3.0T MRI 3D-FS-FLASH、T2-mapping較常規(guī)序列診斷膝關(guān)節(jié)軟骨早期損傷優(yōu)勢(shì)分析

王彩云，馬賀驥

1.錦州醫(yī)科大學(xué)(錦州 121001)；2.錦州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院(錦州 121001)

膝關(guān)節(jié)是人體非常復(fù)雜且重要的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)之一，膝關(guān)節(jié)軟骨維持著膝關(guān)節(jié)的正常活動(dòng)，其主要功能是增加關(guān)節(jié)面接觸面積、分散負(fù)荷、減小摩擦及緩沖震蕩。由于膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度大，故膝關(guān)節(jié)軟骨損傷十分常見，外傷、炎癥及退行性變均可導(dǎo)致不同程度的關(guān)節(jié)軟骨損傷。而關(guān)節(jié)軟骨組織干細(xì)胞成分較少，且軟骨無單獨(dú)的營養(yǎng)血管及淋巴管，軟骨的營養(yǎng)主要來自于關(guān)節(jié)滑液、滑膜周圍毛細(xì)血管的滲透及軟骨下骨組織，故軟骨損傷后修復(fù)較為困難。另外，軟骨損傷后的臨床表現(xiàn)如疼痛、腫脹、活動(dòng)受限等沒有特異性，且與半月板損傷或韌帶損傷的表現(xiàn)相似，難以鑒別，故給軟骨損傷的早期診斷帶來困難。傳統(tǒng)的MRI序列對(duì)軟骨細(xì)微的結(jié)構(gòu)及成分變化不敏感，難以對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨早期(Ⅰ、Ⅱ級(jí))損傷做出及時(shí)的診斷，導(dǎo)致臨床不能盡早的施加干預(yù)措施，最終造成不可逆的關(guān)節(jié)軟骨損傷，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。本文旨在研究3D-FS-FLASH、T2-mapping序列較常規(guī)序列診斷膝關(guān)節(jié)軟骨早期損傷的優(yōu)勢(shì)，以期待能夠廣泛的臨床應(yīng)用。

資料和方法

1 一般資料 納入2018年8月至2019年6月因膝關(guān)節(jié)外傷或骨關(guān)節(jié)炎前來撫順礦務(wù)局總醫(yī)院住院診治的患者56例，所有被檢查者均接受膝關(guān)節(jié)3D-FS-FLASH序列、T2-mapping序列及常規(guī)序列掃描。患者中男性23例，女性33例；年齡23～62歲，平均(48.22±4.37)歲。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡<65歲；②7 d內(nèi)先后行磁共振檢查及關(guān)節(jié)鏡檢查者；③短期內(nèi)有確切的膝關(guān)節(jié)外傷史或明確被診斷為OA者；④身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)<30 kg/m2者；⑤此前無膝關(guān)節(jié)手術(shù)史。篩除標(biāo)準(zhǔn)：①未先后進(jìn)行MRI檢查及關(guān)節(jié)鏡治療者；②MRI圖像或者關(guān)節(jié)鏡圖像不清晰，影響診斷及分級(jí)者；③MRI醫(yī)師或者是關(guān)節(jié)鏡外科醫(yī)生對(duì)分級(jí)未達(dá)成一致者；④本身有基礎(chǔ)的關(guān)節(jié)疾病對(duì)關(guān)節(jié)軟骨具有影響者。

2 研究方法

2.1 掃描：采用德國Siemens 3.0 T MRI對(duì)納入者進(jìn)行掃描。具體掃描參數(shù)見表1。

表1 MRI掃描參數(shù)

2.2 圖像后處理：所有掃描后的原始圖像均傳輸至西門子工作站，工作站本身的后處理軟件Syngo via，可以直接生成軟骨的T2-mapping偽彩圖，根據(jù)需要調(diào)整色階，藍(lán)色代表正常關(guān)節(jié)軟骨色階，藍(lán)色中出現(xiàn)紅、黃色代表關(guān)節(jié)軟骨損傷。由2名工作10年以上的MRI診斷醫(yī)師觀察分析3D-FS-FLASH、T2-mapping偽彩圖及常規(guī)序列的圖像，采用雙盲法，分別對(duì)膝關(guān)節(jié)股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)、脛骨外側(cè)平臺(tái)、股骨滑車及髕軟骨的6處軟骨進(jìn)行損傷分級(jí)。當(dāng)2名醫(yī)師意見不同時(shí)，尋求更高年資醫(yī)師討論并最終達(dá)成統(tǒng)一意見。MRI 診斷分級(jí)采用 Recht[1]標(biāo)準(zhǔn)：0 級(jí)：正常關(guān)節(jié)軟骨，信號(hào)及形態(tài)未見異常；Ⅰ級(jí)：軟骨形態(tài)完整光滑，局部其內(nèi)可見點(diǎn)片狀低信號(hào)；Ⅱ級(jí)：軟骨變薄，局部缺損，缺損深度< 50%；Ⅲ級(jí)：軟骨明顯變薄且不規(guī)則，50%<缺損深度<全層100%，軟骨并未完全剝脫；Ⅳ級(jí)：部分軟骨全層剝脫，軟骨下骨質(zhì)裸露。如果一處軟骨同時(shí)存在不同級(jí)別的損傷，以最重處的關(guān)節(jié)軟骨損傷為準(zhǔn)。

正常膝關(guān)節(jié)軟骨T2-mapping 彩圖可見0級(jí)：關(guān)節(jié)軟骨光滑連續(xù)，關(guān)節(jié)間隙正常，呈均勻一致的藍(lán)色色階。Ⅰ級(jí)：關(guān)節(jié)軟骨雖完整，其內(nèi)可見小斑片狀紅、黃色色階；Ⅱ級(jí)：軟骨輕度變薄，關(guān)節(jié)間隙略變窄，局部可見片狀混雜紅黃色色階；Ⅲ級(jí):軟骨變薄，部分缺損，可見明顯不均勻狀混雜色階，周圍骨質(zhì)增生；Ⅳ級(jí)：局部軟骨全層剝脫，關(guān)節(jié)間隙顯著變窄，軟骨內(nèi)呈片狀雜亂不均色階信號(hào)。

由2名10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的骨外科醫(yī)生一起完成關(guān)節(jié)鏡微創(chuàng)手術(shù)，并進(jìn)行關(guān)節(jié)軟骨損傷分級(jí)。如果診斷不一致，由兩位醫(yī)師協(xié)商，如若最終不能達(dá)成一致，則舍棄該病例。關(guān)節(jié)鏡下軟骨損傷采用Outerbridge[2]分級(jí)：0級(jí)，正常關(guān)節(jié)軟骨；Ⅰ級(jí)，軟骨表面腫脹軟化，軟骨表面呈水泡樣；Ⅱ級(jí)，軟骨局部變薄，可見輕、中度缺損，且軟骨缺損<全層50%；Ⅲ級(jí)，軟骨重度纖維化，50%<軟骨缺損<全層100%，軟骨下骨并未裸露，表現(xiàn)為“蟹肉樣”外觀；Ⅳ級(jí)，軟骨病變直達(dá)軟骨下骨，局部軟骨全層剝脫，軟骨下骨質(zhì)裸露。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 以關(guān)節(jié)鏡軟骨損傷分級(jí)診斷為金標(biāo)準(zhǔn)，采用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，計(jì)算三種序列診斷軟骨損傷的敏感度、特異度。本研究數(shù)據(jù)屬于計(jì)數(shù)資料，選用χ2檢驗(yàn)比較三者對(duì)軟骨損傷分級(jí)診斷的差別，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在前者有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的情況下，再分別進(jìn)行兩兩比較，校正檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)α’=α/[k×(k-1)/2+1](本文α=0.05， k=3)，P<0.0125為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 3D-FS-FLASH序列、T2-mapping序列、常規(guī)序列及關(guān)節(jié)鏡下關(guān)節(jié)軟骨損傷分級(jí)比較 將56例患者共336處關(guān)節(jié)軟骨(股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)、脛骨外側(cè)平臺(tái)、股骨滑車及髕軟骨)進(jìn)行損傷分級(jí)，見表2。

表2 三種MRI序列及關(guān)節(jié)鏡下不同級(jí)別軟骨損傷數(shù)目(個(gè))

2 3D-FS-FLASH序列、T2-mapping序列及常規(guī)序列對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的敏感度及特異度比較 見表3、4。3D-FS-FLASH在診斷各級(jí)軟骨損傷的敏感度最高，而常規(guī)序列的特異度最高。三種MRI序列對(duì)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)膝關(guān)節(jié)軟骨損傷診斷敏感度及總體敏感度間差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，對(duì)0級(jí)膝關(guān)節(jié)軟骨損傷診斷的特異度間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)；但對(duì)Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)膝關(guān)節(jié)軟骨損傷診斷敏感度間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。兩兩比較顯示：MRI在膝關(guān)節(jié)軟骨損傷總體診斷和Ⅰ級(jí)損傷診斷敏感度方面比較中，F(xiàn)S-FLASH序列顯著高于T2mapping序列和常規(guī)序列，T2mapping序列顯著高于常規(guī)序列(P<0.05)，Ⅱ級(jí)損傷診斷敏感度方面，F(xiàn)S-FLASH序列和T2mapping序列均顯著高于常規(guī)序列(P<0.05)，但FS-FLASH序列與T2mapping間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；MRI在膝關(guān)節(jié)軟骨0級(jí)損傷診斷特異度方面比較中，F(xiàn)S-FLASH序列與T2mapping間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，F(xiàn)S-FLASH序列和T2mapping序列均顯著高于常規(guī)序列(P<0.05)。

表3 三種MRI序列敏感度及特異度比較(%)

表4 三種MRI序列敏感度及特異度的比較

討 論

膝關(guān)節(jié)軟骨為透明軟骨，其以不規(guī)則的曲面覆蓋在脛骨近端、股骨遠(yuǎn)端及髕骨后方的表面。關(guān)節(jié)軟骨主要由兩大部分即軟骨細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)組成，細(xì)胞外基質(zhì)主要成分為Ⅱ型膠原、PGs(蛋白多糖)及水分等，它們以一定的順序形成穩(wěn)固的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)[3]。組織學(xué)上根據(jù)膠原纖維的排列方式，PGs和水分含量的不同將關(guān)節(jié)軟骨分為 4 層[4]：表層、過渡層、深層和鈣化層。表層的膠原纖維致密且與關(guān)節(jié)軟骨平行，過渡層膠原纖維隨機(jī)無序排列,富含PGs(蛋白多糖);深層膠原纖維與軟骨下骨相垂直,含少量PGs。關(guān)節(jié)軟骨組織學(xué)的分層決定了關(guān)節(jié)軟骨在MRI上的信號(hào)分層。

3D-FS-FLASH(三維抑脂擾相梯度回波序列)：“3D”即該序列采用了三維無間隔薄層掃描,后處理時(shí)可任意多平面重建,對(duì)于薄且呈曲面分布的關(guān)節(jié)軟骨顯示更加清晰,對(duì)軟骨的微小缺損靈敏度及準(zhǔn)確度較高，從而有利于準(zhǔn)確分級(jí)[5]。“FS(抑脂)”即抑制了髓腔內(nèi)高信號(hào)的脂肪組織,使關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨質(zhì)的信號(hào)對(duì)比更加突出。擾相梯度回波[6]為破壞性梯度重聚回波，即在梯度回波之后，在層面選擇方向再加一個(gè)“擾相梯度”，使殘留的質(zhì)子橫向磁矩在下次射頻脈沖到來之前完全去相位，擾相可以減少T2的權(quán)重，這樣可以突出組織的T1弛豫(縱向弛豫)的差別。其實(shí)FLASH序列的本質(zhì)即橫向磁化矢量破壞序列，圖像的信號(hào)僅來自于縱向磁矩。在3D-FS-FLASH序列上，關(guān)節(jié)軟骨呈現(xiàn)出三層明顯的“高-低-高”信號(hào)，低信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)節(jié)軟骨的中間層，高信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)軟骨的淺層和深層。而軟骨下骨質(zhì)、髓腔內(nèi)脂肪、關(guān)節(jié)腔積液均為低信號(hào)，肌肉呈中等信號(hào)[7-8]。Recht等[1]研究認(rèn)為關(guān)節(jié)軟骨各層的膠原纖維的排列方式及主磁場(chǎng)方向的不同是產(chǎn)生軟骨三層信號(hào)的原因。盡管3D-FS-FLASH序列與常規(guī)序列相比優(yōu)勢(shì)明顯，可是該序列也有一定的局限性。由于其采用的是薄層掃描，掃描時(shí)間相對(duì)常規(guī)序列較長，不少患者難以堅(jiān)持而容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影。此外,由于其具有 T1 的特性，對(duì)于關(guān)節(jié)腔積液的顯示不佳,不利于軟骨表面病變的顯示，可能存在低估現(xiàn)象。

T2-mapping是軟骨磁共振生理成像技術(shù)，其已被證實(shí)可以在生化層面評(píng)估軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)。T2-mapping序列可以敏感地反應(yīng)軟骨化學(xué)成分及其結(jié)構(gòu)的變化，在關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)未發(fā)生改變之前就可以檢測(cè)到內(nèi)部細(xì)微化學(xué)成分的變化。T2-mapping其運(yùn)用同一個(gè)重復(fù)時(shí)間(TR )和不同的回波時(shí)間(TE) 進(jìn)行掃描，產(chǎn)生 T2WI 圖像；之后利用公式計(jì)算出像素，重建出彩色色階；之后通過ROI(感興趣區(qū))測(cè)量得出組織的 T2 值[9]，繼而定量評(píng)估軟骨損傷。關(guān)節(jié)軟骨早期損傷時(shí)膠原纖維的原有形態(tài)及排列方式發(fā)生了改變，膠原纖維網(wǎng)斷裂，水分子通透性增加；同時(shí)，PGs分散并降解，殘存的PGs有更大伸展空間，亦使軟骨內(nèi)自由水含量增加，T2 弛豫時(shí)間延長，即T2值升高[10]，這是關(guān)節(jié)軟骨損傷最早出現(xiàn)的改變，通過T2-mapping圖色階的變化即可觀察出來。故在軟骨的大體形態(tài)、輪廓及厚度發(fā)生改變之前，其細(xì)胞外基質(zhì)成分的變化如內(nèi)部膠原纖維結(jié)構(gòu)及排列方式的改變都能在T2-mapping 上呈現(xiàn)出來[11]。這樣可以分辨出早期的軟骨損傷，對(duì)給予及時(shí)有效的干預(yù)措施具有重要的臨床意義。

但本研究也有兩個(gè)局限性，之一是把關(guān)節(jié)鏡檢查而不是組織病理學(xué)檢查，作為評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)軟骨損傷分級(jí)的金標(biāo)準(zhǔn)。雖然關(guān)節(jié)鏡一直以來被認(rèn)為是診斷關(guān)節(jié)軟骨損傷最好的微創(chuàng)標(biāo)準(zhǔn)，但隨著研究的深入，部分國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)鏡只能觀察到軟骨表面的變化，其描述關(guān)節(jié)軟骨變性，尤其是描述關(guān)節(jié)軟骨深層退變的能力受到質(zhì)疑[12]。再加上關(guān)節(jié)鏡視野本身具有很大的局限性，關(guān)節(jié)鏡探頭接觸到軟骨后也有可能會(huì)造成軟骨損傷[13]。另一個(gè)局限性是骨外科醫(yī)生知道所有患者在關(guān)節(jié)鏡下行膝關(guān)節(jié)微創(chuàng)手術(shù)時(shí)的MRI檢查結(jié)果，這可能會(huì)使他們對(duì)關(guān)節(jié)軟骨損傷的評(píng)價(jià)出現(xiàn)偏差。

隨著修復(fù)關(guān)節(jié)軟骨損傷的藥物及技術(shù)的發(fā)展，使軟骨病變的早期治療成為可能，故早期的正確診斷尤為重要。關(guān)節(jié)鏡雖然診斷較為準(zhǔn)確，但畢竟存在一定的創(chuàng)傷。MRI檢查無創(chuàng)也無輻射，但常規(guī)MRI序列主要依賴軟骨形態(tài)及厚度的變化，對(duì)軟骨的組織學(xué)成分變化不敏感，對(duì)Ⅰ、Ⅱ級(jí)損傷敏感率較低[14]。本研究發(fā)現(xiàn)3D-FS-FLASH及T2-mapping對(duì)關(guān)節(jié)軟骨早期(Ⅰ、Ⅱ級(jí))的敏感性顯著高于常規(guī)MRI序列，3D-FS-FLASH對(duì)關(guān)節(jié)軟骨Ⅰ級(jí)損傷的敏感度高于T2-mapping序列，該結(jié)果與樊子健等報(bào)道結(jié)果相吻合[15]。若能常規(guī)應(yīng)用3D-FS-FLASH及T2-mapping序列，早期理療或藥物治療可以延緩關(guān)節(jié)軟骨損傷的病理過程，促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)及愈合，從而減輕疼痛，增加軟骨的活動(dòng)功能。這樣將極大減輕患者的痛苦，也將提高患者的生活質(zhì)量。