前交叉韌帶損傷影像學研究進展

劉淑儀， 潘建科， 劉軍， 劉峴

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·綜述·

前交叉韌帶損傷影像學研究進展

劉淑儀， 潘建科， 劉軍， 劉峴

常規MRI對于診斷前交叉韌帶(ACL)損傷具有一定的局限性。本文主要介紹定量分析技術在ACL損傷診斷中的應用進展，這些技術包括擴散加權成像(DWI)、擴散張量成像(DTI)及雙能量CT(DECT)，并探討常規MRI和三維MRI在診斷ACL損傷中的價值。

前交叉韌帶； 三維重建； 擴散張量成像； 擴散加權成像； 磁共振成像； 體層攝影術，X線計算機

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)損傷是常見的膝關節損傷之一，會引起遠期并發癥如軟骨退變、骨性關節炎等。隨著治療方法的改進及精準醫學的發展需求，臨床迫切需要能準確判斷ACL損傷程度的檢查技術。目前ACL損傷主要依靠MRI診斷，然而根據ACL的MRI信號特點進行診斷具有一定局限性。隨著影像技術的發展，三維采集成像、擴散加權成像(diffusion weigted imaging，DWI)、擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)及雙能量CT(dua-energy CT，DECT)逐漸在ACL損傷中得以應用，本文就近年來ACL損傷的影像研究進展進行綜述。

常規MRI及三維MRI在前交叉韌帶損傷診斷中的應用

前交叉韌帶起自脛骨髁間棘的前外側面，呈散開狀止于股骨外側髁的后內側面，其走形平行于股骨髁間窩皮質線(blumensaat線)，分為較細長的前內側束(anteromedial bundles，AMB)和較粗、較短的后外側束(posterolateral bundles，PLB)兩部分。常規MRI在診斷ACL損傷中具有重要作用，但對完全撕裂和部分撕裂的鑒別診斷有一定局限性[1-2]，有學者認為MRI診斷ACL部分撕裂的敏感度、特異度、準確度均比完全撕裂的ACL低[3]，ACL損傷的MRI表現分為直接征象和間接征象，診斷ACL損傷主要依靠直接征象，但對部分撕裂的診斷仍存在困難。發生急性完全撕裂容易誤診為部分撕裂，其原因是撕裂后韌帶滑膜完整易誤認為連續性沒有中斷，而較嚴重的部分撕裂容易誤診為完全撕裂。間接征象可出現在ACL完全撕裂和部分撕裂中，間接征象僅強烈提示ACL損傷，對ACL完全撕裂和部分撕裂的鑒別診斷意義不大。另外，由于韌帶退變出現嗜酸紅黏液樣變性或急性扭傷水腫，導致韌帶內出現異常信號增高出現假陽性[3-4]；或者常規矢狀面掃描易造成ACL顯示不連續，造成損傷的假象，無法與慢性撕裂斷端有溶解吸收者區別，易造成假陽性。故常規MRI對ACL完全撕裂、部分撕裂和慢性撕裂的鑒別具有局限性，常給臨床的診治帶來不便。

隨著MRI技術的發展，越來越多新序列用于ACL損傷的檢查。三維MRI掃描可以行任意角度重建直至完全顯示ACL，可消除MRI掃描中部分容積效應的影響，利用斜矢狀面與斜冠狀面可更好顯示完整的ACL，甚至可分辨出AMB與PLB的解剖結構，提高ACL損傷的診斷符合率[5-6]。如各向同性三維快速自旋回波脈沖(three-dimensional isotropic resolution fast spin-echo，3D-FSE-Cube)序列是由并行成像及擴展回波鏈長采集，具有較高的空間分辨力，可任意角度重建圖像。閆鳳全等[7]運用3D-Cube T2WI序列進行研究，結果表明該序列可顯示完整ACL，對ACL損傷的診斷特異度、敏感度及準確度均較常規MRI序列高，特別對于部分撕裂的診斷價值明顯高于常規序列。Kijowski等[8]報道3D-Cube序列對前交叉韌帶撕裂、內側半月板撕裂、外側半月板撕裂的檢出敏感度與特異度與常規MRI無明顯差異，認為三維MRI序列適合外傷、不能耐受長時間掃描的患者。三維真穩態快速成像(three-dimensional fast imaging employing steady-state acquisition，3D-FIESTA)序列是采用極短的TR、TE值和較大的偏轉角脈沖激發，液體和軟組織的對比較好，對韌帶挫傷水腫更加敏感[9]；胥毅等[10]將該序列用于ACL診斷，發現更有利于ACL損傷的檢出，這是由于采用極短的TR和TE值，血液流動的搏動偽影小，液體成分由于T2值較長，因此在圖像上呈現明顯高信號，液體與軟組織間形成很好的對比。目前已可見三維平衡式快速場回波(three-dimensional balanced fast field echo，3D B-FFE)序列和三維快速自旋回波(three-dimensional turbo spin echo，3D FT TSE)序列應用于ACL損傷的報道，鄧軍等[11]使用原始掃描層厚行超薄層重建，多平面觀察可分辨出ACL的AMB和PLB等細微解剖結構，其中2例慢性ACL部分撕裂因形態、信號變化不明顯而被常規MRI漏診，而以上序列對此顯示清晰。

DWI及DTI在前交叉韌帶損傷診斷中的應用

1.原理

DWI是一種測量自旋質子的微觀隨機位移運動的成像技術，主要測量水分子的擴散運動特性。DTI是在DWI的基礎上發展起來的一項MR新技術，利用組織中水分子擴散運動存在各向異性的原理，探測組織微觀結構變化，并且能夠定量地評價纖維的走形和連接，可更加準確地評價多種組織纖維的損傷，其測量指標包括各向異性(fractional anisotropy，FA)值、表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值等。FA值是水分子各向異性成分占整個擴散張量的比例，變化范圍為0～1，反映分子的空間位移程度，且與組織的方向有關，數值越大，表示各向異性程度越高；ADC值用來衡量水分子在人體組織環境中的擴散運動，反映擴散敏感梯度方向上的水分子位移強度，ADC值越高，代表組織內水分子擴散運動越強[12-14]。Sinha等[15-16]研究表明組織形態學變化，如長度、角度、位置等，能夠影響組織內的質子擴散因素，從而影響組織的FA值，因此，DTI應用于ACL損傷診斷具有一定的理論基礎。

2.DWI及DTI在前交叉韌帶中的臨床應用

Delin等[17]于2012年首次成功報道ACL的DWI-ADC圖，認為DWI結合常規MRI能夠準確診斷ACL完全撕裂與部分撕裂，但該文沒有定量測量、評價走形和連接。近年來，陸續有關于DTI定量測量正常ACL、ACL重建術后移植韌帶的報道,如陳立勛等[18]對正常ACL的DTI與MRI進行比較研究，結果表明ACL上段FA值能夠反映矢狀面ACL-脛骨角，ACL的上段、下段FA值能夠預測Blumensaat線-ACL角，ACL下段FA值與ACL脛骨止點位置具有相關性，而矢狀面ACL-脛骨角、Blumensaat線-ACL角診斷ACL撕裂的敏感度較高[19-20]，矢狀面ACL-脛骨角、Blumensaat線-ACL角及ACL脛骨止點的MRI測量結果有助于指導ACL個性化重建、ACL的脛骨止點定位及ACL重建術后追蹤，故通過定量測量ACL各段的FA值，可具體評價ACL撕裂程度及進行ACL重建術后追蹤。Yang等[21]對40例正常志愿者及15例ACL重建術后患者進行DTI及擴散張量纖維束成像(Diffusion tensor tractography，DTT)，將ACL人為地從上至下平均設置3個感興趣區，結果顯示正常ACL及其分股的AMB、PLB均能被清楚追蹤，移植韌帶及其分股的纖維束也均能清楚顯示；移植韌帶的ADC值低于正常ACL，FA值高于正常ACL，表明移植韌帶纖維走形更具有一致性，故運用DTI及DTT技術可清晰顯示前交叉韌帶及移植韌帶的纖維束，并可提供量化數據。另外，DWI序列的ADC maps不僅能夠提高常規MRI對ACL部分撕裂、完全撕裂診斷的特異度，還有助于定量評價ACL重建術后的移植物及骨隧道的復雜愈合過程[17-18]。隨著相關研究的深入，陸續有報道關于DTI在軟骨、肌肉及周圍神經中的定量研究[22-24]，而目前對于不同組織最佳b值的選擇尚有爭議。

DECT在前交叉韌帶損傷診斷中的應用

1.原理

機體的韌帶、肌腱以及軟骨主要由原子序數小的成分組成，而它們的X線衰減系數相近，造成分辨力有限，在傳統CT中難以進行鑒別。但由于這些組織成分中膠原分子側鏈中的密實羥賴氨酸和羥脯氨酸對不同能量的X線有較明顯的衰減差異[25]，因此可以利用不同能量的X線下軟組織相對應的CT值差異得出化學成分的組織特性圖，這就是雙能量CT進行韌帶、肌腱及軟骨成像的基本原理，這對研究正常韌帶、肌腱的解剖及評價損傷韌帶、肌腱的連續性以及軟骨的完整性提供了一定幫助。DECT憑借其各向同性的高空間分辨力，結合CT三維重建方式，如容積再現(volume rendering，VR)、多平面重組(multi planar reformation，MPR)、雙能肌腱韌帶模式等，能夠從不同方位和角度立體、清晰顯示ACL形態、走形及邊緣附著點等情況，為ACL損傷的診斷提供一種新的、有價值的方法。

2.DECT在前交叉韌帶中的臨床應用

Sun等[26]利用DECT成像對膝關節韌帶進行研究，并采用VR重建圖像立體顯示韌帶，表明ACL可清晰顯示，DECT對膝關節髕韌帶、后交叉韌帶、腓側副韌帶和脛側副韌帶均可立體顯示其附著點、走形及邊緣情況，對較薄的脛側副韌帶顯示欠佳，同時，DECT結合MPR圖像，可多方位、多角度進行細節的觀察。柏瑞等[27]將受損的ACL對照關節鏡進行分析，發現與對側正常ACL的染色程度不同，受損ACL的染色程度低于對側正常的前交叉韌帶，甚至不染色，即“雙能染色減少征”，診斷符合率達95.5%，認為該征象可作為診斷ACL急性損傷的特異性征象，推測可能與受損韌帶膠原分子側鏈中的密實羥基賴氨酸和羥脯氨酸含量減少有關。翟長彬[28]利用MPR和VR圖像對交叉韌帶的CT值和起始端、中段的厚度進行測量，發現損傷韌帶CT值低于正常韌帶，其原因可能為韌帶周圍水腫或滲出所致，關節鏡診斷為完全斷裂的韌帶CT值變化最為明顯，此外還發現損傷韌帶的厚度比正常韌帶明顯增厚，以韌帶起始端損傷厚度變化最為顯著，因此通過測量CT值和韌帶厚度能夠比較直觀地預測交叉韌帶的損傷程度。Glazebrook等[29]對慢性及亞急性損傷的ACL進行斜矢狀面掃描，發現DECT能更好地分辨正常ACL和損傷的ACL、完全撕裂的ACL和部分撕裂的ACL。有學者利用DECT對急性ACL損傷進行診斷，發現其有較高的敏感度和特異度，對于完全撕裂的ACL診斷符合率高達93%[30]。DECT對ACL重建術后移植韌帶也能清晰顯示，這是因為移植物是以自體半腱肌或異體韌帶為材料，與膝關節其它韌帶密度有差異，易于區分；同時，DECT對韌帶重建骨道的走形、形態也能較好顯示[31-32]。

展望

隨著影像技術的發展，越來越多的檢查方法用于ACL損傷的診斷。三維MR成像序列由于具有較高的空間分辨力，能分辨出細微的解剖結構，可作為重要補充序列用于ACL損傷的早期診斷。DWI、DTI及DECT可提供定量數據，對ACL的損傷進行量化分析，能更直觀地顯示ACL組織結構乃至分子水平的變化，幫助臨床更好地作出治療決策。

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510000廣州，廣州中醫藥大學第二附屬醫院影像科(劉淑儀、劉峴)，骨科(潘建科、劉軍)

劉淑儀(1990-)，女，廣東東莞人，碩士研究生，主要從事影像診斷工作。

劉峴，E-mail：liuxian74@hotmail.com

國家自然科學基金資助項目(81473698)

R686.5; R445.2; R814.42

A

1000-0313(2016)09-0893-03

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.09.023

2016-03-04

2016-03-14)