陳逸群，趙雪文

摘要：目的：探討3.0T MRI3D-VIBE序列聯(lián)合OsiriX軟件半自動分割對測量膝骨關(guān)節(jié)炎軟骨體積的效率和可重復(fù)性。方法：隨機(jī)選取2018年1月-2020年12月期間在本院影像科接受3.0T MRI3D-VIBE序列檢查并符合條件的患者80例，分為輕度KOA組（39例）和重度KOA組（41例），同時納入健康志愿者40例為對照組。對MR圖像質(zhì)量進(jìn)行一致性檢驗(yàn);使用OsiriX軟件分割比較三組受試者的各膝關(guān)節(jié)軟骨體積;比較OsiriX軟件半自動分割和常規(guī)手工分割在測量KOA組和對照組的軟骨體積所需時間和可重復(fù)性誤差。結(jié)果：3D-VIBE序列膝關(guān)節(jié)軟骨成像的圖像質(zhì)量評分結(jié)果一致性較好（Kappa值=0.83，P<0.01）;輕度KOA組各軟骨體積值均比對照組低，但都高于重度KOA組，所有比較均有顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P<0.01）;KOA組和對照組使用OsiriX軟件半自動分割膝關(guān)節(jié)軟骨所用時間都比常規(guī)手工測量少，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.01）;KOA組和對照組使用OsiriX軟件半自動分割和常規(guī)手工測量比較，觀察者間可重復(fù)測量誤差和觀察者內(nèi)可重復(fù)測量誤差均低于常規(guī)手工測量（P<0.05）。結(jié)論：3.0T MRI3D-VIBE序列成像對于顯示膝關(guān)節(jié)軟骨圖像質(zhì)量良好，其聯(lián)合OsiriX軟件半自動測量對于分割膝關(guān)節(jié)各軟骨比常規(guī)手工測量更節(jié)約時間，可重復(fù)性更好。

關(guān)鍵詞：核磁共振;膝骨關(guān)節(jié)炎;3D-VIBE序列;OsiriX軟件;軟骨分割

中圖分類號：R445.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10？郾3969/j.issn.1001-0270.2022.01.04

Application Value of 3.0T MRI 3D-VIBE Sequence Combined with Osirix Semi-Automatic Segmentation in Cartilage Volume Measurement of Knee Osteoarthritis

CHEN Yi-qun， ZHAO Xue-wen（Corresponding author）

（Medical Imaging Department， Suzhou Ninth People's Hospital， Jiangsu 215200， China）

Abstract： Objective： To explore the efficiency and repeatability of 3.0T MRI 3D-VIBE sequence combined with OsiriX software semi-automatic segmentation in measuring cartilage volume of knee osteoarthritis. Methods： 80 patients who received 3.0T MRI 3D-VIBE sequence examination in the imaging department of our hospital from January 2018 to December 2020 were randomly divided into mild KOA group （n = 39） and severe KOA group （n = 41）， and 40 healthy volunteers were included as control group. The consistency of MR image quality was tested; the knee cartilage volumes of the three groups were compared by OsiriX software segmentation; the time and repeatability errors of OsiriX software semi-automatic segmentation and conventional manual segmentation in measuring cartilage volume between KOA group and control group were compared.Results： the image quality scores of 3.0TMRI3D-VIBE sequence knee cartilage imaging were consistent （Kappa=0.83， P<0.0l）， and the cartilage volume values of mild KOA group were lower than those of control group， but higher than those of severe KOA group （P<0.0l）. The time of semi-automatic segmentation of knee cartilage by OsiriX software in KOA group and control group was less than that by routine manual measurement， and the difference was statistically significant （P<0.01）. Compared with routine manual measurement and semi-automatic segmentation with OsiriX software， the inter-observer and intra-observer repeatable measurement errors in KOA group and control group were lower than those in conventional manual measurement （P<0.05）.Conclusion： 3.0TMRI3D-VIBE sequence imaging has good image quality for displaying knee cartilage， and its combination with OsiriX semi-automatic software measurement is more time-saving and repeatable than conventional manual measurement in segmenting knee cartilage， so it is worth popularizing.

Key Words： Nuclear Magnetic Resonance; Knee Osteoarthritis; 3D-VIBE Sequence; Osirix Software; Cartilage Segmentation

膝骨關(guān)節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）是最常見的一種關(guān)節(jié)炎，其特征是進(jìn)行性軟骨丟失，鄰近骨骼重塑，關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致疼痛和功能障礙[1]。因此，對KOA中軟骨的改變進(jìn)行研究，將有助于診斷和治療。隨著核磁共振（MRI）設(shè)備的不斷發(fā)展和成像技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的方法和手段逐漸應(yīng)用于MRI的臨床診斷。如三維容積插入式屏氣檢查（three dimension volumetric interpolated breath-hold examination，3D-vibe）序列，是一種使用快速3D梯度回波序列生成T1圖像的容積成像形式，具有提高Z軸分辨率的優(yōu)點(diǎn)，可以獲得高質(zhì)量的多平面和3D重建圖像，而且屏氣時間通常小于30s，獲得受呼吸運(yùn)動影響最小的動態(tài)、高分辨率T1加權(quán)組織成像[2]，已被應(yīng)用于診斷肺部腫瘤[3-4]、髖關(guān)節(jié)疾病[5-6]、乳腺病變[7]以及異常胎兒[8]等方面，但鮮有文獻(xiàn)報道應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)軟骨方面。功能強(qiáng)大的OsiriX開源軟件，能方便地定量測量膝關(guān)節(jié)軟骨[9]，以便于觀察KOA的軟骨改變情況。本研究通過在3.0T MRI上采用3D-vibe序列掃描KOA患者及健康志愿者的膝關(guān)節(jié)部位，結(jié)合OsiriX軟件分割測量膝關(guān)節(jié)軟骨體積，進(jìn)而探討3D-vibe序列成像聯(lián)合OsiriX分割測量膝關(guān)節(jié)軟骨體積在KOA中的應(yīng)用價值，報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

隨機(jī)選取2018年1月-2020年12月期間在本院影像科行MRI檢查的患者中符合條件的受試者80例。 納入標(biāo)準(zhǔn)：①臨床表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)疼痛和功能障礙，臨床診斷為KOA;②行KOA的MRI檢查;③在MRI檢查前3h內(nèi)無劇烈運(yùn)動;④意識清醒，可積極配合本次研究;⑤在充分告知的基礎(chǔ)上，自愿參加本課題研究，并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：①膝關(guān)節(jié)外傷、膝關(guān)節(jié)手術(shù)病史，或合并有膝關(guān)節(jié)其他疾患;②MRI檢查的禁忌癥;③同期參與其他臨床試驗(yàn)研究項(xiàng)目。根據(jù)WOMAC（western Ontario and McMaster University）骨性關(guān)節(jié)炎評分指數(shù)及Kellgren-Lawrence放射學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)將KOA患者再分為輕度（I～I(xiàn)I級）、重度（III～I(xiàn)V級）兩組觀察組，其中輕度KOA組男性患者14例，女性患者25例，左膝關(guān)節(jié)20例，右膝關(guān)節(jié)19例，患者年齡范圍40-82歲，平均年齡（59.49±8.52）歲;重度KOA組男性患者18例，女性患者23例，左膝關(guān)節(jié)18例，右膝關(guān)節(jié)23例，患者年齡范圍42-85歲，平均年齡（68.95±10.17）歲。另于同期在本院選取無膝關(guān)節(jié)炎及外傷病史、無膝關(guān)節(jié)痛的健康志愿者40例作為對照組，其中男性16例，女性24例，左膝關(guān)節(jié)17例，右膝關(guān)節(jié)23例，年齡范圍38-75歲，平均年齡（52.38±7.46）歲）。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審查批準(zhǔn)，受試者均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 3.0T MRI 3D-VIBE序列成像

對所有受試者采用德國Siemens Verio 3.0T超導(dǎo)型磁共振掃描儀檢查。受試者取仰臥位，固定患側(cè)膝關(guān)節(jié)，采用膝關(guān)節(jié)專用線圈，將髕骨最下緣與脛骨結(jié)節(jié)的中點(diǎn)定位于線圈中心。掃描矢狀位3D-VIBE序列，掃描參數(shù)設(shè)置為：TR11.6ms，TE 5.4ms，各向同性，水激發(fā)，層厚0.6mm，無層間距，矩陣256×256，視野15cm×15cm。

1.2.2 膝關(guān)節(jié)軟骨體積的測量

采集的MRI圖像先轉(zhuǎn)入移動硬盤，然后再導(dǎo)入計算機(jī)，由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的圖像后處理技師使用OsiriX MD 10.0版本軟件分割膝關(guān)節(jié)各部分軟骨，同時進(jìn)行軟件半自動分割（圖A）和常規(guī)手工分割（圖B）。分割好后由軟件自動計算軟骨體積，包括髕骨軟骨（PC）、股骨軟骨（FC）、脛骨內(nèi)側(cè)髁軟骨（MTC）、脛骨外側(cè)髁軟骨（LTC）。

1.2.3 圖像評估

由2名高年資醫(yī)師評估采集到的MRI圖像，觀察膝關(guān)節(jié)各部分軟骨的關(guān)節(jié)面、關(guān)節(jié)間隙及關(guān)節(jié)面下骨侵蝕的情況。采用一致性檢驗(yàn)方法（Kappa檢驗(yàn)），比較2名醫(yī)師對MRI圖像質(zhì)量評分結(jié)果的一致性。Kappa值≥0.75，表示一致性較好;0.4≤Kappa值<0.75，表示一致性一般;Kappa值<0.4，表示一致性較差。對于Kappa值<0.4的評分結(jié)果，另邀請1名MRI副主任醫(yī)師共同商議確定評分結(jié)果。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1 膝關(guān)節(jié)軟骨體積測量

使用OsiriX半自動軟件分別測量對照組、輕度KOA組和重度KOA組，獲得各組軟骨體積，包括：髕骨軟骨、股骨軟骨、脛骨內(nèi)側(cè)髁軟骨和脛骨外側(cè)髁軟骨體積值。

1.3.2 測量膝關(guān)節(jié)軟骨體積所需時間

在操作過程中，分別使用OsiriX半自動軟件和常規(guī)手工測量，記錄KOA組和對照組測量全過程所需時間以及分割時間。

1.3.3 測量可重復(fù)性誤差

比較KOA組和對照組分別使用OsiriX半自動軟件和常規(guī)手工測量的可重復(fù)性誤差。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計數(shù)資料采用百分率（%）表示，計量資料采用x±s表示，通過計算變異系數(shù)均方根獲取各可重復(fù)性誤差。使用Kappa一致性檢驗(yàn)比較圖像質(zhì)量，使用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較計量資料，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 MRI圖像質(zhì)量評分結(jié)果的一致性

2名醫(yī)師對于MRI圖像質(zhì)量的結(jié)果評分一致性較好，Kappa值=0.83，P<0.01。見表1。

2.2 三組受試者膝關(guān)節(jié)軟骨體積比較

膝關(guān)節(jié)輕度KOA組各軟骨體積與對照組相比，F(xiàn)C（t=9.20，P<0.01），MTC（t=4.33，P<0.01），LTC（t=3.38，P<0.01），PC（t=2.65，P<0.01），所有比較均有顯著統(tǒng)計學(xué)差異。輕度KOA組與重度KOA組相比，F(xiàn)C（t=5.17，P<0.01），MTC（t=4.53，P<0.01），LTC（t=8.22，P<0.01），PC（t=5.09，P<0.01），所有比較均有統(tǒng)計學(xué)顯著性。見表2。

2.3 OsiriX軟件半自動分割和常規(guī)手工測量所需時間比較

KOA組使用OsiriX軟件半自動分割膝關(guān)節(jié)軟骨所用時間為（9±2）min，使用常規(guī)手工測量為（18±6）min，t=12.73，P<0.01，有統(tǒng)計學(xué)意義;對照組使用OsiriX軟件半自動分割所用時間為（7±3）min，使用常規(guī)手工測量為（14±5）min，t=7.59，P<0.01，有統(tǒng)計學(xué)意義。由此可見，使用OsiriX軟件半自動分割比常規(guī)手工測量更節(jié)約時間。見表3。

2.4 OsiriX軟件半自動分割和常規(guī)手工測量可重復(fù)性誤差比較

KOA組患者使用OsiriX軟件半自動分割和常規(guī)手工測量比較，觀察者間可重復(fù)測量誤差分別為8.6%和15.7%，觀察者內(nèi)可重復(fù)測量誤差分別為2.2%和4.2%，均低于常規(guī)手工測量（P<0.05）。對照組使用OsiriX軟件半自動分割和常規(guī)手工測量觀察者間可重復(fù)測量誤差分別為3.8%和11.2%，觀察者內(nèi)可重復(fù)測量誤差分別為0.5%和1.8%，也均低于常規(guī)手工測量（P<0.05）。見表4。

3 討論

3D-VIBE序列最初是為單次短時間屏氣的檢查而開發(fā)的，現(xiàn)已被廣泛用于3D檢查，其具有高信噪比[10]和各向同性體素的高空間分辨率圖像[11]。Zheng等（2010）[12]研究結(jié)果顯示，與3D FLASH序列相比，3D-VIBE序列提供更高的軟骨SNR、軟骨到滑液的CNR、軟骨到半月板的CNR和軟骨到骨髓的CNR。3D-VIBE序列運(yùn)動偽影明顯較少，其顯示深層軟骨表面要好于3D FLASH序列。徐啟蘭等（2015）[13]研究結(jié)果顯示，采用3D-VIBE序列比常規(guī)X線攝片和CT掃描能更好顯示強(qiáng)直性脊柱炎患者的骶髂關(guān)節(jié)軟骨病變。本研究結(jié)果顯示，3.0T MRI 3D-VIBE序列能很好地顯示膝關(guān)節(jié)各部分軟骨的關(guān)節(jié)面、關(guān)節(jié)間隙及關(guān)節(jié)面下骨侵蝕的情況，2名醫(yī)師對于3D-VIBE序列圖像質(zhì)量的評分結(jié)果也取得較好的一致性。

以往測量軟骨體積采用常規(guī)手工分割的辦法，對操作者要求較高，非常耗時，而且不同操作者的測量結(jié)果也會有差異，測量可重復(fù)性不高[14]。隨著技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在有很多圖像后處理軟件，可以定量測量關(guān)節(jié)軟骨體積，提高了效率和可重復(fù)性。董玉茹等（2015）[15]研究結(jié)果顯示，3D-VIBE序列聯(lián)合Argus軟件測量KOA患者髕骨軟骨體積比常規(guī)手工測量所需時間更短，可重復(fù)性誤差明顯低于手工測量，而且測量的體積無明顯差異。本研究結(jié)果顯示，膝關(guān)節(jié)輕度KOA組各軟骨體積均低于健康對照組，同時均高于重度KOA組，比較均具有統(tǒng)計學(xué)差異，這與KOA進(jìn)行性軟骨丟失的特征相符。所有不同組受試者使用OsiriX軟件半自動分割比常規(guī)手工測量更節(jié)約時間。KOA組和對照組使用OsiriX軟件半自動分割和常規(guī)手工測量比較，觀察者間可重復(fù)測量誤差以及觀察者內(nèi)可重復(fù)測量誤差，OsiriX軟件半自動分割均低于常規(guī)手工測量。

綜上所述，3.0T MRI 3D-VIBE序列成像對于顯示膝關(guān)節(jié)軟骨圖像質(zhì)量良好，其聯(lián)合OsiriX半自動軟件測量對于分割膝關(guān)節(jié)各軟骨比常規(guī)手工測量更節(jié)約時間，可重復(fù)性更好。這將有助于我們更有效地發(fā)現(xiàn)KOA中軟骨的改變，更有利于KOA的診斷和治療。

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