合成MRI定量技術(shù)在半月板損傷中的應(yīng)用價值

陳露露 王志強 王巍

半月板損傷是臨床較常見的膝關(guān)節(jié)病變之一，常以關(guān)節(jié)活動受限、關(guān)節(jié)腫痛等為主要表現(xiàn)，可發(fā)生多種并發(fā)癥，如骨關(guān)節(jié)炎、肌肉萎縮等。及早診斷和治療半月板損傷，是患者預(yù)后得以改善的關(guān)鍵[1]。目前，MRI常規(guī)平掃是檢查半月板損傷的普遍方法，但其僅能顯示出現(xiàn)明顯信號和形態(tài)學(xué)改變的結(jié)構(gòu)損傷，難以對損傷進行定量分析；T1mapping、T2mapping、T2*mapping等技術(shù)是常用的膝關(guān)節(jié)損傷的定量評價方法，但由于掃描時長較長，可能引起組織溫度升高，臨床應(yīng)用受限[2]。作為近年來開發(fā)的新技術(shù)，合成MRI定量技術(shù)一次掃描可獲得T1WI、質(zhì)子密度（proton density,PD）加權(quán)像、T2WI、短時反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（short-T1 inversion recovery,STIR）、T1mapping、T2mapping及PD mapping[3]等多個常規(guī)形態(tài)學(xué)圖像及功能定量圖像，效率大大提高，已被應(yīng)用于腦轉(zhuǎn)移瘤、多發(fā)性硬化、膠質(zhì)瘤、膝關(guān)節(jié)軟骨損傷、椎間盤退變和前列腺癌等多種疾病的輔助診斷，并體現(xiàn)出良好的診斷價值[4]。本研究探討合成MRI定量技術(shù)在半月板損傷中的臨床應(yīng)用價值，以期為客觀評估半月板損傷提供新的技術(shù)支持。

1 對象和方法

1.1 對象 收集2021年10月—2022年1月溫州市中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院關(guān)節(jié)外科擬診為半月板損傷患者共53例，納入標(biāo)準(zhǔn)：近期有膝關(guān)節(jié)外傷、疼痛史，臨床懷疑有半月板損傷；BMI 18.5～23.9 kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn)：以往有骨折手術(shù)、腫瘤、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等病史；體內(nèi)有金屬物植入、幽閉恐懼癥等MRI檢查禁忌證者；圖像質(zhì)量不佳；半月板發(fā)育異常者，如盤狀半月板等。最終入選50例，其中男17例，女33例；患者年齡30～68（52.0±1.6）歲；左膝28例，右膝22例。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查方法 采用GE SIGNA Architect 3.0 T磁共振掃描儀，16通道膝關(guān)節(jié)線圈，足先進，膝蓋自然伸直，中心線對髕骨下緣，沙袋固定。為避免運動對掃描數(shù)據(jù)的影響，所有患者均靜坐30 min后進行常規(guī)膝關(guān)節(jié)平掃及MR集合序列（magnetic resonance image compilation,MAGIC）掃描。常規(guī)平掃采用快速自旋回波序列。T1WI：重復(fù)時間534 ms，回波時間11 ms，激勵次數(shù)1，視野160 mm×160 mm，矩陣大小420×320，翻轉(zhuǎn)角 125，層厚 4 mm；PDWI：重復(fù)時間 4 462 ms，回波時間42 ms，激勵次數(shù)1，視野160 mm×160 mm，矩陣大小360×260，翻轉(zhuǎn)角111，層厚4 mm；T2WI-fs：重復(fù)時間3 950 ms，回波時間42 ms，激勵次數(shù)1，視野160 mm×160 mm，矩陣360×260，翻轉(zhuǎn)角111，層厚4 mm，分別行矢狀位、冠狀位和軸位掃描。矢狀位MAGIC采用多延遲多回波序列，重復(fù)時間4 000 ms，回波時間93.67、20.81、12.13 ms，激勵次數(shù)1，視野180 mm×180 mm，矩陣320×256，翻轉(zhuǎn)角90，層厚4 mm。所有采集圖像均傳入GE后處理工作站。

1.3 半月板Stoller分級和分組 患者膝關(guān)節(jié)平掃圖像均由2位資深放射科醫(yī)師分別讀片，根據(jù)Stoller分級法進行分級，當(dāng)意見不一致時，討論后達成統(tǒng)一意見。正常半月板，呈均勻低信號，形態(tài)規(guī)則，為0級；半月板內(nèi)見圓點狀、斑點狀高信號影，但不與關(guān)節(jié)面相連，為Ⅰ級；半月板內(nèi)有線狀高信號影，延伸至半月板的關(guān)節(jié)囊緣，但未累及到半月板關(guān)節(jié)面邊緣，為Ⅱ級；半月板內(nèi)高信號影延伸至關(guān)節(jié)面，為Ⅲ級。Ⅰ、Ⅱ級信號定性為半月板變性，Ⅲ級信號為半月板撕裂。正常半月板根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)分為內(nèi)側(cè)前角組、內(nèi)側(cè)后角組、外側(cè)前角組和外側(cè)后角組。損傷半月板分為變性組及撕裂組。

1.4 合成圖像處理與分析 所得圖像通過MAGIC（version100.0.0.）軟件得到 T1mapping、T2mapping及PD mapping圖譜。同由2名資深放射科醫(yī)師在合成矢狀位PDWI圖像最大范圍顯示半月板的層面，分別在半月板內(nèi)側(cè)前角、內(nèi)側(cè)后角、外側(cè)前角、外側(cè)后角勾畫3個感興趣區(qū)（ROI）（圖1），測得縱向弛豫時間（T1）、橫向弛豫時間（T2）和PD值，測量時避開關(guān)節(jié)液及關(guān)節(jié)軟骨等區(qū)域。重復(fù)測量3次，取平均值。損傷半月板選取損傷部分的最大層面，按同樣規(guī)則繪制ROI，測量3次，取平均值。

圖1 半月板感興趣區(qū)示意圖（a：正常半月板后角；b：損傷半月板后角）

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理 使用SPSS 25.0統(tǒng)計軟件。計量資料符合正態(tài)分布的以表示，不符合的以M（P25，P75）表示。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient,ICC）評價兩位醫(yī)師間定量測量結(jié)果的一致性。采用Kruskal-WallisH檢驗比較正常半月板4組間及正常、損傷半月板間定量參數(shù)的差異。采用ROC曲線評估定量參數(shù)診斷半月板損傷的閾值及效能。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 合成MRI定量圖譜分析 50例患者單側(cè)膝關(guān)節(jié)共納入197個半月板角（另3個測量數(shù)據(jù)異常），其中正常半月板角136個，變性半月板角48個，撕裂半月板角13個。對比半月板PDWI圖像，T1mapping、T2mapping偽彩圖顯示藍綠色或紅色色階，提示半月板變性或撕裂，PD mapping偽彩圖色階變化不大。正常半月板T1mapping、T2mapping偽彩圖大多表現(xiàn)為相對均勻的深藍色。見圖2、3（插頁）。

圖2 59歲女性內(nèi)側(cè)后角半月板的合成PDWI圖像及定量圖（a：矢狀位PDWI圖，箭頭示線樣高信號灶延伸至關(guān)節(jié)面，呈三級損傷；b：T1 mapping偽彩圖；c：T2 mapping偽彩圖；d：PD mapping偽彩圖）

圖3 31歲女性外側(cè)前角半月板的合成PDWI圖像及定量圖（a：矢狀位PDWI圖，箭頭示點片狀高信號，呈二級損傷；b：T1 mapping偽彩圖；c：T2 mapping偽彩圖，箭頭示損傷，呈淡藍色色階；d：PD mapping偽彩圖）

2.2 定量參數(shù)測量值一致性的評價 2位醫(yī)師測量定量參數(shù)的一致性都較好，其中T1的ICC值為0.989（95%CI：0.985～0.991）、T2為 0.958（95%CI：0.945～0.968）、PD的ICC值為 0.952（95%CI：0.936～0.963）。

2.3 正常半月板4組間定量參數(shù)值的比較 正常半月板4組間T2值比較有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05），內(nèi)側(cè)后角組低于外側(cè)前角組和外側(cè)后角組（均P＜0.05）。其余參數(shù)各組比較無統(tǒng)計學(xué)差異。見表2。

表2 正常半月板4組間T1、T2、PD值的比較

2.4 正常組、變性組及撕裂組定量參數(shù)值的比較 變性組及撕裂組T1、T2值均高于正常組（均P＜0.05），撕裂組T1、T2值高于變性組，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義；各組PD值比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表3。

表3 半月板正常組、變性組及撕裂組定量參數(shù)值的比較

2.5 定量參數(shù)值診斷半月板損傷的效能分析 利用T1、T2值評估半月板損傷的閾值及效能。當(dāng)T1、T2分別取920和39 ms時，診斷半月板損傷的AUC分別為0.718和0.987，靈敏度分別為73.8%、100.0%，特異度分別68.9%、95.1%，T2值診斷效能優(yōu)于T1值。見圖3。

圖3 T1、T2值鑒別半月板損傷的ROC曲線

3 討論

合成MRI定量技術(shù)是一種多模態(tài)定量MRI技術(shù)，它是多層面激發(fā)、多回波、多飽和延遲的快速自旋回波序列，通過計算可以得出多種定量圖及多個對比加權(quán)圖像，對磁場敏感效應(yīng)低，且無需增加額外掃描時間[5-6]。國內(nèi)外許多研究證實：合成MRI定量技術(shù)在膝關(guān)節(jié)成像中具有臨床應(yīng)用可行性[7-9]，為本研究分析半月板損傷定量參數(shù)變化提供了理論依據(jù)半月板是一種月牙狀的纖維軟骨，大部分由水分子、膠原纖維和少量蛋白多糖組成。各參數(shù)中，T2值大小主要與自由水的含量和膠原纖維的排列有關(guān)[10]。本研究結(jié)果顯示：4組正常半月板僅T2值比較有統(tǒng)計學(xué)差異，且內(nèi)側(cè)后角組T2值比外側(cè)前、角組和外側(cè)后角組低，推測內(nèi)側(cè)后角是主要承重區(qū)，膠原纖維容易發(fā)生形變、水分子丟失導(dǎo)致。徐菲等[11]對踝關(guān)節(jié)正常軟骨承重區(qū)及非承重區(qū)行T2mapping發(fā)現(xiàn)：承重區(qū)T2值小于非承重區(qū)，與本研究結(jié)果相似。陳鵬翅等[12]對18～29歲健康成人正常半月板的研究發(fā)現(xiàn)：內(nèi)、外側(cè)半月板前、后角T2值不存在差異，可能是因為該研究納入受試者年齡偏小；本研究受試者年齡段偏大，多為中老年，且跨度較大。但年齡對半月板承重區(qū)T2值改變的影響還需進一步研究。T1值大小主要受含水量和蛋白多糖含量的影響[13]。隨半月板退變加劇，T1、T2升高；當(dāng)半月板發(fā)生變性后，細(xì)胞外基質(zhì)中的膠原蛋白不斷被破壞分解，水分子運動增多,導(dǎo)致T1、T2升高；與變性相比，撕裂后的半月板膠原纖維含量進一步減少，關(guān)節(jié)腔積液更容易進入撕裂的半月板間隙[14]，與本研究結(jié)果相同。但T1、T2值在撕裂組和變性組間無統(tǒng)計學(xué)差異，這除了與樣本量少有關(guān)外，也可能是常規(guī)MRI中半月板有時形成類Ⅲ級信號而被誤判所致。誤判主要有以下幾個原因：半月板變性毛刷樣改變可達關(guān)節(jié)面；粘液樣變性導(dǎo)致含水量增加，容易形成條狀高信號；周圍韌帶如膝橫韌帶、板骨韌帶等附著在外側(cè)半月板前角形成類Ⅲ級信號；部分容積效應(yīng)使半月板與周圍軟骨形成截斷影[15]。PD值主要通過游離水含量的變化來間接反映軟骨病理狀態(tài)[16]，在膝關(guān)節(jié)中的研究尚少。本研究發(fā)現(xiàn)：正常與損傷半月板中PD值均無統(tǒng)計學(xué)差異。陳逸群等[17]認(rèn)為T1值能更早地監(jiān)測蛋白多糖含量與細(xì)胞外基質(zhì)含水量的變化，Sharafi等[18]認(rèn)為T1值對診斷早期關(guān)節(jié)軟骨損傷的敏感性更高，但本研究結(jié)果顯示T2值的效能更高，原因可能是半月板中蛋白多糖含量遠(yuǎn)低于關(guān)節(jié)軟骨。

合成MRI定量技術(shù)目前尚存在局限性，如不能抑制關(guān)節(jié)流體，會造成一定的信號干擾；合成序列回波時間為固定值；第1個回波時間過大（93.67 ms），不適用于短回波時間的半月板，造成測量值整體偏高[19]。同時本研究也存在不足，如樣本量偏少，年齡跨度較大，患者年齡段未細(xì)分，無健康對照組，研究僅采用影像主觀判斷，未行關(guān)節(jié)鏡及病理學(xué)檢查等。

綜上所述，本研究應(yīng)用合成MRI定量技術(shù)初步研究并比較了正常及損傷半月板定量參數(shù)值，一次掃描可獲得多形態(tài)學(xué)和定量參數(shù)信息；其量化參數(shù)能夠為膝關(guān)節(jié)半月板發(fā)生形態(tài)學(xué)變化前提供客觀依據(jù)，在膝關(guān)節(jié)半月板研究中具可行性。未來可加大樣本量展開多方向研究。