磁共振Histo序列在肩關(guān)節(jié)岡上肌脂肪定量的應(yīng)用研究

孫 巖,鄒月芬,郝躍峰,劉可夫,胡 丹,俞佳鳳,陳 浩

0 引 言

肩袖肌脂肪浸潤(rùn)常見(jiàn)于肌腱斷裂和支配神經(jīng)受損后。有研究認(rèn)為,術(shù)前撕裂的大小、回縮與否及脂肪浸潤(rùn)程度的不同往往直接影響肩關(guān)節(jié)外科修補(bǔ)后的結(jié)構(gòu)及臨床預(yù)后表現(xiàn)[1- 2]。肌腱的斷裂可導(dǎo)致肌肉的生理結(jié)構(gòu)及功能的改變,而伴隨著拉力的降低,肌肉的萎縮和脂肪化逐漸增多的過(guò)程稱(chēng)之為肌肉的脂肪變性[3-4]。在肩袖損傷中,岡上肌退變和撕裂常發(fā)生。因此,其脂肪浸潤(rùn)程度在臨床治療前最為關(guān)注。術(shù)前嚴(yán)重的肌肉脂肪變性容易導(dǎo)致相關(guān)肩袖修補(bǔ)的高失敗率及較差的術(shù)后功能表現(xiàn)。肌肉脂肪變性通常被認(rèn)為具有不可逆性,即使在肩袖修補(bǔ)術(shù)非常成功的情況下仍未觀(guān)察到術(shù)后肌肉組織的再生[5-7]。因此,外科肩袖修補(bǔ)應(yīng)該在肌肉發(fā)生嚴(yán)重的脂肪變性前進(jìn)行。當(dāng)前實(shí)際工作中脂肪變性最常用的是修改后的Goutallier分級(jí),其最開(kāi)始由Goutallier等基于CT首先提出,而后Fuchs等在1999年進(jìn)一步修改完善Goutallier分級(jí)為5個(gè)等級(jí)的半定量方法用于MR成像[8-10],目前臨床關(guān)于肩關(guān)節(jié)岡上肌脂肪變性的報(bào)道較少。有學(xué)者采用T2mapping方法的定量研究,但掃描時(shí)間較長(zhǎng),且過(guò)程中受檢者很容易出現(xiàn)移動(dòng)而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性[11];也有學(xué)者使用梯度回波DIXON序列的方法,但水峰和脂肪峰的變化偶爾會(huì)造成水脂交換計(jì)算錯(cuò)誤[12-13]。因此成像時(shí)間短且為自旋回波序列(無(wú)水脂交換計(jì)算錯(cuò)誤)的高靈敏度MR波普Histo序列因可精準(zhǔn)檢測(cè)脂肪含量使其在臨床應(yīng)用方面展現(xiàn)出潛在前景[14]。本項(xiàng)研究嘗試使用Histo序列精準(zhǔn)定量測(cè)量岡上肌脂肪含量,以期為臨床治療及肩袖修補(bǔ)術(shù)前評(píng)估提供MR影像學(xué)定量依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象前瞻性納入2020年6月至2021年2月間在本院接受磁共振檢查的肩關(guān)節(jié)患者。肩關(guān)節(jié)患者納入標(biāo)準(zhǔn):①因肩部疼痛或不適接受并完成肩關(guān)節(jié)MR標(biāo)準(zhǔn)掃描并有明確診斷的患者;②標(biāo)準(zhǔn)掃描后同時(shí)完成Histo序列的定量掃描;③需滿(mǎn)足Histo序列質(zhì)控參數(shù)R square fit值≥0.95。剔除標(biāo)準(zhǔn):①受檢者肩關(guān)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)MR所獲層面影像位置不標(biāo)準(zhǔn),存在明顯偏移;②受檢者掃描過(guò)程不能較好地配合,導(dǎo)致MR圖像模糊無(wú)法進(jìn)行評(píng)估。本研究經(jīng)南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào):2020-KL901169)。受試者均已簽署知情同意書(shū)。

1.2 影像檢查方法全部受檢者均在3.0T MR(Skyra,Siemens,Germany)上完成,受檢者雙上肢置于身體兩側(cè),仰臥位頭先進(jìn)。使用肩關(guān)節(jié)專(zhuān)用線(xiàn)圈放置在受檢側(cè)肩關(guān)節(jié),拇指朝上并用沙袋固定。首先行肩關(guān)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)MR序列I:橫斷位的TSE-PD序列掃描,TR=3100 ms、TE=32 ms、FOV 180 mm×180 mm、矩陣 320×224、層厚4.0 mm;序列Ⅱ:沿岡上肌傾斜冠狀位的TSE-PD序列掃描,TR=4000 ms、TE=62 ms、 FOV 180 mm×180 mm、矩陣320×240、層厚3.0 mm;序列Ⅲ:沿岡上肌傾斜冠狀位的TSE-T1加權(quán)序列掃描,TR =520 ms、TE=12 ms、FOV 180 mm×180 mm、矩陣320×240、層厚3.0 mm;序列Ⅳ:垂直于岡上肌的斜矢狀位TSE-PD序列掃描,TR=5400 ms、TE=126 ms、FOV 180 mm×180 mm、矩陣320×253、層厚3.0 mm;序列Ⅴ:垂直于岡上肌的斜矢狀位TSE-T1加權(quán)序列掃描,TR=500 ms、TE=10 ms、FOV 180 mm×180 mm、矩陣320×256、層厚3.0 mm。其次再行斜矢狀位的T1的三維容積內(nèi)插快速梯度回波(volume interpolated body examination, VIBE)的DIXON(為Q-dixon)序列,TR=9.00 ms、TE=1.05/2.46 /3.69/4.92/6.15/7.38 ms,FOV 426 mm × 340 mm、矩陣160 × 126、層厚2.0 mm,掃描須采用非畸形矯正補(bǔ)償模式,并使用其原始薄層Water像發(fā)送到3D后處理行多平面重建用以確定Histo序列掃描位置。Histo序列為立方體容積掃描,測(cè)量定位均放置在較脆弱的肌腱與肌肉過(guò)渡區(qū)域的肌組織(即肩鎖關(guān)節(jié)垂直矢狀平面與岡上肌中心位置之間),居中保存該位置岡上肌多平面(避開(kāi)肩鎖關(guān)節(jié)和肩胛岡的骨性結(jié)構(gòu))三維的橫斷面,冠狀面和矢狀面并發(fā)送到檢查界面用于Histo序列的定位, Histo序列掃描TR =3000 ms,TE=12/24/36/48/72 ms, FOV為10 mm3容積范圍體素掃描時(shí)間15 s,掃描結(jié)束后直接以圖片的形式顯示Histo序列脂肪含量測(cè)量結(jié)果百分比及彩色條形圖,無(wú)需任何的后處理操作。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 基于MRI的Goutallier分級(jí)評(píng)估在肩關(guān)節(jié)斜矢狀位的T1加權(quán)影像上進(jìn)行評(píng)估。由10年和12年肌骨診斷經(jīng)驗(yàn)的2名放射醫(yī)師共同對(duì)81例肩關(guān)節(jié)岡上肌脂肪化程度做出具體分級(jí),如意見(jiàn)不一致時(shí)協(xié)商后給出一致意見(jiàn)。 MRI的Goutallier分級(jí)具體為:0級(jí)定義為無(wú)脂肪浸潤(rùn),1級(jí)是岡上肌的少許脂肪條紋,2級(jí)為脂肪少于肌肉,3級(jí)為脂肪和肌肉的數(shù)量相等,4級(jí)為脂肪比肌肉更多。3周后由其中1名10年肌骨診斷經(jīng)驗(yàn)影像醫(yī)師再次對(duì)所有肩關(guān)節(jié)進(jìn)行盲評(píng),以消除觀(guān)察者自身偏差。

1.3.2 基于Goutallier分級(jí)廣泛應(yīng)用的實(shí)際情況本項(xiàng)研究中假設(shè)Goutallier分級(jí)結(jié)果均正確,且以此比較Goutallier不同分級(jí)與Histo序列,DIXON序列三者之間在岡上肌脂肪化的總體相關(guān)性。

1.3.3 Goutallier不同脂肪浸潤(rùn)等級(jí)受檢者岡上肌的Histo序列、DIXON序列不同級(jí)別間定量測(cè)量結(jié)果分別進(jìn)行比較,以此探討Histo序列和DIXON序列在區(qū)分不同程度岡上肌脂肪化的可行性;以及Goutallier不同岡上肌脂肪化分級(jí)對(duì)應(yīng)的Histo序列,DIXON序列各自級(jí)間脂肪定量范圍的潛在差異。

1.3.4 肩關(guān)節(jié)岡上肌MR影像診斷以2位醫(yī)師共同診斷結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn),對(duì)81例肩關(guān)節(jié)進(jìn)行分類(lèi)。分類(lèi)依據(jù)不同撕裂程度的岡上肌MR影像表現(xiàn)。Ⅰ:正常岡上肌;Ⅱ:岡上肌退變;Ⅲ:岡上肌部分撕裂(包括岡上肌關(guān)節(jié)側(cè)部分撕裂、岡上肌滑囊側(cè)部分撕裂、岡上肌腱內(nèi)型部分撕裂、岡上肌部分撕裂伴肌內(nèi)囊腫、岡上肌肌腱磨損);Ⅳ:岡上肌(部分/全部)出現(xiàn)全層撕裂;Ⅴ:岡上肌(部分/全層)撕裂伴回縮。比較以上5類(lèi)不同撕裂程度岡上肌MR影像各組間的Histo序列脂肪定量結(jié)果差異,以探討Histo序列脂肪定量結(jié)果能否對(duì)岡上肌不同撕裂程度有一定的潛在提示作用。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS 24.0軟件進(jìn)行。計(jì)數(shù)資料以n(%)形式描述。Goutallier分級(jí)與Histo序列、DIXON序列三者定量結(jié)果兩兩間的總體相關(guān)性采用Spearman等級(jí)相關(guān)檢驗(yàn);Histo序列和DIXON序列定量測(cè)量結(jié)果在不同Goutallier分級(jí)以及Histo序列在不同岡上肌撕裂程度分組的整體間比較均分別采用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)。Histo序列和DIXON序列在不同Goutallier分級(jí)定量結(jié)果間兩兩比較,以及不同岡上肌撕裂程度分組的 Histo定量結(jié)果間兩兩比較均分別采用獨(dú)立樣本Mann-Whitney秩和檢驗(yàn)。以P≤0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

按上述標(biāo)準(zhǔn)最終共納入81名單側(cè)肩關(guān)節(jié)患者,男22例、女59例,年齡22～68歲,平均(46.33±13.33)歲。岡上肌脂肪化的Goutallier分級(jí)與Histo序列 (ρ=0.799)和DIXON序列(P= 0.765)定量結(jié)果均呈正相關(guān)(P<0.001),Histo序列和DIXON序列間的總體相關(guān)性均表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P= 0.599,P<0.001)。Goutallier不同分級(jí)分別對(duì)應(yīng)Histo序列及DIXON序列定量差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(H=52.83,P<0.001;H=50.61,P<0.001)。Goutallier的各分級(jí)對(duì)應(yīng)Histo和DIXON序列定量測(cè)量結(jié)果差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05),見(jiàn)表1。不同岡上肌撕裂程度間,除Ⅳ岡上肌全層撕裂與Ⅴ岡上肌撕裂伴回縮兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[(18.46±6.88)vs(24.64±12.07),Z=-1.557、P=0.12],其余各分類(lèi)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表1 不同Goutallier分級(jí)受檢者的不同序列定量測(cè)定岡上肌脂肪含量比較(%)Table 1 Comparison of quantitative measurement of supraspinatus muscle fat content using different sequences in patients with different Goutallier grades (%)

3 討 論

肩關(guān)節(jié)岡上肌橫截面有超過(guò)一半的肌肉組織被脂肪取代往往被認(rèn)為是外科手術(shù)重建的禁忌證;同時(shí)肩袖肌肉的脂肪化程度對(duì)肩袖修補(bǔ)術(shù)后的預(yù)后評(píng)估也具有重要意義。巨大肩袖撕裂的修補(bǔ)并不能實(shí)質(zhì)性地逆轉(zhuǎn)肌肉組織的脂肪化和脂肪沉積的現(xiàn)象[15];且肩袖修補(bǔ)術(shù)的預(yù)后與肩袖肌肉脂肪化程度和手術(shù)方式有著明顯的相關(guān)性[16-17]。近期研究表明,岡上肌和岡下肌的脂肪定量結(jié)果可評(píng)估肩袖撕裂進(jìn)展的風(fēng)險(xiǎn)和速度[18]。當(dāng)前臨床廣泛使用Goutallier分級(jí)作為肩關(guān)節(jié)術(shù)前岡上肌脂肪化程度評(píng)估,此分級(jí)基于T1傾斜矢狀位的MR影像上進(jìn)行評(píng)估;而較多使用的梯度回波DIXON序列原理中不能有效剔除磁場(chǎng)的不均勻性對(duì)結(jié)果造成干擾且肩關(guān)節(jié)是偏中心掃描磁場(chǎng)均勻性相比中心區(qū)域存在一定的偏移,且偶爾會(huì)出現(xiàn)水脂交換計(jì)算錯(cuò)誤導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)。

本項(xiàng)研究中Histo定量技術(shù)在岡上肌脂肪浸潤(rùn)的應(yīng)用結(jié)果與常用的Goutallier分級(jí)及DIXON序列測(cè)量之間表現(xiàn)出較高的相關(guān)性。Histo本質(zhì)是MR氫質(zhì)子的波普序列,因MR波譜能提供組織的無(wú)創(chuàng)、定量代謝物譜,并已被證明有助于臨床多種疾病的診斷[19]。其中單體素磁共振波譜分析在MR脂肪成分測(cè)量方面常被作為參考標(biāo)準(zhǔn),具體常使用未施加水抑制的單體素的激勵(lì)回波采集模式序列行MR波譜成像[20-21]。本項(xiàng)研究脂肪定量技術(shù)所采用的Histo序列就是在傳統(tǒng)波譜STEAM序列基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)調(diào)整后獲得的5個(gè)TE(12、24、36、48、72 ms)的新序列[14]; Histo序列是T2多回波氫質(zhì)子的波譜技術(shù),并且是創(chuàng)新采集5個(gè)TE的單體素MR波譜,根據(jù)擬合的譜線(xiàn)上水峰與脂肪峰計(jì)算5個(gè)不同TE時(shí)間下水峰與脂峰的面積,并以此計(jì)算脂肪含量百分比并進(jìn)行相關(guān)矯正。這其中T2校正對(duì)定量水和脂肪的MRI非常重要,且Histo定量的優(yōu)勢(shì)在于其不需要復(fù)雜多序列的采集以完成T2矯正,僅一次采集直接給出最終的結(jié)果,可在很短時(shí)間(<15 s)完成全序列的采集;同時(shí)R-square fit作為質(zhì)控參數(shù)在結(jié)果顯示,提示Histo序列所采集的5個(gè)TE回波信號(hào)擬合出的曲線(xiàn)與理論曲線(xiàn)間的一致性如何(越接近1,說(shuō)明曲線(xiàn)擬合程度越好結(jié)果可信度越高)。在本項(xiàng)研究中所有入選病例的R-square fit都選擇在0.95以上,力求能更為精準(zhǔn)地評(píng)估Histo序列與傳統(tǒng)半定量Goutallier分級(jí)及DIXON序列定量之間的相關(guān)性。

由于該序列在肝臟脂肪化測(cè)量取得了較好的應(yīng)用效果,也有學(xué)者應(yīng)用其評(píng)價(jià)脊柱結(jié)核展現(xiàn)出很好前景[22-23]。本研究在肩關(guān)節(jié)岡上肌進(jìn)行Histo序列脂肪化定量應(yīng)用嘗試,結(jié)果表明Histo序列可以對(duì)不同Goutallier脂肪浸潤(rùn)級(jí)別有精確定量數(shù)據(jù)顯示,即使Goutallier相同等級(jí)的不同病例也可明確區(qū)分岡上肌脂肪浸潤(rùn)程度之間的細(xì)微差異。同時(shí)本研究結(jié)果還顯示Goutallier不同分級(jí)的Histo定量結(jié)果均值間有著顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,特別在Goutallier 2級(jí)與3級(jí)間,這是因?yàn)轱@著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的2級(jí)與3級(jí)兩者間肌肉脂肪化程度達(dá)到一半與否是臨床選擇保守治療或外科治療最為關(guān)注的臨界點(diǎn),因此本研究的Histo序列定量結(jié)果可以精準(zhǔn)高效地指導(dǎo)肩關(guān)節(jié)外科治療方式的抉擇;且在本項(xiàng)研究中對(duì)于岡上肌不同撕裂程度的Histo序列脂肪定量結(jié)果均值表現(xiàn)出有明顯差異,故此Histo序列對(duì)岡上肌不同程度的撕裂具有一定潛在的提示作用,雖然Histo序列僅在岡上?、羧珜铀毫押廷跛毫寻榛乜s兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,分析原因可能是病例數(shù)太少或者采用非參校驗(yàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的檢驗(yàn)效能等原因造成的,有待進(jìn)一步驗(yàn)證。本項(xiàng)研究的不足:①樣本量仍然相對(duì)較少,尤其是I級(jí)正常岡上肌的例數(shù)和Goutallier 3級(jí)和4級(jí)的病例數(shù)量過(guò)少;②由于岡上肌損傷本身疾病的特點(diǎn)其缺少穿刺活檢的金標(biāo)準(zhǔn)作為參考,作為一種新技術(shù)探索和嘗試本項(xiàng)研究是假設(shè)Goutallier分級(jí)結(jié)果都正確前提下進(jìn)行比較的,還由于當(dāng)前Histo序列定量測(cè)量更多的是用于肝臟MR脂肪定量檢查,在肌肉方面研究相對(duì)缺乏[23];③Histo是單體素波譜序列,其立方體定位容積不能完整覆蓋岡上肌全部,故此體素放置的位置不同會(huì)一定程度上造成測(cè)量結(jié)果的差異。

綜上所述,肩關(guān)節(jié)岡上肌脂肪化Histo序列定量MR成像具有一定可行性,且與常規(guī)使用Goutallier分級(jí)和DIXON序列測(cè)量間有較好的相關(guān)性,為臨床治療提供精準(zhǔn)的岡上肌脂肪化定量結(jié)果且對(duì)岡上肌不同撕裂程度有一定的提示作用且掃描時(shí)間更短,可以更精準(zhǔn)指導(dǎo)MR診斷和臨床治療方式選擇。