不同翻轉角雙回波穩態序列MRI評價膝關節骨性關節炎軟骨損傷

朱樂發，肖葉玉，夏學文，侯衛武，李文艷，周方程

(廣州市中西醫結合醫院放射科，廣東 廣州 510800)

MRI具有多方位、多參數成像及組織分辨率高等優點，可無創評估關節軟骨損傷。三維雙回波穩態(three-dimensional double echo steady state, 3D-DESS)序列是軟骨敏感MR序列，亦是目前研究較多的序列之一[1-2]。 MRI參數直接影響圖像對組織的顯示能力，使得參數優化的重要性日益受到重視[3]。翻轉角(flip angle, FA)是3D-DESS序列重要的成像參數之一。目前對于3D-DESS序列中FA的研究[4-5]多針對其與軟骨信噪比及與軟骨滑液對比信噪比的關系，且結果仍存在較大爭議。本研究以關節鏡結果為金標準，觀察不同FA 3D-DESS MRI對評估膝關節軟骨疾病的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2019年4月-12月于廣州市中西醫結合醫院就診的25例單側膝關節疼痛患者，男16例，女9例，年齡18～70歲，平均(44.0±21.3)歲。納入標準：輕中度膝關節疼痛7天～5年，無明顯外傷史，無膝關節手術史。排除標準：①重度膝關節疼痛；②伴心腎功能不全；③MR檢查禁忌證。本研究符合《赫爾辛基宣言》要求，患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens 1.5T Magnetom Avanto超導型MR儀，膝關節包裹式線圈。以髕骨下緣水平為中心，行標準矢狀位掃描。3D-DESS序列：采用抑脂并水激發技術，TR 27 ms，TE 11 ms，層厚1.0 mm，層間距0，帶寬190 Hz，FA分別為30°、60°和90°，采集時間分別為245 s、265 s和320 s。采用Recht分級診斷標準[6]對軟骨損傷進行分級。

1.3 圖像分析 由2名具有15年以上MR診斷經驗的主任醫師采用盲法共同閱片，意見不一致時通過協商決定。根據Recht軟骨損傷分級診斷標準[6]評估每例患者髕骨(patella, Pat)、股骨滑車(femoral trochlear, Tro)、股骨外側髁(lateral femoral condyle, LFC)、股骨內側髁(medial femoral condyle, MFC)、脛骨外側平臺(lateral tibial plateau, LTP)及脛骨內側平臺(medial tibial plateau, MTP)6處軟骨情況，分為軟骨損傷陰性(0、Ⅰ級)和陽性(Ⅱ～Ⅳ級)；同一軟骨面出現多處病損時，以最嚴重處為準。

1.4 關節鏡檢查及診斷標準 于MR檢查后2周內行關節鏡檢查。由2名具有10年關節鏡手術經驗的副主任醫師采用Smith & Nephew關節鏡手術系統協同進行探查，并根據Noyes診斷標準[7]對膝關節損傷進行分級(0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級)，將0、Ⅰ歸為陰性，Ⅱ～Ⅳ級歸為陽性。

1.5 統計學分析 采用SPSS 20.0統計分析軟件。計量資料以±s表示，計數資料以頻數表示。以關節鏡探查結果為金標準，采用Kappa檢驗分析MRI診斷結果與關節鏡結果的一致性，Kappa≥0.75為一致性較好，0.75>Kappa≥0.4為一致性一般，Kappa<0.4為一致性差。對30°、60°和90°圖像評價軟骨損傷的診斷信心進行評分：3分為肯定性診斷，2分為可能性診斷，1分為無法診斷[4]，以Kruskal-Wallis H秩和檢驗進行分析。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 MRI與關節鏡檢查的一致性 25例單膝關節共150處關節軟骨，關節鏡結果示89處損傷陽性， 30°、60°及90° 3D-DESS序列圖像分別檢出74、96及85處軟骨損傷陽性，見表1。對于Pat、Tro、MFC、LFC、MTP及LTP， 根據90° 3D-DESS圖像的MRI診斷結果與關節鏡一致性均較好(Kappa=1.00、0.84、1.00、0.81、0.97、0.91，P均<0.01)， 60° 3D-DESS圖像的一致性一般或較好(Kappa=0.87、0.61、0.81、0.74、0.73、0.68，P均<0.01)，而30° 3D-DESS圖像的一致性差或一般(Kappa=0.47、0.38、0.50、0.30、0.32、0.23，P均<0.01)。

表1 關節鏡檢查及3D-DESS圖像檢出膝關節關節軟骨損傷結果(陰性/陽性，處)

2.2 不同FA圖像評價軟骨損傷的診斷信心評分比較 30°、60°與90°FA圖像評估Pat、Tro、MFC、LFC、MTP和LTP軟骨損傷診斷信心評分差異有統計學意義(H=16.66、34.07、22.73、27.30、18.86、19.17，P均<0.01)；兩兩比較顯示30°圖像診斷信心評分低于60°(P=0.03、0.01、0.04、0.00、0.04、0.03)及90°圖像(P均<0.01)， 60°則低于90°圖像(P=0.03、0.02、0.04、0.03、0.02、0.01)。90°圖像軟骨滑液對比度較高，病變顯示清晰，但顯示軟骨較差； 30°圖像顯示清楚，軟骨分層結構清晰，但顯示病變較差；60°圖像軟骨及軟骨滑液對比度中等，但顯示病變、周圍骨質及軟組織較好。見圖1、2。

圖1 患者女，47歲，右側髕骨軟化癥，FA 3D-DESS序列圖像顯示髕骨損傷(箭示病灶) A.30°FA圖像并見股骨滑車軟骨低信號(星號)； B. 60°FA圖像并見軟骨下骨質明顯骨髓水腫(星號)，周圍骨質及軟組織顯示清晰； C.90°FA圖像并見周圍骨質及軟組織信噪比低； D.關節鏡示Ⅳ級髕骨軟骨損傷，軟骨局限性缺損，部分骨質裸露

圖2 患者男，27歲，右側股骨外側髁軟骨退變(箭示病灶) A.30°FA 圖像尚見股骨外側髁正常軟骨信噪比高，其形態及4層結構清晰，脛骨平臺見斑點狀骨髓水腫(星號)； B.60°FA 圖像另見正常軟骨信噪比中等，分層結構顯示欠佳，周圍骨質及軟組織界線清，脛骨平臺見線狀骨髓水腫(星號)； C.90°FA圖像正常軟骨信噪比低，分層結構顯示不清，周圍骨質及軟組織信噪比低，脛骨平臺見細線狀骨髓水腫(星號)； D.關節鏡示Ⅲ級股骨外側髁軟骨損傷，軟骨局限性缺損，部分呈“蟹肉樣”外觀

3 討論

膝關節骨性關節炎是以關節軟骨退變為特征的慢性進行性骨關節病，而軟骨損傷是不可逆的，準確評估軟骨狀態對防治膝關節骨性關節炎有著重要意義。MR 3D-DESS序列是軟骨敏感序列之一，同時采集穩態進動快速成像和相反序列鏡像穩態快速進動成像信號，獲得T2權重較高的高信噪比圖像，能清晰顯示脂肪、關節積液及關節軟骨，從而有效評估軟骨病變[8]。

FA是DESS序列的重要參數之一，與軟骨信噪比和軟骨滑液對比信噪比密切相關，范圍0°～90°，影響圖像對掃描局部結構及病變的顯示能力。HARDY等[9]采集10名志愿者膝關節3D-DESS序列圖像，設置FA為10°～60°(間隔10°)，并利用軟骨和滑液弛豫時間預測軟骨滑液對比度，結果顯示 60°圖像軟骨與關節液的對比信噪比最高，進而優化了3D-DESS序列成像參數，但未對FA>60°圖像的信號強度進行分析。MORIYA等[10]分析FA取 10°～90°共9個角度(間隔10°)的3D-DESS序列圖像同層面膝關節軟骨、滑液信噪比及軟骨滑液對比信噪比，發現FA≤40°時軟骨信噪比明顯較高，>40°后緩慢下降，至90°時信噪比降至最低；軟骨滑液對比信噪比則隨FA增大而明顯上升，FA≤60°時呈快速直線上升,>60°后漸進增加，90°時達最大，可獲得軟骨和滑液對比較好的圖像。

近期有學者[4]對比觀察13例膝關節病變的FA 40°與90° 3D-DESS序列圖像，發現90°圖像對軟骨損傷的檢出率明顯高于40°圖像，且與關節鏡結果一致性好；本研究結果與之相符。高FA雖可降低軟骨信噪比，但當液體進入損傷軟骨時，軟骨滑液對比度明顯提高，有利于增加病變檢出率。但有研究[5]采用10°～90°共6個FA(間隔15°)3D-DESS序列MRI觀察30名健康人及20例膝關節軟骨損傷患者膝關節，發現無論對于健康人還是軟骨損傷患者，FA 60°圖像關節液體信噪比及軟骨滑液對比信噪比最高,顯示軟骨效果最佳,且檢出關節軟骨損傷的結果與關節鏡檢查結果一致性好，并以30°圖像軟骨信噪比最高；本研究結果與之有所出入，可能與膝關節液體弛豫時間及不同關節面T2*值存在差異有關[11-12]。

本研究發現FA對軟骨分層現象亦存在影響，相比FA 60°及90°圖像， 30°圖像軟骨信噪比較高，顯示軟骨4層結構更清楚。既往研究[13]提示低FA 3D-DESS序列圖像軟骨信噪比高，對于測量體積較具優勢，但未對軟骨分層現象進行分析，有待進一步觀察。

3D-DESS序列圖像對顯示骨質結構及半月板等軟組織具有優勢[14-15]。本研究中FA 60°圖像對軟骨病變的檢出率較高，且呈現周圍骨質及軟組織情況優于FA 30°及90°圖像。袁文昭等[16]亦認為 FA 60°圖像能較好顯示腕關節軟骨及周圍病變。臨床綜合評估膝關節軟骨病變時，選擇FA 60°采集圖像可能更好。本研究的局限性：①掃描順序可能影響膝關節液體弛豫時間，從而影響圖像質量；②僅對特定FA進行觀察，結果可能存在偏倚。

綜上所述，FA 90° 3D-DESS圖像顯示軟骨損傷最佳，FA 30°圖像可清晰顯示軟骨形態及結構，而FA 60°能兼顧周圍骨質及軟組織。臨床行3D-DESS掃描時，應根據檢查目的適當選擇FA。