3T磁共振不同成像序列在膝關節軟骨損傷的應用研究

摘要：目的 通過比較3.0T磁共振序列成像顯示膝關節軟骨損傷的準確性和優缺點，從而評價出最佳診斷損傷的序列。探討不同序列相互搭配、組合的臨床應用價值，旨在做出最優化方案。方法 應用3.0T 3D-FSPGR序列、T2-maping序列和常規2D-FSE序列（FSE-T1WI， FRFSE-PdWI/T2WI），將膝關節鏡的結果視為\"金標準\"，比較膝關節3D-FSPGR序列、T2-maping序列和膝關節常規序列在診斷膝關節軟骨損傷的敏感度、特異度和準確度。結果 ①在敏感度和準確度上: T2-maping > 3D-FSPGR >PdWI > T2WI > T1WI；②在一致性 Kappa 值上： T2-maping的 Kappa 值明顯優于3D-FSPGR 、PdWI、T2WI 、T1WI序列， 其差異具有統計學意義( P<0.01)。 T2-maping與關節鏡診斷結果之間一致性極佳。結論 T2mappiag成像可以發現沒有形態學改變的損傷的關節軟骨組織成分的改變，對診斷膝關節軟骨損傷，尤其是病變早期有很高的實用價值。

關鍵詞：磁共振 ; 生理成像技術；膝關節；軟骨損傷

膝關節損傷在所有關節損傷中最常見。關節軟骨覆蓋于膝關節表面，在其運動中起著重要作用，多種原因均可導致膝關節軟骨的損傷，如退行性變、關節外傷、關節炎等，關節軟骨不能再生，且修復能力有限，故明確診斷膝關節軟骨病變，具有重大的臨床意義。

1資料與方法

1.1一般資料對2012年~1月~2014年1月來我院就診的60例膝關節軟骨損傷患者69側膝關節鏡檢查病例，其中，男28例，女32例，年齡16~73歲，平均50.5歲。應用3.0T 3D-FSPGR序列、T2-maping序列和常規2D-FSE（2D Fast Spine Echo）序列（冠狀位FSE-T1WI，冠狀位FRFSE-PdWI/T2WI，矢狀位FRFSE-PdWI/T2WI），將膝關節鏡的結果視為\"金標準\"，比較膝關節3D-FSPGR序列、T2-maping序列和膝關節常規序列在診斷膝關節軟骨損傷的敏感度、特異度和準確度，用Wilson評分法計算敏感性和特異性的95%可信區間；用R×C列χ2檢驗來比較這幾種不同MRI序列對膝關節軟骨損傷診斷的統計學差異。

1.2檢查設備和采用方法所有患者均在GE Singna HDX 3.0T MRI機上進行，掃描線圈為膝關節表面線圈。所有患者均采用T1WI、T2WI 、PdWI、 3D-FS-SPGR及T2-mapping序列，選擇性行冠狀位、矢狀位、橫斷位掃描。利用ADW 4.5進行圖像的后處理?；颊哐雠P，膝關節伸直并外旋10°~15°，用表面線圈置于膝關節上并綁定，膝關節兩側用沙袋固定，患者檢查期間保持體位，以提高圖像質量及掃描層面相同率。

1.3 3D-FS-SPGR序列（fat-suppressed three dimensional spoiled gradient recalled sequence）即三維抑脂擾相梯度回波序列，又稱三維抑脂毀損梯度回波序列[1]。是在梯度回波之后在層面選擇梯度方向上再加上一個\"擾向梯度\"，使殘留的質子橫向磁矩在下次射頻脈沖到來之前完全反相位。擾相可減少T2的影響，故該序列具有T1加權性質。附加脂肪抑制后增加了關節軟骨和軟骨下骨的對比，提高了軟骨圖像的信噪比，使軟骨顯示的更清晰。三維連續薄層掃描可進行多方位重建，無信號丟失，有利于觀察關節軟骨微小病變并對其進行精確評價。但其也存在一些不足，掃描時間過長，對軟骨內部早期退變的敏感度較低，當關節積液與關節軟骨相鄰時，關節軟骨的顯示易受到完全容積效應影響，使關節軟骨顯示欠佳。

1.4 T2－mapping作為新的軟骨磁共振生理性成像技術，對軟骨內基質變化能做出定量分析。T2mapping成像是采用多回波自旋序列技術通過工作站后，通過感興趣區測量得出組織的T2弛豫時間值，T2弛豫時間通過描述組織橫向磁化衰減來反映組織的特異性。T2值受關節軟骨水含量和膠 原纖維方向的影響，在關節軟骨大體形態變化化之前，其內部膠原纖維破壞和膠原成分改變會造成其水含量增加，導致T2值延長，可對軟骨退變作出早期診斷。但掃描時間也稍顯過長。

1.5膝關節鏡檢査關節鏡采用美國StrykerX6000型，SONY彩色顯示器和視頻采集系統。關節鏡操作醫師作全面的膝關節鏡檢查，評價關節內軟骨面的情況。將膝關節軟骨面分為5個區域：股骨內髁面、股骨外髁面、脛骨平臺內側面、脛骨平臺外側面和髕骨軟骨面。對有病損的軟骨面重點觀察，并作出初步分級評價。

1.6 MRI圖像分析和膝關節鏡表現所有MR1影像學資料由3名具有主治醫師職稱以上的MRI診斷醫師采用雙盲法，對以下問題做出回答：①有無軟骨病損：②病損的具體位置、數量：③按Recht分級 標準對各序列閣像中關節軟骨病損進行分級并寫出報告。膝關節軟骨病損的關節鏡表現為軟背的變薄、軟化、水腫，軟骨的纖維化呈蟹肉樣外觀以及軟骨有無剝脫等[2]。對有病損的軟骨面重點觀察，并作出初步分級評價。

2結果

以關節鏡診斷為標準：FSE-T1WI 序列診斷軟骨病損的敏感度為63.1%，特異度為 93.8%，準確度為76.3%， Kappa值為0.411; FRFSE- T2WI序列診斷軟骨病損的敏感度為 59.6 %，特異度為 96.6%，準確度為 79.7%， Kappa 值為 0.367；FRFSE-PdWI序列診斷軟骨病損的敏感度為69.6%，特異度為90.8%，準確度為83.8%，Kappa值為0. 669; 3D-FSPGR序列診斷軟骨病損的敏感度為70.6%，特異度為91.8%，準確度為84.2%，Kappa值為0. 687; 3T新生理成像技術 T2-maping序列診斷軟骨病損的敏感度為98.1%，特異度為89.7%，準確度為97.2%，Kappa 值為 0.903。①在敏感度和準確度上: 3T新生理成像技術 T2-maping >3D-FSPGR >FRFSE-PdWI >FRFSE- T2WI > FSE-T1WI；②在一致性 Kappa 值上：3T新生理成像技術 T2-maping的 Kappa 值明顯優于3D-FSPGR 、FRFSE-PdWI、FRFSE- T2WI 、FSE-T1WI序列， 其差異具有統計學意義(P<0.01)。T2-maping與關節鏡診斷結果之間一致性極佳。

3討論

軟骨分為透明軟骨、纖維軟骨和彈性軟骨。絕大多數軟骨細胞均遠離營養血管。軟骨周圍毛細血管和軟骨細胞之間，營養物質和代謝產物在基質內沿濃度梯度擴散。軟骨組織的祛血管特征：軟骨內存在抗血管長入的抗血管生長因子和抗溶軟骨蛋白酶的抑制素是軟骨祛血管的物質基礎[3]，軟骨是一種可負重組織，可以把力均勻的分布到軟骨下組織；為關節活動提供無或少摩擦的表面，關節內軟骨可擴大關節的活動范圍；是溶質和營養物質彌散到軟骨細胞的媒介；現代研究的結果顯示部分軟骨還有免疫功能。根據成熟軟骨的組織學表現、細胞排列情況以及功能作用，將關節軟骨由表及里劃分為四層：淺層（切線層）的膠原直徑較細，與關節面平行排列。這一層基本上對水是不透過的，是關節產生液壓負重基質的根本所在。中層又稱中間層或過渡層，膠原纖維排列不規則，具有較多斜行方向的纖維可以抵抗關節表面的剪切力。深層又稱輻射層或輻散層，該層的膠原纖維多呈垂直平行狀的排列，較少交叉，軟骨細胞常聚成團。最深層，又稱鈣化層，膠原纖維通過鈣化層牢固的錨定于軟骨下骨。傳統X線平片的對比分辨力有限，對關節軟骨的應用具有一定局限性。MRI的空間分辨力高，特別是其組織分辨力很高，能較好顯示關節和關節軟骨的不同結構，是目前顯示關節軟骨最理想的檢查方法，且沒有輻射損傷。在膝關節，透明軟骨厚約2~4mm，均勻的被覆于關節面。關節軟骨的MRI表現與選用設備及序列不同而表現不一。隨著TE時間的延長，軟骨信號從深部放射帶開始衰減，表現為三層結構，即低信號的表層帶，中等信號的過渡帶和上部放射帶，低信號的放射帶深部及鈣化帶。外傷導致軟骨膠原纖維結構完整性破壞或排列順序的改變、軟骨內蛋白聚糖等成分丟失，而相應的游離水就會通過損傷處進入關節軟骨內或在軟骨基質內與親水的氨基葡萄糖結合，導致軟骨基質水腫或軟骨細胞腫脹，局部含水量增加。軟骨挫傷、水腫MR表現：局部軟骨T2WI信號增高、軟骨增厚。受損的關節軟骨邊緣毛糙。正常軟骨的分層樣表現消失。鄰近組織損傷、水腫表現。

關節軟骨退行性改變：①關節軟骨退行性改變的病理基礎：早期退變主要是基質的松軟、軟骨膠原定向排列方式的改變、蛋白多糖的大量丟失以及水分進入軟骨間質；晚期主要是軟骨形態的異常，表現為軟骨水腫、裂隙變、彌散性變薄、裸露。退變的關節軟骨細胞的膠原合成及降解遠比正常關節要大，結果是總量雖無改變，但其形態和排列方式發生改變。軟骨修復的結果是在軟骨下骨的上部生長軟骨絨毛，這些絨毛束可以分布到骨，越過骨表面，形成新的軟骨覆蓋，即關節軟骨的原纖維化(纖絨樣變)；②關節軟骨退行性變的分期：Shahriaree根據關節鏡和MRI所見將軟骨退行性變分為4期。關節鏡分期:Ⅰ期，可觸知的軟骨軟化，但無形態改變。Ⅱ期，局部泡狀改變和軟骨表面變形但無破損。Ⅲ期，局部纖維化(或呈蟹肉狀)或潰瘍形成，但未到達軟骨下骨。IV期，軟骨潰瘍達軟骨下骨(火山口樣或骨質象牙化)；③MRI 表現：Ⅰ期，高信號的局限性增厚。 Ⅱ期，軟骨內小的囊狀缺損但未侵及表面。Ⅲ期，表面變薄、變細，軟骨內呈低信號，軟骨缺損未侵及骨。Ⅳ期，軟骨呈低信號并侵及骨。

關節鏡檢查屬于有創性，存在諸多手術并發癥，所以不宜作為膝關節軟骨損傷的常規檢查方法。MRI能夠準確反映軟骨損傷并對其分級，具有重要的診斷價值，磁共振生理成像技術[4]可以發現沒有形態學改變的損傷的關節軟骨組織成分的改變，對診斷膝關節軟骨損傷，尤其是病變早期有很高的實用價值。

參考文獻：

[1]Richard Kijowski，Donna G.Blankendaker，Michael Woods，et al.Clinical usefulness of adding 3D cartilage imaging sequences to a routine knee MR protocol[J].AJR，2011，196:159-167.

[2]Xie Hai-Zhu，Shi Ying-Hong， Yue Feng-Bin，et al. Articular cartilage injury of the knee: comparison of diagnostic value of 3T MR 3D-FS-SPGR sequence with arthroscopy[J]. J. Med. Imag， 2011，21(2): 269-273.

[3]Chen CA，Kijowski R，Shapiro LM，Tuite MJ，Davis KW，Klaers JL，Block WF，Reeder SB，Gold GE:Cartilage morphology at 3.0T:assessment of three-dimensional magnetic resonance imaging techniques.J Magn Reson Imaging 2010，32(1):173-183.

[4]W.Marik，S.Apprich，G.H.Welsch，et al.Biochemical evaluation of articular cartilage in patients with osteochondrosis dissecans by means of quantitative T2-and T2*-mapping at 3T MRI:A feasibility study[J]. European Journal of Radiology ，81(2012):923-927.

編輯/哈濤