磁共振DTI 及T2 mapping 在急性前交叉韌帶損傷并軟骨損傷中的應(yīng)用價值

李文文 陳軍

急性前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）損傷常同時合并膝關(guān)節(jié)軟骨損傷，目前國內(nèi)外學(xué)者對于同時發(fā)生的軟骨損傷的關(guān)注較少。研究表明［1］，軟骨損傷是導(dǎo)致創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎（posttraumatic arthritis，PTA）及遠(yuǎn)期骨性關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）的主要原因。因此，準(zhǔn)確評估關(guān)節(jié)軟骨的受損情況，將有助于臨床采取及時有效的干預(yù)措施，減少或避免遠(yuǎn)期OA 的發(fā)生，對于病情的康復(fù)治療及預(yù)后判定有重要意義。

在ACL 和關(guān)節(jié)軟骨的MRI 定量研究中擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）和 T2mapping成像技術(shù)備受關(guān)注。本研究擬采用 DTI 及 T2mapping 技術(shù)分別定量評估ACL 和膝關(guān)節(jié)軟骨損傷，并以關(guān)節(jié)鏡結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，與常規(guī)MRI 檢查作比較，以證實其準(zhǔn)確實用性，為臨床治療方案的確立提供量化依據(jù)。

資料與方法

1.研究對象

連續(xù)收集 2018 年 9 月～2019 年 5 月期間的我院患者 36 例（共計 40 例膝關(guān)節(jié)，其中 4 例為雙膝）作為研究對象，其中男 27 例，女 9 例，年齡17～50 歲，平均（36±9.2）歲。所有患者均先后接受膝關(guān)節(jié)MR 掃描及關(guān)節(jié)鏡檢查，檢查前簽署知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）急性膝關(guān)節(jié)外傷史（小于2周）；（2）臨床體格檢查高度懷疑急性 ACL 損傷；（3）MR 檢查與關(guān)節(jié)鏡檢查的間隔時間不超過2周。剔除標(biāo)準(zhǔn)：（1）大于等于55 歲或存在膝關(guān)節(jié)退變因素的高危人群；（2）既往明確有膝關(guān)節(jié)病變或膝關(guān)節(jié)手術(shù)史；（3）MRI 檢查禁忌者。

選取正常人群35 例（共計35 例膝關(guān)節(jié)）作為參照組，其中男 16 例，女 19 例，年齡 20～48 歲，平均（32±5.8）歲。所有人群均接受膝關(guān)節(jié) MR 掃描并簽署知情同意書。

2.掃描方法

采用 GE Discovery MR 750 Plus 3.0 T 超導(dǎo)磁共振掃描儀，8 通道膝關(guān)節(jié)表面線圈進行膝關(guān)節(jié)常規(guī) MR、DTI 及 T2mapping 掃描。受檢者取仰臥位，膝自然伸直。常規(guī) MR 包括： 斜矢狀位 FSE T1WI、FRFSE PDWI、冠狀位和橫軸位 FRFSE T2WI序列。DTI 參數(shù)：采用32 個方向梯度磁場的軸位掃描，b 值 400 s/mm2，TE 90 ms，TR 2500 ms，層厚2.9 mm，層間距 0 mm，視野 180 mm×180 mm，矩陣 128×128，激勵次數(shù) 4，掃描時間 4 min。T2mapping 參數(shù)：采用 8 回波 FSE 矢狀位掃描，TE 8～64.1 ms，TR 800 ms，層厚 3.0 mm，層間距 0.6 mm，視野 180 mm×180 mm，矩陣 320×256，激勵次數(shù)2，掃描時間 6 min。

3.圖像后處理與分析方法

由兩名影像診斷經(jīng)驗豐富的醫(yī)師進行雙盲閱片，獨立測量、分析并達成統(tǒng)一結(jié)果，所有測量均在GE AW 4.6 后處理工作站完成。運用Functool軟件分別對DTI、T2mapping 圖像進行自動校正，隨即生成該序列偽彩圖。

將DTI 圖像與橫軸位FSE PDWI 圖像融合成解剖定位圖。根據(jù)解剖定位圖手動選取興趣區(qū)（region of interest，ROI），ROI沿ACL走行區(qū)放置并避開其他結(jié)構(gòu)，測量該區(qū)域的各向異性值（fractional anisotropy，F(xiàn)A）和表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）值。以每例 ACL 損傷者對應(yīng)參照組的相同區(qū)域再次進行測量。所有測量均重復(fù)進行3 次，取平均值。手動設(shè)置解剖定位圖上ACL 的起止端為ROI，對走行于兩ROI 之間的纖維束進行擴散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography, DTT）（圖 1、2）。

通過T2mapping 偽彩圖，觀測膝關(guān)節(jié)軟骨的色階變化（重點觀測三個區(qū)域： 股骨外側(cè)髁前中部、脛骨平臺后外側(cè)以及ACL 脛骨附著區(qū)）。手動選取關(guān)節(jié)軟骨的ROI，ROI 盡量包括軟骨全層并避開其他結(jié)構(gòu)，測量該區(qū)域的T2值。以每一例軟骨損傷者對應(yīng)參照組的相同區(qū)域再次進行測量。所有測量均重復(fù)進行3 次并取其平均值（圖3）。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

以關(guān)節(jié)鏡檢查結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，使用SPSS 20.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行數(shù)據(jù)整理及分析。ACL 損傷區(qū)域和參照組的ADC 值、FA 值的比較采用兩獨立樣本t 檢驗，P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。關(guān)節(jié)軟骨損傷區(qū)域和參照組的T2值的比較采用兩獨立樣本t 檢驗，P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。分別計算常規(guī) MRI 與 DTI、T2mapping 對 ACL 損傷合并膝關(guān)節(jié)軟骨損傷診斷的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度及Kappa 值，采用Mc-Nemar 統(tǒng)計法的雙尾精確表比較兩組序列之間的差異，P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.病例統(tǒng)計結(jié)果

共收集膝關(guān)節(jié)病例40 例，經(jīng)關(guān)節(jié)鏡最終確診為ACL 損傷者 30 例，其中包括 ACL 完全斷裂 7例； 同時合并關(guān)節(jié)軟骨損傷的膝關(guān)節(jié)病例為12例，共計29 個區(qū)域軟骨，包括脛骨平臺后外側(cè)10例、 股骨外側(cè)髁前中部11 例、ACL 脛骨附著區(qū)2例及其他區(qū)域軟骨6 例，其中“對吻性損傷”占比約83.3%，且與7 例ACL 完全斷裂者同時存在；ACL 脛骨附著區(qū)軟骨損傷占比約6.9%。

圖1 ACL 完全斷裂，右膝外傷伴撕裂感及關(guān)節(jié)錯動感。a)橫軸位 FSE PDWI 示 ACL 局部信號增高；b)橫軸位 FA 偽彩圖示ROI 的 FA 值 為 0.132；c)橫 軸 位ADC 圖示 ROI 的 ADC 值為 1.98×10 -3 mm2/s；d)、e)DTT 圖 示 ACL連續(xù)性中斷、斷端纖維束排列紊亂 圖2 ACL 部分?jǐn)嗔眩蚁ネ鈧?1 周，關(guān)節(jié)劇烈疼痛伴伸直 、 屈 曲受 限 。a)～c)DTT 圖 示ACL 纖維束排列雜亂、股骨端僅有少量纖維束相連 圖3 股骨外側(cè)髁骨軟骨挫傷（與圖2 同一患者）。矢狀位 T2 mapping 偽彩圖示股骨外側(cè)髁前中部軟骨局部變薄且信號混雜不均，色階部分呈橙色，ROI 的 T2 值 為60.17 ms

2.損傷與正常組之間的數(shù)據(jù)分析

30 例 ACL 損傷區(qū)、 參照組的平均 FA 值分別為 0.089±0.041、0.180±0.038，損傷組與參照組間有顯著性差異（P＜0.001）；30 例 ACL 損傷區(qū)、參照組的平均 ADC 值分別為 2.214±0.163（×10-3mm2/s）、2.002±0.320（×10-3mm2/s），損傷組與參照組間有顯著性差異（P=0.002）。29 例軟骨損傷區(qū)、參照組的平均 T2值分別為 46.51±10.58 ms、31.68±2.79 ms，損傷組與參照組間有顯著性差異（P＜0.001）。

3.常規(guī) MRI 與 DTI、T2 mapping 序列比較

DTI 對ACL 損傷的敏感度、特異度、精確度及Kappa 值分別為 96.7%、80%、92.5%和 0.793，常規(guī)MRI 對 ACL 損傷的敏感度、 特異度、 精確度及Kappa 值分別為 80%、70%、77.5%和 0.455，DTI 各項數(shù)據(jù)均高于常規(guī)MRI，兩者之間的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.013）（表 1）。在與關(guān)節(jié)鏡下軟骨損傷部位一致的前提下，T2mapping 對關(guān)節(jié)軟骨損傷的敏感度、 特異度、 精確度及 Kappa 值分別為83.3%、92.9%、90%、0.762，常規(guī) MRI 對關(guān)節(jié)軟骨損傷的敏感度、特異度、精確度及Kappa 值分別為66.7%、78.6%、75%、0.432，T2mapping 各項數(shù)據(jù)均高于常規(guī) MRI，兩者間的差異具有顯著性（P=0.006）（表 2）。

討 論

1.本研究的理論基礎(chǔ)

常規(guī)MRI 難以對ACL 的解剖細(xì)節(jié)作出有效且準(zhǔn)確的評價，故對于ACL 完全撕裂和部分撕裂的鑒別診斷仍存在一定局限。有學(xué)者認(rèn)為MRI 診斷ACL 部分撕裂的敏感度、 特異度及準(zhǔn)確度，相對于 ACL 完全撕裂明顯降低［2,3］。DTI 技術(shù)基于水分子擴散運動存在各向異性的原理，通過運用FA值、ADC 值等特有參數(shù)定量評價組織微觀結(jié)構(gòu)的病理變化，可精確地評價多種纖維組織的損傷［4-6］。FA 值表示水分子各向異性成分占據(jù)整個擴散張量的比例，變化范圍為0～1，反映了組織內(nèi)纖維束走向上水分子的空間位移程度；FA 值越大，表示各向異性程度越高。ADC 值用以衡量水分子在人體組織環(huán)境中的擴散運動狀態(tài)，反映了擴散敏感梯度方向上的水分子位移強度；ADC 值越大，代表組織內(nèi)水分子擴散運動越強，反之亦然。急性ACL 損傷的病理基礎(chǔ)在于ACL 損傷后，產(chǎn)生韌帶內(nèi)水腫、出血，韌帶纖維發(fā)生斷裂，其多肽網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受到破壞，最終韌帶內(nèi)水分子大量聚集。通過對比分析本組資料中30 例ACL 損傷區(qū)與相應(yīng)正常部位的平均FA 值、ADC 值，筆者發(fā)現(xiàn)ACL 損傷區(qū)的 FA 值明顯減低，而 ADC 值增高，F(xiàn)A 值及 ADC值的變化差異均具有顯著性，其原因歸結(jié)為急性ACL 損傷后，韌帶纖維斷裂、斷端纖維束紊亂直接導(dǎo)致其內(nèi)水分子擴散各向異性程度降低，進而導(dǎo)致FA 值的減低；而韌帶內(nèi)水分子聚集，使其擴散程度增加，因此其損傷部位的ADC 值升高。

表1 DTI 與常規(guī)MRI 診斷 ACL 損傷的結(jié)果比較

表2 T2 mapping 與常規(guī)MRI 診斷關(guān)節(jié)軟骨損傷的結(jié)果比較

通過研究發(fā)現(xiàn)，DTI 對于急性ACL 損傷診斷的敏感度、特異度及精確度均高于較常規(guī)MRI，進而驗證了DTI 技術(shù)的優(yōu)越性，但同時也出現(xiàn)了2例假陽性及1 例假陰性結(jié)果。假陽性組中1 例被誤診為ACL 股骨附著端部分撕裂，MRI 表現(xiàn)為ACL 股骨附著端韌帶纖維束欠連續(xù)、局部T2WI 信號增高，測得病變區(qū)ADC 值升高、FA 值降低，DTT圖顯示局部纖維束結(jié)構(gòu)紊亂，而關(guān)節(jié)鏡卻顯示正常，分析誤診原因可能由于股骨髁的部分容積效應(yīng)造成了類似ACL 撕裂的假象；另1 例被誤診為ACL 挫傷，MRI 表現(xiàn)為 ACL 整體 T2WI 信號偏高，測得 ADC 值、FA 值異常，DTT 圖顯示纖維束走行欠一致，同時可見膝關(guān)節(jié)腔大量積液、關(guān)節(jié)周圍軟組織挫傷，分析誤診原因可能由于患者偏年輕，未能考慮ACL 退變的影響，而韌帶內(nèi)黏液樣變性直接造成了ACL 挫傷的假象，同時關(guān)節(jié)積液的部分容積效應(yīng)也間接參與誤診的原因。造成1 例假陰性結(jié)果的原因在于關(guān)節(jié)鏡顯示ACL 局部有細(xì)微撕裂，而由于受到DTI 掃描參數(shù)中層厚、層間距及圖像信噪比等因素的影響，造成了此次漏診。因此，為了避免誤診和漏診，可能需要進一步優(yōu)化DTI 掃描參數(shù)。

早期準(zhǔn)確診斷與處理關(guān)節(jié)軟骨損傷，可最大限度維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，對于預(yù)防遠(yuǎn)期OA 的發(fā)生具有重要指導(dǎo)意義。由于常規(guī)MRI 容易受到信噪比、偽影及部分容積效應(yīng)等因素影響，導(dǎo)致缺乏高分辨率優(yōu)質(zhì)圖像，故常規(guī)MRI 對于軟骨損傷的診斷較為局限，更無法對軟骨損傷進行更精準(zhǔn)地評價。T2mapping 技術(shù)的成像原理是采用多回波自旋回波序列，通過計算不同組織的T2弛豫時間來反映組織的信號強度，即該組織成分的T2值。該技術(shù)較常規(guī)MRI 得到了量化補充。關(guān)節(jié)軟骨損傷的病理機制在于軟骨表面膠原結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞、膠原纖維的排列構(gòu)象發(fā)生改變，使水分子通透性增加，隨著蛋白多糖的分解丟失，軟骨的負(fù)重能力下降，繼而導(dǎo)致軟骨表面出現(xiàn)纖維化、形成裂縫，隨后軟骨變薄、甚至剝脫。關(guān)節(jié)軟骨中水分子、蛋白多糖、 膠原的含量及排列方式均直接影響著軟骨的T2值。當(dāng)發(fā)生軟骨損傷后，由于膠原結(jié)構(gòu)的改變、破壞，蛋白多糖丟失，水分子通透性增加，使其內(nèi)水含量增加，直接導(dǎo)致了損傷區(qū)T2值的增高［7,8］。

本組資料顯示29 例關(guān)節(jié)軟骨損傷區(qū)的平均T2值高于對照組，且兩者間差異具有顯著性。同時T2mapping 診斷軟骨損傷的敏感度、特異度及精確度均高于常規(guī)MRI，進而證實了T2mapping 技術(shù)對于評估關(guān)節(jié)軟骨損傷的敏感性和準(zhǔn)確性。本研究中，T2mapping 診斷關(guān)節(jié)軟骨損傷存在2 例假陽性及2 例假陰性結(jié)果，其中2 例假陽性組均被誤診為股骨髁軟骨挫傷，原因可能是關(guān)節(jié)腔內(nèi)積液、積血或鄰近結(jié)構(gòu)的部分容積效應(yīng)導(dǎo)致T2mapping偽彩圖軟骨色階不均，局部T2值發(fā)生了變化，造成了類似軟骨挫傷的假象； 但也不能排除關(guān)節(jié)鏡檢查的局限性，如關(guān)節(jié)鏡存在觀察盲區(qū)、關(guān)節(jié)鏡對于評估Outerbridge 標(biāo)準(zhǔn)分級-Ⅰ級的軟骨損傷存在一定漏診等［9］均可能影響本次評估結(jié)果。因此，在需進一步完善T2mapping 掃描參數(shù)的前提下，若單純依靠關(guān)節(jié)鏡作為“金標(biāo)準(zhǔn)”評估軟骨Ⅰ級損傷，并不十分準(zhǔn)確，有時需要結(jié)合MRI 綜合判斷。本研究中，T2mapping 圖像造成2 例假陰性結(jié)果的原因可能是受到了掃描層厚等因素的影響，忽略軟骨局部的細(xì)微損傷，造成漏診；或由于ACL 損傷，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，產(chǎn)生的軟骨損傷為MRI與關(guān)節(jié)鏡檢查間期所造成。

既往文獻資料表明［10,11］，MRI 檢查中可發(fā) 現(xiàn)60%~80%的ACL 撕裂同時存在膝關(guān)節(jié)軟骨損傷。本研究中，合并軟骨損傷的病例占所有ACL 損傷病例數(shù)比例為40%，與報道的數(shù)據(jù)存在差異，分析原因可能與研究采集的病例數(shù)相對不足有關(guān)。在暴力外旋外翻作用下，急性ACL 斷裂常導(dǎo)致股骨外側(cè)髁前中部與脛骨平臺后外側(cè)關(guān)節(jié)面的 “對吻性損傷（kissing lesion）［12,13］”，且發(fā)生率高，ACL 完全斷裂者幾乎均有發(fā)生，二者可同時或相繼進行，表明“對吻性損傷”的出現(xiàn)概率及程度與ACL 的損傷程度可能存在正比關(guān)系［14］。本研究中，“對吻性損傷” 占比達83.3%，且均與本例數(shù)中ACL 完全斷裂同時存在，在一定程度上驗證了上述觀點。崔國慶等［15］認(rèn)為，兒童和青少年的ACL 膠原纖維與脛骨嵴骨膜相連，故當(dāng)ACL 受到暴力作用時，脛骨附著部軟骨易受損傷，甚至發(fā)生撕脫性骨折，而成年人發(fā)生脛骨嵴損傷相對少見。本研究中僅2例出現(xiàn)ACL 脛骨附著部軟骨損傷，雖均為青年，但由于病例數(shù)較少，其相互關(guān)系還有待進一步驗證。

2.與國內(nèi)外相關(guān)研究的比較

目前國內(nèi)外不少學(xué)者對于ACL 的研究熱點主要集中在定量評價ACL 及ACL 重組方面，對于同時發(fā)生的關(guān)節(jié)軟骨損傷的報道相對較少。Delin等在 2013 年首次采用 DTI 觀測 ACL，證實 DTI 能準(zhǔn)確診斷ACL 損傷，但該項研究沒能具體深入地展開［16］。隨后幾年內(nèi)又陸續(xù)出現(xiàn)了有關(guān) DTI 定量評價正常ACL 及ACL 重建術(shù)后移植物的研究報道［17-20］，進一步證實了 DTI 評價 ACL 的價值及可行性。對于關(guān)節(jié)軟骨，近年來也有相關(guān)定量研究。2011 年，Mosher 等［21］認(rèn)為在定量分析關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)和成分方面，T2mapping 和T1ρ 成像技術(shù)體現(xiàn)十足的優(yōu)越性。2014 年，Koller 等［22］的實驗證實，T2mapping 成像技術(shù)對于觀測關(guān)節(jié)軟骨成分變化的敏感性高，利于精準(zhǔn)評價形態(tài)學(xué)改變之前的關(guān)節(jié)軟骨生化特性研究，對于OA 患者關(guān)節(jié)軟骨的評價體現(xiàn)重要價值。本研究首次聯(lián)合應(yīng)用DTI 及T2mapping 技術(shù)綜合評估急性ACL 損傷合并關(guān)節(jié)軟骨損傷，較常規(guī)MRI 得到了量化補充。同時通過應(yīng)用DTT 技術(shù)追蹤ACL 的纖維走向，為臨床提供了直觀可靠的影像學(xué)依據(jù)，其準(zhǔn)確實用性得到了提升，為今后的進一步研究探討提供了參考依據(jù)。本研究中，DTI、T2mapping 技術(shù)診斷的敏感度、特異度及精確度均高于常規(guī)MRI，且與關(guān)節(jié)鏡結(jié)果保持高度一致，進而證實本研究技術(shù)準(zhǔn)確且實用。

3.本實驗的局限性

本研究尚存在以下局限：（1）本研究樣本量較小，在一定程度上限制了本研究數(shù)據(jù)的擴充和拓展。例如，DTI 與T2mapping 之間沒有進行分層分析。（2）納入對象年齡跨度較大，未按照年齡進行分組，年齡所導(dǎo)致的因素［23］可能對 ACL 的 FA 值、ADC 值及關(guān)節(jié)軟骨T2值的變化造成影響。因此，本次研究的進一步完善需加大樣本量并分組分析以深入探討。另外，納入者的性別差異較明顯，職業(yè)因素未納入考慮，可能會對本研究樣本測量值造成影響［24,25］。當(dāng)然，由于納入對象之間存在個體差異，也會對分組研究造成影響。（3）本研究中樣本的評估為兩位觀察者統(tǒng)一的結(jié)果，沒有獨立分析每位觀察者的評估結(jié)果。（4）現(xiàn)有相關(guān)研究報道相對甚少，同時MR 設(shè)備不盡相同，對于DTI 掃描參數(shù)的設(shè)置并未完全統(tǒng)一。本研究DTI 圖像質(zhì)量略顯不足，DTT 對于韌帶細(xì)微結(jié)構(gòu)的顯示有待提高。

本研究表明，DTI、T2mapping 技術(shù)有利于ACL及關(guān)節(jié)軟骨的定量客觀評價。DTI、T2mapping 技術(shù)應(yīng)用于急性ACL 損傷合并膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的診斷能進行量化評估，對臨床的治療有積極的指導(dǎo)作用，為今后的科研提供了參考。