MR 3D-PD-SPACE序列在評估正常踝關節韌帶肌腱中的應用價值

秦紅衛，王娟，黃耀渠，趙曉梅，伍惠瓊

廣東省中醫藥大學附屬佛山市中醫院MR室，佛山 528000 )

踝關節損傷很常見，約占所有肌肉骨骼系統損傷的25%，是膝關節之后第二容易損傷的關節[1]，韌帶損傷是最常見的運動性損傷，對其治療不及時不恰當，常遺留疼痛、關節不穩、繼而發生骨關節炎等，影響功能。

MR是評估韌帶損傷、肌腱疾病和骨軟骨損傷最理想的檢查手段[2]，3DMR用于評估骨骼病變越來越廣泛[3]。近幾年有國內外文獻對3D-T2-SPACE序列顯示正常踝關節的解剖結構方面有過相關報道，但大多文獻都采用脂肪抑制T2加權3D-T2-SAPCE-FS序列，而且主要是在軟骨損傷、骨性關節炎方面的研究較多[4-5]，對沒有脂肪抑制質子加權3D-PD-SPACEC序列在韌帶、肌腱方面的應用研究很少，在我們的研究中發現不加脂肪抑制質子加權成像3D-PD-SPACE序例能更好的顯示韌帶和肌腱解剖結構，此序列對于觀察踝韌帶、肌腱解剖細節和較復雜的骨關節結構顯示上很有優勢。由于踝關節韌帶、肌腱走行較復雜，2D掃描有一定的局限性，很難在一個平面上顯示環繞在踝關節周圍的韌帶、肌腱起止端的連續走行，具有高空間分辨率各項同性的3D-PD-SPACE-ISO序列可進行多平面重建和曲面重建，可幫助臨床更準確的評估韌帶、肌腱和骨關節疾病。以下通過3D-PD-SPACE序列與常規2D-T2-TSE序列就信噪比、對比信噪比、圖像質量(模糊、假象、均勻性)等幾方面進行探討。

1 材料與方法

1.1 研究對象

在Siemens Avanto 1.5 T MR機器上選取正常志愿者21例(男8例，女13例)，年齡21～40歲，平均年齡28歲。自愿者踝關節既往無外傷史。

1.2 掃描方法及后處理

使用Siemens Avanto 1.5 T高場MR成像儀，頭顱線圈，志愿者采取仰臥位，足先進，腳踝自然放松體位。分別進行3D-PD-SPACE和2D-T2W1-FSE序列的掃描，掃描參數見表1。

首先進行2D-T2-TSE標準橫斷面、矢狀面、冠狀面掃描，為了測量各組織的準確性， 3D復制2D掃描位置參數，3D與2D序列的FOV、掃描范圍、掃描角度完全一致，在本實驗中采用的是矢狀面掃描，然后進行層厚3 mm、層間距3.6 mm標準矢狀面、冠狀面、軸面重建和層厚1 mm、層距1.3 mm各方位重建和曲面重建。

表1 2D-T2WI-TSE與3D-PD-SPACE序列掃描參數Tab.1 Scanning parameters of 2D-T2WI-TSE and 3D-PD-SPACE sequence

1.3 圖像評估及數據處理

測量感興趣區的信號強度(每個組織測量三次然后取均值)。感興趣區設定為圓形，軟骨、韌帶感興趣區設定為2 mm2，關節液、肌腱5 mm2，骨髓、肌肉、脂肪和背景噪聲的感興趣區設定為8 mm2。分別計算韌帶、關節液、軟骨、脂肪、肌腱、肌肉、骨髓信噪比(SNR)，以及關節液與軟骨、關節液與韌帶、關節液與脂肪、肌肉與肌腱的對比信噪比(CNR)。

由2名在骨肌方面研究5年以上影像醫生對各解剖結構及各韌帶顯示質量進行以下幾點評估：韌帶纖維條索樣結構以及起至點描繪和連續走行，模糊、假象、信號均一性。用利克特量表五分法來評估圖像(1：差，不易觀察韌帶結構；2：較差，觀察到韌帶、肌腱結構的50%；3：中等，韌帶、肌腱結構能顯示60%～80%；4：較好，韌帶、肌腱結構能顯示100%，但較模糊；5：好，韌帶、肌腱結構可100%清晰顯示)。

1.4 統計學分析

采用Excel表格及SPSS17.0軟件對數據進行錄入和統計學分析。多組之間信噪比、對比信噪比比較采用重復測量方差分析，3D與2D的利克特量表圖像評分比較采用配對t檢驗，P<0.05認為有統計學意義。

2 結果

2.1 3D-PD-SPACE與常規2D-T2W-TSE序列各組織的SNR

具體見表2。3D序列各組織信噪比明顯高于2D序列，兩者之間的差異具有統計學意義(P<0.01)，3D-SPACE序列的各組織間，對比信噪比(CNR)高于常規2D-T2W-TSE序列，兩者之間的差異具有統計學意義(P<0.01，表3)。

2.2 圖像質量分析結果

具體見表4。3D-SPACE各項同性掃描進行3 mm層厚各方位重建(橫斷面、矢狀面、冠狀面)，由于重建的部分容積效應可能導致踝關節韌帶組織的空間分辨率降低，對韌帶細節結構顯示會有所下降。3D的3 mm重建與2D序列比較在顯示韌帶能力方面沒有優勢，但薄層1 mm重建包括斜面和曲面重建在顯示韌帶和肌腱方面有較明顯優勢，距腓前韌帶、跟腓韌帶 、內側副韌帶、足底韌帶3D與2D之間的差異有統計學意義(P<0.05)，趾長伸肌腱、胟伸肌腱；腓長肌腱、腓短肌腱；趾長屈肌腱、胟長屈肌腱3D與2D比較薄層重建同樣有統計學意義(P<0.05) (表5)。

2.3 多方位重建

對包繞在踝關節周圍的外側副韌帶和內側副韌帶，2D序列無法在一個平面內顯示其全部內容。3D-SPACE序列最大的優勢是各項同性掃描(0.6 mm)可以對圖像進行任意方位多平面重建(圖1～3)和曲面重建(圖4)，提供多方位的圖像重建信息，薄層重建內外側韌帶在所有序列中均表現為條或帶狀低信號改變，由于韌帶間脂肪信號的鑲嵌，韌帶在MRI上常表現為纖維條索樣改變，可從韌帶的形態、結構、走行、連續性能較直觀的評估圖像質量。

表2 3D與2D序列各組織的信噪比(±s)Tab.2 Tissue’s signal noise ratio (SNR) of 2D and 3D sequence (±s)

表2 3D與2D序列各組織的信噪比(±s)Tab.2 Tissue’s signal noise ratio (SNR) of 2D and 3D sequence (±s)

Tissue 3D-PD-SPACE 2D-T2-TSE 3 mm F value P value 1 mm 3 mm Ligament 9.37±4.08 11.65±3.27 3.32±1.93 26.239 <0.01 Liquid 114.87±35.74114.33±36.7542.38±9.46 36.164 <0.01 Bone 59.232±2.63 63.63±31.7538.62±9.81 7.104 <0.01 Fat 80.20±32.15 77.61±27.5440.38±8.19 14.894 <0.01 Cartilage 12.30±5.08 14.00±6.26 1.80±0.92 33.367 <0.01 Tendon 6.54±2.22 7.67±3.21 1.73±0.56 35.429 <0.01 Muscle 26.57±7.55 28.31±8.85 7.20±2.21 56.215 <0.01

3 討論

3D-PD-SPACE序列提供了高空間分辨率任意平面重建的能力，能更直觀觀察復雜關節的解剖結構[6]，對評估韌帶損傷，肌腱疾病和骨軟骨損傷是較理想的檢查方法。最近，3D自旋回波序列已被用于評估顱腦結構，脊柱、骨盆及四肢骨骼[7]，有關研究結果表明：一個優化的3D序列是具有各項同性高分辨率的容積掃描和適當長度的重復時間質子密度或T2加權FSE序列，通常二維TSE成像能夠提供相當高的層面內分辨率，但層厚一般都在3 mm以上，再考慮到層間距層面方向的分辨率進一步的降低，體素的這種幾何形狀在一定程度上使其層面內高分辨率喪失了意義。細小的病灶極有可能由于部分容積效應而被掩藏起來。3D-SPACE序列采用可變翻轉角的超長回波鏈采集。可變翻轉角隨著回波鏈的變化而變化，優化的可變翻轉角模式可以克服T2衰減效應，減小長回波鏈帶來的模糊效應。而且由于回聚脈沖多為小角度，SAR也顯著降低，所以即便是3.0 T系統上SPACE的回波鏈長度也可以輕松達到幾百以上[8]。SPACE的掃描一般提供各項同性的分辨率，不僅減輕了部分容積效應，而且支持任意平面重建，實際上提高了成像效率。另外三維激發的信號區域一般較大，信號強度極高，其信噪比足以支持高維度的高分辨率成像。而二維中由于受相位編碼的限制，是不可能實現的。而且三維成像為并行采集和K空間重排提供更大自由度，具備更高的加速潛力，這都是二維成像的局限所在。

圖1 A：示三個角度觀察距腓韌帶在矢狀面定位線；B：3D掃描垂直脛骨A方位重建，距腓前韌帶顯示不清，距腓后韌帶模糊；C：3D掃描足指方向旋轉20°～30°B方位重建能較好顯示距腓前韌帶；D：向足跟方向旋轉20°～30°C方位重建，能較好顯示跟腓韌帶 圖2 A：3D-PDSPACES矢狀面掃描后1 mm重建，足底韌帶顯示清晰；B：3 mm重建容積效應，足底韌帶顯示模糊；C：2D-T2-FSE序列層厚3 mm掃描，圖像分辨率不足 圖3 A：脛腓前韌帶斜冠狀面的薄層重建；B：黑箭示脛腓后韌帶，白箭示距腓后韌帶薄層重建；C：白箭示內側副韌帶的脛距韌帶，黑箭示距跟韌帶；D：箭示斜冠狀面內側脛舟韌帶。1 mm薄層重建可觀察多條韌帶之間脂肪鑲嵌條索樣信號改變 圖4 A：矢狀面黑箭示腓長肌腱，白箭示腓短肌腱；B：斜矢狀面，黑箭示腓長肌腱，白箭示腓短肌腱從腓骨外側延伸到第一趾骨；C：在矢狀面曲面重建的腓長肌腱，腓骨外側腓長肌延伸到足底骰骨到第一趾骨；D：為胟長屈肌腱的足底重建面。3D多平面重建和曲面重建可觀察肌腱的連續走行，脂肪與肌腱信號有較好的對比Fig.1 A: Positioning line of three angles for showing ligament of talocrural joint on sagittal image.B: 3D reconstructed imaging vertical to tibia shows anterior talofibular ligament and posterior talofibular ligament are indefinite.C: 3D reconstructed imaging rotating 20°—30° by footplate consecutively shows anterior talofibular ligament.D: 3D reconstructed imaging rotating 20°—30° by heel clearly shows calcaneofibular ligament. Fig.2 A: Sagittal 3D-PD-SPACE imaging reconstructed at an interval of 1 mm clearly shows ligaments of footplate with high resolution.B: Sagittal 3D-PD-SPACE imaging reconstructed at an interval of 3 mm shows ligaments of footplate with low resolution.C: Sagittal 2D-T2-FSE imaging (slice thickness 3 mm,)shows ligaments of footplate on only one indefinite image. Fig.3 A: Oblique coronal reconstructed imaging of anterior tibiofibular ligament.B: posterior tibiofibular ligament (black arrow), posterior talofibular ligament (white arrow).C: Tibiotalar ligament (white arrow), Tibiocalcaneal ligament (black arrow).D: Coronal imaging of tibionaviculare ligament reconstructed at an interval of 1 mm shows band-like signal of fat in ligament (arrow). Fig.4 A: Sagittal imaging shows long peroneal muscle tendon (black arrow) and peroneus brevis tendon (white arrow).B: Oblique sagittal imaging shows long peroneal muscle tendon (black arrow) and peroneus brevis tendon (white arrow) extending from fibula to ossa suffraginis.C: Sagittal curved reconstruction imaging shows long peroneal muscle tendon extending to cuboid and ossa suffraginis.D: Reconstruction imaging of flexor pollicis longus muscle tendon.Threedimensional multiplanar and curved reconstruction imaging clearly shows continuous running of tendon against the hyperintensity of peripheric fatty tissue.

3D-SPACE序列的采集時間與圖像質量是互相制約的，如何最合理的選擇掃描方案是MRI面臨最重要的問題，添加并行采集技術是平衡時間與質量矛盾的可靠途徑。加并行采集可以縮短掃描時間但同時也會降低圖像質量[9-10]，但由于笛卡子采樣技術中自動校準的重建特性[11]，有效的降低了對圖像質量的影響，因此采用并行采集技術后雖然SNR有所下降，但本研究結果表明，在加速因子(acceleratione factor)選為3時，3D-SPACE序列的圖像仍較2D-FSE有更高的SNR和圖像質量，足以滿足臨床診斷的需要。3D-PD-SPACE序列的掃描時間較2D三次采集時間總和短，具有較高的檢查效率。但是3D-PD-SPACE序列的單次掃描時間較長(7:58)，對于疼痛難以堅持、幽閉恐懼癥和小兒不配合的病人可能難以完成掃描。此時還可以根據病人情況適當降低采集次數，比如選擇N=1-1.5，仍能保證較滿意的圖像質量。3D-PD-SPACE采用的是半傅立葉高分辨率各項同性掃描方法，從圖像質量(模糊、假象、均勻)評估，3D掃描用3 mm重建的圖像質量與2D-T2-TSE圖像相似，1 mm重建圖像比3D-SPACE各項同性0.6 mm圖像的模糊度有少量增加，很可能是由于層厚增加所致，但從圖像的整體質量來看并沒有降低。

表3 3D與2D序列各組織之間的對比信噪比(±s)Tab.3 Tissue’s contrast noise ratio (CNR) of 2D and 3D sequence (±s)

表3 3D與2D序列各組織之間的對比信噪比(±s)Tab.3 Tissue’s contrast noise ratio (CNR) of 2D and 3D sequence (±s)

Tissue 3D-PD-SPACE 2D-TSE 3 mm F value P value 1 mm 3 mm Liquid-cartilage 102.57±31.76 100.32±31.49 40.58±9.25 34.852 <0.01 Liquid-fat 34.67±13.58 36.72±14.53 2.00±3.07 49.631 <0.01 Liquid-ligament 100.20±29.51 103.90±39.50 40.12±9.38 24.661 <0.01 Fat-marrow 20.98±16.72 13.98±8.39 1.76±3.02 11.482 <0.01 Tendon-muscle 20.03±6.78 20.64±7.83 5.48±1.83 37.76 <0.01

表4 3D與2D 韌帶解剖結構的圖像質量分析(±s)Tab.4 Image quality analysis of ligament between 2D and 3D sequence (±s)

表4 3D與2D 韌帶解剖結構的圖像質量分析(±s)Tab.4 Image quality analysis of ligament between 2D and 3D sequence (±s)

Note: 5-point likert scale(5=best ,1=worst).

Ligament 3D-PD-SPACE 2D-T2-TSE t value P value Lateral collateral ligament Anterior talofibular ligament 5.0±0.0 4.6±0.5 2.447 <0.05 Calcaneofibular ligament 4.6±0.5 3.9±0.7 4.583 <0.01 Posterior talofibular ligament 4.6±0.5 4.6±0.5 0.000 ＞0.05 Medial collateral ligament Ligamentum tibionaviculare 4.3±0.6 3.8±0.63 3.000 <0.05 Tibiocalcaneal ligament 4.7±0.5 4.2±0.8 3.000 <0.05 Tibiotalar ligament 4.7±0.5 4.1±0.7 2.714 <0.05 Plantar calcaneonavicular ligament Transverse calcaneonavicular ligament 4.6±0.5 4.5±0.7 0.429 ＞0.05 Longitudinal calcaneonavicular ligament 4.5±0.5 3.9±0.7 2.714 <0.05

表5 3D與2D肌腱解剖結構的圖像質量分析(±s)Tab.5 Image quality analysis of tendon between 2D and 3D sequence (±s)

表5 3D與2D肌腱解剖結構的圖像質量分析(±s)Tab.5 Image quality analysis of tendon between 2D and 3D sequence (±s)

Note: 5-point likert scale(5=best ,1=worst).

肌腱(tendon) 3D-PD-SPACE 2D-T2-FSE t value P value Flexor tendon Anterior tibial tendon 5.0±0.0 5.0±0.0 0.000 ＞0.05 Extensor digitorum longus tendon 4.6±0.5 4.1±0.7 3.000 <0.05 Extensor pollicis longus 4.6±0.5 4.1±0.7 2.449 <0.05 Peroneal tendon Peroneus longus tendon 5.0±0.0 4.2±0.8 3.207 <0.05 Peroneus brevis tendon 5.0±0.0 4.6±0.5 2.449 <0.05 Tibial tendon Posterior tibial tendon 5.0±0.0 5.0±0.0 0.000 ＞0.05 Flexor digitorum longus tendon 4.6±0.5 3.9±0.6 3.280 <0.05 Flexor pollicis longus 4.3±0.7 3.9±0.7 1.809 ＞0.05 Extensor tendon Achilles tendon 5.0±0.0 5.0±0.0 0.000 ＞0.05

踝關節韌帶較多，分布在踝的周圍，不同的韌帶、肌腱由于走行不同，其最佳的觀察方向、角度也不同。在2D序列中由于層厚和角度的緣故使得在觀察韌帶細節上分辨率不足，往往在一個層面上不能顯示韌帶和肌腱的起始走行。3D各項同性采集方法能進行任意方位的重建和曲面重建，直觀、完整的觀察不規則的韌帶和包繞在踝關節周圍的肌腱，使3D-SPACE在韌帶和肌腱評估方面與2D相比變得更有優勢。比如：在矢狀面上垂直脛骨作為基準線，向足指方向旋轉20o～30o可較好觀察距腓前韌帶，向足跟方向旋轉20o～30o可觀察跟腓韌帶，腓長肌腱在矢狀面上從腓骨外側腓長肌延伸到足底骰骨到第一趾骨，肌腱的連續走行在曲面重建上可一目了然，這在2D上是不可能做到的。又比如內側副韌帶復合體的各韌帶分淺深兩層并呈扇形走行，難以通過一個方位的掃描同時清晰顯示各韌帶，因此以往對這些韌帶的描述較為含糊不確定，SPACE三維各項同性掃描及三維重建[12]，選擇合適的掃描參數和薄層重建角度能在同一層面上完整展現內側副韌帶復合體各組成韌帶的形態、連續性等，使臨床能更為細致、可靠的評估內側復合韌帶情況。

有些資料研究得出脂肪抑制的T2-PD-SPACEFS序列0.6 mm的薄層掃描能更好的顯示踝關節軟骨[13]，從而能更為敏感的發現踝關節軟骨的微小病變。常規2D掃描由于采用了較厚的掃描層厚，軟骨面特別是曲面邊緣的軟骨面容易受到部分容積效應的影響而遺漏較小的病變。3D序列的薄層厚和多平面重建互相佐證可以最大限度減少部分容積效應的影響，提高了敏感性和準確性。

綜上所述， 3D-PD-SPACE序例較常規2D-TSE能更好的顯示踝關節解剖結構，對于觀察韌帶、肌腱解剖細節和較復雜的骨關節結構上很有優勢，其多平面重建和曲面重建等特點能更好地滿足臨床需要。

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