前交叉韌帶損傷影像學(xué)研究進(jìn)展

劉淑儀， 潘建科， 劉軍， 劉峴

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·綜述·

前交叉韌帶損傷影像學(xué)研究進(jìn)展

劉淑儀， 潘建科， 劉軍， 劉峴

常規(guī)MRI對(duì)于診斷前交叉韌帶(ACL)損傷具有一定的局限性。本文主要介紹定量分析技術(shù)在ACL損傷診斷中的應(yīng)用進(jìn)展，這些技術(shù)包括擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)、擴(kuò)散張量成像(DTI)及雙能量CT(DECT)，并探討常規(guī)MRI和三維MRI在診斷ACL損傷中的價(jià)值。

前交叉韌帶； 三維重建； 擴(kuò)散張量成像； 擴(kuò)散加權(quán)成像； 磁共振成像； 體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)損傷是常見(jiàn)的膝關(guān)節(jié)損傷之一，會(huì)引起遠(yuǎn)期并發(fā)癥如軟骨退變、骨性關(guān)節(jié)炎等。隨著治療方法的改進(jìn)及精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展需求，臨床迫切需要能準(zhǔn)確判斷ACL損傷程度的檢查技術(shù)。目前ACL損傷主要依靠MRI診斷，然而根據(jù)ACL的MRI信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)行診斷具有一定局限性。隨著影像技術(shù)的發(fā)展，三維采集成像、擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weigted imaging，DWI)、擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)及雙能量CT(dua-energy CT，DECT)逐漸在ACL損傷中得以應(yīng)用，本文就近年來(lái)ACL損傷的影像研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

常規(guī)MRI及三維MRI在前交叉韌帶損傷診斷中的應(yīng)用

前交叉韌帶起自脛骨髁間棘的前外側(cè)面，呈散開(kāi)狀止于股骨外側(cè)髁的后內(nèi)側(cè)面，其走形平行于股骨髁間窩皮質(zhì)線(blumensaat線)，分為較細(xì)長(zhǎng)的前內(nèi)側(cè)束(anteromedial bundles，AMB)和較粗、較短的后外側(cè)束(posterolateral bundles，PLB)兩部分。常規(guī)MRI在診斷ACL損傷中具有重要作用，但對(duì)完全撕裂和部分撕裂的鑒別診斷有一定局限性[1-2]，有學(xué)者認(rèn)為MRI診斷ACL部分撕裂的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度均比完全撕裂的ACL低[3]，ACL損傷的MRI表現(xiàn)分為直接征象和間接征象，診斷ACL損傷主要依靠直接征象，但對(duì)部分撕裂的診斷仍存在困難。發(fā)生急性完全撕裂容易誤診為部分撕裂，其原因是撕裂后韌帶滑膜完整易誤認(rèn)為連續(xù)性沒(méi)有中斷，而較嚴(yán)重的部分撕裂容易誤診為完全撕裂。間接征象可出現(xiàn)在ACL完全撕裂和部分撕裂中，間接征象僅強(qiáng)烈提示ACL損傷，對(duì)ACL完全撕裂和部分撕裂的鑒別診斷意義不大。另外，由于韌帶退變出現(xiàn)嗜酸紅黏液樣變性或急性扭傷水腫，導(dǎo)致韌帶內(nèi)出現(xiàn)異常信號(hào)增高出現(xiàn)假陽(yáng)性[3-4]；或者常規(guī)矢狀面掃描易造成ACL顯示不連續(xù)，造成損傷的假象，無(wú)法與慢性撕裂斷端有溶解吸收者區(qū)別，易造成假陽(yáng)性。故常規(guī)MRI對(duì)ACL完全撕裂、部分撕裂和慢性撕裂的鑒別具有局限性，常給臨床的診治帶來(lái)不便。

隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多新序列用于ACL損傷的檢查。三維MRI掃描可以行任意角度重建直至完全顯示ACL，可消除MRI掃描中部分容積效應(yīng)的影響，利用斜矢狀面與斜冠狀面可更好顯示完整的ACL，甚至可分辨出AMB與PLB的解剖結(jié)構(gòu)，提高ACL損傷的診斷符合率[5-6]。如各向同性三維快速自旋回波脈沖(three-dimensional isotropic resolution fast spin-echo，3D-FSE-Cube)序列是由并行成像及擴(kuò)展回波鏈長(zhǎng)采集，具有較高的空間分辨力，可任意角度重建圖像。閆鳳全等[7]運(yùn)用3D-Cube T2WI序列進(jìn)行研究，結(jié)果表明該序列可顯示完整ACL，對(duì)ACL損傷的診斷特異度、敏感度及準(zhǔn)確度均較常規(guī)MRI序列高，特別對(duì)于部分撕裂的診斷價(jià)值明顯高于常規(guī)序列。Kijowski等[8]報(bào)道3D-Cube序列對(duì)前交叉韌帶撕裂、內(nèi)側(cè)半月板撕裂、外側(cè)半月板撕裂的檢出敏感度與特異度與常規(guī)MRI無(wú)明顯差異，認(rèn)為三維MRI序列適合外傷、不能耐受長(zhǎng)時(shí)間掃描的患者。三維真穩(wěn)態(tài)快速成像(three-dimensional fast imaging employing steady-state acquisition，3D-FIESTA)序列是采用極短的TR、TE值和較大的偏轉(zhuǎn)角脈沖激發(fā)，液體和軟組織的對(duì)比較好，對(duì)韌帶挫傷水腫更加敏感[9]；胥毅等[10]將該序列用于ACL診斷，發(fā)現(xiàn)更有利于ACL損傷的檢出，這是由于采用極短的TR和TE值，血液流動(dòng)的搏動(dòng)偽影小，液體成分由于T2值較長(zhǎng)，因此在圖像上呈現(xiàn)明顯高信號(hào)，液體與軟組織間形成很好的對(duì)比。目前已可見(jiàn)三維平衡式快速場(chǎng)回波(three-dimensional balanced fast field echo，3D B-FFE)序列和三維快速自旋回波(three-dimensional turbo spin echo，3D FT TSE)序列應(yīng)用于ACL損傷的報(bào)道，鄧軍等[11]使用原始掃描層厚行超薄層重建，多平面觀察可分辨出ACL的AMB和PLB等細(xì)微解剖結(jié)構(gòu)，其中2例慢性ACL部分撕裂因形態(tài)、信號(hào)變化不明顯而被常規(guī)MRI漏診，而以上序列對(duì)此顯示清晰。

DWI及DTI在前交叉韌帶損傷診斷中的應(yīng)用

1.原理

DWI是一種測(cè)量自旋質(zhì)子的微觀隨機(jī)位移運(yùn)動(dòng)的成像技術(shù)，主要測(cè)量水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)特性。DTI是在DWI的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)MR新技術(shù)，利用組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)存在各向異性的原理，探測(cè)組織微觀結(jié)構(gòu)變化，并且能夠定量地評(píng)價(jià)纖維的走形和連接，可更加準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)多種組織纖維的損傷，其測(cè)量指標(biāo)包括各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值、表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值等。FA值是水分子各向異性成分占整個(gè)擴(kuò)散張量的比例，變化范圍為0～1，反映分子的空間位移程度，且與組織的方向有關(guān)，數(shù)值越大，表示各向異性程度越高；ADC值用來(lái)衡量水分子在人體組織環(huán)境中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，反映擴(kuò)散敏感梯度方向上的水分子位移強(qiáng)度，ADC值越高，代表組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)[12-14]。Sinha等[15-16]研究表明組織形態(tài)學(xué)變化，如長(zhǎng)度、角度、位置等，能夠影響組織內(nèi)的質(zhì)子擴(kuò)散因素，從而影響組織的FA值，因此，DTI應(yīng)用于ACL損傷診斷具有一定的理論基礎(chǔ)。

2.DWI及DTI在前交叉韌帶中的臨床應(yīng)用

Delin等[17]于2012年首次成功報(bào)道ACL的DWI-ADC圖，認(rèn)為DWI結(jié)合常規(guī)MRI能夠準(zhǔn)確診斷ACL完全撕裂與部分撕裂，但該文沒(méi)有定量測(cè)量、評(píng)價(jià)走形和連接。近年來(lái)，陸續(xù)有關(guān)于DTI定量測(cè)量正常ACL、ACL重建術(shù)后移植韌帶的報(bào)道,如陳立勛等[18]對(duì)正常ACL的DTI與MRI進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明ACL上段FA值能夠反映矢狀面ACL-脛骨角，ACL的上段、下段FA值能夠預(yù)測(cè)Blumensaat線-ACL角，ACL下段FA值與ACL脛骨止點(diǎn)位置具有相關(guān)性，而矢狀面ACL-脛骨角、Blumensaat線-ACL角診斷ACL撕裂的敏感度較高[19-20]，矢狀面ACL-脛骨角、Blumensaat線-ACL角及ACL脛骨止點(diǎn)的MRI測(cè)量結(jié)果有助于指導(dǎo)ACL個(gè)性化重建、ACL的脛骨止點(diǎn)定位及ACL重建術(shù)后追蹤，故通過(guò)定量測(cè)量ACL各段的FA值，可具體評(píng)價(jià)ACL撕裂程度及進(jìn)行ACL重建術(shù)后追蹤。Yang等[21]對(duì)40例正常志愿者及15例ACL重建術(shù)后患者進(jìn)行DTI及擴(kuò)散張量纖維束成像(Diffusion tensor tractography，DTT)，將ACL人為地從上至下平均設(shè)置3個(gè)感興趣區(qū)，結(jié)果顯示正常ACL及其分股的AMB、PLB均能被清楚追蹤，移植韌帶及其分股的纖維束也均能清楚顯示；移植韌帶的ADC值低于正常ACL，F(xiàn)A值高于正常ACL，表明移植韌帶纖維走形更具有一致性，故運(yùn)用DTI及DTT技術(shù)可清晰顯示前交叉韌帶及移植韌帶的纖維束，并可提供量化數(shù)據(jù)。另外，DWI序列的ADC maps不僅能夠提高常規(guī)MRI對(duì)ACL部分撕裂、完全撕裂診斷的特異度，還有助于定量評(píng)價(jià)ACL重建術(shù)后的移植物及骨隧道的復(fù)雜愈合過(guò)程[17-18]。隨著相關(guān)研究的深入，陸續(xù)有報(bào)道關(guān)于DTI在軟骨、肌肉及周?chē)窠?jīng)中的定量研究[22-24]，而目前對(duì)于不同組織最佳b值的選擇尚有爭(zhēng)議。

DECT在前交叉韌帶損傷診斷中的應(yīng)用

1.原理

機(jī)體的韌帶、肌腱以及軟骨主要由原子序數(shù)小的成分組成，而它們的X線衰減系數(shù)相近，造成分辨力有限，在傳統(tǒng)CT中難以進(jìn)行鑒別。但由于這些組織成分中膠原分子側(cè)鏈中的密實(shí)羥賴(lài)氨酸和羥脯氨酸對(duì)不同能量的X線有較明顯的衰減差異[25]，因此可以利用不同能量的X線下軟組織相對(duì)應(yīng)的CT值差異得出化學(xué)成分的組織特性圖，這就是雙能量CT進(jìn)行韌帶、肌腱及軟骨成像的基本原理，這對(duì)研究正常韌帶、肌腱的解剖及評(píng)價(jià)損傷韌帶、肌腱的連續(xù)性以及軟骨的完整性提供了一定幫助。DECT憑借其各向同性的高空間分辨力，結(jié)合CT三維重建方式，如容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)、多平面重組(multi planar reformation，MPR)、雙能肌腱韌帶模式等，能夠從不同方位和角度立體、清晰顯示ACL形態(tài)、走形及邊緣附著點(diǎn)等情況，為ACL損傷的診斷提供一種新的、有價(jià)值的方法。

2.DECT在前交叉韌帶中的臨床應(yīng)用

Sun等[26]利用DECT成像對(duì)膝關(guān)節(jié)韌帶進(jìn)行研究，并采用VR重建圖像立體顯示韌帶，表明ACL可清晰顯示，DECT對(duì)膝關(guān)節(jié)髕韌帶、后交叉韌帶、腓側(cè)副韌帶和脛側(cè)副韌帶均可立體顯示其附著點(diǎn)、走形及邊緣情況，對(duì)較薄的脛側(cè)副韌帶顯示欠佳，同時(shí)，DECT結(jié)合MPR圖像，可多方位、多角度進(jìn)行細(xì)節(jié)的觀察。柏瑞等[27]將受損的ACL對(duì)照關(guān)節(jié)鏡進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與對(duì)側(cè)正常ACL的染色程度不同，受損ACL的染色程度低于對(duì)側(cè)正常的前交叉韌帶，甚至不染色，即“雙能染色減少征”，診斷符合率達(dá)95.5%，認(rèn)為該征象可作為診斷ACL急性損傷的特異性征象，推測(cè)可能與受損韌帶膠原分子側(cè)鏈中的密實(shí)羥基賴(lài)氨酸和羥脯氨酸含量減少有關(guān)。翟長(zhǎng)彬[28]利用MPR和VR圖像對(duì)交叉韌帶的CT值和起始端、中段的厚度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)損傷韌帶CT值低于正常韌帶，其原因可能為韌帶周?chē)[或滲出所致，關(guān)節(jié)鏡診斷為完全斷裂的韌帶CT值變化最為明顯，此外還發(fā)現(xiàn)損傷韌帶的厚度比正常韌帶明顯增厚，以韌帶起始端損傷厚度變化最為顯著，因此通過(guò)測(cè)量CT值和韌帶厚度能夠比較直觀地預(yù)測(cè)交叉韌帶的損傷程度。Glazebrook等[29]對(duì)慢性及亞急性損傷的ACL進(jìn)行斜矢狀面掃描，發(fā)現(xiàn)DECT能更好地分辨正常ACL和損傷的ACL、完全撕裂的ACL和部分撕裂的ACL。有學(xué)者利用DECT對(duì)急性ACL損傷進(jìn)行診斷，發(fā)現(xiàn)其有較高的敏感度和特異度，對(duì)于完全撕裂的ACL診斷符合率高達(dá)93%[30]。DECT對(duì)ACL重建術(shù)后移植韌帶也能清晰顯示，這是因?yàn)橐浦参锸且宰泽w半腱肌或異體韌帶為材料，與膝關(guān)節(jié)其它韌帶密度有差異，易于區(qū)分；同時(shí)，DECT對(duì)韌帶重建骨道的走形、形態(tài)也能較好顯示[31-32]。

展望

隨著影像技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的檢查方法用于ACL損傷的診斷。三維MR成像序列由于具有較高的空間分辨力，能分辨出細(xì)微的解剖結(jié)構(gòu)，可作為重要補(bǔ)充序列用于ACL損傷的早期診斷。DWI、DTI及DECT可提供定量數(shù)據(jù)，對(duì)ACL的損傷進(jìn)行量化分析，能更直觀地顯示ACL組織結(jié)構(gòu)乃至分子水平的變化，幫助臨床更好地作出治療決策。

[1]DeFranco MJ,Bach BR.A comprehensive review of partial anterior cruciate ligament tears[J].J Bone J Surg Am,2009,91(1):198-208.

[2]Sampson MJ,Jackson MP,Moran CJ,et al.Three Tesla MRI for the diagnosis of meniscal and anterior cruciate ligament pathology:a comparison to arthroscopic findings[J].Clin Radiol,2008,63(10):1106-1111.

[3]Van DP,Vanhoenacker FM,Gielen JL,et al.Three tesla magnetic resonance imaging of the anterior cruciate ligament of the knee:can we differentiate complete from partial tears?[J].Skeletal Radiol,2011,40(6):701-707.

[4]郭吉敏,劉春霖,曹滿(mǎn)瑞,等.前交叉韌帶損傷的MRI相關(guān)征象分析[J].放射學(xué)實(shí)踐,2010,26(11):1268-1271.

[5]張繼良,史大鵬,藏衛(wèi)東,等.膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶的MRI三維成像研究[J].磁共振成像,2011,2(1):38-41.

[6]Rajeswaran G,Lee JC,Healy JC.MRI of the popliteofibular ligament:isotropic 3D WE-DESS versus coronal oblique fat-suppressed T2W MRI[J].Skeletal Radiol,2007,36(12):1141-1146.

[7]閆鳳全,李文華,董爾生,等.MR 3D CUBE技術(shù)對(duì)膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷的診斷價(jià)值[J].中國(guó)CT和MRI雜志,2012,10(5):95-97.

[8]Kijowski R,Davis KW，Woods MA.Knee joint:comprehensive assessment with 3D isotropic resolution fast spin-echo MR imaging——diagnostic performance compared with that of conventional MR imaging at 3.0T[J].Radiology,2009,252(2):486-495.

[9]Hatipolu HG,Durakoglugil T,Ciliz D,et al.Comparison of FSE T2W and 3D FIESTA sequences in the evaluation of posteriorfossa cranial nerves with MR cisternography[J].Diagn Interv Radiol,2007,13(2):56-60.

[10]胥毅,鄭潔,安超.三維穩(wěn)態(tài)快速成像序列在膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶MRI檢查中的應(yīng)用研究[J].臨床醫(yī)藥實(shí)踐,2014,23(6):419-421.

[11]鄧軍,梁碧玲,陳健宇,等.前交叉韌帶損傷的3D MRI診斷價(jià)值[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2008,24(6):814-817.

[12]Florisson JM,Dudink J,Koning IV,et al.Assessment of white matter microstructural integrity in children with syndromic craniosynostosis:a diffusion-tensor imaging study[J].Radiology,2011,261(2):534-541.

[13]Zijta FM,Lakeman MM,Froeling M,et al.Evaluation of the female pelvic floor in pelvic organ prolapse using 3.0Tesla diffusion tensor imaging and fibre tractography[J].Eur Radiol,2012,22(12):2806-2813.

[14]Rousset P,Delmas V,Buy JN,et al.In vivo visualization of the levator ani muscle subdivisions using MR fiber tractography with diffusion tensor imaging[J].J Anat,2012,221(3):221-228.

[15]Sinha U,Sinha S,Hodgson JA,et al.Human soleus muscle architecture at different ankle joint angles from magnetic resonance diffusion tensor imaging[J].J Appl Physiol,2011,110(3):807-819.

[16]Hatakenaka M,Yabuuchi H,Sunami S,et al.Joint position affects muscle proton diffusion:evaluation with a 3T MR system[J].Am J Roentgenol,2010,194(2):W208-211.

[17]Delin C,Silvera S,Coste J,et al.Reliability and diagnostic accuracy of qualitative evaluation of diffusion-weighted MRI combined with conventional MRI in differentiating between complete and partial anterior cruciate ligament tears[J].Eur Radiol,2013,23(3):845-854.

[18]陳立勛,趙衡,李勁松,等.健康人前交叉韌帶的擴(kuò)散張量成像及其與MRI的比較[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版),2013,38(6):610-616.

[19]Gentili A,Seeger LL,Yao L,et al.Anterior cruciate ligament tear:indirect signs at MR imaging[J].Radiology,1994,193(3):835-840.

[20]Lee K,Siegel MJ,Lau DM,et al.Anterior cruciate ligament tears:MR imaging-based diagnosis in a pediatric population[J].Radiology,1999,213(3):697-704.

[21]Yang X,Li M,Chen D,et al.Diffusion tensor imaging for anatomical and quantitative evaluation of the anterior cruciate ligament and ACL grafts:a preliminary study[J].J Comput Assist Tomogr,2014,38(4):489-494.

[22]Hooijmans MT,Damon BM,Froeling M,et al.Evaluation of skeletal muscle DTI in patients with duchenne muscular dystrophy[J].NMR Biomed,2015,28(11):1589-1597.

[23]Raya JG,Gerd M,Silvia AN,et al.Diffusion-tensor imaging of human articular cartilage specimens with early signs of cartilage damage[J].Radiology,2013,266(3):831-841.

[24]Jaana H,Taru S,Sakari A,et al.Diffusion tensor imaging and tractography of distal peripheral nerves at 3T[J].Clin Neurophysiol,2005,116(10):2315-2323.

[25]Johnson TR,Krauss B,Sedlmair M,et al.Material differentiation by dual energy CT:initial experience[J].Eur Radiol,2007,17(6):1510-1517.

[26]Sun C,Miao F,Wang XM,et al.An initial qualitative study of dual-energy CT in the knee ligaments[J].Surg Radiol Anat,2008,30(5):443-447.

[27]柏瑞,歐陜興,劉海凌,等.雙能染色減少征在膝關(guān)節(jié)交叉韌帶損傷中診斷價(jià)值初步探討[J].臨床放射學(xué)雜志,2011,30(3):381-383.

[28]翟長(zhǎng)彬.雙源CT在膝關(guān)節(jié)交叉韌帶損傷成像中的應(yīng)用評(píng)價(jià)[D].西寧：青海大學(xué),2013.

[29]Glazebrook KN,Brewerton LJ,Shuai L,et al.Case-control study to estimate the performance of dual-energy computed tomography for anterior cruciate ligament tears in patients with history of knee trauma[J].Skeletal Radiol,2014,43(3):297-305.

[30]Peltola EK,Koskinen SK.Dual-energy computed tomography of cruciate ligament injuries in acute knee trauma[J].Skeletal Radiol,2015,44(9):1295-1301.

[31]Yasumoto M,Deie M,Sunagawa T,et al.Predictive value of preoperative 3-dimensional computer tomography measurement of semitendinosus tendon harvested for anterior cruciate ligament reconstruction[J].Arthroscopy,2006,22(3):259-264.

[32]Rispoli DM,Sanders TG,Miller MD,et al.Magnetic resonance imaging at different time periods following hamstring harvest for anterior cruciate ligament reconstruction[J].Arthroscopy,2001,17(1):2-8.

510000廣州，廣州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科(劉淑儀、劉峴)，骨科(潘建科、劉軍)

劉淑儀(1990-)，女，廣東東莞人，碩士研究生，主要從事影像診斷工作。

劉峴，E-mail：liuxian74@hotmail.com

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81473698)

R686.5; R445.2; R814.42

A

1000-0313(2016)09-0893-03

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.09.023

2016-03-04

2016-03-14)