膝關(guān)節(jié)交叉韌帶及軟骨損傷：3D-SPACE與常規(guī)序列MRI的對比研究

戴灼南， 袁建華， 司建榮， 吳穎儀， 杜潔嫦

膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復雜、功能重要，是人體最易損傷的關(guān)節(jié)。膝關(guān)節(jié)韌帶及軟骨損傷常見，是導致膝關(guān)節(jié)疼痛、活動及功能障礙的常見原因。早期準確評估膝關(guān)節(jié)韌帶及軟骨損傷的程度并及時采取相應的治療措施，對提高患者的生活質(zhì)量及延長運動生命十分重要。臨床上通常采用二維MRI序列進行膝關(guān)節(jié)檢查，其缺點是對某些解剖結(jié)構(gòu)不能完整連續(xù)的顯示，且掃描層厚較大，受到部分容積效應的影響較大，影響診斷效能。三維各向同性脂肪抑制快速自旋回波序列(three-dimensional isotropic fat-suppressed turbo spin-echo sequence,3D-FS-TSE-SPACE )具有高信噪比、高空間分辨率、薄層和無間隔掃描的特點，能夠更加清晰地觀察關(guān)節(jié)內(nèi)復雜的解剖結(jié)構(gòu)[1]。本研究旨在對比分析常規(guī)二維序列及SPACE序列對膝關(guān)節(jié)韌帶及關(guān)節(jié)軟骨損傷的診斷價值。

材料與方法

搜集2016年1月-2018年4月經(jīng)本院骨科?？崎T診收治的疑為膝關(guān)節(jié)前、后交叉韌帶及關(guān)節(jié)軟骨損傷并經(jīng)關(guān)節(jié)鏡或手術(shù)證實的46例患者的病例資料。納入標準：①有明確膝關(guān)節(jié)外傷史；②年齡小于65歲；③術(shù)前行MRI檢查，且與關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的間隔時間不超過2周、期間膝關(guān)節(jié)未再次受傷；④既往有膝關(guān)節(jié)手術(shù)及關(guān)節(jié)鏡診治史。本研究中共納入46例患者，男32例，女14例，年齡15～64歲，平均(34.2±16.5)歲。

2.影像檢查方法

使用Siemens Avanto 1.5T磁共振掃描儀和柔性表面線圈。受檢者取仰臥位，膝關(guān)節(jié)保持自然伸直體位。分別行橫斷面、冠狀面及矢狀面2D-FS-TSE-PDWI和矢狀面3D-FS-TSE-SPACE序列掃描，掃描參數(shù)見表1。

表1 兩種序列主要掃描參數(shù)

掃描完成后對3D-FS-TSE-SPACE序列圖像進行矢狀面、橫軸面及冠狀面重建，重建層厚為1 mm、層距為0 mm。2位觀察者結(jié)合原始薄層圖像和多平面重建圖像綜合分析3D-FS-TSE-SPACE序列圖像。

3.影像資料分析

由2位放射診斷副主任醫(yī)師分別對兩個序列的膝關(guān)節(jié)MR圖像進行分析，觀察交叉韌帶的形態(tài)及信號特點，評估膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)及后交叉韌帶(posterior cruciate ligament,PCL)的損傷情況；觀察膝關(guān)節(jié)內(nèi)股骨滑車、髕骨關(guān)節(jié)面，股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、脛骨內(nèi)側(cè)平臺及脛骨外側(cè)平臺共6個區(qū)域的軟骨損傷情況并進行分級。先由兩位醫(yī)師獨立完成分析評估，意見不統(tǒng)一時由第3位更高年資的主任醫(yī)師確定最終診斷結(jié)果。

膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的MRI分級標準如下。0級：關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)及信號正常，厚薄均勻；Ⅰ級：關(guān)節(jié)軟骨局部信號異常，但 軟骨表面光滑、未見缺損；Ⅱ級：關(guān)節(jié)軟骨表面出現(xiàn)缺損，深度不超過軟骨全層的50%；Ⅲ級：關(guān)節(jié)軟骨缺損深度超過軟骨全層的50%但未達全層；Ⅳ級：軟骨全層缺損，可伴有軟骨下骨質(zhì)水腫或損傷。同一區(qū)域軟骨同時存在不同級別損傷時，以最高級別為準。

4.關(guān)節(jié)鏡手術(shù)

46例患者行膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)。術(shù)中觀察交叉韌帶及關(guān)節(jié)軟骨損傷情況。關(guān)節(jié)鏡軟骨損傷分級：0級為正常軟骨；Ⅰ級為軟骨軟化，厚薄不均勻；Ⅱ級為軟骨受侵蝕變薄，出現(xiàn)淺表裂隙樣潰瘍，深度不超過軟骨全層的50%；Ⅲ級為軟骨受侵蝕或出現(xiàn)裂隙，深度超過軟骨全層的50%但未達全層，無軟骨下骨暴露；Ⅳ級為軟骨全層缺失，軟骨下骨暴露，可伴有關(guān)節(jié)腔游離骨軟骨碎片。

5.數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。以膝關(guān)節(jié)鏡的診斷結(jié)果作為金標準，計算2D-FS-TSE-PDWI和3D-FS-TSE-SPACE序列診斷膝關(guān)節(jié)ACL和PCL損傷及軟骨損傷的敏感度、特異度及診斷符合率。采用隨機設計四格表資料卡方檢驗比較兩個序列對膝關(guān)節(jié)交叉韌帶及軟骨損傷的診斷價值。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

46例行膝關(guān)節(jié)鏡檢查的患者中，關(guān)節(jié)鏡證實為ACL損傷34例(完全撕裂26例，部分撕裂8例)，PCL損傷8例(完全撕裂6例，部分撕裂2例)。三維SPACE序列及常規(guī)二維序列對膝關(guān)節(jié)交叉韌帶損傷的診斷結(jié)果見表2、圖1。

圖1 男，27歲，右膝關(guān)節(jié)ACL損傷。a) 矢狀面2D-FS-PDWI序列顯示ACL的連續(xù)性部分中斷，局部腫脹、信號增高(箭)； b) 3D-FS-SPACE序列矢狀面重建圖像，顯示ACL的連續(xù)性部分中斷，局部腫脹及信號增高； c) 關(guān)節(jié)鏡下可見ACL部分撕裂(箭)。 圖2 男，35歲，左膝關(guān)節(jié)股骨滑車關(guān)節(jié)面軟骨損傷。a) 矢狀面2D-FS-PDWI序列顯示關(guān)節(jié)軟骨表面局部缺損(箭)，深度未超過軟骨全層的50%； b) 3D-FS-SPACE序列矢狀面原始圖像更加清晰地顯示了軟骨局部缺損的細節(jié)，深度未超過軟骨全層的50%； c) 關(guān)節(jié)鏡下顯示軟骨受侵蝕、局部變薄，可見淺表裂隙樣潰瘍(箭)，深度未超過軟骨全層的50%，為軟骨Ⅱ級損傷。

指標2D-FS-TSE-PDWI3D-TSE-SPACEP值A(chǔ)CL損傷 敏感度94.12%(32/34)97.06%(33/34)1.000 特異度91.67%(11/12)91.67%(11/12)1.000 符合率93.48%(43/46)95.65%(44/46)1.000PCL損傷 敏感度100%(8/8)100 %(8/8)- 特異度94.74%(36/38)97.37%(37/38)1.000 符合率95.65%(44/46)97.83%(45/46)1.000

隨機設計四格表卡方檢驗顯示，兩個序列對膝關(guān)節(jié)交叉韌帶損傷的診斷敏感度、特異度及符合率的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

關(guān)節(jié)鏡證實正常關(guān)節(jié)軟骨(0級)151處 ，Ⅰ級60處，Ⅱ級44處，Ⅲ級9處，Ⅳ級12處。放射診斷醫(yī)師基于2D和3D序列對膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的診斷結(jié)果見表3～4、圖2～3。隨機設計四格表卡方檢驗χ2顯示，基于3D-FS-TSE-SPACE序列診斷膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的敏感度、特異度及符合率均高于2D-FS-TSE-PDWI序列(P<0.05)。

討 論

1.3D-SPACE序列的特點

近年來，SPACE序列作為一種新的MRI技術(shù)，在顱腦、骨關(guān)節(jié)、脊柱、腹部、水成像及血管成像等方面均有研究和臨床應用[2-3]。SPACE序列綜合應用了自旋回波、脂肪抑制、梯度回波、薄層掃描及水激勵技術(shù)，實現(xiàn)了各向同性三維信息的采集。通過一次激發(fā)采集若干個回波，獲得快速自旋回波的對比度，加之三維采集和無間隔容積成像，能獲得高空間分辨率的影像信息；同時，采用可變翻轉(zhuǎn)角的超長回波鏈采集，優(yōu)化的可變翻轉(zhuǎn)角模式避免了長回波鏈導致的模糊效應，從而能獲得高信噪比的圖像[4]。SPACE序列具有高空間分辨率、高信噪比及三維重建圖像后處理功能，提高了對細微解剖結(jié)構(gòu)的顯示能力。本研究中3D-TSE-SPACE序列的掃描時間雖然需6分6秒，但較常規(guī)二維序列進行三個方位掃描的用時(8分19秒)還是要短，做到了在保證圖像高分辨率的前提下掃描時間的縮短，提高了檢查效率。

2.3D-SPACE序列對膝關(guān)節(jié)韌帶損傷的診斷價值

交叉韌帶在維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性方面起到重要作用。運動損傷或外傷是交叉韌帶損傷的主要原因，可導致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)及功能障礙。ACL和PCL的走行方向及形態(tài)不同，常規(guī)二維序列很難實現(xiàn)在同一層面上連續(xù)完整的顯示ACL和PCL，掃描層厚較厚時還因部分容積效應的影響，使得對交叉韌帶的損傷及其程度的診斷存在一定困難。本研究中對于交叉韌帶部分撕裂，僅有2例SPACE序列未能準確判斷韌帶撕裂程度，明顯優(yōu)于常規(guī)二維序列(誤判5例)，與文獻報道的三維成像技術(shù)可提高交叉韌帶部分撕裂的診斷符合率的結(jié)論一致[5-6]。本研究中統(tǒng)計學分析結(jié)果顯示，3D-FS-TSE-SPACE和2D-TSE-PDWI序列對膝關(guān)節(jié)交叉韌帶損傷的診斷結(jié)果間差異無統(tǒng)計學意義，分析原因可能是本研究對象為經(jīng)關(guān)節(jié)鏡檢查證實的交叉韌帶損傷患者，其交叉韌帶損傷程度較未行關(guān)節(jié)鏡而僅做保守治療的患者嚴重，大部分為完全撕裂，部分撕裂的病例數(shù)較少。

3.3D-SPACE序列在膝關(guān)節(jié)軟骨損傷中的價值

膝關(guān)節(jié)軟骨具有分散及緩解關(guān)節(jié)內(nèi)壓力、減少摩擦及緩沖運動震動的功能，隨著年齡的增長，軟骨抵抗變形的能力下降而易出現(xiàn)軟骨損傷，導致膝關(guān)節(jié)疼痛及功能受限。MRI是診斷軟骨損傷的最佳影像學方法。對比常規(guī)二維序列，3D-SPACE序列在診斷軟骨損傷方面有一定優(yōu)勢[7]：①膝關(guān)節(jié)SPACE序列圖像上軟骨呈中等信號，而關(guān)節(jié)液表現(xiàn)為高信號，兩者間的信號對比較好，使得軟骨損傷的深度能清晰顯示，提高了對軟骨損傷的診斷敏感度。②常規(guī)二維序列由于掃描層厚較厚，部分容積效應的影響較明顯，從而使得對軟骨損傷的分級受到影響，而SPACE序列可進行無間隔容積掃描，且采集的信息能達到各向同性，因此能明顯降低對軟骨損傷的漏診及誤診。③SPACE序列采集的圖像具有較高的空間分辨率，能更加清晰地顯示軟骨內(nèi)的病灶。

表3 關(guān)節(jié)鏡及兩個序列MRI對膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的分級結(jié)果 (處)

表4 兩個序列對膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的診斷效能

注：*采用Fisher精確檢驗；2D代表2D-FS-TSE-PDWI序列；3D代表3D-FS-TSE-SPACE序列。

圖3 男，52歲，右膝關(guān)節(jié)股骨滑車及髕骨關(guān)節(jié)面軟骨損傷。a) 矢狀面2D-FS-PDWI序列顯示局部關(guān)節(jié)軟骨全層缺損，伴有軟骨下骨骨髓水腫； b) 3D-FS-SPACE序列矢狀面重建圖像，更加清晰地顯示了軟骨缺損及軟骨下骨骨髓水腫； c) 關(guān)節(jié)鏡下可見股骨滑車關(guān)節(jié)面局部軟骨全層缺失、軟骨下骨暴露，為軟骨Ⅳ級損傷。

本組研究結(jié)果顯示，SPACE序列診斷膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的敏感度和特異度均高于常規(guī)二維序列，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。本研究中SPACE序列診斷關(guān)節(jié)軟骨損傷的特異度較文獻報道的結(jié)果要高[8]，分析原因可能與以下因素有關(guān)：①隨著SPACE序列的臨床應用日益增多，觀察者對SPACE序列的認識及累積的經(jīng)驗也不斷增加，對該序列可能出現(xiàn)的軟骨表面損傷假象的甄別能力亦有提高；②本組病例數(shù)有限，可能出現(xiàn)統(tǒng)計偏差。

4.本研究存在的不足

本研究存在以下不足：①研究對象以關(guān)節(jié)鏡檢查證實有膝關(guān)節(jié)損傷并擬行交叉韌帶重建的患者為主，病情多比較嚴重，因此交叉韌帶部分撕裂的輕癥患者較少，軟骨損傷中III級和IV級患者的例數(shù)少，有可能存在樣本選擇偏倚 ，尚需搜集更多病例來全面評估其診斷價值；②膝關(guān)節(jié)鏡的判定結(jié)果與術(shù)者的經(jīng)驗密切相關(guān)，細微的軟骨損傷在關(guān)節(jié)鏡下仍有可能漏診，尤其是在合并嚴重的交叉韌帶損傷時有可能術(shù)中手術(shù)醫(yī)師對軟骨損傷情況的觀察不夠細致，因此可能影響最終診斷結(jié)果的判定。

綜上所述，3D-SPACE序列與常規(guī)二維MRI序列一樣，都是評價膝關(guān)節(jié)交叉韌帶及軟骨損傷的可靠的影像學方法。3D-SPACE序列具有各向同性數(shù)據(jù)采集、可進行任意方位圖像重建的優(yōu)點，使其在軟骨損傷的分級診斷方面較常規(guī)二維序列更有優(yōu)勢。