UTE與T2＊mapping成像技術定量評估肩袖撕裂的對照研究

曹馨月，衛(wèi)建國，陳凱，陳振濤，汪波，劉放，陳杰，徐左旭，黃丙倉*

作者單位：1.上海市浦東新區(qū)公利醫(yī)院影像科，上海200135；2.佳能醫(yī)療系統(tǒng)（中國）有限公司，北京100020

肩袖撕裂是常見的肩部受傷，會隨著人口老齡化的增長而增加，患病率從5%到38.9%不等[1]，患者生活質(zhì)量嚴重下降并承受著巨大的經(jīng)濟負擔。不同的撕裂程度對應著不同的治療方式，合適的治療方式可以減少患者的痛苦，提高肩關節(jié)功能[2]。

目前肩關節(jié)疾病的診斷主要靠影像學手段，肩袖撕裂在X線上無法區(qū)分，磁共振成像因其獨特的軟組織對比度、分辨率高的優(yōu)勢，成為肩袖撕裂的有效診斷方式[3]，尤其對大的撕裂如全層撕裂有很大優(yōu)勢[4]。以往的臨床診斷都是基于視覺評估，如Zlatkin 等[5]通過分級系統(tǒng)在MRI 上診斷肩袖撕裂的敏感度與特異度得到顯著提高；Seeger 等[6]和Kieft 等[7]證明了MRI 在顯示臨床撞擊綜合征患者軟組織和骨骼變化方面的有效性，包括全層肩袖撕裂的患者。隨著技術的發(fā)展，定量研究慢慢普及，目前針對組織T2 弛豫時間的定量方法主要有兩種，一個是T2*mapping 技術，一個是超短回波時間(ultrashort-echo-time，UTE)技術。Ashir 等[8]研究了UTE 序列在肩袖有癥狀患側(cè)與無癥狀對側(cè)的分析；T2*mapping 技術多用于膝關節(jié)關節(jié)軟骨的評估[9]；Williams 等[10]用UTE 序列定量評估了膝關節(jié)力學與軟骨的關系。但是尚未有對此兩種序列的診斷效能進行比較的報道。

本研究應用UTE 和T2*mapping 技術，基于Zlatkin 分級，比較兩種技術在分級間的敏感度及診斷肌腱撕裂的效能，并得到相應的閾值，從而指導臨床選擇正確的治療方案。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究回顧性分析2021 年3～4 月上海市浦東新區(qū)公利醫(yī)院肩關節(jié)損傷患者39 例。其中男21 例，女18 例。納入標準：患肩關節(jié)疼痛并存在岡上肌肌腱損傷或撕裂。排除標準：有肩關節(jié)手術史；因其他病因?qū)е碌募珀P節(jié)疼痛。本研究經(jīng)過上海市浦東新區(qū)公利醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準(批準文號：GLYY1s2021-026)，免除受試者知情同意。

1.2 MRI掃描方法

所有患者均行佳能Vantage Titan 3.0 T 核磁檢查。患者取仰臥位，上臂伸直與B0 場平行，手掌朝上，用綁帶固定以保證肩關節(jié)位置相同。掃描序列有常規(guī)序列，包括AX T2WI FS、COR T1WI、COR T2WI、COR PDWI、SAG T2WI FS 及多回波序列包括UTE、T2*mapping。常規(guī)序列用以診斷肩袖撕裂情況，UTE及常規(guī)多回波T2*序列定量值用來測量。掃描參數(shù)：UTE：TR=14.3 ms，TE=0.096/2.7/5.3/7.9 ms，F(xiàn)A=10°，B/W=488.2 KHz，視野256×256，NAQ=1，層厚=2，層數(shù)=100，掃描時間15 min 16 s；T2*mapping：TR=903.1 ms，TE=4.6/9.2/13.8/18.4/23/27.6 ms，F(xiàn)A=70°，B/W=488.2 KHz，視野256×256，NAQ=1，層厚=3，層數(shù)=18，掃描時間2 min 54 s。

1.3 定量值測量

用IimageJ.Ink (版本1.53，writte in Java)處理圖像得到R 值及相應的偽彩圖。找到岡上肌腱最大的層面，若有撕裂則選擇撕裂最大層面，在兩個序列的相同位置勾畫相同面積的感興趣區(qū)(region of interest，ROI)；將岡上肌腱分為三個亞區(qū)[8]，分別為外側(cè)亞區(qū)、中間亞區(qū)和內(nèi)側(cè)亞區(qū)。在每個亞區(qū)勾畫3 個相同面積的圓形ROI，保證每3 個ROI 在各自的亞區(qū)內(nèi)同時覆蓋病變區(qū)域，并對每個亞區(qū)的R 值取平均值，以此消除設備因素對圖像的干擾，見圖1。選取三角肌的R值為基線值，計算每個亞區(qū)R 平均值與三角肌R 值的比值，得到各個亞區(qū)的相對值，消除了環(huán)境因素對定量值的影響。

1.4 Zlatkin分級方法

由兩名有經(jīng)驗的影像科醫(yī)師分別進行評估，對岡上肌肌腱進行Zlatkin 分型。Ⅰ型為肌腱炎，T1WI 信號增高，無任何形態(tài)學改變；Ⅱ型為岡上肌腱撕裂，T1WI 信號增高，肌腱外形不規(guī)則且變薄，T2WI 信號增高；Ⅲ型為岡上肌腱大撕裂，T1WI上可見岡上肌腱完全撕裂，邊緣不規(guī)則且磨損，同時岡上肌嚴重萎縮并伴有肩鎖關節(jié)退行性改變，T2WI 上進一步顯示岡上肌腱斷裂，液體填充入斷裂的肌腱，如圖2。當意見不一致時，由兩位醫(yī)師共同商討決定。

1.5 統(tǒng)計學分析

采用Image J軟件對進MRI圖像行定量值測量。由于T2*值差距微小，采用R 值進行評估。軟件通過單指數(shù)衰減模型S=S0e-TE/T2*，對T2*值進行擬合運算，其中S為多回波圖像的融合圖像信號強度，S0為對應TE值圖像的信號強度，計算得到T2*值后再取其倒數(shù)得到相應的R圖。Zlatkin分級不同觀察者間采用Kappa 一致性檢驗，Kappa 值在0～0.2 代表極低一致性；在0.21～0.40代表一般一致性；在0.41～0.60代表中等一致性；在0.61～0.80代表高度一致性；在0.81～1代表幾乎完全一致。兩種序列不同亞區(qū)Zlatkin分級的比較采用Kruskal-WallisH檢驗，若差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)則采用LSD兩兩多重比較。將肌腱分為肌腱連續(xù)組與肌腱撕裂組，連續(xù)組為Ⅰ級，撕裂組為Ⅱ級與Ⅲ級，通過ROC曲線判斷兩個序列區(qū)分肌腱撕裂的敏感度與特異度，并通過約登指數(shù)找出其R閾值。

2 結(jié)果

2.1 觀察者間Zlatkin分級一致性評估

兩名醫(yī)師對Zlatkin分級，共同認為Ⅰ型的有20例，Ⅱ型的有11例，Ⅲ型的有4例。Ⅰ型與Ⅱ型間不一致的有3例，Ⅱ型與Ⅲ型間不一致的有1 例，具有高度診斷一致性(Kappa 值為0.821)，如表1。

表1 兩位醫(yī)師對Zlatkin分級的一致性比較

2.2 兩種技術定量評估

對不同亞區(qū)兩種序列Zlatkin 分級比較如表2，得到在兩個序列的外側(cè)亞區(qū)與中間亞區(qū)差異均具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。其中，UTE 技術條件下中間亞區(qū)的分級間差異有顯著統(tǒng)計學意義(P＜0.01)。通過LSD 檢驗分析組間差異，如圖1，在UTE 序列，外側(cè)亞區(qū)Ⅰ型與Ⅲ型差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，中間亞區(qū)的Ⅰ型與Ⅲ型差異有顯著統(tǒng)計學意義(P＜0.01)，且兩個亞區(qū)在Ⅱ型與Ⅲ型間差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)；在T2*mapping 序列，外側(cè)亞區(qū)與中間亞區(qū)僅Ⅱ型與Ⅲ型差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)?？梢缘玫経TE 序列比T2*mapping序列對Zlatkin分級的差異性更明顯，UTE不僅可以區(qū)分Ⅱ型與Ⅲ型之間的差異，也可以區(qū)分Ⅰ型與Ⅲ型的差異；其次，UTE 技術可以更敏感地區(qū)分中間亞區(qū)之間的分級比較，相比T2*mapping序列更有優(yōu)勢。

圖1 兩種序列兩兩間組間比較。A 與C 分別是UTE序列的中間亞區(qū)和外側(cè)亞區(qū)的Zlatkin分級，在Ⅰ級與Ⅲ級、Ⅱ級與Ⅲ級間差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。B與D分別是T2*mapping在中間亞區(qū)與外側(cè)亞區(qū)的Zlatkin分級，僅在Ⅱ級與Ⅲ級間存在顯著性差異(*：P＜0.05，**：P＜0.01)

表2 兩種序列不同亞區(qū)對Zlatkin分級的比較

用Image J 軟件處理不同分型間R 值圖像。圖2 是岡上肌腱Zlatkin 分型間四個序列的比較圖。UTE 與T2*mapping技術下肩關節(jié)R 圖中，暖色調(diào)代表T2*值越低，冷色調(diào)代表T2*值越高。圖2中第一排代表Ⅰ級，如2C，岡上肌腱呈連續(xù)暖色調(diào)(黃色)，意味著岡上肌腱完整，不存在撕裂(如箭所示)；第二排代表Ⅱ級，如2G，岡上肌腱暖色調(diào)消失，呈連續(xù)淡藍色，意味著存在微小撕裂(如箭所示)；第三排代表Ⅲ級，如2K，深藍色與淡藍色夾雜于岡上肌腱，意味著肌腱存在大撕裂(如箭所示)。在Ⅰ型與Ⅲ型，Ⅱ型與Ⅲ型中，外側(cè)亞區(qū)與中間亞區(qū)存在明顯顏色變化，且在中間亞區(qū)變化最明顯，符合上述結(jié)論。對比圖2D、2H、2L,發(fā)現(xiàn)T2*mapping 技術區(qū)分肌腱信號不如UTE 明顯，且層次不夠豐富。在區(qū)分Ⅱ型與Ⅲ型之間的差別時，仍可通過顏色來判斷，但特異度不高。其肱骨頭內(nèi)脂肪含量未能很好展示，且由于近線圈效應，組織T2*值不穩(wěn)定。同時可以看到短T2*值的組織在UTE 圖像中可被明顯區(qū)分，且通過顏色變化可判斷其含量，如肱骨頭內(nèi)的脂肪含量，在Ⅰ型時含量充足，Ⅱ型與Ⅲ型脂肪信號顯著降低。

2.3 兩種技術診斷效能比較

通過上述結(jié)論得到UTE 序列不論在區(qū)分組織層次還是圖像特異度與敏感度上都優(yōu)于T2*mapping 序列。為了更好地定量指導臨床區(qū)分肌腱是否撕裂，將肌腱分為連續(xù)組與撕裂組，連續(xù)組為Zlakin 分級的Ⅰ型，撕裂組為Zlakin 分級的Ⅱ型與Ⅲ型，比較兩個技術的診斷效能。如圖3，在外側(cè)亞區(qū)，UTE 與T2*mapping 序列診斷的準確度差異均無統(tǒng)計學意義；中間亞區(qū)僅UTE 序列診斷的準確度差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，AUC=0.782。以此結(jié)論為基礎，利用中間亞區(qū)的UTE 序列得到的R 值計算約登指數(shù)，從而得到判斷肌腱連續(xù)和撕裂的閾值為3.0755，其敏感度為0.750，特異度為0.645。

3 討論

本研究通過以上結(jié)果表明，UTE技術無論從圖像內(nèi)容的豐富度還是從定量診斷肌腱撕裂的敏感度與特異度來看，均比T2*mapping 技術更有臨床意義與價值。在未來臨床工作中，可以考慮定量使用UTE序列進行疾病的診斷。

3.1 UTE序列較T2*mapping技術的先進性

UTE 序列利用其特殊的K 空間采樣技術可以使回波時間(echo time，TE)達到50 μs 到250 μs 之間，甚至短至幾個μs[11]，而T2*mapping 技術對TE 最短回波時間有限制，往往達不到UTE 的超短回波時間。在人體組織中如肌腱、韌帶、半月板、骨膜、皮質(zhì)骨、筋膜、牙本質(zhì)、牙釉質(zhì)等均是T2 弛豫時間極短的組織，大多在10 ms 以下，有些甚至不到1 ms[12]。若TE 時間不夠短，便采集不到極短T2 弛豫時間的組織，導致信號丟失得不到組織信息[13]。由于脂肪的T2 值很短，T2*mapping 技術的TE 值不足以捕捉脂肪的信號，導致其肱骨頭內(nèi)脂肪信號丟失。而UTE 技術因為有超短TE 時間，足夠捕捉極短T2 值的組織，所以在UTE 圖像中可以表現(xiàn)出脂肪含量的變化，如圖2。

3.2 UTE序列在肩袖撕裂中的臨床價值

本研究顯示，UTE 序列在Zlatkin 分級中不能很好地區(qū)分Ⅰ型和Ⅱ型，我們判斷由于肌腱的撕裂本身存在內(nèi)在因素和外在因素[14,15]，由于老化，肌腱本身的退行性改變是其內(nèi)在因素，如肌腱內(nèi)血供減少(關節(jié)硬化)，纖維蛋白樣變性，肌腱止點斷裂；外部因素大多與肩峰下撞擊有關，這兩個因素都可能造成肌腱斷裂的發(fā)生[16,17]。而肌腱炎主要表現(xiàn)為微膠原纖維紊亂，蛋白多糖和糖胺聚糖含量增加，細胞增生和新生血管形成，也是一種退行性改變[18]。當肌腱的微撕裂是由于其內(nèi)在因素導致時，便很難與肌腱炎區(qū)分[19]。

因此將肌腱分為連續(xù)組與撕裂組，撕裂組包含了微撕裂與大撕裂[19]，以此來定量評估肌腱的撕裂情況。通過上述結(jié)論可知，僅UTE 序列的中間亞區(qū)具有診斷效能，其判斷肌腱連續(xù)與撕裂的閾值為3.0755，其敏感度為0.750，特異度為0.645。不僅證實了UTE 序列的優(yōu)勢，也為臨床判斷肩袖是否撕裂提供了另一個思路。

目前已經(jīng)有一些文獻報道在肩關節(jié)處用UTE 技術的定量研究。Krepkin 等[20]通過對岡上肌腱定量值分析，發(fā)現(xiàn)岡上肌腱的T2*值與剪切波超聲彈性成像(shear-wave ultrasound elastography，SWE)存在關聯(lián)。華山醫(yī)院通過對岡上肌腱定量值分析可預估肩袖術后愈合情況[21]。Ashir等[22]利用超短回波時間UTE 序列發(fā)現(xiàn)單側(cè)肌腱撕裂患者其無癥狀對側(cè)肩也會伴隨肩袖損傷。同時在肩關節(jié)盂唇處也有研究，Ma 等[23]通過UTE 序列對盂唇的丟失進行量化分析，發(fā)現(xiàn)UTE 可以完美地呈現(xiàn)盂唇的各個結(jié)構。本文通過對兩種定量技術的比較分析證明了UTE 序列的先進性，為臨床工作提供了新的思路。

3.3 本研究的局限性

(1)研究樣本量較少；(2)未能手術證實肌腱是否完整；(3)存在魔角效應[24]，可能對T2*值影響較大。未來可研究肌腱負荷多大時會使肌腱斷裂，肌腱通過改變成分和力學性能來適應機械載荷，可通過超短回波時間UTE 序列對最佳肌腱功能的適當負荷(體積、強度和頻率)的量化進行研究。

綜上所述，UTE序列圖像顯示的組織特異度與敏感度均比T2*mapping 序列高且能更好地判斷肩袖撕裂情況，并發(fā)現(xiàn)中間亞區(qū)敏感度更高，可定量區(qū)分肩袖是否撕裂從而指導臨床進行相應治療，為臨床工作提供一種新的思路。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。