小視野DWI 評價膝關節骨挫傷骨髓水腫的可行性研究

周爽，查云飛，邢棟，劉芳，劉昌盛

膝關節為人體下肢的負重關節，結構較復雜［1］，骨挫傷為常見的膝關節損傷，骨挫傷主要由外傷引起，可導致患者出血、骨髓水腫、骨小梁骨折等［2-3］，但骨皮質及軟骨處于正常狀態，屬于一種隱匿性疾病［4］。對于膝關節骨挫傷，X 線檢查無陽性征象而局部癥狀明顯，行MRI 是最佳影像學檢查手段，其中擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)通過ADC 對骨髓病變進行定量分析［5］。但常規采用的全視野擴散加權成像(full field of view DWI，fFOV DWI)因掃描視野較大，且包含骨骼、軟組織、液體、氣體等物質使得場強不均勻，易受到磁敏感偽影、搏動偽影的干擾，導致圖像質量的下降，甚至引起嚴重的形變［6-7］；小視野擴散加權成像(reduced field of view DWI，rFOV DWI)則采用2D 空間選擇性射頻脈沖(2D radio frequency，2D RF)及180°回聚脈沖技術，應用價值較高［8］，克服了fFOV DWI 的諸多缺點，目前國內外已證實在腎上腺結節［9］、膽囊［10］、乳腺［11］、前列腺［12］、脊柱［13］等部位的可行性與應用價值，但在關節軟骨和骨髓病變中的研究甚少。本文主要比較rFOV DWI 與fFOV DWI 序列在膝關節骨髓水腫的成像質量及參數值差異，分析rFOV DWI 評價膝關節骨挫傷骨髓水腫的可行性。

1 材料與方法

1.1 一般資料

招募2018年4月至2020年2月本院收治的膝關節骨挫傷骨髓水腫并行MR 檢查患者60 例。其中男34例，女26例；年齡19～61歲，平均(40.18±4.26)歲；外傷與MR檢查間隔時間1～85 d，平均(21.6±15.5) d。其中左膝病例數25 例，右膝35 例，合并半月板損傷33例，合并髕骨脫位或損傷15例，合并韌帶損傷12例。所有患者檢查前均簽署知情同意書。納入標準：(1)近3 個月內有膝關節外傷史，且伴有前后交叉韌帶損傷、半月板損傷、髕骨挫傷或髕骨脫臼等病史；(2)入院時膝關節表現出不同程度腫脹、局部壓痛、持續性疼痛，部分有活動障礙，其承受重力能力較差；(3)無MR 檢查禁忌證，能配合完成相關檢查。排除標準：(1)合并惡性疾病、血液病或其他系統性疾病史；(2)合并伴有嚴重退行性骨關節病；(3)MRI圖像有明顯的運動偽影，不能滿足評價要求。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法

采用GE Discovery MR750 Plus 3.0 T 超導磁共振，采用膝關節8 通道相控陣線圈，受檢者取仰臥位，足先進。矢狀位質子加權成像(proton densityweighted imaging，PDWI)序列參數如下：翻轉角142°，TR 2000 ms，TE 3.5 ms，帶寬41.67 kHZ，掃描層厚3 mm，視野24 cm×24 cm，矩陣320×160，激勵次數2。

fFOV DWI序列參數：TR 3000 ms，TE 65 ms，帶寬250 kHZ，掃描層厚4 mm，視野240 mm×240 mm，矩陣128×64，激勵次數4，b 值600 s/mm2，掃描時長34 s。rFOV DWI序列參數：視野調整為240 mm×120 mm，激勵方式選擇Focus，其他數與fFOV DWI一致。

1.2.2 圖像評價

主觀評價：fFOV DWI 及rFOV DWI 圖像質量由兩位5 年以上工作經驗的骨肌放射醫師在GE AW4.6 影像工作站進行獨立評分，并屏蔽序列及臨床病史等信息。采用5 分法進行評價，方法如下：①病灶顯示清晰程度：1分：不可見，2分：模糊可見，3分：可見，邊界模糊，4 分：較清晰，5 分：病灶清晰。②圖像變形：以T2WI 圖像為參照標準，1 分：髕骨不能辨認，2 分：髕骨形態不清，辨認困難，3 分：髕骨可辨認，4 分：髕骨、股骨遠端、脛骨平臺輕微變形，5分：髕骨、股骨遠端、脛骨平臺無變形。③空間分辨力：觀察股骨遠端、髕骨、脛骨平臺、股骨內外側肌、髕韌帶、股四頭肌肌腱、脂肪間隙結構。1分：結構不能辨認，2分：結構模糊，辨別困難，3 分：結構顯示欠清，但可辨認，4 分：結構顯示尚可，5 分：結構顯示清晰。④診斷信心：1 分：病變不能診斷，2 分：病變診斷困難，3 分：病變尚可診斷，4 分：病變可診斷，5 分：病變清晰診斷。每位放射科醫生綜合4項指標，評估最佳序列。

根據骨髓水腫病灶在ADC 圖上的形態將其分為三型［14］：I 型：由斑點匯合成的網狀病灶。Ⅱ型：信號強度較I型增加的匯合斑塊。Ⅲ型：致密斑塊。

客觀評價：由另外一位有5年診斷經驗的骨肌放射醫師在GE AW4.6 影像工作站上進行，分別于PDWI-FS、fFOV DWI、rFOV DWI 計算骨髓水腫檢出的數目，并選取診斷信心＞3 分的病灶進行ROI 的手工勾畫，分別測量骨髓水灶的大小及信號強度，并計算病灶信噪比(signal to noise ratio，SNR)及其與周圍組織的對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)。ADC 值采用Function tool 軟件進行圖像后處理分析，選擇直徑大于15 mm，且無變形區及偽影干擾的骨髓水腫灶勾畫ROI，并分別計算fFOV DWI、rFOV DWI 兩種技術骨髓水腫的ADC 值。所有測量均在同一位置重復3次，然后取平均值。

1.3 統計學方法

2 結果

膝關節rFOV DWI骨髓水腫病灶顯示清晰程度評分、圖像變形評分、空間分辨力評分、診斷信心評分、SNR、CNR大于fFOV DWI(P＜0.05)，見表1。

在PDWI 上檢出的骨髓水腫數為109，在fFOV DWI ADC 圖上為180，rFOV DWI 上為179。在PDWI 上檢測到的骨髓水腫灶在兩種DWI 技術的ADC 圖上幾乎都能被一致地檢測到，并且額外檢出70 個病灶。此外，rFOV DWI 較fFOV DWI 發生偽影數明顯減少(表2、3)。

表1 外傷膝關節fFOV DWI與rFOV DWI的圖像質量比較Tab.1 Comparison of image quality between fFOV DWI and rFOV DWI in traumatic knee joint

表2 三種序列掃描的骨髓水腫數目及偽影情況比較Tab.2 Comparison of the number and artifact of bone marrow edema in three sequences

表3 兩種擴散加權技術ADC圖與PDWI-FS檢出骨髓水腫灶的相關性Tab.3 Correlation among ADC maps and PDWI-FS in the detection of bone marrow edema

基于95 個直徑大于15 mm 骨髓水腫灶，rFOV DWI測量的膝關節骨髓水腫平均ADC 值［(1.08±0.11)×10-3mm2/s］低于fFOV DWI［(1.34±0.16)×10-3mm2/s］，差異具有統計學意義(t=7.466，P＜0.01)。

膝關節MRI 示骨髓水腫灶呈絮狀、小點片狀、斑片狀異常信號，主要為擴散性不規則或地圖形，邊界均不清晰，PDWI-FS、DWI 均呈高信號(圖1)。fFOV DWI ADC 圖骨髓水腫類型見圖2；fFOV DWI ADC 圖檢出的180 個病灶中，Ⅰ型32 個，Ⅱ型43 個，Ⅲ型105 個。rFOV DWI ADC 圖 檢 出179 個 病 灶 中，Ⅰ型31個，Ⅱ型43個，Ⅲ型105個。

3 討論

3.1 DWI的原理、較PDWI的優勢及本研究的成果

DWI經檢測活體組織中水分子微觀運動，可反映組織結構特點及生物學行為，ADC值則反映了局部水分子擴散能力，可對骨髓病變進行定量分析，為病變檢出提供客觀依據，經對受檢區域ADC進行測量有一定量化性，ADC 值的動態變化可提示骨髓水腫病理轉歸［15］。

本研究結果顯示，檢測膝關節外傷性骨髓水腫，ADC 圖較PDWI-FS 更敏感，不僅能檢出PDWI-FS 上發現的病灶，還能檢出額外病灶，ADC 圖上只有5 個病灶因直徑小于5 mm 未被檢出；ADC 圖評估也提高了髕骨等抑脂不均區域的診斷性能，與Alexis 等［16］的研究結果一致。3 種病灶類型分別反映了軟骨下骨不同程度的沖擊和創傷，Ⅰ型為輕度，Ⅱ型為中度，Ⅲ型為重度；Ⅰ型與Ⅱ型病理生理變化較小，PDWI-FS 不能檢出，這也可能解釋了ADC 圖檢出較多額外病灶的原因。ADC 圖評估能指導臨床更加重視膝關節外傷后康復過程，防止創傷性骨性關節炎［17］。

3.2 rFOV DWI 的原理、較fFOV DWI 成像質量的優勢及二者ADC值差異

rFOV DWI 的膝關節骨髓水腫病灶顯示清晰程度評分、圖像變形評分、空間分辨力評分、診斷信心評分、SNR、CNR 均大于fFOV DWI，rFOV DWI 較fFOV DWI能顯著提高圖像質量及組織結構分辨能力，有效減少圖像的變形、偽影及模糊度，達到更佳的病變顯示效果，兩種檢查方法的差異有統計學意義。

fFOV DWI 主要采用單次激發平面回波成像序列，讀出時間相對較長、相位方向上帶寬較窄，常導致DWI 圖像易受到偏振效應(磁敏感差異，B0場不均，化學位移)的影像而產生變形及偽影，也造成圖像分辨率下降［18］，rFOV DWI中2D RF由兩個在正交方向上獨立控制厚度的射頻脈沖組成，分別為層面選擇和相位編碼方向，在這兩個方向上同時選擇性激發特定厚度的組織，繼而縮小相位方向上FOV，減少相位編碼步數，縮短EPI回波鏈長度及回波時間，且2D RF擁有整合B1場強信息后單獨調整每個RF脈沖相位和振幅使其有更均一的反轉角度優勢，繼而達到個體或容積特異性修正B1場的目的［12，19］，因此其圖像幾何變形程度與磁敏感偽影減低，空間分辨率顯著提高有關［20］。凌岳等［21］在小視野擴散加權成像在乳腺癌診斷中的臨床應用中，rFOV DWI 測得的乳腺癌腺體的ADC 值低于fFOV DWI 檢查，說明rFOV DWI 檢查病灶腺體與SSEPl 檢查ADC 值的幅度中，rFOV DWI 測量更準確，圖像的質量更好。本組中rFOV DWI檢查外傷性骨髓水腫的ADC 值為(1.08±0.11)×10-3mm2/s，fFOV DWI 的ADC 值為(1.34±0.16)×10-3mm2/s，差異有統計學意義。rFOV DWI 可減少磁敏感偽影及微小血流對ADC 值的影響，而血流可導致更高的ADC 值，因 此rFOV DWI 組 的ADC 值 稍 低，Singer 等［22］提 出rFOV DWI 可減少圖像部分容積效應，提供更準確的ADC值。

3.3 本研究的不足

本研究也存在一定不足之處，如研究樣本量小；無法取得病理結果進行對照，骨髓水腫灶檢出的準確性無法評估；rFOV DWI過度縮小FOV圖像也可能使觀察圖像受限；且僅取b 值=600 s/mm2進行評估，未進行b值優化的深入研究。

綜上所述，小視野及全視野擴散加權成像ADC圖對膝關節外傷性骨髓水腫的檢出能力均高于PDWI-FS，而且膝關節rFOV DWI 較fFOV DWI 的圖像質量更高，有助于診斷信心的提升。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。