三維穩態成像序列對膝關節軟骨損傷的診斷價值

[摘要]"目的"分析多回波梯度成像（multi-echo"data"merging"imaging，MERGE）、三維抑脂快速擾相梯度回波（three-"dimensional"fat"suppression"fast"disturbed"phase"gradient"echo，3D-FS-SPGR）、雙激發平衡式穩態自由進動序列（fast"imaging"employing"steady-state"acquisition"cycled"phases，FIESTA-C）對膝關節急性軟骨損傷的診斷價值。方法"回顧性選取2019年6月至2020年6月杭州市第九人民醫院收治的急性膝關節軟骨損傷患者40例。患者術前均行磁共振成像常規掃描，同時行MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列掃描，并于4周內行外科或膝關節鏡手術。對三種檢查序列結果與臨床手術結果進行一致性分析，計算敏感度、特異性、準確度，分析MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列評估不同級別膝關節急性軟骨損傷的價值。結果"MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列與臨床手術結果一致性分析顯示，Kappa值分別為0.57、0.90、0.81。MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列對膝關節不同級別急性軟骨損傷診斷的敏感度分別為89.67%、91.95%和94.54%，特異性分別為95.23%、98.90%和95.33%。結論"FIESTA-C序列對膝關節不同級別急性軟骨損傷的診斷與臨床手術結果的符合度高于MERGE、3D-FS-SPGR序列，具有良好的對比度，可通過改動參數有效縮短掃描時間，可作為膝關節急性軟骨損傷的優化序列，但對低級別軟骨損傷的診斷價值偏低。

[關鍵詞]"急性軟骨損傷；膝關節；磁共振成像；多回波梯度成像；雙激發平衡式穩態自由進動序列；三維抑脂快速擾相梯度回波

[中圖分類號]"R445.2""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.07.013

Diagnostic"value"of"three-dimensional"steady-state"imaging"sequence"for"cartilage"injury"of"knee"joint

GE"Yijie，"ZHANG"Haifeng，"LU"Heng，"GUO"Junqiao

Department"of"Radiology，"Hangzhou"Ninth"People’s"Hospital，"Hangzhou"311225，"Zhejiang，"China

[Abstract]"Objective"To"analyze"the"diagnostic"value"of"multi-echo"data"merging"imaging"（MERGE），"three-dimensional"fat"suppression"fast"disturbed"phase"gradient"echo"（3D-FS-SPGR），"and"fast"imaging"employing"steady-state"acquisition"cycled"phases"（FIESTA-C）"in"acute"cartilage"injury"of"knee"joint."Methods"Forty"patients"with"acute"cartilage"injury"of"knee"joint"treated"in"Hangzhou"Ninth"People’s"Hospital"from"June"2019"to"June"2020"were"retrospectively"selected."All"patients"underwent"routine"magnetic"resonance"imaging"scans"before"surgery，"combined"with"MERGE，"FIESTA-C，"and"3D-FS-SPGR"sequence"scans."Surgery"or"knee"arthroscopic"surgery"was"performed"within"4"weeks."The"results"of"three"examination"sequences"were"consistent"with"the"results"of"clinical"surgery，"sensitivity，"specificity"and"accuracy"were"calculated，"and"the"value"of"MERGE，"FIESTA-C，"and"3D-FS-SPGR"sequences"in"evaluating"different"levels"of"acute"knee"cartilage"injury"was"analyzed."Results"MERGE，"FIESTA-C，"and"3D-FS-SPGR"sequences"and"clinical"surgical"results"showed"Kappa"values"of"0.57，"0.90，"and"0.81，"respectively."The"sensitivity"of"MERGE，"FIESTA-C，"and"3D-FS-SPGR"sequences"for"the"diagnosis"of"acute"cartilage"injury"at"different"levels"of"knee"joint"were"89.67%，"91.95%，"and"94.54%，"respectively，"with"specificity"of"95.23%，"98.90%，"and"95.33%，"respectively."Conclusion"FIESTA-C"sequence"is"more"consistent"with"clinical"surgical"results"for"the"diagnosis"of"acute"cartilage"injury"of"different"levels"of"knee"joint"than"MERGE"and"3D-FS-SPGR"sequence，"has"a"good"contrast，"and"can"effectively"shorten"the"scanning"time"by"modifying"parameters."FIESTA-C"sequence"can"be"used"as"an"optimal"sequence"for"acute"cartilage"injury"of"knee"joint，"but"has"low"diagnostic"value"for"low-grade"cartilage"injury.

[Key"words]"Acute"cartilage"injury;"Knee"joint;"Magnetic"resonance"imaging;"MERGE;"FIESTA-C;"3D-FS-SPGR

膝關節軟骨損傷多見于急性外傷，包括軟骨挫傷、軟骨骨折、軟骨軟化、骨軟骨骨折、軟骨缺損等諸多形式[1]。目前，磁共振成像（magnetic"resonance"imaging，MRI）是檢查膝關節損傷的常用無創手段之一，其具有無輻射、軟組織分辨力高、早期診斷準確性較高等優勢，在臨床診斷中發揮重要作用[2]。然而，因外傷患者難以耐受長時間檢查，在對急性膝關節軟骨損傷患者進行序列選擇時，應充分考慮序列的耗時性等相關因素[3]。近年來，國內外有關軟骨的敏感序列及其定量研究報道逐漸增多，如多回波梯度成像（multi-echo"data"merging"imaging，MERGE）、三維抑脂快速擾相梯度回波（three-dimensional"fat"suppression"fast"disturbed"phase"gradient"echo，3D-FS-"SPGR）、雙激發平衡式穩態自由進動序列（fast"imaging"employing"steady-state"acquisition"cycled"phases，FIESTA-"C）等均可較好地顯示軟骨形態[4-6]。既往研究多集中于彌散張量成像、彌散加權成像、軟骨延遲動態增強成像等的報道[7-13]。鑒于此，本研究隨機選取2019年6月至2020年6月杭州市第九人民醫院收治的急性膝關節軟骨損傷患者40例，分析MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列掃描對膝關節急性軟骨損傷的診斷價值。

1""資料與方法

1.1""一般資料

回顧性選取2019年6月至2020年6月杭州市第九人民醫院收治的急性膝關節軟骨損傷患者40例，均為單側損傷。其中，男24例，女16例，年齡18～35歲，平均（28.05±3.14）歲；損傷側別：左膝24例，右膝16例。納入標準：年齡gt;18歲；膝關節MRI檢查后擬行膝關節手術治療；就診前1～3d存在明確外傷史或確診為膝關節軟骨損傷；既往無膝關節手術治療史。排除標準：骨關節炎患者；既往有膝關節軟骨損傷病史者；合并認知功能障礙、精神異常的患者。患者均行MRI常規掃描，包括T1加權成像（T1"weighted"imaging，T1WI）、T2加權成像（T2"weighted"imaging，T2WI）、質子密度加權成像（proton"density"weighted"imaging，PDWI）序列，同時行MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列掃描。所有患者均在4周內行外科或膝關節鏡手術，每個膝關節均設置6個觀察面，分別為髕骨后、股骨外髁、股骨內髁、股骨滑車、脛骨外側平臺、脛骨內側平臺。本研究經杭州市第九人民醫院倫理委員會批準（倫理審批號：2023-013）。

1.2""檢查方法

檢查儀器為美國GE公司光纖1.5T"Optima"MR"360掃描機，采用八通道膝關節表面線圈。患者取仰臥位，下肢伸直，腳先進，以髕骨下緣為定位線中心處進行掃描。T1WI掃描參數：回波時間（echo"time，TE）=11ms，重復時間（repetition"time，TR）=550ms，層厚=1.0mm，矩陣288mm×256mm，視野（field"of"vision，FOV）18cm×18cm；T2WI掃描參數：TE=79ms，TR=3600ms，層厚=1.0mm，矩陣288mm×256mm，FOV"18cm×18cm；PDWI掃描參數：TE=34ms，TR=2000ms，層厚=1.0mm，矩陣288mm×256mm，FOV"18cm×18cm；MERGE掃描參數：TE=2.9ms，TR=650ms，層厚=1.0mm，矩陣288mm×256mm，FOV"18cm×18cm；FIESTA-C掃描參數：TE=1.8ms，TR=5.1ms，層厚=2.0mm，矩陣256mm×192mm，FOV"18cm×18cm；3D-FS-SPGR掃描參數：TE=13ms，TR=20.4ms，層厚=2.0mm，矩陣256mm×192mm。所有圖像傳至ADW"4.6工作站進行分析。

1.3""圖像處理及分析

由資深影像科醫生對所有患者術前不同序列的MRI圖像進行臨床分析，判斷軟骨損傷級別；之后對照手術結果，分別對患者膝關節軟骨的各個序列表現進行分析。根據Recht分級[14]和Outerbridge分級[15]方法對患者MRI檢查及關節鏡結果進行分級。0級：MRI和關節鏡均顯示關節軟骨無異常；1級：MRI提示表面不光滑，內部信號不均勻，關節鏡顯示表層凹凸不平，侵蝕深度lt;50%；2級：MRI提示異常信號超過50%，但軟骨下低信號線輪廓未見異常，關節鏡可見軟骨碎片或裂隙，深度≥50%，但未侵及軟骨下骨；3級：MRI提示軟骨連續性中斷或部分軟骨層缺失，軟骨下低信號線下陷、變形，關節鏡可見軟骨碎片或裂隙，侵及軟骨下骨，直徑lt;1cm（包括單純軟骨骨折）；4級：MRI提示軟骨層完全缺失，直徑≥1cm，低信號線中斷或消失，關節鏡示軟骨層完全缺損，大范圍暴露軟骨下骨，直徑≥1cm（包括撕脫型或縱形骨軟骨骨折）。

1.4""統計學方法

將相關數據錄入SPSS"23.0統計學軟件。計算敏感度、特異性、準確度，分析MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列評估不同級別膝關節急性軟骨損傷的價值。Kappa分析MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列評估不同級別膝關節急性軟骨損傷與臨床手術結果的一致性。Plt;0.05為差異有統計學意義。

2""結果

2.1""患者的臨床手術結果

40例患者中，合并骨折15例，合并韌帶損傷16例，合并半月板損傷5例，單一軟骨損傷4例。在所選的240個觀察軟骨面中，軟骨面正常157處（0級）；軟骨表層侵蝕，凹凸不平，深度lt;50%有13處（1級）；軟骨面出現碎片、裂隙，深度≥50%有27處（2級）；軟骨全層損傷，累及軟骨下骨皮質（包括單純骨軟骨骨折），但損傷面積較小（lt;1cm2）有19處（3級）；嚴重軟骨損傷，且面積≥1cm2有24處（4級），見圖1～圖5。

2.2""三種檢查序列結果與臨床手術結果的一致性分析

MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列與臨床手術結果的一致性分析顯示，Kappa值分別為0.57、0.90、0.81，見表1。

2.3""三種檢查序列對膝關節急性軟骨損傷的診斷價值

MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列對膝關節不同級別急性軟骨損傷診斷的敏感度分別為89.67%、91.95%和94.54%，特異性分別為95.23%、98.90%和95.33%，見表2。

3""討論

膝關節軟骨為透明軟骨，其在維持可動關節的正常活動方面具有重要作用[16]。膝關節軟骨損傷易導致患者膝關節疼痛及功能受限，對患者的日常生活造成極大影響。急性軟骨損傷與慢性軟骨損傷如類風濕關節炎、骨性關節炎等明顯不同，若未合并韌帶撕裂、半月板撕裂、骨折等其他關節結構的損傷，則容易被忽視，使患者失去最佳治療時機。由于軟骨的再生能力與修復能力較差，關節磨損風險較高，進而可進展為骨性關節炎，引發不可逆損害，降低患者的生活質量[17]。

膝關節軟骨損傷的MRI診斷主要依據其軟骨信號改變及形態變化，如軟骨輪廓變薄、部分增厚或游離軟骨片、缺失或顯示裂隙等均為形態學改變的主要表現[18]。對正常軟骨，MERGE序列可清晰顯示關節軟骨的三層結構，其中表層呈現明顯高信號，中間層亦為高信號，較表層信號稍低，而深層則為低信號鈣化帶。3D-FS-SPGR序列可顯示關節軟骨的四層結構，其中表層呈現明顯高信號，中間層為稍低信號，深層為高信號，而最內層為低信號鈣化帶，但其邊界類似于抑脂后的骨髓信號，因此難以有效辨別。FIESTA-C序列對關節軟骨的分層多顯示為三層，其中最外層為稍高信號，厚度偏薄，中間層信號灰度較表層降低，但稍高于骨髓信號，而內層為部分放射帶及鈣化帶，厚度較均勻，且為明顯低信號層，其信號灰度較抑脂后的骨髓信號降低。急性膝關節外傷合并軟骨損傷時，選擇3D-FS-SPGR序列進行最大密度投影重建，可得到直觀、清晰的軟骨圖像，有助于臨床診斷。3D-FS-SPGR序列對1級軟骨損傷進行評估時，雖軟骨信號較佳，但不排除假陰性的可能；對2～3級軟骨損傷進行評估時，FIESTA-C序列可直觀、清晰顯示關節軟骨缺損和水腫狀況，而3D-FS-SPGR序列經最大密度投影后處理，可獲取三維軟骨圖像，準確定位損傷部位，便于臨床醫生診斷。因此，3D-FS-SPGR序列與最大密度投影重建進行結合，可更為直觀地顯示2～3級軟骨損傷狀況。對4級軟骨損傷的評估，即便是常規序列，亦能獲得較準確的診斷結果，而若采用3D-FS-SPGR序列+最大密度投影重建，則對損傷部位及其范圍的評估更為準確。

本研究發現，相比MERGE、3D-FS-SPGR序列，FIESTA-C序列評估各級別膝關節急性軟骨損傷與手術結果的一致性較高，其Kappa值為0.90，其中對4級軟骨損傷的診斷準確率為100%；其次為3D-FS-"SPGR序列，其Kappa值為0.81；而MERGE序列的Kappa值較低，僅為0.57，但具有中等一致性，聯合其他序列有可能增加診斷準確性。3D-FS-SPGR序列敏感度最高，為94.54%；其次是FIESTA-C序列，為91.95%；MERGE最低，為89.67%。FIESTA-C序列特異性最高，為98.90%；而3D-FS-SPGR與MERGE序列特異性較接近，分別為95.33%和95.23%。此外，本研究結果顯示，MERGE、3D-FS-"SPGR、FIESTA-C三種序列對評估1級軟骨損傷的準確度均不高，分析其原因可能與MRI評估低級別軟骨損傷時顯示表層軟骨以下的軟骨信號異常有關。

綜上所述，FIESTA-C序列對膝關節不同級別急性軟骨損傷的診斷結果與臨床手術的符合度高于MERGE、3D-FS-SPGR序列，具有良好的軟骨/關節液、軟骨/骨對比度，可清晰顯示軟骨鈣化帶狀況。FIESTA-C序列在評估低級別軟骨損傷時，更能顯示表層軟骨損傷和軟骨水腫狀況。3D-FS-SPGR序列通過改動參數可有效縮短掃描時間，可作為膝關節急性軟骨損傷的優化序列，但其對低級別軟骨損傷的診斷價值偏低。無論是在軟骨顯示方面，亦或是與臨床手術結果對照方面，FIESTA-C和3D-FS-"SPGR序列均優于MERGE序列。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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