三維穩(wěn)態(tài)成像序列對膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的診斷價值

[摘要]"目的"分析多回波梯度成像（multi-echo"data"merging"imaging，MERGE）、三維抑脂快速擾相梯度回波（three-"dimensional"fat"suppression"fast"disturbed"phase"gradient"echo，3D-FS-SPGR）、雙激發(fā)平衡式穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動序列（fast"imaging"employing"steady-state"acquisition"cycled"phases，F(xiàn)IESTA-C）對膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷的診斷價值。方法"回顧性選取2019年6月至2020年6月杭州市第九人民醫(yī)院收治的急性膝關(guān)節(jié)軟骨損傷患者40例。患者術(shù)前均行磁共振成像常規(guī)掃描，同時行MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列掃描，并于4周內(nèi)行外科或膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)。對三種檢查序列結(jié)果與臨床手術(shù)結(jié)果進(jìn)行一致性分析，計(jì)算敏感度、特異性、準(zhǔn)確度，分析MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列評估不同級別膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷的價值。結(jié)果"MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列與臨床手術(shù)結(jié)果一致性分析顯示，Kappa值分別為0.57、0.90、0.81。MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列對膝關(guān)節(jié)不同級別急性軟骨損傷診斷的敏感度分別為89.67%、91.95%和94.54%，特異性分別為95.23%、98.90%和95.33%。結(jié)論"FIESTA-C序列對膝關(guān)節(jié)不同級別急性軟骨損傷的診斷與臨床手術(shù)結(jié)果的符合度高于MERGE、3D-FS-SPGR序列，具有良好的對比度，可通過改動參數(shù)有效縮短掃描時間，可作為膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷的優(yōu)化序列，但對低級別軟骨損傷的診斷價值偏低。

[關(guān)鍵詞]"急性軟骨損傷；膝關(guān)節(jié)；磁共振成像；多回波梯度成像；雙激發(fā)平衡式穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動序列；三維抑脂快速擾相梯度回波

[中圖分類號]"R445.2""""""[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.07.013

Diagnostic"value"of"three-dimensional"steady-state"imaging"sequence"for"cartilage"injury"of"knee"joint

GE"Yijie，"ZHANG"Haifeng，"LU"Heng，"GUO"Junqiao

Department"of"Radiology，"Hangzhou"Ninth"People’s"Hospital，"Hangzhou"311225，"Zhejiang，"China

[Abstract]"Objective"To"analyze"the"diagnostic"value"of"multi-echo"data"merging"imaging"（MERGE），"three-dimensional"fat"suppression"fast"disturbed"phase"gradient"echo"（3D-FS-SPGR），"and"fast"imaging"employing"steady-state"acquisition"cycled"phases"（FIESTA-C）"in"acute"cartilage"injury"of"knee"joint."Methods"Forty"patients"with"acute"cartilage"injury"of"knee"joint"treated"in"Hangzhou"Ninth"People’s"Hospital"from"June"2019"to"June"2020"were"retrospectively"selected."All"patients"underwent"routine"magnetic"resonance"imaging"scans"before"surgery，"combined"with"MERGE，"FIESTA-C，"and"3D-FS-SPGR"sequence"scans."Surgery"or"knee"arthroscopic"surgery"was"performed"within"4"weeks."The"results"of"three"examination"sequences"were"consistent"with"the"results"of"clinical"surgery，"sensitivity，"specificity"and"accuracy"were"calculated，"and"the"value"of"MERGE，"FIESTA-C，"and"3D-FS-SPGR"sequences"in"evaluating"different"levels"of"acute"knee"cartilage"injury"was"analyzed."Results"MERGE，"FIESTA-C，"and"3D-FS-SPGR"sequences"and"clinical"surgical"results"showed"Kappa"values"of"0.57，"0.90，"and"0.81，"respectively."The"sensitivity"of"MERGE，"FIESTA-C，"and"3D-FS-SPGR"sequences"for"the"diagnosis"of"acute"cartilage"injury"at"different"levels"of"knee"joint"were"89.67%，"91.95%，"and"94.54%，"respectively，"with"specificity"of"95.23%，"98.90%，"and"95.33%，"respectively."Conclusion"FIESTA-C"sequence"is"more"consistent"with"clinical"surgical"results"for"the"diagnosis"of"acute"cartilage"injury"of"different"levels"of"knee"joint"than"MERGE"and"3D-FS-SPGR"sequence，"has"a"good"contrast，"and"can"effectively"shorten"the"scanning"time"by"modifying"parameters."FIESTA-C"sequence"can"be"used"as"an"optimal"sequence"for"acute"cartilage"injury"of"knee"joint，"but"has"low"diagnostic"value"for"low-grade"cartilage"injury.

[Key"words]"Acute"cartilage"injury;"Knee"joint;"Magnetic"resonance"imaging;"MERGE;"FIESTA-C;"3D-FS-SPGR

膝關(guān)節(jié)軟骨損傷多見于急性外傷，包括軟骨挫傷、軟骨骨折、軟骨軟化、骨軟骨骨折、軟骨缺損等諸多形式[1]。目前，磁共振成像（magnetic"resonance"imaging，MRI）是檢查膝關(guān)節(jié)損傷的常用無創(chuàng)手段之一，其具有無輻射、軟組織分辨力高、早期診斷準(zhǔn)確性較高等優(yōu)勢，在臨床診斷中發(fā)揮重要作用[2]。然而，因外傷患者難以耐受長時間檢查，在對急性膝關(guān)節(jié)軟骨損傷患者進(jìn)行序列選擇時，應(yīng)充分考慮序列的耗時性等相關(guān)因素[3]。近年來，國內(nèi)外有關(guān)軟骨的敏感序列及其定量研究報(bào)道逐漸增多，如多回波梯度成像（multi-echo"data"merging"imaging，MERGE）、三維抑脂快速擾相梯度回波（three-dimensional"fat"suppression"fast"disturbed"phase"gradient"echo，3D-FS-"SPGR）、雙激發(fā)平衡式穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動序列（fast"imaging"employing"steady-state"acquisition"cycled"phases，F(xiàn)IESTA-"C）等均可較好地顯示軟骨形態(tài)[4-6]。既往研究多集中于彌散張量成像、彌散加權(quán)成像、軟骨延遲動態(tài)增強(qiáng)成像等的報(bào)道[7-13]。鑒于此，本研究隨機(jī)選取2019年6月至2020年6月杭州市第九人民醫(yī)院收治的急性膝關(guān)節(jié)軟骨損傷患者40例，分析MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列掃描對膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷的診斷價值。

1""資料與方法

1.1""一般資料

回顧性選取2019年6月至2020年6月杭州市第九人民醫(yī)院收治的急性膝關(guān)節(jié)軟骨損傷患者40例，均為單側(cè)損傷。其中，男24例，女16例，年齡18～35歲，平均（28.05±3.14）歲；損傷側(cè)別：左膝24例，右膝16例。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡gt;18歲；膝關(guān)節(jié)MRI檢查后擬行膝關(guān)節(jié)手術(shù)治療；就診前1～3d存在明確外傷史或確診為膝關(guān)節(jié)軟骨損傷；既往無膝關(guān)節(jié)手術(shù)治療史。排除標(biāo)準(zhǔn)：骨關(guān)節(jié)炎患者；既往有膝關(guān)節(jié)軟骨損傷病史者；合并認(rèn)知功能障礙、精神異常的患者。患者均行MRI常規(guī)掃描，包括T1加權(quán)成像（T1"weighted"imaging，T1WI）、T2加權(quán)成像（T2"weighted"imaging，T2WI）、質(zhì)子密度加權(quán)成像（proton"density"weighted"imaging，PDWI）序列，同時行MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列掃描。所有患者均在4周內(nèi)行外科或膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)，每個膝關(guān)節(jié)均設(shè)置6個觀察面，分別為髕骨后、股骨外髁、股骨內(nèi)髁、股骨滑車、脛骨外側(cè)平臺、脛骨內(nèi)側(cè)平臺。本研究經(jīng)杭州市第九人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（倫理審批號：2023-013）。

1.2""檢查方法

檢查儀器為美國GE公司光纖1.5T"Optima"MR"360掃描機(jī)，采用八通道膝關(guān)節(jié)表面線圈。患者取仰臥位，下肢伸直，腳先進(jìn)，以髕骨下緣為定位線中心處進(jìn)行掃描。T1WI掃描參數(shù)：回波時間（echo"time，TE）=11ms，重復(fù)時間（repetition"time，TR）=550ms，層厚=1.0mm，矩陣288mm×256mm，視野（field"of"vision，F(xiàn)OV）18cm×18cm；T2WI掃描參數(shù)：TE=79ms，TR=3600ms，層厚=1.0mm，矩陣288mm×256mm，F(xiàn)OV"18cm×18cm；PDWI掃描參數(shù)：TE=34ms，TR=2000ms，層厚=1.0mm，矩陣288mm×256mm，F(xiàn)OV"18cm×18cm；MERGE掃描參數(shù)：TE=2.9ms，TR=650ms，層厚=1.0mm，矩陣288mm×256mm，F(xiàn)OV"18cm×18cm；FIESTA-C掃描參數(shù)：TE=1.8ms，TR=5.1ms，層厚=2.0mm，矩陣256mm×192mm，F(xiàn)OV"18cm×18cm；3D-FS-SPGR掃描參數(shù)：TE=13ms，TR=20.4ms，層厚=2.0mm，矩陣256mm×192mm。所有圖像傳至ADW"4.6工作站進(jìn)行分析。

1.3""圖像處理及分析

由資深影像科醫(yī)生對所有患者術(shù)前不同序列的MRI圖像進(jìn)行臨床分析，判斷軟骨損傷級別；之后對照手術(shù)結(jié)果，分別對患者膝關(guān)節(jié)軟骨的各個序列表現(xiàn)進(jìn)行分析。根據(jù)Recht分級[14]和Outerbridge分級[15]方法對患者M(jìn)RI檢查及關(guān)節(jié)鏡結(jié)果進(jìn)行分級。0級：MRI和關(guān)節(jié)鏡均顯示關(guān)節(jié)軟骨無異常；1級：MRI提示表面不光滑，內(nèi)部信號不均勻，關(guān)節(jié)鏡顯示表層凹凸不平，侵蝕深度lt;50%；2級：MRI提示異常信號超過50%，但軟骨下低信號線輪廓未見異常，關(guān)節(jié)鏡可見軟骨碎片或裂隙，深度≥50%，但未侵及軟骨下骨；3級：MRI提示軟骨連續(xù)性中斷或部分軟骨層缺失，軟骨下低信號線下陷、變形，關(guān)節(jié)鏡可見軟骨碎片或裂隙，侵及軟骨下骨，直徑lt;1cm（包括單純軟骨骨折）；4級：MRI提示軟骨層完全缺失，直徑≥1cm，低信號線中斷或消失，關(guān)節(jié)鏡示軟骨層完全缺損，大范圍暴露軟骨下骨，直徑≥1cm（包括撕脫型或縱形骨軟骨骨折）。

1.4""統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

將相關(guān)數(shù)據(jù)錄入SPSS"23.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件。計(jì)算敏感度、特異性、準(zhǔn)確度，分析MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列評估不同級別膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷的價值。Kappa分析MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列評估不同級別膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷與臨床手術(shù)結(jié)果的一致性。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2""結(jié)果

2.1""患者的臨床手術(shù)結(jié)果

40例患者中，合并骨折15例，合并韌帶損傷16例，合并半月板損傷5例，單一軟骨損傷4例。在所選的240個觀察軟骨面中，軟骨面正常157處（0級）；軟骨表層侵蝕，凹凸不平，深度lt;50%有13處（1級）；軟骨面出現(xiàn)碎片、裂隙，深度≥50%有27處（2級）；軟骨全層損傷，累及軟骨下骨皮質(zhì)（包括單純骨軟骨骨折），但損傷面積較小（lt;1cm2）有19處（3級）；嚴(yán)重軟骨損傷，且面積≥1cm2有24處（4級），見圖1～圖5。

2.2""三種檢查序列結(jié)果與臨床手術(shù)結(jié)果的一致性分析

MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列與臨床手術(shù)結(jié)果的一致性分析顯示，Kappa值分別為0.57、0.90、0.81，見表1。

2.3""三種檢查序列對膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷的診斷價值

MERGE、FIESTA-C和3D-FS-SPGR序列對膝關(guān)節(jié)不同級別急性軟骨損傷診斷的敏感度分別為89.67%、91.95%和94.54%，特異性分別為95.23%、98.90%和95.33%，見表2。

3""討論

膝關(guān)節(jié)軟骨為透明軟骨，其在維持可動關(guān)節(jié)的正常活動方面具有重要作用[16]。膝關(guān)節(jié)軟骨損傷易導(dǎo)致患者膝關(guān)節(jié)疼痛及功能受限，對患者的日常生活造成極大影響。急性軟骨損傷與慢性軟骨損傷如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、骨性關(guān)節(jié)炎等明顯不同，若未合并韌帶撕裂、半月板撕裂、骨折等其他關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的損傷，則容易被忽視，使患者失去最佳治療時機(jī)。由于軟骨的再生能力與修復(fù)能力較差，關(guān)節(jié)磨損風(fēng)險(xiǎn)較高，進(jìn)而可進(jìn)展為骨性關(guān)節(jié)炎，引發(fā)不可逆損害，降低患者的生活質(zhì)量[17]。

膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的MRI診斷主要依據(jù)其軟骨信號改變及形態(tài)變化，如軟骨輪廓變薄、部分增厚或游離軟骨片、缺失或顯示裂隙等均為形態(tài)學(xué)改變的主要表現(xiàn)[18]。對正常軟骨，MERGE序列可清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨的三層結(jié)構(gòu)，其中表層呈現(xiàn)明顯高信號，中間層亦為高信號，較表層信號稍低，而深層則為低信號鈣化帶。3D-FS-SPGR序列可顯示關(guān)節(jié)軟骨的四層結(jié)構(gòu)，其中表層呈現(xiàn)明顯高信號，中間層為稍低信號，深層為高信號，而最內(nèi)層為低信號鈣化帶，但其邊界類似于抑脂后的骨髓信號，因此難以有效辨別。FIESTA-C序列對關(guān)節(jié)軟骨的分層多顯示為三層，其中最外層為稍高信號，厚度偏薄，中間層信號灰度較表層降低，但稍高于骨髓信號，而內(nèi)層為部分放射帶及鈣化帶，厚度較均勻，且為明顯低信號層，其信號灰度較抑脂后的骨髓信號降低。急性膝關(guān)節(jié)外傷合并軟骨損傷時，選擇3D-FS-SPGR序列進(jìn)行最大密度投影重建，可得到直觀、清晰的軟骨圖像，有助于臨床診斷。3D-FS-SPGR序列對1級軟骨損傷進(jìn)行評估時，雖軟骨信號較佳，但不排除假陰性的可能；對2～3級軟骨損傷進(jìn)行評估時，F(xiàn)IESTA-C序列可直觀、清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨缺損和水腫狀況，而3D-FS-SPGR序列經(jīng)最大密度投影后處理，可獲取三維軟骨圖像，準(zhǔn)確定位損傷部位，便于臨床醫(yī)生診斷。因此，3D-FS-SPGR序列與最大密度投影重建進(jìn)行結(jié)合，可更為直觀地顯示2～3級軟骨損傷狀況。對4級軟骨損傷的評估，即便是常規(guī)序列，亦能獲得較準(zhǔn)確的診斷結(jié)果，而若采用3D-FS-SPGR序列+最大密度投影重建，則對損傷部位及其范圍的評估更為準(zhǔn)確。

本研究發(fā)現(xiàn)，相比MERGE、3D-FS-SPGR序列，F(xiàn)IESTA-C序列評估各級別膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷與手術(shù)結(jié)果的一致性較高，其Kappa值為0.90，其中對4級軟骨損傷的診斷準(zhǔn)確率為100%；其次為3D-FS-"SPGR序列，其Kappa值為0.81；而MERGE序列的Kappa值較低，僅為0.57，但具有中等一致性，聯(lián)合其他序列有可能增加診斷準(zhǔn)確性。3D-FS-SPGR序列敏感度最高，為94.54%；其次是FIESTA-C序列，為91.95%；MERGE最低，為89.67%。FIESTA-C序列特異性最高，為98.90%；而3D-FS-SPGR與MERGE序列特異性較接近，分別為95.33%和95.23%。此外，本研究結(jié)果顯示，MERGE、3D-FS-"SPGR、FIESTA-C三種序列對評估1級軟骨損傷的準(zhǔn)確度均不高，分析其原因可能與MRI評估低級別軟骨損傷時顯示表層軟骨以下的軟骨信號異常有關(guān)。

綜上所述，F(xiàn)IESTA-C序列對膝關(guān)節(jié)不同級別急性軟骨損傷的診斷結(jié)果與臨床手術(shù)的符合度高于MERGE、3D-FS-SPGR序列，具有良好的軟骨/關(guān)節(jié)液、軟骨/骨對比度，可清晰顯示軟骨鈣化帶狀況。FIESTA-C序列在評估低級別軟骨損傷時，更能顯示表層軟骨損傷和軟骨水腫狀況。3D-FS-SPGR序列通過改動參數(shù)可有效縮短掃描時間，可作為膝關(guān)節(jié)急性軟骨損傷的優(yōu)化序列，但其對低級別軟骨損傷的診斷價值偏低。無論是在軟骨顯示方面，亦或是與臨床手術(shù)結(jié)果對照方面，F(xiàn)IESTA-C和3D-FS-"SPGR序列均優(yōu)于MERGE序列。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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