膝關(guān)節(jié)軟骨損傷磁共振掃描序列優(yōu)化及流行病學(xué)研究*

陳巧一，羅 華，唐光才

(1.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院放射科，四川瀘州 646000；2.重慶市永川區(qū)人民醫(yī)院放射科 402160)

膝關(guān)節(jié)軟骨損傷是常見的骨關(guān)節(jié)疾病之一，由于關(guān)節(jié)軟骨無血液供應(yīng)，使其損傷后難以修復(fù)，若治療不及時，易引發(fā)膝關(guān)節(jié)軟骨退行性疾病，使得患者出現(xiàn)關(guān)節(jié)腫痛、打軟腿、關(guān)節(jié)絞鎖、活動受限等癥狀，嚴重影響正常生活[1]。因此，早期明確診斷膝關(guān)節(jié)軟骨損傷，給予及時有效治療尤為重要。磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是目前最可靠的無創(chuàng)軟骨檢查手段，其具有較好的軟組織分辨力，并有較大觀察視野，能夠獲取多種診斷信息，對膝關(guān)節(jié)軟骨損傷術(shù)前評估有極大幫助[2]。目前，顯示軟骨敏感的序列及軟骨定量研究的技術(shù)手段繁多，包括脂肪抑制三維快速擾相位梯度回波序列(fat saturation three-dimensional spolied gradient echo sequences,FS-3D-SPGR),雙激發(fā)平衡式穩(wěn)態(tài)自由進動序列(double excited fast imaging employ steady acquisition,Fiesta-c),多回波數(shù)據(jù)合并成像(multiple-echo recalled gradient echo,MERGE)等，但關(guān)于膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的MRI序列成像參數(shù)的優(yōu)化至今尚無統(tǒng)一標準。本研究選擇FS-3D-SPGR、Fiesta-c、MERGE 3種臨床最常用的軟骨檢查序列，與常規(guī)序列相比較，以關(guān)節(jié)鏡檢查為“金標準”，旨在探討最佳的軟骨顯示序列，并結(jié)合流行病學(xué)分析，以期提高膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的診斷水平。

1 資料與方法

1.1一般資料 回顧性收集2016年10月至2017年10月重慶市永川區(qū)人民醫(yī)院366例膝關(guān)節(jié)軟骨損傷患者，經(jīng)關(guān)節(jié)鏡證實，均為單膝損傷，左膝164例，右膝202例，均以關(guān)節(jié)疼痛入院就診，其中255例伴有關(guān)節(jié)絞鎖、活動受限。所有患者均行MRI檢查，影像資料完整。收集患者臨床資料，包括性別、年齡、損傷部位、膝關(guān)節(jié)基礎(chǔ)疾病或損傷等。

1.2MRI檢查方法 采用日立公司1.5T入MRI診斷儀及八通道膝關(guān)節(jié)表面線圈。掃描時，患者取仰臥位，自然伸直下肢，由腳先入，膝關(guān)節(jié)置于線圈內(nèi)。行常規(guī)T1加權(quán)成像(T1-weighted imaging,T1WI)橫軸位，T2加權(quán)成像(T2-weighted imaging,T2WI)及質(zhì)子密度加權(quán)成像(proton density weighted image,PDWI)橫軸位、矢狀位、冠狀位掃描，并加行FS-3D-SPGR、Fiesta-c、MERGE等序列掃描。各序列主要參數(shù)如下，T1WI：TR 550 ms，TE 11 ms；T2WI：TR 3 600 ms，TE 79 ms；PDWI：TR 2 000 ms，TE 34 ms；MERGE：TR 650 ms，TE 2.9 ms；以上4種序列層厚均為4.0 mm，層間距均為1.0 mm，矩陣均為288 mm×256 mm，視野均為18 cm×18 cm；FS-3D-SPGE:TR 20.4 ms,TE 13 ms,層厚2.0 mm,矩陣256 mm×192 mm。Fiesta-c序列：TR 5.1 ms，TE 1.8 ms，層厚2.0 mm，矩陣256 mm×192 mm，視野均為18 cm×18 cm。將圖像上傳至ADW4.6工作站，由2名具有10年以上影像診斷經(jīng)驗的骨科醫(yī)師共同閱片，意見不一致時，行全科會診取得一致結(jié)論。

1.3骨關(guān)節(jié)軟骨損傷程度分級標準 MRI下分級參照Recht分級[3]標準制訂，0級：正常軟骨，表面光滑，MRI未見混雜信號；Ⅰ級：軟骨表面不光滑，內(nèi)部信號不均；Ⅱ級：關(guān)節(jié)表面不規(guī)則，其內(nèi)異常信號大于50%，骨質(zhì)信號模糊，但軟骨下低信號區(qū)輪廓正常，此外，軟骨下骨質(zhì)有增生或硬化；Ⅲ級：軟骨表面輪廓呈中至重度不規(guī)則，軟骨層缺損>50%～<100%，或軟骨顯示連續(xù)性中斷，伴有低信號線變形、下陷；Ⅳ級：軟骨全層缺損，且直徑1 cm以上軟骨下出現(xiàn)低信號中斷、消失。關(guān)節(jié)鏡下分級參照Outerbridge軟骨分級標準[4]，0級：正常軟骨，表面光滑；Ⅰ級：軟骨表面受到侵蝕，軟骨存在撕裂，撕裂深度小于50%；Ⅱ級：軟骨表面出現(xiàn)變形，并存在裂隙，深度大于或等于50%，但未及軟骨下骨；Ⅲ級：軟骨存在裂隙，并已暴露軟骨下骨，但直徑不超過1 cm；Ⅳ級：軟骨全層損傷，軟骨下骨暴露廣泛，直徑大于1 cm。

1.4統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS20.0軟件分析處理數(shù)據(jù)。以關(guān)節(jié)鏡診斷為金標準，計算MRI各序列的診斷的準確度、靈敏度、特異度以評價其診斷價值；計算各序列分型結(jié)果與關(guān)節(jié)鏡分型結(jié)果的Kappa值以評價其一致性，Kappa值大于或等于0.75，則表示一致性良好，Kappa值0.4～<0.75，則表示一致性一般，PDWI、FS-3D-SPGR、Fiesta-c、MERGE等序列Kappa值比較行U檢驗；計數(shù)資料比較行χ2檢驗；以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1基本情況 本組366例患者中，男154例，女212例，男女比例約為1.00∶1.38；年齡16～79歲，其中91.80%(336/366)患者年齡分布在20～53歲。根據(jù)膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)特點，每個膝關(guān)節(jié)均行6處區(qū)域觀察，包括髕骨、股骨內(nèi)髁、股骨外髁、股骨滑車、脛骨內(nèi)側(cè)平臺及脛骨外側(cè)平臺。本組366例患者共2 196處軟骨，經(jīng)關(guān)節(jié)鏡檢查，正常軟骨1 478處(67.30%)，確診損傷的有718處(32.70%)，損傷部位分布情況見表1。其中以髕骨、股骨外髁損傷比例最大，分別為45.96%、30.92%，股骨內(nèi)髁、股骨滑車、脛骨內(nèi)側(cè)平臺、脛骨外側(cè)平臺分別為4.74%、2.65%、5.71%、10.02%，髕骨、股骨外髁損傷比例與其他部位比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。本組366例中，274例合并髕骨軌跡異常，占比74.86%；87例合并膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷，占比23.77%；7例合并盤狀半月板，占比1.91%；4例合并骨關(guān)節(jié)炎，占比1.09%；7例合并膝關(guān)節(jié)后交叉韌帶，占比1.91%。髕骨軌跡異常比例、膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷比例與其他類型膝關(guān)節(jié)基礎(chǔ)疾病或損傷比例比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。

2.2軟骨損傷程度比較 MRI各序列診斷膝關(guān)節(jié)軟骨損傷程度分級與關(guān)節(jié)鏡診斷結(jié)果比較見表1～4。

表1 PDWI序列與關(guān)節(jié)鏡在軟骨損傷分級的比較(處)

續(xù)表1 PDWI序列與關(guān)節(jié)鏡在軟骨損傷分級的比較(處)

表2 MERGE序列與關(guān)節(jié)鏡在軟骨損傷分級的比較(處)

2.3各序列對各級軟骨損傷的診斷能力 Fiesta-c對軟骨損傷分級診斷的靈敏度、特異度、Kappa值分別為95.96%、96.41%、0.892，優(yōu)于MERGE序列或FS-3D-SPGR序列，見圖1～3，組間Kappa值經(jīng)U檢驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。各序列診斷各級軟骨損傷的準確度、靈敏度、特異度、Kappa值見表5。

表3 Fiesta-c序列與關(guān)節(jié)鏡在軟骨損傷分級的比較(處)

表4 FS-3D-SPGR序列與關(guān)節(jié)鏡在軟骨損傷分級的比較(處)

表5 各序列對各級軟骨損傷的診斷能力

靈敏度=[真陽性/(真陽性+假陰性)]×100%；特異度=[真陰性/(真陰性+假陰性)]×100%

A:Fiesta-c序列；B:MERGE序列;C:FS-3D-SPGR序列；D:3D-MIP序列

A:Fiesta-c序列；B:MERGE序列;C:FS-3D-SPGR序列

A:Fiesta-c序列;B:FS-3D-SPGR序列;C:T1WI序列

3 討 論

膝關(guān)節(jié)軟骨損傷可致關(guān)節(jié)疼痛、活動受限，甚至關(guān)節(jié)功能喪失，是造成肢體殘障的主要原因之一[5-6]。研究膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的流行病學(xué)特點，能夠為早期預(yù)防、準確診斷、選擇治療方式等提供重要參考。本組患者中，男154例，女212例，男女比例約為1.00∶1.38，女性患者多于男性，與相關(guān)報道一致[7]。原因可能是：女性第二性征發(fā)育之后，骨盆橫徑增大，雙側(cè)Q角變大，使得女性易發(fā)生髕骨脫位，而致軟骨損傷。本組中，91.80%患者年齡分布在20～53歲，考慮由多種因素所致：首先，該年齡段處于青壯年時期，較其他年齡段，日?；顒訌姸纫螅顒臃秶獜V，故而受傷風險更高；其次，青年人關(guān)節(jié)軟骨和軟骨骨質(zhì)間的連接，相比于骨本身的連接，強度要弱，故損傷后，常是軟骨最先剝脫[8-9]。因此，筆者認為，青壯年出現(xiàn)明顯膝關(guān)節(jié)損傷癥狀后，應(yīng)及時完善影像學(xué)檢查，以免延誤診斷。損傷部位上，本研究中，以髕骨損傷最為常見，股骨外髁次之。這提示在臨床閱讀影像學(xué)圖片時，應(yīng)重點關(guān)注髕骨及股骨外髁情況，或許有助于提高診斷準確率。本研究還發(fā)現(xiàn)，74.86%患者合并髕骨軌跡異常，23.77%合并膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷，明顯高于其他類型膝關(guān)節(jié)基礎(chǔ)疾病或損傷，這提示臨床應(yīng)重點篩查合并髕骨軌跡異常、膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷的患者。

目前，膝關(guān)節(jié)軟骨損傷診斷金標準為關(guān)節(jié)鏡檢查，其能夠清晰觀察到關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)，但對于關(guān)節(jié)軟骨損傷的早期形態(tài)變化的觀察卻存在較大難度，同時其具有創(chuàng)傷大、操作困難等不足，因此，未能成為臨床常規(guī)檢查[10]。MRI檢查是一種無創(chuàng)檢查手段，其特征信號可反映軟骨結(jié)構(gòu)、形態(tài)、組分等情況，且不同序列各具特征[11-12]。對于0級損傷軟骨(正常)，SE序列下，軟骨表層、中層、深層分別表現(xiàn)為低信號薄層帶、中等信號帶、低信號帶，依次對應(yīng)于組織學(xué)上的滑動帶、過渡帶、放射帶。MERGE序列可清楚顯示關(guān)節(jié)軟骨三層結(jié)構(gòu)，其中表層為與關(guān)節(jié)液接近的高信號；中層亦為高信號，但不及表層信號高；深層有鈣化帶，呈低信號，信號強度不及抑制后骨髓。Fiesta-c序列能夠清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨分層，以髕軟骨為例，表層滑動帶可見較薄高信號，強度較關(guān)節(jié)液低，但高于抑脂骨髓表現(xiàn)；中層顯示梭形結(jié)構(gòu)，信號灰度較骨髓要稍高，但與表層軟骨比較略低；深層具有顯著低信號，信號灰度較抑制后骨髓要低。FS-3D-SPGR序列可顯示膝關(guān)節(jié)軟骨4個層次結(jié)構(gòu)表現(xiàn)，其中表層呈顯著高信號，信號灰度較關(guān)節(jié)液增高；中層呈低信號，較關(guān)節(jié)液明顯增高，但略低于表層軟骨；深層亦呈高信號，類似于表面軟骨的信號；最內(nèi)層可見鈣化帶，呈低信號，但邊界不清，難以與抑制骨髓區(qū)分。

本研究結(jié)果顯示，F(xiàn)iesta-c序列對0級、Ⅰ級、Ⅱ級損傷診斷準確度分別為98.01%、47.88%、87.84%，為4種序列最高，Ⅲ級、Ⅳ級損傷診斷準確度均為100.00%，且Kappa值達0.892，反映其與關(guān)節(jié)鏡診斷有極好一致性。FS-3D-SPGR序列Kappa值為0.787(>0.75)，亦表現(xiàn)出了良好一致性；MERGE序列診斷的Kappa值僅為0.556，提示其一致性相對較差。診斷靈敏度比較上：Fiesta-c>MERGE>FS-3D-SPGR>PDWI；診斷特異度上：PDWI>FS-3D-SPGR>Fiesta-c>MERGE，但四者差異不大。4種序列對Ⅰ級軟骨損傷診斷準確度均不足50%，筆者認為，對于低級膝關(guān)節(jié)軟骨損傷，MRI能夠發(fā)現(xiàn)表層軟骨以下的異常信號，并可能發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)鏡所不能發(fā)現(xiàn)的異常，故僅以關(guān)節(jié)鏡診斷作為“金標準”評估Ⅰ級膝關(guān)節(jié)軟骨損傷準確性值得考量。

圖像顯示上，對于Ⅰ級膝關(guān)節(jié)軟骨損傷，F(xiàn)S-3D-SPGR序列下由于軟骨有較好信號而易出現(xiàn)假陰性(圖1)；對于Ⅱ、Ⅲ級膝關(guān)節(jié)軟骨損傷(圖2)，F(xiàn)iesta-c序列可較清楚地呈現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨腫大、缺損，而FS-3D-SPGR序列下圖像經(jīng)MIP處理后可獲取三維圖像，能夠更準確地明確軟骨損傷部位，易為臨床醫(yī)師采納，故對于Ⅱ、Ⅲ級膝關(guān)節(jié)軟骨損傷，F(xiàn)S-3D-SPGR序列聯(lián)合三維圖像重建，能夠更直觀地顯示軟骨損傷；對于Ⅳ級膝關(guān)節(jié)軟骨損傷(圖3)而言，常規(guī)序列即可獲取準確診斷結(jié)果，但仍可采取FS-3D-SPGR序列聯(lián)合三維圖像重建以明確損傷部位、大小等[13-15]。

綜上所述，作為一種無創(chuàng)檢查技術(shù)，MRI診斷可為軟骨損傷程度分級提供重要信息，有助于早期明確診斷。本研究還得出如下結(jié)論：(1)Fiesta-c序列能夠清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨分層，與關(guān)節(jié)鏡診斷一致性極好，特別是在顯示軟骨鈣化帶上存在明顯優(yōu)勢，在診斷低級別膝關(guān)節(jié)軟骨損傷時，可清楚呈現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨腫大、缺損；(2)FS-3D-SPGR序列聯(lián)合三維圖像重建，能夠獲取直觀的軟骨圖像，對膝關(guān)節(jié)外傷合并軟骨損傷的診斷有著重要意義；(3)MERGE序列診斷的整體準確度、特異度與關(guān)節(jié)鏡診斷的一致性均不如PDWI序列、Fiesta-c、FS-3D-SPGR序列?？傊畠?yōu)化序列及參數(shù)，并結(jié)合流行病學(xué)特征，有助于提高診斷水平。本研究僅選取了MERGE、Fiesta-c序列、FS-3D-SPGR序列進行觀察，隨著MRI技術(shù)發(fā)展、新序列的出現(xiàn)，關(guān)于軟骨損傷的序列優(yōu)化還有待不斷研究總結(jié)。