膝關節軟骨損傷的MRI診斷與關節鏡對照研究

雷 杰,楊海山,高海英

(1.吉林大學中日聯誼醫院放射科,吉林長春130033;2.吉林大學第四醫院MR科,130011)

本文通過對42例膝關節疼痛的患者進行MR檢查,與關節鏡結果進行對照,探討3D-FS-SPGR序列、FS-FSE-T2W序列及關節軟骨的三維重建圖像對軟骨損傷的診斷價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料 我院2007年1月-2008年11月期間因膝關節腫痛擬行關節鏡探查手術的患者42例,術前一周行MRI檢查。其中男23例,女19例,年齡41-78歲,平均56.3歲。患者既往無膝部手術史及明確外傷史。

1.2 儀器及方法 使用美國GE公司TWIN SPEED 1.5T MR掃描儀,膝關節正交線圈。掃描序列至少包括矢狀三維抑脂擾相梯度回波序列(3D-FS-SPGR)及附加脂肪抑制的快速自旋回波T2WI序列(FSFSE-T2W),掃描參數見表1。

采用美國GE公司ADW4.2圖像工作站對關節透明軟骨進行三維容積重建,用高分辨最大強度投影(HD MIP)法重建,記錄軟骨損傷的部位、范圍,結果與關節鏡結果相對照。

將每例膝關節的軟骨面分為五個部位分別進行評價:髕骨、股骨內側髁、股骨外側髁、脛骨平臺內側面、脛骨平臺外側面。膝關節MRI圖像術前由2位資深放射科醫生對透明軟骨做出前瞻性診斷和病變分級。根據軟骨退變的分級標準(Pecht標準)將軟骨分為5級:0級為正常軟骨;1級為軟骨分層結構消失,軟骨內出現局灶性低信號,但軟骨表面光滑;2級為軟骨表面輪廓輕至中度不規則,軟骨缺損深度未及全層的50%;3級為軟骨表面輪廓重度不規則,軟骨缺損深度達全層厚度的50%以上,未見完全剝離;4級為軟骨全層缺損,軟骨下骨裸露,伴或不伴軟骨下骨質異常改變。將所有關節鏡結果由2名高年資關節鏡專家描述。

表1 FS-FSE-T2W序列、3D-FS-SPGR序列的掃描參數

2 結果

2.1 42例210個膝關節軟骨部位的MR分級結果與關節鏡表現分級進行對照,結果見表2。

表2 關節鏡與 FS-FSE-T2W、3D-FS-SPGR序列分級結果對照

結果顯示FS-FSE-T2W序列對軟骨損傷顯示的敏感度為77.7%,特異度為94.7%,3D-FS-SPGR序列的敏感度為89.7%,特異度為97.6%,結果表明3D-FS-SPGR序列對軟骨損傷顯示的敏感度明顯高于FS-FSE-T2W序列。

2.2 FS-FSE-T2W序列及3D-FS-SPGR序列對軟骨損傷區對應部位軟骨下骨及骨髓損傷的顯示。本組42例患者中均無急性外傷史。軟骨下骨及骨髓損傷在FS-FSE-T2W、3D-FS-SPGR序列均顯示為片狀高信號影,3D-FS-SPGR序列共發現43處軟骨下骨及骨髓內高信號影,而FS-FSE-T2W序列共發現59處,且高信號范圍明顯大于3D-FS-SPGR序列。

2.3 關節軟骨的容積三維重建結果與關節鏡相對照。本組病例中HDMIP三維重建圖像共顯示27個病變部位,其中4級損傷22個部位,占關節鏡4級損傷病變的95.6%;3級損傷5個部位,占關節鏡3級損傷病變的55.5%。

3 討論

正常關節軟骨的MRI表現為信號強度變化的帶狀結構。關節軟骨的磁共振信號特征反映了軟骨的結構和生物學特性,水化的蛋白多糖分子和多方向排列的膠原纖維的含量及分布不同,使軟骨在核磁上呈現出特征的帶狀結構。

3D-FS-SPGR序列中軟骨有三層信號差異,厚的高信號帶對應于關節軟骨的表層帶,薄的低信號帶對應中間帶,厚的高信號帶對應于深層帶。本組病例在關節負重面處的軟骨均可觀察到清晰的三層結構,在股骨內外側髁后緣軟骨呈均勻高信號影,Xia[1]的研究認為MRI觀察到的軟骨分層層數不同是由于組織取材的區域差異和關節內軟骨的不同負載狀態有關,依據負載狀態和生物學功能表現出不同的結構方式。在FS-FSE-T2W像,正常關節軟骨通常表現為三層:表層為薄的低信號層,中間的高信號層,再下方為對應于鈣化層的低信號層。

3D-FS-SPGR序列是連續薄層圖像掃描并進行多層面重建的掃描技術,無信息丟失,脂肪抑制的應用使軟骨和鄰近的骨髓、關節腔積液、脂肪和肌肉信號對比增大,軟骨表現為相對周圍組織的帶狀高信號,與周圍結構的明顯對比使軟骨的異常容易觀察。Disler的研究中,3D-FS-SPGR序列對軟骨缺損診斷的敏感度為75%-85%,特異度為97%,病灶在MR和關節鏡檢查對比中分級準確性達63%[2]。本組病例中,該序列對軟骨損傷的分級評價準確率達95.6%,敏感度為 89.7%,特異度為97.6%,準確度及敏感度均高于Disler的報道,筆者分析一是樣本原因,Disler采用的是大樣本研究,而本組病例樣本較少。二是觀察方法,本組所有病例均在3D-FS-SPGR序列的基礎上在工作站上進行容積重建,對病變處軟骨進行軸位、矢狀位及冠狀位的動態觀察,不僅可以觀察到高信號的軟骨內的低信號影,病變處軟骨的三層分層現象消失。軟骨缺損處被低信號的積液充填,可以量取損傷的厚度,評價軟骨損傷的程度,極大地提高了軟骨損傷診斷的準確率。另外該序列化學位移偽影減少,有較高的信噪比,提高了病變檢出的敏感性。MeCauley TR[3]及Wang SF[4]等研究表明,3D-FS-SPGR能準確評價關節軟骨,但掃描時間長。本組病例采用改良的3D-FS-SPGR序列,采用40度的翻轉角,掃描時間僅3分22秒,極大縮短了掃描時間。

本組病例中FS-FSE-T2W序列對軟骨缺損的敏感度為77.7%,特異度為94.7%,均略低于3D-FSSPGR序列。由于T2的增加,類似關節造影的作用被突出,顯示關節積液較好,可以增強軟骨與關節積液的反差。

關節軟骨的損傷、破壞,使骨性關節面及軟骨下松質骨暴露于炎癥滲液或肉芽腫之下,進一步引起骨質破壞,因而軟骨下骨及骨髓內的異常信號,可作為診斷關節軟骨損傷的重要間接征象。本組42例患者中軟骨下骨及骨髓損傷在3D-FS-SPGR、FS-FSET2W序列均顯示為片狀高信號影,3D-FS-SPGR序列共發現軟骨下骨及骨髓內高信號影43處,而FSFSE-T2W序列共發現59處,其高信號范圍明顯大于3D-FS-SPGR序列,病變范圍和邊界的顯示明顯優于3D-FS-SPGR序列。GRE序列由于在骨髓與骨小梁交界部會出現明顯的短T2效應,可以遮蓋小病變[5]。另外筆者認為由于GRE序列沒有復位脈沖,不能克服主磁場不均勻對圖像的影響。預飽和法脂肪抑制技術與T2WI連用,使含水病變與骨髓內脂肪對比差別增大,有利于充分顯示病變。

透明軟骨呈不規則曲面覆蓋于膝關節表面,面積較大但厚度較薄,周圍解剖結構復雜。關節軟骨損傷病灶形態各異,通過高分辨最大強度投影(HD MIP)進行重建,可以立體觀察關節軟骨的全貌。本組病例中HD MIP三維重建圖像共顯示27個病變部位,其中4級損傷22個,占關節鏡4級損傷病變的95.6%;3級損傷5個,占關節鏡3級損傷病變的55.5%。4級損傷的22個病灶清晰顯示損傷的部位及軟骨缺損范圍,缺損部位與正常軟骨交界區界線清晰,缺損邊緣銳利。3級關節損傷顯示為病灶處信號強度減低。對3、4級軟骨損傷存在低估現象,主要為容積效應所致。三維重建對1、2級軟骨損傷不能顯示,筆者認為由于沒有軟骨缺損或缺損未達軟骨全層的50%,重建后病灶處與正常軟骨的信號差別無法體現。隨著MRI技術的不斷進步,通過軟骨厚度及容積測量來評判疾病過程及治療效果以成為研究的焦點[6-8]。

3D-FS-SPGR序列對軟骨損傷診斷的準確度高于FS-FSE-T2W序列,能較準確的評價軟骨損傷程度,但對軟骨下骨及骨髓損傷的顯示存在低估。筆者認為對軟骨損傷的完整評價應包括軟骨、軟骨下骨及骨髓,因此3D-FS-SPGR與FS-FSE-T2W序列二者結合是目前準確評價軟骨損傷的最佳掃描序列。關節軟骨的三維重建圖像能夠較真實的顯示軟骨損傷的立體形態,為臨床醫師提供直觀,準確的信息。

[1]Xia Y.Heterogeneity of cartilage laminae in MR imaging[J].J Magn Reson Imaging,2000,11:686.

[2]Disler DG,McCauley TR,Kelman CG,et al.Fat-suppressed three-dimensional spoiledgradient-echo MR imaging of hyaline cartilage defects in the knee:comparison with standard MR imaging and arthroscopy[J].AJR,1996,167(1):127.

[3]MeCauley TR,Disler DG.MR imaging of articular cartilage[J].Radiology,1998,209:629.

[4]Wang SF,Cheng HC,Chang CY.Fat-suppressed three-dimensional fast spoiled gradient-recalled echo imaging:A modified FS 3D SPGR technique fou assessment of patellofemoral joint chondromalacia[J].Clin Imaging,1999,23:177.

[5]徐愛德,徐文堅,劉吉華.骨關節CT和MRI診斷學[M].山東:科學技術出版社,2002:63.

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