合成MRI定量技術在半月板損傷中的應用價值

陳露露 王志強 王巍

半月板損傷是臨床較常見的膝關節病變之一，常以關節活動受限、關節腫痛等為主要表現，可發生多種并發癥，如骨關節炎、肌肉萎縮等。及早診斷和治療半月板損傷，是患者預后得以改善的關鍵[1]。目前，MRI常規平掃是檢查半月板損傷的普遍方法，但其僅能顯示出現明顯信號和形態學改變的結構損傷，難以對損傷進行定量分析；T1mapping、T2mapping、T2*mapping等技術是常用的膝關節損傷的定量評價方法，但由于掃描時長較長，可能引起組織溫度升高，臨床應用受限[2]。作為近年來開發的新技術，合成MRI定量技術一次掃描可獲得T1WI、質子密度（proton density,PD）加權像、T2WI、短時反轉恢復序列（short-T1 inversion recovery,STIR）、T1mapping、T2mapping及PD mapping[3]等多個常規形態學圖像及功能定量圖像，效率大大提高，已被應用于腦轉移瘤、多發性硬化、膠質瘤、膝關節軟骨損傷、椎間盤退變和前列腺癌等多種疾病的輔助診斷，并體現出良好的診斷價值[4]。本研究探討合成MRI定量技術在半月板損傷中的臨床應用價值，以期為客觀評估半月板損傷提供新的技術支持。

1 對象和方法

1.1 對象 收集2021年10月—2022年1月溫州市中西醫結合醫院關節外科擬診為半月板損傷患者共53例，納入標準：近期有膝關節外傷、疼痛史，臨床懷疑有半月板損傷；BMI 18.5～23.9 kg/m2。排除標準：以往有骨折手術、腫瘤、類風濕性關節炎等病史；體內有金屬物植入、幽閉恐懼癥等MRI檢查禁忌證者；圖像質量不佳；半月板發育異常者，如盤狀半月板等。最終入選50例，其中男17例，女33例；患者年齡30～68（52.0±1.6）歲；左膝28例，右膝22例。本研究經本院醫學倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查方法 采用GE SIGNA Architect 3.0 T磁共振掃描儀，16通道膝關節線圈，足先進，膝蓋自然伸直，中心線對髕骨下緣，沙袋固定。為避免運動對掃描數據的影響，所有患者均靜坐30 min后進行常規膝關節平掃及MR集合序列（magnetic resonance image compilation,MAGIC）掃描。常規平掃采用快速自旋回波序列。T1WI：重復時間534 ms，回波時間11 ms，激勵次數1，視野160 mm×160 mm，矩陣大小420×320，翻轉角 125，層厚 4 mm；PDWI：重復時間 4 462 ms，回波時間42 ms，激勵次數1，視野160 mm×160 mm，矩陣大小360×260，翻轉角111，層厚4 mm；T2WI-fs：重復時間3 950 ms，回波時間42 ms，激勵次數1，視野160 mm×160 mm，矩陣360×260，翻轉角111，層厚4 mm，分別行矢狀位、冠狀位和軸位掃描。矢狀位MAGIC采用多延遲多回波序列，重復時間4 000 ms，回波時間93.67、20.81、12.13 ms，激勵次數1，視野180 mm×180 mm，矩陣320×256，翻轉角90，層厚4 mm。所有采集圖像均傳入GE后處理工作站。

1.3 半月板Stoller分級和分組 患者膝關節平掃圖像均由2位資深放射科醫師分別讀片，根據Stoller分級法進行分級，當意見不一致時，討論后達成統一意見。正常半月板，呈均勻低信號，形態規則，為0級；半月板內見圓點狀、斑點狀高信號影，但不與關節面相連，為Ⅰ級；半月板內有線狀高信號影，延伸至半月板的關節囊緣，但未累及到半月板關節面邊緣，為Ⅱ級；半月板內高信號影延伸至關節面，為Ⅲ級。Ⅰ、Ⅱ級信號定性為半月板變性，Ⅲ級信號為半月板撕裂。正常半月板根據解剖結構分為內側前角組、內側后角組、外側前角組和外側后角組。損傷半月板分為變性組及撕裂組。

1.4 合成圖像處理與分析 所得圖像通過MAGIC（version100.0.0.）軟件得到 T1mapping、T2mapping及PD mapping圖譜。同由2名資深放射科醫師在合成矢狀位PDWI圖像最大范圍顯示半月板的層面，分別在半月板內側前角、內側后角、外側前角、外側后角勾畫3個感興趣區（ROI）（圖1），測得縱向弛豫時間（T1）、橫向弛豫時間（T2）和PD值，測量時避開關節液及關節軟骨等區域。重復測量3次，取平均值。損傷半月板選取損傷部分的最大層面，按同樣規則繪制ROI，測量3次，取平均值。

圖1 半月板感興趣區示意圖（a：正常半月板后角；b：損傷半月板后角）

1.5 統計學處理 使用SPSS 25.0統計軟件。計量資料符合正態分布的以表示，不符合的以M（P25，P75）表示。采用組內相關系數（intraclass correlation coefficient,ICC）評價兩位醫師間定量測量結果的一致性。采用Kruskal-WallisH檢驗比較正常半月板4組間及正常、損傷半月板間定量參數的差異。采用ROC曲線評估定量參數診斷半月板損傷的閾值及效能。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 合成MRI定量圖譜分析 50例患者單側膝關節共納入197個半月板角（另3個測量數據異常），其中正常半月板角136個，變性半月板角48個，撕裂半月板角13個。對比半月板PDWI圖像，T1mapping、T2mapping偽彩圖顯示藍綠色或紅色色階，提示半月板變性或撕裂，PD mapping偽彩圖色階變化不大。正常半月板T1mapping、T2mapping偽彩圖大多表現為相對均勻的深藍色。見圖2、3（插頁）。

圖2 59歲女性內側后角半月板的合成PDWI圖像及定量圖（a：矢狀位PDWI圖，箭頭示線樣高信號灶延伸至關節面，呈三級損傷；b：T1 mapping偽彩圖；c：T2 mapping偽彩圖；d：PD mapping偽彩圖）

圖3 31歲女性外側前角半月板的合成PDWI圖像及定量圖（a：矢狀位PDWI圖，箭頭示點片狀高信號，呈二級損傷；b：T1 mapping偽彩圖；c：T2 mapping偽彩圖，箭頭示損傷，呈淡藍色色階；d：PD mapping偽彩圖）

2.2 定量參數測量值一致性的評價 2位醫師測量定量參數的一致性都較好，其中T1的ICC值為0.989（95%CI：0.985～0.991）、T2為 0.958（95%CI：0.945～0.968）、PD的ICC值為 0.952（95%CI：0.936～0.963）。

2.3 正常半月板4組間定量參數值的比較 正常半月板4組間T2值比較有統計學差異（P＜0.05），內側后角組低于外側前角組和外側后角組（均P＜0.05）。其余參數各組比較無統計學差異。見表2。

表2 正常半月板4組間T1、T2、PD值的比較

2.4 正常組、變性組及撕裂組定量參數值的比較 變性組及撕裂組T1、T2值均高于正常組（均P＜0.05），撕裂組T1、T2值高于變性組，但差異無統計學意義；各組PD值比較差異無統計學意義，見表3。

表3 半月板正常組、變性組及撕裂組定量參數值的比較

2.5 定量參數值診斷半月板損傷的效能分析 利用T1、T2值評估半月板損傷的閾值及效能。當T1、T2分別取920和39 ms時，診斷半月板損傷的AUC分別為0.718和0.987，靈敏度分別為73.8%、100.0%，特異度分別68.9%、95.1%，T2值診斷效能優于T1值。見圖3。

圖3 T1、T2值鑒別半月板損傷的ROC曲線

3 討論

合成MRI定量技術是一種多模態定量MRI技術，它是多層面激發、多回波、多飽和延遲的快速自旋回波序列，通過計算可以得出多種定量圖及多個對比加權圖像，對磁場敏感效應低，且無需增加額外掃描時間[5-6]。國內外許多研究證實：合成MRI定量技術在膝關節成像中具有臨床應用可行性[7-9]，為本研究分析半月板損傷定量參數變化提供了理論依據半月板是一種月牙狀的纖維軟骨，大部分由水分子、膠原纖維和少量蛋白多糖組成。各參數中，T2值大小主要與自由水的含量和膠原纖維的排列有關[10]。本研究結果顯示：4組正常半月板僅T2值比較有統計學差異，且內側后角組T2值比外側前、角組和外側后角組低，推測內側后角是主要承重區，膠原纖維容易發生形變、水分子丟失導致。徐菲等[11]對踝關節正常軟骨承重區及非承重區行T2mapping發現：承重區T2值小于非承重區，與本研究結果相似。陳鵬翅等[12]對18～29歲健康成人正常半月板的研究發現：內、外側半月板前、后角T2值不存在差異，可能是因為該研究納入受試者年齡偏小；本研究受試者年齡段偏大，多為中老年，且跨度較大。但年齡對半月板承重區T2值改變的影響還需進一步研究。T1值大小主要受含水量和蛋白多糖含量的影響[13]。隨半月板退變加劇，T1、T2升高；當半月板發生變性后，細胞外基質中的膠原蛋白不斷被破壞分解，水分子運動增多,導致T1、T2升高；與變性相比，撕裂后的半月板膠原纖維含量進一步減少，關節腔積液更容易進入撕裂的半月板間隙[14]，與本研究結果相同。但T1、T2值在撕裂組和變性組間無統計學差異，這除了與樣本量少有關外，也可能是常規MRI中半月板有時形成類Ⅲ級信號而被誤判所致。誤判主要有以下幾個原因：半月板變性毛刷樣改變可達關節面；粘液樣變性導致含水量增加，容易形成條狀高信號；周圍韌帶如膝橫韌帶、板骨韌帶等附著在外側半月板前角形成類Ⅲ級信號；部分容積效應使半月板與周圍軟骨形成截斷影[15]。PD值主要通過游離水含量的變化來間接反映軟骨病理狀態[16]，在膝關節中的研究尚少。本研究發現：正常與損傷半月板中PD值均無統計學差異。陳逸群等[17]認為T1值能更早地監測蛋白多糖含量與細胞外基質含水量的變化，Sharafi等[18]認為T1值對診斷早期關節軟骨損傷的敏感性更高，但本研究結果顯示T2值的效能更高，原因可能是半月板中蛋白多糖含量遠低于關節軟骨。

合成MRI定量技術目前尚存在局限性，如不能抑制關節流體，會造成一定的信號干擾；合成序列回波時間為固定值；第1個回波時間過大（93.67 ms），不適用于短回波時間的半月板，造成測量值整體偏高[19]。同時本研究也存在不足，如樣本量偏少，年齡跨度較大，患者年齡段未細分，無健康對照組，研究僅采用影像主觀判斷，未行關節鏡及病理學檢查等。

綜上所述，本研究應用合成MRI定量技術初步研究并比較了正常及損傷半月板定量參數值，一次掃描可獲得多形態學和定量參數信息；其量化參數能夠為膝關節半月板發生形態學變化前提供客觀依據，在膝關節半月板研究中具可行性。未來可加大樣本量展開多方向研究。