趙曉梅， 黃耀渠， 伍瓊慧， 樊長姝

·骨骼肌肉影像學·

2D與3D MR快速自旋回波序列對膝關(guān)節(jié)交叉韌帶及半月板損傷的診斷價值比較

趙曉梅， 黃耀渠， 伍瓊慧， 樊長姝

目的：比較三維快速自旋回波(3D SPACE)序列與傳統(tǒng)二維快速自旋回波(2D PDWI)序列對膝關(guān)節(jié)交叉韌帶和半月板損傷的診斷價值。方法：75例膝外傷患者行常規(guī)3個平面2D FS PDWI序列及3D FS PD-SPACE序列檢查，檢查時間分別為9分48秒和6分6秒。由2位高年資醫(yī)師共同對2組圖像質(zhì)量進行主觀評分，并在術(shù)前獨立對交叉韌帶和半月板的損傷情況進行評價。結(jié)果：3D FS PD-SPACE序列組的主觀評分低于2D FS PDWI序列組(Z=-2.59，P<0.05)。以關(guān)節(jié)鏡結(jié)果為“金標準”，2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列診斷前交叉韌帶、后交叉韌帶、內(nèi)側(cè)半月板和外側(cè)半月板損傷的敏感度、特異度和準確度相近。判斷前交叉韌帶損傷程度方面，3D FS PD-SPACE序列與關(guān)節(jié)鏡的吻合度高于2D FS PDWI序列(P<0.01)。結(jié)論：3D FS PD-SPACE序列檢查效率高，診斷膝關(guān)節(jié)交叉韌帶和半月板損傷的價值與常規(guī)2D序列相似，能更準確地評估前交叉韌帶的損傷程度，具有潛在的臨床應(yīng)用價值；但需進一步優(yōu)化技術(shù)以縮短單次成像時間，減少運動偽影干擾以獲得更高的圖像質(zhì)量。

膝關(guān)節(jié)； 韌帶； 半月板； 損傷； 磁共振成像

MRI是診斷膝關(guān)節(jié)損傷的最佳無創(chuàng)性檢查方法，二維(2-diamension，2D)快速自旋回波序列是臨床常規(guī)應(yīng)用的傳統(tǒng)檢查方案，但存在一定的局限性：①對形態(tài)復(fù)雜或與標準解剖方位呈角度走行的結(jié)構(gòu)難以全程顯示；②層厚較厚，容易導致部分容積效應(yīng)；③3個平面分別成像的累計時間較長，檢查效率較低[1]。三維(3-diamension，3D)快速自旋回波序列具有常規(guī)快速自旋回波的信號特征，通過無間隔的薄層掃描及后處理重建，可以很好地顯示復(fù)雜結(jié)構(gòu)的正常解剖形態(tài)和準確診斷其異常[2-4]，因此在關(guān)節(jié)損傷中的應(yīng)用越來越廣泛。本文對一組膝關(guān)節(jié)損傷患者進行前瞻性的2D抑脂(fat suppression，F(xiàn)S)質(zhì)子密度加權(quán)成像(proton density weighted imaging，PDWI)及3D FS PD基于可變翻轉(zhuǎn)角的快速自旋回波(sampling perfection with application-optimized contrasts by using different flip angle evolutions，SPACE)序列研究，并與膝關(guān)節(jié)鏡結(jié)果進行對照，分析3D FS PD-SPACE序列診斷膝關(guān)節(jié)交叉韌帶和半月板損傷的可行性、優(yōu)勢和局限性，旨在探討其在膝關(guān)節(jié)損傷中的診斷價值。

材料與方法

1.研究對象

連續(xù)性搜集2015年6月-2015年11月本院因膝關(guān)節(jié)外傷擬行膝關(guān)節(jié)鏡檢查且術(shù)前行MRI檢查的一組患者，病例納入標準：①明確的膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷病史；②臨床體格檢查懷疑膝關(guān)節(jié)交叉韌帶、半月板損傷擬行關(guān)節(jié)鏡檢查；③MRI檢查與關(guān)節(jié)鏡檢查間隔時間不超過2周。排除標準：①既往膝關(guān)節(jié)手術(shù)病史；②未同時行2D及3D序列檢查者。本組納入研究的受試者共75例，其中男50例，女25例，年齡13～66歲，平均(33.3±11.6)歲，病變位于左膝36例，右膝39例。

2.檢查方法

MRI檢查采用1.5T超導磁共振成像儀(Siemens Magnetom Avanto)，患者取仰臥位，膝自然伸直，采用柔性表面線圈，分別行常規(guī)2D FS PDWI矢狀面、冠狀面、橫軸面掃描及矢狀面3D FS PD-SPACE序列掃描，掃描參數(shù)見表1。抑脂序列采用頻率選擇法，模式選擇“弱”。SPACE序列通過調(diào)整TR和TE時間可以獲得T1WI、T2WI和PDWI圖像，本研究選用PDWI權(quán)重，其優(yōu)勢在于既能很好地顯示小結(jié)構(gòu)的解剖形態(tài)，又能敏感地發(fā)現(xiàn)損傷后的出血水腫[3]，更適合臨床應(yīng)用?？紤]患者檢查耐受程度對圖像質(zhì)量的影響，隨機確定2組序列檢查的先后順序，并且2組序列檢查間患者可活動肢體休息30 min。

表1 2D常規(guī)序列及3D序列的主要掃描參數(shù)

注：*矢狀面、冠狀面及橫軸面的掃描時間分別為3分22秒、3分08秒及3分18秒。

3.圖像分析

由2位10年以上工作經(jīng)驗的MRI診斷醫(yī)師(觀察者1、觀察者2)采用4分法分別對常規(guī)2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列原始圖像質(zhì)量進行主觀評分，意見不統(tǒng)一時由第3位更高年資醫(yī)師確定，評分標準為：1分，大量運動偽影，相應(yīng)結(jié)構(gòu)不能顯示；2分，較多運動偽影，相應(yīng)結(jié)構(gòu)顯示差；3分，少量運動偽影，不影響相應(yīng)結(jié)構(gòu)的顯示；4分，無明顯運動偽影，各結(jié)構(gòu)顯示清晰。

2位醫(yī)師分別在術(shù)前獨立對前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)、后交叉韌帶(posterior cruciate ligament，PCL)、內(nèi)側(cè)半月板(medial meniscus，MM)和外側(cè)半月板(lateral meniscus，LM)的損傷情況進行評價。其中ACL的損傷程度分為部分撕裂和完全斷裂。2種序列的評價分別獨立進行，其先后順序隨機確定，并且間隔1周。交叉韌帶損傷的MRI診斷標準為韌帶變細或中斷，形態(tài)異常及信號增高(圖1)。半月板撕裂的MRI診斷標準為半月板內(nèi)線狀或斑片狀信號增高，并達到一側(cè)或兩側(cè)關(guān)節(jié)面邊緣(圖2)。2位觀察者分析3D FS PD-SPACE序列圖像時結(jié)合薄層原始圖像和在工作站上的多平面重建(multiplanar reconstruction，MPR)圖像進行綜合判斷。

4.統(tǒng)計學分析

采用SPSS 16.0軟件進行統(tǒng)計學分析，采用兩獨立樣本非參數(shù)Mann-Whitney U檢驗分析2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列圖像質(zhì)量評分的差異。以關(guān)節(jié)鏡結(jié)果為“金標準”，計算2位觀察者利用不同序列圖像診斷交叉韌帶及半月板損傷的敏感度、特異度和準確度。采用Kappa系數(shù)(K值)分析2組序列診斷ACL損傷程度與關(guān)節(jié)鏡的吻合度，其中K值<0.4為吻合度弱，0.4≤K值<0.7為吻合度一般，K值≥0.7為吻合度較強。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.2D FS PDWI和3D FS PD-SPACE序列圖像質(zhì)量主觀評分比較

75例患者中，2D序列因明顯運動偽影導致檢查失敗者(橫軸面、矢狀面和冠狀面 3組圖像中，2或3組圖像評分≤2分)5例，3D序列檢查失敗(圖像評分≤2分)者9例，其中2D及3D序列均失敗者4例，同時完成2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列檢查者65例。2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列圖像的主觀評分見表2，2D FS PDWI序列的評分高于3D FS PD-SPACE序列，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表2 兩組序列的圖像質(zhì)量主觀評分 (組)

注：Z值=-2.59，P值=0.01。每位患者的2D FS PDWI序列均掃描了橫軸面、冠狀面及矢狀面3組圖像，每組圖像均獨立評價(n=225)。

2.2D FS PDWI和3D FS PD-SPACE序列診斷

圖1 男，23歲，左膝關(guān)節(jié)ACL損傷。a) 矢狀面2D FS PDWI示ACL近端連續(xù)性中斷、局部腫脹及信號增高； b) 3D FS PD-SPACE序列矢狀面重建圖像同樣顯示ACL近端連續(xù)性中斷、局部腫脹及信號增高。 圖2 女，23歲，左膝關(guān)節(jié)MM后角撕裂。a) 矢狀面2D FS PDWI示半月板后角線狀信號增高影并達到脛骨關(guān)節(jié)面緣； b) 3D FS PD-SPACE序列矢狀面重建圖像同樣顯示半月板后角線狀信號增高影并達到脛骨關(guān)節(jié)面緣。 圖3 男，18歲，左膝關(guān)節(jié)外側(cè)半月板后角撕裂。a) 3D FS PD-SPACE序列矢狀面重建圖像示半月板撕裂(箭)； b) 3D FS PD-SPACE序列橫軸面薄層重建圖像進一步顯示撕裂半月板的完整形態(tài)(箭)。

價值比較65例MRI檢查圖像評分≥3分的患者中，最終行關(guān)節(jié)鏡檢查者51例。關(guān)節(jié)鏡證實ACL撕裂37例(完全斷裂29例，部分撕裂8例)，后交叉韌帶損傷5例(完全斷裂4例，部分撕裂1例)，內(nèi)側(cè)半月板撕裂31例，外側(cè)半月板撕裂27例。以關(guān)節(jié)鏡結(jié)果為“金標準”，2位觀察者利用2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列診斷交叉韌帶和半月板損傷的價值見表3，2種序列診斷ACL、PCL、MM和LM損傷的敏感度、特異度和準確度均較為接近。

合并分析2位觀察者的診斷結(jié)果，顯示MRI漏診的ACL損傷患者中，包括部分撕裂2例，陳舊性斷裂瘢痕愈合1例，誤診者均表現(xiàn)為ACL局部信號增高。2組序列均未漏診PCL損傷，誤診者2例，均表現(xiàn)為韌帶內(nèi)信號增高。半月板損傷診斷中，3D FS PD-SPACE序列除能較好診斷半月板損傷外，薄層重建橫軸面圖像還能很好地顯示垂直撕裂和桶柄狀撕裂的完整形態(tài)(圖3)。漏診的半月板撕裂包括MM后角關(guān)節(jié)囊緣撕裂1例，LM前角水平撕裂1例，其余均為不能確定異常信號與關(guān)節(jié)面關(guān)系者；誤診者包括3D FS PD-SPACE序列運動偽影所致假性撕裂2例，其余亦為誤判異常信號與關(guān)節(jié)面關(guān)系所致。

3.2D FS PDWI和3D FS PD-SPACE序列評估ACL損傷程度價值比較

3D FS PD-SPACE序列薄層原始圖像結(jié)合MPR特別是斜冠狀面、斜矢狀面重建圖像能在同一層面顯示ACL的完整形態(tài)和損傷情況，也能很好地評估其損傷程度(圖4、5)。以關(guān)節(jié)鏡為判斷ACL損傷程度的“金標準”，2D FS PDWI和3D FS PD-SPACE序列診斷ACL損傷與關(guān)節(jié)鏡的吻合度見表4，3D FS PD-SPACE序列與關(guān)節(jié)鏡的吻合度高于2D FS PDWI序列。觀察者1的分析顯示，2D FS PDWI序列有2例部分撕裂誤診為完全斷裂，3例完全斷裂誤診為部分撕裂，而3D FS PD-SPACE序列結(jié)合MPR圖像僅有1例完全斷裂誤診為部分撕裂。另一位觀察者的2D FS PDWI序列分析同樣顯示2例部分撕裂誤診為完全斷裂，3例完全斷裂誤診為部分撕裂，而3D FS PD-SPACE序列結(jié)合MPR圖像則分別有1例部分撕裂誤診為完全斷裂和1例完全斷裂誤診為部分撕裂。

表4 兩種序列與關(guān)節(jié)鏡評估ACL損傷的Kappa系數(shù)

注：P值均<0.01。

討 論

1.3D SPACE序列的技術(shù)特點、優(yōu)勢和局限性

本研究采用的3D SPACE序列采用了0.6 mm層厚無間隔的各向同性掃描，空間分辨力較常規(guī)序列高，有利于顯示細小的結(jié)構(gòu)和病變[2,3]，通過MPR能進行任意層面的重建，還能在同一層面完整顯示韌帶的長軸[5]，有助于提高診斷能力；但是對于快速自旋回波序列而言，超薄層厚掃描意味著需要成倍增加層數(shù)，其掃描時間與圖像模糊效應(yīng)、射頻能量特殊吸收率之間的矛盾制約了其應(yīng)用，超長的回波鏈可以縮短掃描時間，但同時會帶來嚴重的圖像模糊效應(yīng)和過高的特殊吸收率。SPACE序列是快速自旋回波的衍生序列，通過在回聚脈沖中使用可變翻轉(zhuǎn)角的設(shè)計，成功解決了常規(guī)快速自旋回波的上述矛盾[6]。本組研究顯示，膝關(guān)節(jié)3D SPACE序列圖像的模糊效應(yīng)不明顯，對病變顯示的影響也不大，同時其檢查時間能控制在6分鐘左右，較2D序列3個平面掃描的總時間明顯縮短，提高了檢查效率，但是對于膝關(guān)節(jié)損傷患者而言，3D SPACE序列的單次檢查時間仍然較長，其制動要求更高，也更容易出現(xiàn)運動偽影，引起類似撕裂等的假象從而導致誤診，限制了其臨床應(yīng)用。本組研究顯示，3D SPACE序列較常規(guī)2D 序列因運動偽影導致檢查失敗的概率更高，圖像質(zhì)量評分也較2D序列低，因此膝關(guān)節(jié)3D SPACE序列的常規(guī)應(yīng)用還需要在保證圖像質(zhì)量的前提下進一步縮短檢查時間。

2.3D SPACE序列診斷膝關(guān)節(jié)損傷的價值

近年來國內(nèi)外學者嘗試應(yīng)用3D快速自旋回波序列診斷膝關(guān)節(jié)韌帶和半月板損傷，許建興等[5]的研究顯示3D SPACE序列結(jié)合三維重建對膝交叉韌帶損傷的診斷價值與常規(guī)2D序列相似；陳嬌等[4]對一組半月板損傷患者的研究則顯示3D PD-SPACE序列與常規(guī)2D序列在診斷半月板撕裂的準確性上沒有明顯差異；Lim等[1]的研究也認為各向同性的3D快速自旋回波序列對膝關(guān)節(jié)交叉韌帶和半月板損傷的診斷效能與常規(guī)2D序列相近。本研究中2D與3D序列對交叉韌帶、半月板損傷的診斷效能相近，2位醫(yī)師的診斷結(jié)果也相近，與國內(nèi)外相關(guān)報道的結(jié)果基本一致，可見3D SPACE序列在診斷膝關(guān)節(jié)損傷方面具有潛在應(yīng)用價值。

對損傷進行精確評估是運動醫(yī)學對影像的更高要求和趨勢。常規(guī)序列掃描不能在一幅圖像上顯示整條韌帶，給損傷分級帶來一定因難，而3D序列的超薄層厚原始圖像結(jié)合MPR圖像可以更好地顯示ACL的雙束結(jié)構(gòu)，因此在分析韌帶損傷程度方面可能具有更高的價值。張繼良等[7]的研究認為3D成像技術(shù)對ACL損傷程度的判定有較大的優(yōu)勢，特別是可以提高ACL部分撕裂的診斷準確度。吳永剛等[8]對大學生足球運動員ACL損傷的研究也認為3D-MRI掃描能夠提高ACL部分撕裂的早期診斷符合率。本組研究顯示2位觀察者根據(jù)3D PD-SPACE原始薄層圖像結(jié)合MPR重建圖像進行分析，僅有1和2位患者的撕裂程度未能準確判斷，而常規(guī)2D序列均有5例錯判其損傷程度，Kappa分析也顯示3D PD-SPACE序列與關(guān)節(jié)鏡的吻合度明顯高于常規(guī)2D序列。由此可見，3D PD-SPACE序列在膝關(guān)節(jié)損傷診斷中的突出價值在于能精確評估膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的損傷程度，從而為臨床治療方案的制定提供參考。

圖4 男，18歲。左膝關(guān)節(jié)ACL損傷。a) 矢狀面2D FS PDWI示韌帶連續(xù)性部分存在，為部分撕裂； b) 3D FS PD-SPACE序列斜冠狀面重建圖像示ACL近端連續(xù)性中斷(箭)，為完全斷裂； c) 3D FS PD-SPACE序列斜矢狀面重建圖像示ACL近端完全斷裂(箭)。 圖5 女，23歲，右膝關(guān)節(jié)ACL假撕裂。a) 矢狀面2D FS PDWI示ACL信號增高，連續(xù)性部分中斷(箭)； b) 冠狀面2D FS PDWI同樣顯示ACL部分撕裂(箭)； c) 3D FS PD-SPACE序列斜冠狀面重建圖像示ACL連續(xù)性完整，邊緣清晰，2D-MRI圖像所示韌帶內(nèi)高信號可能為滑膜等正常結(jié)構(gòu)所致假象。

3D PD-SPACE序列雖然未能明顯提高半月板撕裂的診斷準確度，但其能進行橫軸面重建，對顯示半月板的橫軸面形態(tài)具有較高的價值[4]。關(guān)節(jié)鏡觀察一些垂直性撕裂時，其視野與MR橫軸面圖像類似，由于半月板在3 mm層厚的常規(guī)MR橫軸面圖像上往往僅能顯示1層，參考意義有限。3D PD-SPACE序列重建能顯示5層以上的半月板橫軸面圖像，并且可以沿半月板標準橫軸進行重建，從而可直觀顯示邊緣垂直撕裂、放射狀撕裂和桶柄狀撕裂等類型半月板損傷的整體形態(tài)、累及范圍、分離程度和裂瓣的移位情況等，對關(guān)節(jié)鏡檢查有很好的指導意義。

3.研究的局限性

本研究的局限性在于：①本研究中韌帶部分損傷患者較少，同時由于本組選擇的是膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷患者，軟骨損傷較少，其診斷價值還需收集更多病例進行分析；②本研究中3D FS PD-SPACE序列采用的是工作站中推薦的參數(shù)，改變TR/TE時間、加速因子、抑脂方法及并行采集等條件可能對檢查時間和圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此如何更好地優(yōu)化該序列還有待進一步探討。

綜上所述，3D FS PD-SPACE序列作為一種新的MRI序列，能快速采集高空間分辨力各向同性數(shù)據(jù)，通過原始薄層圖像結(jié)合MPR重建分析能很好地顯示膝關(guān)節(jié)交叉韌帶和半月板的正常形態(tài)和損傷情況，特別是在ACL損傷的分級診斷方面較常規(guī)2D序列更有優(yōu)勢，同時檢查效率更高，因此對膝關(guān)節(jié)損傷的診斷有潛在應(yīng)用價值，同時還需要進一步優(yōu)化技術(shù)以縮短單次成像時間，減少運動偽影干擾以獲得更高的圖像質(zhì)量，更好地適應(yīng)臨床常規(guī)應(yīng)用的要求。

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MRI diagnosis of cruciate ligament and meniscus injuries of the knee joint：comparison between 3D with 2D turbo spin echo sequences

ZHAO Xiao-mei,HUANG Yao-qu,WU Qiong-hui,et al.

Department of MRI,Foshan Hospital of Traditional Chinese Medicine,Guangdong 528000,China

Objective:To evaluate and compare the value of 3D PD-SPACE sequence and conventional 2D PDWI sequence in diagnosing cruciate ligament and meniscus injury of the knee joint．Methods:Both 2D FS PDWI and 3D FS PD-SPACE sequences of the knee joint were performed in 75 patients who suffered from knee joint trauma.The image acquisition time of the two sequence was 9min48s and 6min6s respectively.The scores were made by two experienced radiologists subjectively to evaluate the image quality,and the injuries of the cruciate ligament and meniscus were diagnosed before surjery prospectively.Results:The score of 3D FS PD-SPACE sequence was lower than that of the 2D FS PDWI sequence(Z=-2.59,P<0.05).Taking the result of arthroscopy as gold standard,the sensitivity,specificity and accuracy of 2D FS PDWI sequence in the diagnosis of anterior and posterior cruciate ligaments as well as lateral and medial meniscus injuries were similar to that of 3D FS PD SPACE sequence.To determine the degree of the anterior cruciate ligament damage,the results of 3D FS PD-SPACE sequence was in consistent to that of arthroscopy and was higher than that of 2D FS PDWI sequence (P<0.01).Conclusion:3D FS PD-SPACE sequence had a higher operation efficacy,the value in evaluating cruciate ligament and meniscus injuries of the knee joint was similar to that of conventional 2D sequence,more accurate evaluation of the degree of anterior cruciate ligament injury could be achieved,providing prtential clinical application value.However,further optimization of the technique is necessary in order to reduce the single examination time and motion artifact interference,then,higher image quality could be obtained.

Knee joint； Ligament； Meniscus； Injury; Magnetic resonance imaging

528000 廣東，佛山市中醫(yī)院MRI室

趙曉梅(1970-)，女，安徽淮南人，主管技師，主要從事磁共振技術(shù)工作。

黃耀渠，E-mail：doctorhyq@163.com

廣東省科技廳科技計劃項目(2014A020221096)

R686.5; R445.2

A

1000-0313(2017)01-0073-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.01.015

2016-05-05

2016-08-25)