三维脂肪抑制扰相梯度结合三维重建技术在膝关节软骨病损诊断中的应用

三维脂肪抑制扰相梯度结合三维重建技术在膝关节软骨病损诊断中的应用

随着mri新技术的发展，临床上用于检查关节软骨的扫描序列不断增加，但不同的序列对关节软骨造成损伤的能力不同。因此，在临床上选择不同的扫描序列来正确检测软骨病变非常重要。3D-FS-SPGR序列在关节软骨的实验研究中显示了明显的优势,但在临床对活体关节软骨的研究还比较少,而且不够全面。本文总结了一些初步经验报道如下。1数据和方法1.1骨关节炎临床诊断情况选取骨关节炎和膝关节外伤患者共54人58膝,其中男29人,女25人,年龄14～62岁,平均41.2岁。临床诊断骨关节炎42例,膝关节外伤9例。其中12例为手术证实。采用美国GE公司生产的SignaMR/i型1.5T超导型磁共振机检查,用美国SUN公司生产的ADW3.1型图像工作站进行图像后处理。1.2患者血清tir、三维扰相梯度回波序列和3d-fs-spgr将患膝置于5Gp柔软表面线圈,行矢状面扫描。扫描序列共八种:快速自旋回波(FSE):T1WI、T2WI和PDWI双回波;短-TI反转恢复序列(STIR)、二维脂肪抑制扰相梯度回波序列(2D-FS-SPGR)、三维扰相梯度回波序列(3D-SPGR)、三维脂肪抑制扰相梯度回波序列(3D-FS-SPGR)和三维脂肪抑制梯度回波序列(3D-FS-GRE)。全部患膝均做了T1WI、T2WI、PDWI和3D-FS-SPGR四种序列扫描,其中34人35膝加做了3D-FS-GRE序列,25人25膝加做了STIR序列,5人5膝做了2D-FS-SPGR和3D-SPGR序列扫描。扫描主要基本参数见表1。1.3序列诊断结果将关节软骨分为四部分,即髌骨关节面、股骨髌面、股骨胫面和胫骨关节面,全部病例共获得232份关节软骨。对各组病例各种序列的各部分关节软骨进行分级诊断,诊断标准采用Outerbridge软骨分级法。详细分级标准见表2。将各序列的检查结果按上述标准进行分级诊断,计算各种序列关节软骨病损的检出率和手术病人中各序列术前诊断的准确性。统计学方法采用单因素方差分析。2d-fs-spgr序列的检查从表3六种序列检查的51例55膝患者220份关节软骨分级的分析结果可以看出,六种序列的病损检出率间存在显著性差异(χ2=23.523,Ρ<0.001)。从T1WI序列,经GRE、STIR、PDWI和T2WI序列,到3D-FS-SPGR序列关节软骨的病损检出率逐渐增高,分别为8.91%、16.36%、19.32%、19.57%、21.36%和24.09%。3D-FS-SPGR序列在Ⅱ～Ⅳ级软骨病损的检出率均高于其他序列,但在Ⅰ级软骨病损其检出率要低于STIR和T2WI序列。12例膝关节病人做了手术治疗,其中外伤7例,退行性骨关节炎5例。将关节软骨亦按髌骨关节面,股骨髌面,股骨胫面,胫骨关节面分为四处共48份软骨。术前磁共振检查结果:T1WI序列发现关节软骨病损4处,T2WI序列发现12处,PDWI序列发现10处,SPGR序列发现15处。手术结果共发现软骨病损16处。四种扫描序列关节软骨病损的检出率分别为25%、75%、62.5%和93.75%。3关节镜检测的软骨因外伤和炎症引起骨关节病的最早变化部位是关节软骨,而关节软骨病损发生的最早变化是蛋白多糖含量的降低,这导致软骨的水合作用增强和胶原T2缩短效应的下降,造成软骨信号的增高。这些信号的改变是软骨出现形态学变化之前发生的最早变化。病变进一步发展,软骨表面逐渐发生不同程度的缺损,最后软骨全层缺损,软骨下骨质裸露。软骨内信号的改变在T2WI和STIR序列较敏感,呈软骨内的高信号区,而在T1WI序列敏感性较差。3D-FS-SPGR序列由于软骨呈明显高信号,病损表现为软骨内的低信号区,发现病变也较敏感,但较抑脂T2WI序列差。本研究Ⅰ级软骨变性的检出结果证实了这一点。由于关节软骨病损时大多伴有不同程度的关节积液,所以关节软骨与骨髓和关节液的分界是诊断关节软骨缺损的关键。另外,软骨下黑线显示的厚薄也会直接影响整个关节软骨的显示。T1WI序列软骨与软骨下骨质分界明显,但软骨与关节液的分界较差,软骨表面轮廓显示不清,对病变的信号显示也较差,因此病变的检出率较低,本研究检出病变的阳性率只有25%。T2WI序列软骨与软骨下骨质、关节液分界均较明显,尤其与后者分界非常强烈,对软骨表面的缺损发现率较高,本研究病变检出率达到75%。但软骨下黑线显示较宽且软骨呈中低信号,信噪比较差,使发现病灶的能力受到限制。Broderick研究发现T2WI序列对轻度软骨缺损敏感性差,但对中重度缺损很有价值,结果与关节镜高度相关,两者分级结果一致者为93%。PDWI序列反映了膝关节各结构质子构成的情况,发现病变能力只比T1WI序列优越,局限性较大。但增加相位编码数量,软骨病损的诊断准确性明显增加。STIR序列抑制了脂肪组织,使骨髓呈低信号,但由于重复时间亦较长,所以软骨也呈中低信号,软骨同软骨下骨质分界不清;而软骨同关节液分界类似T2WI序列非常强烈,便于发现软骨表面缺损。国内外应用该序列研究关节软骨的报道还很少。本研究该序列的软骨损伤检出率不高,但对Ⅰ级软骨变性意义较大。以上序列由于均是二维扫描,层厚和层间距有一定限制,层厚最小只能到3mm,使图像分辨率和信噪比受到限制,所以制约了软骨病变的发现能力。3D-FS-SPGR序列和3D-FS-GRE序列均采用三维容积数据采集,能任意薄层且无间隔,明显提高了图像的分辨率和信噪比,使关节软骨均呈明显高信号,骨髓呈明显低信号,两者分界清晰。但由于前者反映的是准T1WI图像,而后者反映的是准T2WI图像,故前者关节液呈低信号,与关节软骨分界清楚,而后者关节液呈高信号,与关节软骨混淆在一起,对关节软骨表面轮廓的显示较差,难以发现软骨的表面小缺损。Uhl用实验比较研究了多种序列,发现脂肪抑制序列优于无脂肪抑制序列;所有三维序列均优于SE和FSE序列;3D-FS-SPGR序列和3D-FS-GRE序列间发现软骨缺损无显著性差异。最后一种结论与本临床研究不符,是由于实验中未受到关节液的影响。而在临床软骨病损时多伴有不同程度的关节积液,因而还应考虑关节液对软骨病损检出率的影响。在基本扫描参数不变的前提下,我们还在5例患膝尝试了2D-FS-SPGR和3D-SPGR两种序列扫描,目的是显示3D-FS-SPGR序列中三维扫描和脂肪抑制的优势。结果2D-FS-SPGR序列由于是二维扫描且又加上脂肪抑制序列,图像的信噪比和分辨率都明显下降,关节软骨显示欠佳;而3D-SPGR序列虽然图像信噪比和分辨率均较高,但由于未加脂肪抑制,软骨与周围组织对比度明显下降,而不利于显示关节软骨病变。本组关节软骨三维重建技术是采用最大密度投影法进行数据重建,由于软骨信号高于周围组织信号,故能重建出软骨的三维图像。国内外仅见个别报道。Peterty将软骨的三维重建图与大体标本比较,两者的相关性良好。通过图像的旋转,多角度的显示各部位关节软骨的三维图像,尤其对髌软骨和股骨髁软骨显示更佳,能在软骨二维图像的基础上提供更丰富的软骨信息,较好地显示软骨病损的大小、位置和范围(图1,2)。但在关节软骨的三维重建过程中还需注意以下事项:第一,采集原始图像中产生的伪影也会影响软骨的表面三维显示。例如,包绕膝关节的线圈空隙不能太大,否则会产生高信号伪影,影响图像质量。第二,因为软骨的三维重建图像的分辨率较二维图像差,因而对原始图像的质量要求较高,在