0.79） | 4.33 | 0.115 |
INS | 0.82（0.74，0.99） | 0.88（0.78，1.08） | 0.87（0.78，1.03） | 0.59 | 0.744 |
bulk | 0.71（0.62，0.83） | 0.73（0.66，0.85） | 0.70（0.65，0.81） | 1.59 | 0.451 |
| T2*S（ms） | |||||
MTJ | 0.48（0.44，0.54） | 0.53（0.47，0.58） | 0.50（0.46，0.57） | 6.26 | 0.044 |
MID | 0.48（0.43，0.58） | 0.54（0.47，0.59） | 0.52（0.46，0.60） | 7.82 | 0.020 |
INS | 0.53（0.43，0.62） | 0.56（0.49，0.64） | 0.56（0.51，0.63） | 4.93 | 0.085 |
bulk | 0.49（0.45，0.59） | 0.54（0.49，0.59） | 0.53（0.49，0.57） | 9.33 | 0.009 |
| T2*L（ms） | |||||
MTJ | 3.17（2.20，4.88） | 3.44（2.59，5.48） | 3.42（2.53，5.60） | 2.48 | 0.289 |
MID | 2.91（2.24，4.03） | 3.12（2.38，4.42） | 2.95（2.29，3.96） | 0.70 | 0.703 |
INS | 2.72（2.05，3.48） | 2.47（2.14，3.47） | 2.60（2.19，3.49） | 0.70 | 0.703 |
bulk | 2.75（2.28，3.68） | 2.84（2.40，3.55） | 2.76（2.32，3.47） | 1.04 | 0.595 |
| 百分比（%） | |||||
MTJ | 81.15（72.32，87.51） | 83.21（77.02，86.50） | 85.69（81.39，88.34） | 2.40 | 0.306 |
MID | 77.96（69.99，84.17） | 79.64（72.73，83.80） | 79.54（73.62，86.25） | 0.11 | 0.946 |
INS | 65.70（51.52，77.89） | 70.20（53.71，75.68） | 65.83（58.19，76.73） | 1.93 | 0.382 |
bulk | 74.37（64.87，80.08） | 77.01（69.62，79.79） | 76.84（69.89，82.01） | 1.44 | 0.486 |
注：UTE为超短回波时间；T2*M为UTE-T2*序列获得的单成分分析值；T2*S为UTE-T2*序列获得双成分分析的短T2*成分值；T2*L为UTE-T2*序列获得双成分分析的长T2*成分值；MTJ为跟腱连接段；MID为跟腱中间段；INS为跟腱插入段；bulk为跟腱全长
2. 跑步相关因素对ΔT2*S影响的结果：进行分组比较时，仅马拉松赛后48 h的ΔT2*S在不同的跑姿之间的差异具有统计学意义：（1）在跟腱整体、跟腱连接段和跟腱中间段中，前中脚掌着地者ΔT2*S高于后脚掌着地者［分别为0.03（-0.05，0.07）比-0.03（-0.17，0.11）、0.02（-0.03，0.06）比-0.04（-0.08，0.03）、0.01（-0.05，0.09）比-0.01（-0.13，0.15），Z=-3.23、-2.71和-2.73，均P<0.05］；（2）在跟腱插入段中，前中脚掌着地者赛后48 h的ΔT2*S低于后脚掌着地者［0.03（-0.06，0.19）比0.05（-0.26，0.23），Z=-2.10，P=0.036］。所有跟腱分区的T2*M及T2*L和百分比值在马拉松运动后48 h变化值差异均无统计学意义（均P>0.05）。而不同距离、不同跑速、不同训练量之间UTE-T2*M、T2*S、T2*L和百分比值在马拉松运动后48 h变化值的差异无统计学意义（均P>0.05）。
跟腱病变的早期影像学诊断是目前临床所面临的难题。X线和CT又缺乏软组织对比，仅能显示跟腱内钙化、骨化或断裂等跟腱病变终末期特征［7］。传统MRI主要采集中、长T2信号，对于短T2信号的跟腱组织，显示为低信号或无信号［11］，只有当跟腱出现增粗、连续性中断等明显的结构性改变时，才可显示出有诊断意义的图像信号［7］，但此时跟腱腱病的病程已经进入晚期，通常无法自愈，且缺乏有效的治疗手段［5，12, 13］。
UTE序列是TE<1 ms的超短TE序列的总称，其成像的主要原理是，在梯度回波序列上，通过半波脉冲进行信号激发，然后采用放射状的方式对K空间进行填充。其回波时间是极短的信号激发到接收的硬件切换时间，从而实现了对短T2/T2*组织的成像［14］。UTE不仅能对短T2/T2*组织，如软骨、肌腱等形态学的改变进行直接观察，同时也可以对这些组织生理及病理学改变进行量化分析［10，15, 16, 17, 18］。
本研究发现TE≤0.6 ms的UTE序列上跟腱呈高信号，跟腱腱病表现为跟腱增粗，其内见散在点状、结节样的低信号。而传统的T1WI和质子密度加权像序列仅能显示跟腱的增粗，而无信号变化，主要是由于MRI成像主要采集中、长T2信号，无法采集到短T2的组织信号，跟腱表现为低信号或无信号［11］。UTE序列能够获取跟腱组织的信号，为跟腱腱病的诊断提供更多信息，为下一步精准的治疗提供影像学依据。
本研究发现马拉松运动后UTE-T2*各参数均有不同程度的升高，休息1个月后基本恢复至赛前水平，UTE-T2*s的差异有统计学意义，较UTE的单成分分析的T2*M和双成分中的T2*L能更加敏感地反映运动前后跟腱组织的生化变化。既往Juras等［9］在跟腱腱病的研究中也证实，UTE T2*的双成分分析的诊断效能优于单成分，短T2*成分与临床评分更加密切。从生化角度看，T2*S与组织中结合水含量有关，而其T2*L与组织内游离水关系更加密切［8］，在跟腱病的早期阶段主要是生化的改变，包括胶原结构的破坏、蛋白多糖和水分的增加［5］，当胶原纤维网结构破坏、胶原纤维表面积暴露增加，与胶原结合的短T2*水相对增大，总的短T2*成分的百分比增加［19］。同时本研究还发现，跟腱的连接段和中间段的UTE-T2*s差异有统计学意义，而跟腱插入段差异无统计学意义。主要是由于跟腱中间段和连接段（距跟骨止点上方2~6 cm）是跟腱相对特殊的区域，此段内血供应相对较差，损伤不易及时修复，易导致跟腱慢性损伤，严重时可导致跟腱断裂［20, 21, 22］。
本研究还发现，不同跑姿对跟腱的微损伤有显著影响。前中脚掌着地较后脚掌着地的受试者跟腱的损伤更加显著，与Van Ginckel等［23］报道相符，不同跑姿对跟腱的影响较大，主要由于前脚掌着地跑步的过程中，跟腱所承受的牵拉较前中脚掌明显增加［24］，在相同的频率下，牵拉的力越大，跟腱损伤更易发生［25］。
本研究的局限性：（1）本次研究的样本量相对较小，需要增大样本量以提高试验结果的可信度；（2）魔角效应对UTE-T2*值有一定的影响，本研究为运动前后的自身对照，且MRI检查时严格按照踝关节的标准摆位，尽量减少了魔角效应的影响；（3）未对不同性别和BMI等进行亚组分析，因本组病例男女差异较大，且本组无明显偏胖的受试者，可能会对统计学效能有影响，后期的研究会增加样本量进行该亚组分析；（4）因参与本研究的受试者均为业余马拉松运动员志愿者，无病理结果作为金标准。
综上所述，双成分分析UTE-T2*技术可对跟腱损伤进行定量分析，其中UTE-T2*s能更加敏感地间接反映跟腱内化学成分的细微变化，为未来跟腱病变的研究提供了新的策略；同时也为高精尖运动员及普通群众的科学训练、伤病诊断和健康管理提供影像学监测。
所有作者均声明不存在利益冲突
