半月板損傷的MRI三維重建診斷系統初步研究

袁鑠慧　石高才　蔡　明　方偉松　俞佳烽　馮建鉅

半月板損傷的MRI三維重建診斷系統初步研究

袁鑠慧石高才蔡明方偉松俞佳烽馮建鉅

目的 研究自行開發的核磁共振（MRI）三維重建診斷系統診斷半月板損傷的準確性。方法 設計開發一款能夠利用膝關節MRI的數據進行半月板三維重建顯示的軟件，并將89例半月板損傷共103個半月板的軟件診斷與關節鏡診斷作對比，研究軟件分析半月板損傷部位及形態與關節鏡診斷的一致性。結果 以關節鏡診斷為標準，軟件診斷半月板損傷部位的Kappa值=0.839（P＜0.05），診斷半月板損傷形態的Kappa值=0.702（P＜0.05）。結論 本研究軟件診斷半月板損傷的部位與形態與關節鏡診斷具有良好的一致性，能夠較為準確地診斷半月板損傷，并提供直觀的三維重建圖像。

半月板損傷 三維重建 核磁共振 診斷

半月板是膝關節人體活動功能保持穩定的正常解剖結構，半月板損傷是引起膝關節疼痛、功能障礙最常見的原因之一，在臨床較為常見。關節鏡手術是診斷半月板損傷的金標準［1］，而核磁共振（MRI）是最主要的無創性影像學診斷方法，但其診斷一般僅局限于二維平面，損傷部位只能通過當前層面在整個掃描序列中所占的位置進行推斷，損傷形態大多也只能通過1～2個層面上的信號改變來判斷。因此，作者基于VTK（Visualization Toolkit）設計開發了一款能夠利用膝關節MRI數據進行半月板三維重建顯示的軟件，以期從立體形態上更好地輔助診斷半月板損傷?，F報道如下。

1　臨床資料

1.1軟件開發 在Visual Studio 2010平臺上，基于VTK與OpenGL（Open Graphics Library）接口，設計開發一款膝關節半月板損傷的MRI三維重建診斷軟件，實現如下功能：（1）讀取膝關節MRI的DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）數據。（2）分割半月板數據并進行三維重建并顯示。

1.2一般資料 選擇本院2014年1月至2015年5月收治并行關節鏡手術的半月板損傷患者89例（103個半月板），其中男40例，女49例；年齡16～82歲，平均（50.1±10.5）歲。左膝38例、右膝50例、雙膝1例。原發性53例、扭傷17例、跌傷12例、車禍7例。內側半月板48個、外側半月板55個。納入標準［2］：（1）近1個月內有膝關節疼痛，膝關節負重時扭轉或者下蹲后疼痛加重。（2）內或外側關節間隙壓痛。（3）McMurray試驗及Apley試驗陽性。（4）常規MRI檢查見半月板內與關節相通的高信號征象。（5）關節鏡手術中見半月板損傷。排除標準：（1）合并類風濕性關節炎。（2）合并強直性脊柱炎。（3）合并痛風性關節炎。（4）合并化膿性關節炎。（5）未行膝關節MRI檢查者。（6）未行關節鏡檢查者。

1.3方法 （1）半月板損傷分類：按損傷部位分類：①前角。②體部。③后角。④多發性。按損傷形態分類［3］：①水平撕裂型（平行于脛骨平臺，將半月板分為上下兩部分）。②縱形撕裂型（沿半月板前后軸方向垂直于脛骨平臺的撕裂）。③放射狀撕裂型（垂直于半月板前后軸方向垂直于脛骨平臺的撕裂）。④斜形撕裂型（斜于半月板前后軸方向垂直于脛骨平臺的撕裂）。⑤復雜撕裂型（包含＞2種上述撕裂）（圖1）。（2）關節鏡手術：由經驗豐富的高年資主治以上醫師進行手術?；颊咧刖W膜下腔麻醉滿意后，取膝關節前內側、前外側常規切口入路，行關節鏡手術，對89例（103個半月板）的關節鏡下所見按照半月板損傷的部位及形態分類進行歸類。（3）軟件三維重建：利用本項目自行開發的軟件讀取89例103個半月板MRI的DICOM數據，進行三維重建，由2名＞主治職稱骨科醫師閱讀重建圖像，并按照半月板損傷的部位及形態分類進行歸類，當兩者有分歧時，請1名主任醫師共同決定（圖2）。

圖1　半月板損傷類型圖

2　結果

2.1半月板損傷部位 103個半月板損傷部位的關節鏡診斷與軟件診斷比較見表1，其中Kappa值=0.839，P=0.000。Kappa＞0.81提示軟件診斷半月板損傷部位與關節鏡具有高度的一致性。

表1　半月板損傷部位的關節鏡診斷與軟件診斷比較（個）

2.2半月板損傷形態 103個半月板損傷形態的關節鏡診斷與軟件診斷比較見表2，其中Kappa值=0.702，P=0.000。0.61＜Kappa＜0.80，提示軟件診斷半月板損傷形態與關節鏡具有良好的一致性。

表2　半月板損傷形態的關節鏡診斷與軟件診斷比較（個）

3　討論

膝關節半月板損傷類型較多，其診斷的準確性對臨床采取積極治療極其重要。MRI因其無創性及診斷的準確性，在半月板損傷診斷中的重要價值已經體現。比較常用的MRI分級診斷半月板損傷的標準，根據二維MRI圖像中半月板內的有無異常信號及異常信號形態分為Ⅰ～Ⅲ°［5］。但半月板損傷部位上有體部及前后角之分，損傷形態上有水平撕裂型、縱行撕裂型、放射狀撕裂型、斜行撕裂型、復雜撕裂型等之分，其撕裂部位和類型不同，手術方法和切除范圍就不同，若單純根據半月板內損傷的異常信號是否延伸至關節囊緣來分型，可能導致術前計劃的不完善。

另一方面，半月板能夠吸收運動中的震蕩，擴大應力面積，加強膝關節穩定性，故臨床上對半月板損傷的處理原則是在緩解臨床癥狀的前提下盡可能多的保留有功能的半月板。至于應該如何在切除與保留之間平衡取舍，現有的僅依靠MRI二維平面圖像所設定的分型標準并不能給出較好的解釋，臨床上會有因半月板切除過多而加快膝骨性關節炎病程的可能，而且這種改變并不能被近期隨診所發現。

盡管MRI技術的不斷提高有助于更清晰準確的診斷半月板損傷，如吳婧等［6］通過對比MRI質子壓脂成像（FS-PDW I）和關節鏡的檢查結果，認為FSPDW I特異度和靈敏度均較高；劉新球等［7］研究認為選擇正確的掃描方法與恰當的線圈、優化MRI掃描的參數組合和應用脂肪抑制技術能更有效地顯示膝關節正常及病變的結構。但半月板系三維立體結構，單純的二維圖像信息始終無法直觀地體現半月板損傷的部位及形態。因此作者從臨床實用性出發，編制了半月板損傷的MRI三維重建診斷系統，從立體空間上顯示半月板的損傷部位及損傷程度。

本研究中，作者發現軟件系統對半月板損傷部位與損傷形態的診斷均與作為金標準的關節鏡具有良好的一致性，能夠較為準確地診斷半月板損傷，并提供直觀的三維重建圖像，可為提出新的基于MRI三維重建的膝關節半月板損傷分型提供依據。而軟件對損傷形態的診斷稍遜于對損傷部位的診斷，這可能與半月板三維形態顯示時與鄰近信號組織邊界欠清晰有關，因此在今后的研究中對半月板的數據分割算法尚待提高。

1 張蕾，董寶明，孔延亮，等.MR對膝關節半月板撕裂診斷價值的Meta分析.中國骨與關節損傷雜志，2015，30（2）：172～176.

2 王巖譯.坎貝爾骨科手術學.北京：人民軍醫出版社，2013.1927～1929.

3 Jee WH， McCauley TR， Kim JM， et al. Meniscal tear configurations：categorization with MR imaging.AJR Am J Roentgenol， 2003， 180（1）：93～97.

4 閆巖，華琳，張建.對診斷一致性kappa系數及評價指標的探討.中國衛生統計，2007，24（3）：313～315.

5 Magee T，Williams D.Detection of meniscal tears and marrow lesions using coronal MRI.Am J Roentgenol，2004，183（11）：1469～1473.

6 吳婧，盧鈴銓，顧建平，等.MR質子壓脂對膝關節半月板損傷的診斷價值探討. 中國醫療設備，2013，28（2）：129～132.

7 劉新球，韓邵軍.膝關節磁共振成像技術臨床應用研究.醫療衛生裝備，2011，32（12）：75～76.

Objective To evaluate the accuracy of a three-dimensional MRI diagnosis software for meniscus injury developed by ourselves. Method A three-dimensional MRI diagnosis software was developed， which could read data from MRI of knee and display the three-dimensional reconstruction of meniscus. The injury regions and confi gurations of 103 meniscus injury cases analyzed by our software and were compared to what were diagnosed by arthroscopy. Result Compared with the arthroscopic Result acknowledged as the gold standard， the Kappa value of our software was 0.839（P＜0.05） for injury region and 0.839（P＜0.05） for injury confi guration.Conclusion Our three-dimensional MRI diagnosis software could contribute to the diagnosis of meniscus injury. The correlation between the software and arthroscopy in detecting the region and confi guration of meniscus injury was favorable.

Meniscus injury Three-dimensional MRI Diagnosis

浙江省科技廳第三批省重點科技創新團隊自主設計項目（2011R50022-17）

311800 浙江省諸暨市人民醫院

1.4統計學方法 采用SPSS17.0統計軟件。以關節鏡診斷為標準，軟件診斷價值的一致性指標采用Kappa值［4］，Kappa值位于［-1，+1］之間，當Kappa＞0時為有意義，Kappa系數越大，一致性越好。0.00～0.20為較低一致性，0.21～0.40為一般一致性，0.41～0.60為中度一致性，0.61～0.80為較高一致性，0.81～1.00為高度一致性，P＜0.05為差異有統計學意義。

圖2半月板重建圖