MAVRIC-SL技術(shù)在膝關(guān)節(jié)金屬置換術(shù)后3.0T MR成像上的應(yīng)用價值＊

1.四川大學(xué)華西醫(yī)院放射科(四川 成都 610041)

2.四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科(四川 成都 610041)

陳庭宇1 唐鶴菡1 姚 凱2 徐 慧1 張金戈1

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty，TKA)是治療終末期膝關(guān)節(jié)疾病的有效方法之一[1]，近年來被普遍應(yīng)用于臨床。但膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后并發(fā)癥，如：磨損、松動、感染、骨溶解等，是影響術(shù)后療效的主要原因[2]。因此，盡早、及時發(fā)現(xiàn)并診斷TKA術(shù)后并發(fā)癥，對患者的預(yù)后至關(guān)重要。

較X線、CT而言，磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)在顯示關(guān)節(jié)軟骨、周圍軟組織、液化灶等方面更具優(yōu)勢，可良好顯示關(guān)節(jié)積液，肉芽腫，骨溶解，腫瘤復(fù)發(fā)等[3]。但TKA術(shù)后植入的金屬假體會導(dǎo)致B0磁場的不均勻，影響金屬植入物部位病變的顯示，阻礙診斷。

近年來，人們對金屬假體的成分及磁共振的序列作了一系列改進(jìn)，以期降低關(guān)節(jié)金屬植入物對MRI成像的影響。多采集變諧波圖像融合-選擇性激發(fā)技術(shù)(Multiacquisition with variable resonance image combination-selective，MAVRIC-SL)[4-5]是近年來新發(fā)展的一種磁共振技術(shù)，它能夠很好地降低金屬植入物對磁共振成像的干擾，提高金屬植入物的關(guān)節(jié)磁共振圖像質(zhì)量。但是該技術(shù)用于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的磁共振圖像評估鮮有報道。本文旨在通過對常規(guī)FSE序列和MAVRIC-SL序列的比較，探討MAVRIC-SL技術(shù)在膝關(guān)節(jié)金屬置換術(shù)后的應(yīng)用價值。

1 材料和方法

該研究得到四川大學(xué)華西醫(yī)院醫(yī)療倫理委員會的批準(zhǔn)，編號為NO:201302009，所有患者在檢查前均簽署知情同意書。

1.1 研究對象 納入2017年9月至12月來我院行鈦合金材料膝關(guān)節(jié)置換后磁共振復(fù)查的患者18名，其中男性8名、女性10名，年齡范圍為：35～62歲，平均年齡=(51.06±7.51)歲。18名患者行TKA的原因分別為：膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(5例，Kellgren-Lawrence分級均為IV級)，脛骨平臺骨折(1例)，膝關(guān)節(jié)滑膜腫瘤(2例)，膝關(guān)節(jié)骨肉瘤(6例)，膝關(guān)節(jié)骨巨細(xì)胞瘤(4例)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①患者行單側(cè)膝關(guān)節(jié)行TKA術(shù)后6個月以上；②患者因病情需行膝關(guān)節(jié)MRI掃描；③患者年齡為18～75歲；④患者無磁共振檢查禁忌癥，如植入非磁共振兼容心臟起搏器等。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①患者有幽閉恐懼癥；②患者不配合檢查。

1.2 成像方法 采用GE 750W 3.0T MRI掃描儀及4通道膝關(guān)節(jié)專用線圈對18例膝關(guān)節(jié)行冠狀或矢狀位的圖像采集，序列包括：

1.2.1 快速自旋回波(fast spin echo，F(xiàn)SE)序列組：質(zhì)子加權(quán)成像(proton weighted imaing，PDWI)、質(zhì)子加權(quán)成像加脂肪抑制(PD-STIR)；

1.2.2 MAVRIC-SL序列組：PD-MAVRIC-SL、PD-MAVRIC-SLSTIR脂肪抑制序列(掃描序列及參數(shù)見表1)。

1.3 圖像分析 采用GE ADW 4.6工作站，對圖像進(jìn)行定量和定性分析。

1.3.1 定量分析[6]：在冠狀或矢狀的PD-FSE及PD-MAVRIC-SL上進(jìn)行測量。測量時，以脛骨平臺平面為中心，取相同上下范圍，在范圍內(nèi)測量金屬假體和偽影面積。如圖1-4。

1.3.2 定性分析：由兩位具有5年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的肌肉骨骼放射學(xué)醫(yī)師共同分析圖像。分析時隱藏所有患者姓名、序列名稱、參數(shù)等相關(guān)信息。意見不一致時，兩位放射診斷醫(yī)師共同協(xié)商，并最終獲得一致意見。

分別對FSE序列組及MARVRIC SL序列組中的金屬植入物與組織交界面顯示及偽影、解剖細(xì)節(jié)、診斷信心評價、異常病變發(fā)現(xiàn)數(shù)目進(jìn)行Likert評分。

①金屬植入物與組織交界面顯示及偽影評分[5]：5分-未見金屬偽影，金屬植入物與組織交界面顯示非常清晰；4分-輕微偽影，金屬植入物與周圍組織交界面可較好顯示；3分-輕度偽影，金屬植入物與周圍組織交界面基本可見；2分-偽影干擾較重，金屬植入物與周圍組織交界面勉強(qiáng)可見；1分-偽影干擾嚴(yán)重，金屬植入物與周圍組織交界面無法顯示。

②解剖細(xì)節(jié)評分[5]：3分-髕骨、前后交叉韌帶顯示清晰；2分-髕骨、韌帶部分可見；1分-膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)不可見。

③診斷信心評分[5]：1分-診斷信心在FSE序列組高于MAVRICSL序列組；2分-診斷信心在FSE序列組與MAVRIC-SL序列組上無差別；3分-可以在FSE序列組診斷，但是在MAVRIC序列組上可顯示更清晰；4分-FSE序列組不能診斷，但MAVRIC-SL序列組可能勉強(qiáng)診斷；5分-FSE序列組不能診斷,但在MAVRIC-SL序列組上能較好診斷。

④異常病變發(fā)現(xiàn)數(shù)目[5-6]：評價在膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后可能存在的并發(fā)癥，如關(guān)節(jié)積液、滑囊炎、骨髓水腫、肌腱病變和骨溶解的異常。并同時記錄任何其他異常發(fā)現(xiàn)。關(guān)節(jié)積液被定義為關(guān)節(jié)內(nèi)液體的異常存在；滑囊炎被定義為增厚囊壁內(nèi)的液體積聚；骨髓水腫被定義為骨髓輕微的信號上升；肌腱病變表現(xiàn)為肌腱信號的改變和增厚；骨溶解被定義為鄰近骨髓信號由中至高信號強(qiáng)度替代，并伴隨潛在的骨皮質(zhì)破壞。

1.4.統(tǒng)計方法 采用SPSS Statistics23統(tǒng)計學(xué)軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.4.1 采用配對T檢驗(yàn)：比較金屬假體及周圍偽影區(qū)域面積的大小在兩組序列上有無差異。

1.4.2 采用兩配對樣本的Wilcoxon秩和檢驗(yàn)：比較兩組序列的金屬植入物與組織交界處顯示及偽影、解剖細(xì)節(jié)、診斷信心。

1.4.3 采用配對兩樣本的(麥克尼馬爾)McNemar變化顯著性檢驗(yàn)比較異常結(jié)果的差異。

2 結(jié) 果

18名患者均能良好配合檢查，符合納入標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 定量分析 測得冠狀位PD-MAVRIC-SL序列的圖像金屬假體及周邊偽影面積較PD-FSE序列減少24%。測得矢狀位PD-MAVRICSL序列的圖像金屬假體及周圍偽影面積較PD-FSE序列減少25%(見表2，圖5-8、9-12)。

表1 掃描序列及成像參數(shù)

表2 PD-FSE 與 PD-MAVRIC-SL金屬植入物偽影面積比較

表3 膝關(guān)節(jié)金屬假體置換術(shù)后采集序列的定性分析

表4 異常病變在MAVRIC-SL序列及FSE序列中的顯示

2.2 定性分析

2.2.1 金屬植入物與組織交界處的顯示及偽影評分：MAVRICSL序列對在金屬植入物與組織交界面顯示及偽影的影響優(yōu)于FSE序列(圖5-8、9-12，表3)。

2.2.2 解剖細(xì)節(jié)評分：MAVRIC-SL序列對于TKA術(shù)后金屬植入物區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)的顯示優(yōu)于(2.50±0.51)FSE序列(1.15±0.38)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)(圖5-8、9-12，表3)。

2.2.3 診斷信心評分：平均的診斷信心評分為(4.55±0.22)，說明較FSE序列而言，MAVRIC-SL序列能提高診斷醫(yī)師對病變的診斷信心(圖5-8，9-12，13-16)。

2.2.4 異常病變評估中發(fā)現(xiàn)，與FSE序列相比，MAVRICSL序列對關(guān)節(jié)積液的顯示優(yōu)于FSE序列(P=0.004)(圖13-16)。在MAVRIC-SL序列上發(fā)現(xiàn)兩例骨髓水腫，但在FSE序列上未能查見。對于異常病變的發(fā)現(xiàn)總數(shù)，MAVRIC-SL序列明顯高于FSE序列(P＜0.01)(見表4)。

3 討 論

膝關(guān)節(jié)是人體最大的關(guān)節(jié)之一，其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受外傷及關(guān)節(jié)磨損的困擾。近年來，膝關(guān)節(jié)損傷發(fā)生率逐年上升，并隨著年齡的增長而發(fā)病率增高[7-9]。膝關(guān)節(jié)功能受損，會導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)疼痛、運(yùn)動受限等情況，嚴(yán)重影響到患者的日常生活質(zhì)量。同時，膝關(guān)節(jié)周圍也是骨腫瘤的好發(fā)部位，如骨巨細(xì)胞瘤、骨肉瘤等[10]。當(dāng)膝關(guān)節(jié)有嚴(yán)重病變，如創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎、膝關(guān)節(jié)滑膜良性腫瘤或骨腫瘤、脛骨高位截骨術(shù)后的骨關(guān)節(jié)炎、結(jié)核或者化膿性感染、缺血性骨軟骨壞死性病變等，經(jīng)過保守治療無效或效果不明顯，則常進(jìn)行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)[11-12]。

但是，雖然TKA有較好的安全性，但是仍不可避免其并發(fā)癥，主要包括：膝關(guān)節(jié)腫瘤術(shù)后復(fù)發(fā)、假體感染、滑囊炎、肌腱炎關(guān)節(jié)不穩(wěn)、關(guān)節(jié)僵硬、膝關(guān)節(jié)畸形、假體周圍骨溶解等[10，13]。這些并發(fā)癥給患者帶來痛苦，也直接影響治療的近期和遠(yuǎn)期效果。盡早、精確的診斷對并發(fā)癥的治療與控制有著積極影響。磁共振相較于X線及CT，具有多參數(shù)、多平面成像，組織對比度高等優(yōu)勢，有利于骨髓炎、腫瘤等診斷。但是TKA術(shù)后的金屬植入物會影響MRI的磁場均勻性，引起圖像變形、金屬偽影等問題，影響MRI圖像質(zhì)量和診斷。

3.1 MRI降低金屬偽影的相關(guān)研究 基于磁共振成像原理，金屬植入物帶來的磁敏感偽影可影響MRI圖像質(zhì)量，干擾對金屬植入物周圍精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)、周邊軟組織修復(fù)狀態(tài)及并發(fā)癥的判斷[14]?？焖僮孕夭ㄐ蛄械?80°重聚脈沖能夠減輕金屬周圍磁場不均勻帶來的偽影，但效果不明顯[15]。有學(xué)者指出[16]，適當(dāng)增加接收帶寬，可降低金屬偽影，但帶寬的增加同時會引起SNR的降低。

MAVRIC-SL序列是一種既能顯著降低金屬偽影，又能獲得足夠信噪比的新技術(shù)。它結(jié)合多采集變諧波圖像融合(MAVRIC)和切片編碼的金屬偽像校正(SEMAC)[17]技術(shù)，可以顯著減少金屬硬件附近的磁敏感偽影[18-20]。該序列采用不同頻段的多個范圍的頻率選擇性激勵,能最小化圖像失真，并結(jié)合從不同頻段獲得的多個單獨(dú)的光譜圖像，提供高信噪比(SNR)圖像；另一方面，它通過選擇梯度使用多層激發(fā)，采用視角傾斜[21]，從而達(dá)到降低圖像變形、降低金屬偽影的目的。但是MAVRIC-SL序列既往研究對象多為髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后的患者或膝關(guān)節(jié)金屬釘植入[5，18]，用于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者的報道較少，且罕見TKA術(shù)后的脂肪抑制序列評價。

3.2 3.0 T MRI MAVRIC-SL序列降低金屬偽影的價值 本研究將MAVRIC-SL序列應(yīng)用到TKA術(shù)后患者的磁共振檢查上，發(fā)現(xiàn)在冠狀及矢狀位圖像上，MAVRIC-SL序列的金屬植入物偽影面積較FSE序列分別降低了24.3%及24.8%，說明金屬植入物偽影在MAVRIC-SL序列上的干擾得到了較好的控制。

在對圖像質(zhì)量的主觀評分評分上發(fā)現(xiàn)，MAVRIC-SL較FSE而言，能夠更加清晰地顯示金屬植入物與組織交界面，減輕金屬植入物的變形、失真及金屬植入物周邊組織信號的丟失，降低偽影對圖像質(zhì)量的干擾；MAVRIC-SL序列較FSE序列更有利于TKA術(shù)后膝關(guān)節(jié)解剖部位的顯示，其評分提高了116%；同時，在對病變作出判斷時，MAVRIC-SL對病變的形態(tài)、大小、邊界顯示更清晰，因此診斷醫(yī)師在MAVRIC-SL序列上更具有診斷信心。

在對異常病變的評估上，MAVRIC-SL序列能夠提供更多數(shù)目的異常病變顯示。在這20例膝關(guān)節(jié)掃描中，我們發(fā)現(xiàn)總的異常數(shù)目發(fā)現(xiàn)在MAVRIC-SL序列上為33個，而在FSE序列上僅為12個，異常病變個數(shù)的發(fā)現(xiàn)提高了近2倍。Martin Kretzschmar等在將MAVRIC-SL序列應(yīng)用于髖關(guān)節(jié)置換術(shù)后的患者時，也發(fā)現(xiàn)了類似的研究結(jié)果[4]。

圖1-4 金屬假體及偽影面積測量示意圖；圖5-8 男性，35歲，2015年6月左側(cè)膝關(guān)節(jié)骨巨細(xì)胞切除術(shù)后行膝關(guān)節(jié)金屬假體置換，2017年9月腫瘤復(fù)發(fā)；圖9-12 女性，50歲，膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)炎(Kellgren-Lawrence分級為IV級)， TKA術(shù)后常規(guī)復(fù)查；圖13-16 男性，61歲，骨肉瘤切除術(shù)后，復(fù)查發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)積液(箭頭)。圖13 為PD-FSE，圖14 為PD-STIR，圖15 為PD-MAVRIC-SL，圖16 為PD-MAVRIC-SL-STIR。

3.3 本研究的局限性 本研究有幾個局限：①本研究納入例數(shù)較少，僅18例TKA術(shù)后膝關(guān)節(jié)磁共振掃描；②沒有對MAVRIC-SL序列和FSE序列SNR、CNR等做出評價；③所有的異常發(fā)現(xiàn)都沒有進(jìn)行病理跟蹤證實(shí)。

綜上所述，MAVRIC-SL序列相較于常規(guī)FSE序列而言，可明顯減少膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后在3T MRI檢查的金屬偽影、改善圖像質(zhì)量、提高診斷信心，為TKA術(shù)后診斷腫瘤復(fù)發(fā)，關(guān)節(jié)積液，骨溶解等提供重要的臨床依據(jù)，具有較高的臨床應(yīng)用價值。