合成磁共振成像評估前交叉韌帶早期退變的價值

夏振元，莫欣鑫，藍(lán)嵐，余小平，楊成，李偉雄

早期準(zhǔn)確評估前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)退變性損傷程度，有助于臨床評估ACL的生理和病理狀態(tài)，指導(dǎo)患者健康運動。合成磁共振成像(synthetic magnetic resonance imaging，SyMRI)可敏感地測量組織的弛豫時間及質(zhì)子密度變化且具有較高的可重復(fù)性[1-3]，從而能應(yīng)用于評估ACL早期退變性損傷，但目前相關(guān)研究報道較少。本文通過對比正常以及早期退變損傷ACL的合成磁共振成像參數(shù)的差異，旨在初步探討SyMRI定量評估ACL早期退變性損傷的臨床價值，并作為后期研究的技術(shù)驗證。

材料與方法

1.一般資料

搜集2020年1月-2021年9月在本院經(jīng)關(guān)節(jié)鏡確診的80例患者的單膝關(guān)節(jié)SyMRI數(shù)據(jù)。其中，女46例，男34例，年齡30～70歲，平均(50.03±9.64)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①ACL的狀態(tài)經(jīng)關(guān)節(jié)鏡檢查評估。②所無明顯膝關(guān)節(jié)外傷。排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并感染、腫瘤等影響ACL信號；②具有類風(fēng)濕、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、痛風(fēng)等其它可引起膝關(guān)節(jié)滑膜炎的基礎(chǔ)性疾??；③因膝關(guān)節(jié)畸形、關(guān)節(jié)纖維化等原因引起膝關(guān)節(jié)運動功能障礙。關(guān)節(jié)鏡下ACL分級標(biāo)準(zhǔn)如下。正常：ACL表面光澤滑潤，形態(tài)和結(jié)構(gòu)無明顯異常；早期退變：ACL連續(xù)性良好，張力稍減低，光澤暗淡，表面不同程度毛糙、皸裂或伴有少許纖維束撕裂。其中，ACL整體形態(tài)及連續(xù)性良好、張力如常，表面較毛糙、變白為早期輕微退變；ACL整體形態(tài)及連續(xù)性較好、張力稍減低、表面明顯毛糙、暗淡，伴或不伴有皸裂者為早期明顯退變。

2.檢查方法

使用Signa Pioneer 3.0T磁共振成像儀和16通道體表柔性線圈?；颊呷⊙雠P位，膝關(guān)節(jié)屈曲10°～15°，足先進(jìn)。常規(guī)掃描序列包括橫軸面、冠狀面和矢狀面FSE-PDWI序列。橫軸面SyMRI采用2D-快速自旋多動態(tài)多回波序列(multiple-dynamic multiple-echo，MDME)進(jìn)行掃描，又稱一站式弛豫定量磁共振(MAGnetic resonance image Complication，MAGiC)序列。掃描參數(shù)：TR 4000 ms，TE 20 ms，視野160 mm×160 mm，矩陣320×224，層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，激勵次數(shù)1。

3.圖像處理及分析

將SyMRI原始數(shù)據(jù)傳輸至主機MAGiC后處理軟件中，軟件自動生成橫軸面T2WI、T1WI和STIR圖像，調(diào)整弛豫率使膝關(guān)節(jié)組織結(jié)構(gòu)在STIR圖像上顯示最佳。在STIR圖像上，選取ACL中上部水平兩個相鄰層面手動勾畫ROI，ROI面積占該層面ACL面積的2/3～3/4，此時軟件將自動顯示該ROI的T1、T2及質(zhì)子密度(proton density，PD)值(圖1～3)，每個層面測量3次，并取兩個層面的平均值記為最終結(jié)果。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 22.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析比較各組間患者年齡的差異。采用多組獨立樣本Kruskal-Wallis檢驗，對比各組間患者性別構(gòu)成比的差異。對兩組患者ACL的T1值、T2值和PD值分別進(jìn)行秩次轉(zhuǎn)換，采用單因素方差分析，對比各組間參數(shù)秩次的差異性，并采用ROC曲線評價各參數(shù)診斷ACL早期退變的效能。0.50.9為診斷效能較高[4]。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.一般資料的比較

正常對照組、輕微退變組及明顯退變組患者的年齡分別為(41.23±6.68)、(51.54±6.15)和(60.09±4.46)歲，組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=64.94，P<0.01)。三組患者性別構(gòu)成比的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(H=0.273，P=0.872)。

2.各組間各項SyMRI參數(shù)的比較

T1、T2和PD值在3組間的比較結(jié)果見表1。將各組T1、T2和PD值進(jìn)行秩次轉(zhuǎn)換，以秩次作為變量，應(yīng)用方差分析對各參數(shù)秩次進(jìn)行檢驗，結(jié)果顯示各參數(shù)秩次成正態(tài)分布，且方差齊，且組間總體差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(F=11.248、11.991和118.162，P均<0.01)。

進(jìn)一步采用LSD-t檢驗進(jìn)行組間兩兩比較，結(jié)果顯示：PD值在正常組、輕微退變組及明顯退變組之間的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，且正常組PD值低于輕微退變組，輕微退變組PD值低于明顯退變組(圖1～3)；T1值及T2值在正常組和早期輕微退變組之間的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，而正常組和早期輕微退變組的T1值及T2值均低于早期明顯退變組(P<0.01)，詳見表1。

圖1 女，47歲，ACL正?；颊?。a)FSE-PDWI序列示ACL呈正常低信號(箭)；b)SyMRI-PD Mapping示ACL色階呈均勻深藍(lán)色，其T1、T2和PD值分別為1213ms、36ms和38.4pu。 圖2 女，56歲，ACL早期輕微退變患者。a)FSE-PDWI序列示ACL呈不均勻稍高信號(箭)；b)SyMRI-PD Mapping示ACL的T1、T2和PD值分別為946ms、55ms和53.6pu。 圖3 女，63歲，ACL早期明顯退變患者。a)FSE-PDWI序列示ACL信號明顯增高(箭)；b)SyMRI-PD Mapping示ACL的T1、T2和PD值分別為1685ms、79ms和76.4pu。

表1 三組間前交叉韌帶SyMRI參數(shù)的比較

3.SyMRI各參數(shù)對ACL早期退變的診斷效能

采用ROC曲線分析評估SyMRI各參數(shù)對ACL早期退變的診斷價值，結(jié)果見表2和圖4。PD對ACL早期退變有較高的診斷效能，其敏感度、特異度、約登指數(shù)及AUC分別為92%、90%、0.82和0.957。

表2 各項SyMRI參數(shù)對ACL退變的診斷效能

圖4 SyMRI參數(shù)診斷ACL早期退變的ROC曲線，以PD的AUC最大，T2的AUC最小。

討 論

SyMRI是近年來新興的一種磁共振定量成像技術(shù)，可實現(xiàn)對組織弛豫時間及質(zhì)子密度絕對值的同時測量[5-6]。不同于常規(guī)掃描序列，其采用基于多個延遲飽和多回波原理的MAGiC序列進(jìn)行成像掃描，成像過程中首先通過不同TR施加的多個飽和脈沖，以獲得組織T1弛豫時間，并同時進(jìn)行多回波、多延遲時間采集，獲取組織T2弛豫時間，最后通過計算可獲得PD定量圖譜[7-9]，從而實現(xiàn)對組織結(jié)構(gòu)弛豫時間及質(zhì)子密度的定量評估。有研究表明MAGiC序列應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)成像，其圖像質(zhì)量和對病變的顯示及診斷均與常規(guī)MRI無統(tǒng)計學(xué)差異[10]。Lee等[11]的研究結(jié)果表明SyMRI中測量的T2值可對膝關(guān)節(jié)軟骨早期損傷進(jìn)行定量評估。孟鐵豹等[12]的研究結(jié)果顯示SyMRI可通過測量和分析T1和T2值的變化提高對前列腺癌的診斷敏感性。另外在神經(jīng)系統(tǒng)方面，SyMRI可敏感地定量評估腦組織發(fā)育以及神經(jīng)纖維髓鞘化狀態(tài)[13]，以上SyMRI的技術(shù)原理及在臨床各相關(guān)方面的研究為其評估前交叉韌帶早期退變奠定了一定的理論與實踐基礎(chǔ)。

前交叉韌帶是保證膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定及正?；顒拥闹匾Y(jié)構(gòu)，雖然運動損傷及外傷是導(dǎo)致其損傷的主要原因[14]，但隨著年齡的增長，前交叉韌帶常出現(xiàn)磨損、黏液變性以及輕微外傷后修復(fù)等退變性損傷改變，退變性損傷所導(dǎo)致的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)及成分的改變是ACL弛豫時間和質(zhì)子密度發(fā)生變化的基礎(chǔ)。在弛豫時間方面，本研究結(jié)果顯示，T1及T2值在正常組和輕微退變組之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，而正常組和早期輕微退變組的T1及T2值均低于早期明顯退變組(P<0.05)，且約登指數(shù)均不足0.5，診斷效能均較低，說明SyMRI測得的T1及T2值可反映較明顯的ACL退變性損傷，但對輕微退變性損傷不敏感，對定量評估ACL的輕微退變性損傷存在較大誤判風(fēng)險。該研究結(jié)果與車樹楠等[15]關(guān)于SyMRI在乳腺癌診斷方面的研究存在較大差異，這可能與不同組織的弛豫時間差異較大有關(guān)。另外本研究中將ACL早期退變性損傷進(jìn)行更細(xì)微的劃分，亦是研究結(jié)果存在差異的原因。

在質(zhì)子密度變化方面，本研究結(jié)果顯示，PD值在正常組、輕微退變組及明顯退變組之間的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.01)，且正常組的PD值低于輕微退變組，輕微退變組的PD值低于明顯退變組。本研究結(jié)果顯示的PD值的變化規(guī)律與Arita等[16]及李白潔[17]等關(guān)于SyMRI中PD值定量評估前列腺癌方面的統(tǒng)計結(jié)果相一致。說明SyMRI中測量的PD值可評估前交叉韌帶早期退變性損傷，且其敏感度明顯高于T1值及T2值，這可能是因為ACL退變性損傷常伴有水分子、粘液蛋白或其它成分的增加，這些成分的輕微變化，可使本身氫質(zhì)子含量較少的前交叉韌帶的PD明顯提高，但輕微退變尚不足以影響ACL內(nèi)部結(jié)構(gòu)中整體氫質(zhì)子的自旋弛豫及晶格弛豫，這可能是正常組與輕微退變組之間T1值及T2值無統(tǒng)計學(xué)差異的原因。隨著ACL組織結(jié)構(gòu)的退變進(jìn)展，其內(nèi)結(jié)構(gòu)和成分更復(fù)雜，水分子增多，T1值及T2值的變化逐步得以體現(xiàn)。ROC曲線分析顯示PD值對ACL退變性損傷具有較高的診斷效能，其敏感度、特異度、約登指數(shù)及曲線下面積分別為92%、90%、0.82和0.957，進(jìn)一步說明SyMRI中測量的PD值可用于定量評估ACL早期退變性損傷。

本研究存在一些局限性：首先，樣本數(shù)據(jù)較少，需要增加樣本量進(jìn)一步驗證；其次，ACL常由多個纖維束組成，其間常存在富含脂肪的結(jié)締組織，可能對ACL的SyMRI定量參數(shù)值的測量可能有一定影響，尚需進(jìn)一步評估韌帶內(nèi)各個纖維束的定量參數(shù)值，以驗證SyMRI技術(shù)的可行性。

綜上所述，由SyMRI生成的PD值可定量評估ACL的早期退變性損傷，具有較高的臨床參考價值。