國產與進口磁共振設備在前交叉韌帶成像中的圖像質量比較

秦樂，師小鳳，王思敏，李彥，杜聯軍，張歡，嚴福華，顏凌

上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院 放射科，上海 200025

引言

前交叉韌帶（Anterior Cruciate Ligament，ACL）損傷是膝關節最常見的損傷之一，每年的發生率約1/3500[1]。ACL損傷通常由于膝關節過伸、撞擊或內外翻引起，會嚴重影響膝關節的穩定及正常功能[2]。其早期診斷有助于為患者制定相應的治療策略，以完整地恢復膝關節功能并防止關節退行性改變，因而具有重要的臨床意義[3]。關節鏡檢查是診斷ACL損傷的金標準，但由于其為有創操作，因而大部分用于明確診斷后的治療而非單純診斷作用。目前磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是臨床上十分普及且成熟的無創性影像診斷技術，其具有較高的軟組織分辨率以及多平面、多角度和多參數成像的優勢，在診斷ACL損傷中具有很高的準確率[4]。但是目前的診斷仍然存在著不少假陰性，這主要是由于ACL的結構顯示欠佳所導致的，因此良好的圖像質量對于ACL病變的診斷十分重要[1]。

過去我國各家醫院主要采用進口MRI設備用于日常臨床工作，其中又以GE、Philips和Siemens三家設備為主[5]。隨著我國科學技術在近年來的飛速發展，目前國內有越來越多的醫院在臨床上開始采用我國自主研發的國產MRI設備，并取得了較好的成像質量[6]。但是目前仍缺乏大樣本量研究以明確國產與進口MRI設備在圖像質量中的差異，從而為國產MRI設備的進一步推廣和發展提供科學的證據支持。

因此，本研究的旨在針對MRI設備的前交叉韌帶成像質量這一常見的臨床MRI應用，以期比較不同場強的國產和進口MRI設備在前交叉韌帶成像中的圖像質量是否存在差異。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

前瞻性分析2017年1月至2018年10月間全國共19個地區（包括上海市、天津市、新疆維吾爾自治區、廣東省汕頭市、安徽省阜陽市太和縣、安徽省六安市、遼寧省撫順市、陜西省漢濱區、山西省太原市、湖南省益陽市、福建省泉州市、武漢市江夏區、山東省滕州市、山東省濰坊市、四川省瀘州市、四川省雅安市、云南省昆明市、云南省保山市、云南省曲靖市羅平縣）25家醫院進行膝關節MRI掃描成像的患者。排除標準：①患者配合較差導致嚴重運動偽影影響圖像質量；②膝關節置換假體、內固定術后或韌帶重建術后患者；③缺少圖像評估所需要的序列圖像；④掃描范圍未包全整個膝關節的患者。本研究經過醫院醫學倫理委員會批準，且所有患者均簽署知情同意書。

1.2 掃描儀器及方案

國產MRI設備：①1.5T場強，聯影uMR560、朗潤SuperNova/SuperVan、奧泰Centauri/Echo Star以及東軟NSM-S15P；②3.0T場強設備，聯影uMR 770。

進口MRI設備：①1.5T場強，西門子MAGNETOM AVANTO，通用電氣GE HDx；②3.0T場強設備，西門子MAGNETOM VERIO、GE HDxt及飛利浦Ingenia。

設備質量控制：掃描開始前均針對不同設備、線圈之間的穩定性進行驗證，包括信噪比、均勻性、偽影、幾何畸變、層厚及空間分辨力，所有檢測項目均符合臨床應用要求。

掃描方案：①矢狀面T2或PD脂肪抑制成像，范圍必須從髕骨上方至脛骨結節包括整個膝關節，并通過整個內外側半月板；②冠狀面T2或PD脂肪抑制，范圍必須從髕骨上方至脛骨結節包括整個膝關節，并通過整個內外側半月板；③斷位T2或PD脂肪抑制序列，范圍必須從髕骨上方至脛骨結節包括整個膝關節，并通過整個內外側半月板；④矢狀面T1加權成像，范圍必須從髕骨上方至脛骨結節包括整個膝關節，并通過整個內外側半月板[7]。所有掃描均采用膝關節專用硬性相控陣線圈。所有掃描參數要求均根據美國放射學會在2013年制定的MRI圖像質量認證指南，并召集國內專家討論及優化后最終確定：所有圖像必須保證層厚4.0 mm，間隔1.0 mm，平面像素（讀取）0.7 mm，平面像素（相位）0.9 mm，像素面積0.6 mm2[8]。完成4個序列的最長檢查時間應30 min。

1.3 圖像評估

本研究選取矢狀面、橫斷面及冠狀面脂肪抑制T2WI或PD序列圖像、矢狀面T1W序列圖像進行ACL顯示的評估。采用5分進行評估，詳見表1。所有評分由一名具有10年以上骨關節影像診斷經驗的高年資放射科醫生在不知道機型和患者及圖像具體信息的情況下完成。

表1 ACL顯示和膝關節圖像質量的評分項目

1.4 統計學分析

所有計數及計量資料采用。不同MRI設備之間主觀評分的比較采用非參數Kruskal-Wallis檢驗，事后兩兩比較采用Dunn's-Test檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 樣本一般資料

研究收集518例膝關節檢查，其中1.5T MRI 358例（69%），3.0T MRI 160例（31%），具體數據詳見圖1。根據我們的排除標準，共排除68例膝關節檢查，其中11例因運動偽影導致圖像不可診斷、21例因膝關節內植入物、1例因序列缺失、35例因掃描范圍不符合要求而被排除。因此最終本研究共納入450例膝關節檢查，其中1.5T MRI 309例（69%），3.0T MRI 141例（31%）。1.5T的6種備中，來自進口2家（GE和Siemens），國產4家（奧泰、東軟、朗潤和聯影），其中GE HDx共3臺，Siemens MAGNETOM Avanto共7臺，奧泰Centauri/ Echo Star共5臺，東軟NSM-S15P共2臺，朗潤SuperNova/SuperVan共2臺，聯影uMR 560共5臺。3.0T中4種設備中，來自進口3家（GE、Philips和Siemens），國產1家（聯影），其 中GE HDxt共5臺，Philips Ingenia共4臺，Siemens MAGNETOM Verio共4臺，聯影uMR 770共3臺。1.5T各個品牌的設備之間的樣本量分布相對不均衡，3.0T的樣本分布相對均衡，值得注意的東軟NSM-S15P的檢查數只有12例，可能不具有代表性。

圖1 膝關節MRI掃描樣本分布

2.2 矢狀面T2或PD脂肪抑制成像在ACL顯示清晰度的主觀評分情況

在1.5T中，朗潤和聯影表現較好，GE較弱；在3.0T中，聯影表現較好，Siemens表現較弱（表2）。1.5T中，經Kruskal-Wallis檢 驗（chi-squared=30.685，df=5，P＜0.001）表明至少有一種設備與其他設備之間有統計學差異，兩兩比較顯示奧泰（Dunn=3.42，P=0.008）、Siemens（Dunn=3.2，P=0.017）、朗潤（Dunn=4.00，P=0.001）和聯影（Dunn=5.09，P＜0.001）均優于GE，具有統計學差異。在3.0T中，經Kruskal-Wallis檢 驗（chi-squared=11.096，df=3，P=0.011）表明至少有一種設備與其他設備之間有統計學差異，其中兩兩比較顯示聯影（Dunn=2.79，P=0.031）優于GE，具有統計學差異。在1.5T MRI設備的Likert分析中，朗潤的4～5分占比最高，GE的占比最低；而在3.0T MRI設備的Likert分析中，聯影4～5分的占比最高，其他三個設備的占比稍差。

表2 矢狀面T2或PD脂肪抑制成像膝關節前交叉韌帶顯示清晰評分情況

2.3 冠狀面T2或PD脂肪抑制成像在ACL顯示清晰度的主觀評分情況

在1.5T中，聯影和東軟表現較好，Siemens較弱，聯影4～5分的占比最高，Siemens的占比最低；在3.0T中，Philips表現較好，GE表現較弱，聯影4～5分的占比最高，GE的占比最低，詳見表3。1.5T中，經Kruskal-Wallis檢驗（chi-squared=30.594，df=5，P＜0.001）表明至少有一種設備與其他設備之間有統計學意義，兩兩比較顯示聯影優于Siemens（Dunn=4.86，P＜0.001）和奧泰（Dunn=4.13，P＜0.001），差異具有統計學意義。在3.0T中，經Kruskal-Wallis檢驗（chi-squared=23.429，df=3，P＜0.001）表明至少有一種設備與其他設備之間有統計學意義，兩兩比較顯示聯影（Dunn=3.27，P=0.004）、Philips（Dunn=3.98，P＜0.001）優于GE，差異具有統計學意義，Philips（Dunn=3.37，P=0.004）和聯影（Dunn=2.75，P=0.018）優于Siemens，差異具有統計學意義 。

2.4 橫斷位T2或PD脂肪抑制成像在ACL顯示清晰度的主觀評分情況

在1.5T中，朗潤較好，Siemens較弱，朗潤的4～5分的占比最高，Siemens的占比最低；在3.0T中，聯影和Philips表現較好，Siemens表現較弱，聯影的4～5分的占比最高，GE的占比最低，詳見表4。1.5T中，經Kruskal-Wallis檢驗（chi-squared=28.975，df=5，P＜0.001）表明至少有一種設備與其他設備之間有統計學差異，兩兩比較 顯示GE（Dunn=4.94，P＜0.001）、朗潤（Dunn=3.08，P=0.029）優于Siemens，且具有統計學差異。在3.0T中， 經Kruskal-Wallis檢驗（chi-squared=15.705，df=3，P=0.001），表明至少有一種設備與其他設備之間有統計學差異，兩兩比較顯示Philips（Dunn=3.17，P=0.009）及聯影（Dunn=3.14，P=0.009）優于Siemens，且具有統計學差異。

表3 冠狀面T2或PD脂肪抑制成像膝關節前交叉韌帶顯示清晰評分情況

表4 橫斷位T2或PD脂肪抑制成像膝關節前交叉韌帶顯示清晰評分情況

2.5 矢狀面T1加權成像在ACL顯示清晰度的主觀評分情況

在1.5T中，朗潤及聯影表現較好，奧泰較弱，朗潤的4～5分占比最高，奧泰的占比最低；在3.0T中，聯影表現較好，Siemens表現較弱，聯影的4～5分占比最高，Siemens的占比最低，詳見表5。1.5T中，經Kruskal-Wallis檢驗（chi-squared=4.7169，df=5，P=0.4514），表明設備之間差異沒有統計學意義。3.0T中，經Kruskal-Wallis檢驗（chi-squared=3.9653，df=3，P=0.2652），表明設備之間差異沒有統計學意義。

表5 矢狀面T1加權成像膝關節前交叉韌帶顯示清晰評分情況

3 討論

本研究最重要的結論為無論是1.5T還是3.0T場強的MRI設備，國產與進口設備在膝關節ACL結構的顯示中無明顯差異，均可適用于臨床診斷。

據我們所知，本研究是首個多中心、大樣本量的回顧性研究以分析國產和進口MRI設備在膝關節成像，特別是ACL結構顯示中的圖像質量。由于中國國土廣袤，各地區的設備及圖像掃描操作習慣均有所不同，因此地區性的研究很容易以偏概全，獲得錯誤的結論，無法反映中國MRI設備使用的整體情況。而本研究的一大優勢是涵蓋了中國各主要地區，選取了采用MRI設備的代表性醫院，其中既有國內頂級的三甲醫院，又有在患者的常見疾病診治和疑難疾病轉診中起到重要作用的二甲中心醫院，因此能夠較為全面地評估中國MRI設備在膝關節成像中的圖像質量情況。另外，由于不同的MRI設備很難進行客觀參數的比較，也限制了不同廠家和不同場強的設備比較。而本研究采用了較為詳細具體的主觀評分，從各個角度反映了MRI設備在ACL成像的圖像質量，因此該結果具有較高的可靠性。

膝關節MRI是診斷ACL最重要的無創性檢查，診斷效能要較一些其他常用的影像檢查方法如超聲以及臨床體格檢查要更高[9-10]。其最終診斷也將決定患者是否接受手術，及時手術有助于患者避免損傷后遺癥，而誤診漏診則會對患者的膝關節恢復造成重大影響[11]。MRI在ACL撕裂時有特征性表現，一般為全層液體信號穿過ACL纖維束，韌帶形態增粗伴液體敏感序列上不規則高信號[12]。其對ACL完全撕裂的診斷敏感性為83%～95%，診斷特異性為95%～100%，是一項成熟可靠的技術，而對ACL部分撕裂的診斷敏感性和特異性要明顯下降，分別為62%～81%和19%～97%，診斷準確性也下降至25%～53%[13]。由于MRI的重要性及其診斷ACL以及其他膝關節損傷時會存在的一些陷阱，也對MRI成像的圖像質量提出了更高的要求以完全滿足臨床需求[14]。

而通過本研究結果，我們認為，大部分國產MRI設備已經能夠獲得與進口MRI設備相仿或者更優的圖像質量。其中國產設備中尤以聯影MRI設備數量最多，且成像質量最好。其可能原因在于聯影磁共振開發時博眾家進口MRI設備之所長，同時在此基礎上廣泛納入國內客戶的需求，不斷開拓創新，開發出更為符合國內放射科和臨床科室醫生要求的功能。因此聯影MRI設備在國內具有該方面的優勢。另外，國內的MRI設備安裝培訓及售后維修普遍更為積極，能夠盡可能貼近臨床實際需要，在保證圖像質量的情況下，讓掃描速度更快，操作更為便捷。同時相比一些老機型的進口MRI設備，目前在這個信息時代，全國各地的放射科醫生和技師水平在不斷接近，對一些成像的細節要求了解更為仔細，也有利于國產MRI設備調試出最佳的圖像質量。例如，需要更薄的層厚以消除ACL顯示中的容積效應，更為準確的斜矢狀面和斜冠狀面以利于顯示ACL走行，以及采用參數調整來增加膝關節腔內液體和軟組織結構之間的對比度等等[15]。

本研究存在一些限制，首先我們僅針對ACL這一常見的檢查部位的成像質量進行評估，未來需要對更多解剖部位進行國內外磁共振設備的成像質量比較；其次沒有對每次檢查的采集時間進行統計分析，該因素與圖像質量具有一定的關系，但我們在設計時已經對MRI設備掃描參數和總時長進行了規定，因此能在很大程度上減少采集時間對研究結果的影響；另外，隨著影像技術的發展，傳統的MRI序列已經不能滿足臨床和科研要求，部分快速采集序列如3D快速自旋回波序列、壓縮感知和神經網絡重建技術等等已逐漸用于臨床和研究中[16]；同時，一些磁共振定量技術如T2 mapping，T1ρmapping技術和鈉成像等等也是目前研究的熱點[17]。未來的研究將逐漸聚焦于比較國產和進口MRI設備在這些科研序列的應用優勢與劣勢，從而更好地推動國產MRI的發展。

綜上，本研究通過大樣本量的比較，肯定了國產MRI設備在ACL成像中與進口MRI設備具有相仿的圖像質量，有利于國產MRI設備在該方面的推廣和進一步研發。

4 結論

本研究通過對全國范圍內多中心450例膝關節MRI掃描病例進行主觀評分分析，發現國產MRI設備在膝關節ACL顯示方面的圖像質量與進口MRI設備相仿。未來，將針對更大樣本量的國產與進口MRI設備在更多不同解剖部位成像方面進行比較，以反映目前我國MRI設備的技術能力和臨床應用前景。