磁共振三維水激發(fā)序列對(duì)踝關(guān)節(jié)軟骨成像的影響

張乾營(yíng)，劉旭紅，黃 瑩，韓曉兵，章思竹，阿 浣，張善幽，劉娜紅，何桂鳳

中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第910醫(yī)院放射診斷科，福建 泉州362000

關(guān)節(jié)軟骨的厚薄變化、形態(tài)變化能直接對(duì)中長(zhǎng)期關(guān)節(jié)功能變化產(chǎn)生影響，清晰精確地顯示關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)與三維數(shù)據(jù)在這類研究中至關(guān)重要。國內(nèi)有研究報(bào)道，磁共振3D序列較2D序列顯示軟骨方面有明顯優(yōu)勢(shì)，是未來序列應(yīng)用的主流［1］。目前高分辨三維水激發(fā)（3DWE）序列主要為三種：3D雙回波穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)（3D-DESS）、3D多回波數(shù)據(jù)圖像重合（3D-MEDIC）和3D多回波數(shù)據(jù)圖像重合（3D-VIBE），多用于踝、膝等關(guān)節(jié)軟骨成像方面，各有不同的優(yōu)勢(shì)，并且在不同關(guān)節(jié)的軟骨成像質(zhì)量也各不相同［2-3］。但國內(nèi)關(guān)于踝關(guān)節(jié)軟骨3D成像具體的技術(shù)研究較少。本研究將探討核磁高分辨3D-WE序列在踝關(guān)節(jié)核磁成像中的表現(xiàn)。本次研究以踝關(guān)節(jié)軟骨作為研究對(duì)象，通過比較三種序列掃描軟骨成像，探討此三種序列在踝關(guān)節(jié)軟骨成像中的差異與優(yōu)缺點(diǎn)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇30名男性青年志愿者作為研究對(duì)象，年齡20～25（22.0±1.4）歲，體質(zhì)量48～70 kg。納入標(biāo)準(zhǔn)：無踝關(guān)節(jié)外傷及手術(shù)史；無關(guān)節(jié)疼痛或不適等臨床癥狀；行MRI檢查前1 d及檢查當(dāng)日無訓(xùn)練或鍛煉。排除標(biāo)準(zhǔn)：踝關(guān)節(jié)常規(guī)MRI 檢查表現(xiàn)軟骨、骨質(zhì)、韌帶、軟組織損傷，腫瘤，發(fā)育畸形者；存在MRI檢查禁忌證者。本研究經(jīng)過本單位醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，被試者均填寫一般資料表和簽署志愿協(xié)議。

1.2 成像方法

采用Siemens Skyra 3.0T MR超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)，頭頸聯(lián)合Head/Neck 18通道線圈，為了研究對(duì)比的一致性，保證踝關(guān)節(jié)的脛距關(guān)節(jié)的一致性，被試者踝關(guān)節(jié)需保證一致的體位，為此，筆者團(tuán)隊(duì)專門設(shè)計(jì)一款踝關(guān)節(jié)固定器。足先進(jìn)模式，被試者取仰臥位同時(shí)用磁共振專用固定器固定踝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)以減少運(yùn)動(dòng)偽影。先行踝關(guān)節(jié)常規(guī)三平面定位Loc-plan，因本課題需測(cè)量距骨穹頂于脛骨凹面間前中后3個(gè)位置的間距并求平均值，為保證前中后3個(gè)位點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)均為兩點(diǎn)間最短距離，故最終測(cè)量掃描序列方位均為矢狀位，掃描角度相同，并且在冠狀面、橫斷面定位，均平行于腓距關(guān)節(jié)面，薄層連續(xù)切面，范圍包括整個(gè)踝關(guān)節(jié)。視野均為150 mm×150 mm，矩陣256×256×100%，體素0.6 mm×0.6 mm×0.6 mm，采集次數(shù)為1次，同時(shí)均采用并行采集技術(shù)iPAT（p=2），掃描序列分別是水激發(fā)3D-DESS序列、水激發(fā)3D-MEDIC序列和水激發(fā)3D-VIBE序列。掃描序列及掃描參數(shù)（表1）。

表1 MR掃描序列及參數(shù)列表Tab.1 MR scanning sequence and parameter list

1.3 數(shù)據(jù)處理及圖像分析

由4名從事MR診斷的高年資主治醫(yī)師負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，采集被試者掃描序列的軟骨信噪比（SNR）和軟骨與各組織的對(duì)比噪聲比（CNR）。收集30個(gè)踝關(guān)節(jié)各序列矢狀面的正中層面，選取脛距關(guān)節(jié)面最大的層面，設(shè)定組織感興趣區(qū)，感興趣區(qū)=10 mm2，背景噪聲感興趣區(qū)=30 mm2，分別勾勒脛距關(guān)節(jié)軟骨、脛骨后方皮下脂肪、距骨骨髓、脛骨后側(cè)近踝關(guān)節(jié)處局部腓腸肌、關(guān)節(jié)液和背景噪聲的信號(hào)強(qiáng)度（SI）。每個(gè)組織結(jié)構(gòu)選取3個(gè)數(shù)據(jù)采集區(qū)（圖1），然后計(jì)算平均值，最后根據(jù)公式：SNR=SICartilage/SDnoise及 CNR=(SICartilage-SIother)/SDnoise，計(jì)算SNRCartilage及軟骨-脂肪（CNRca-Fat）、軟骨-骨髓（CNRca-Bone）、軟骨-肌肉（CNRca-Muscle）和軟骨-滑液（CNRca-Fluid）（其中SICartilage為軟骨組織SI，SIOther為其他組織SI，SDNoise為背景噪聲SI）。

圖1 踝關(guān)節(jié)正中矢狀面數(shù)據(jù)測(cè)量示意圖Fig.1 Schematic diagram of ankle midsagittal plane data measurement.

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用方差分析法。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同MR-3D序列踝關(guān)節(jié)正中矢狀面圖像表現(xiàn)

VIBE序列圖像關(guān)節(jié)軟骨邊界顯示明顯比其他兩個(gè)序列圖像清晰，分辨軟骨與關(guān)節(jié)腔積液的能力尤為突出（圖2～4）。

圖2 VIBE序列掃描的踝關(guān)節(jié)矢狀位圖像Fig.2 Image of ankle dysmorphic position scanned by VIBE sequence.

圖3 DESS序列掃描的踝關(guān)節(jié)矢狀位圖像Fig.3 Image of ankle dysmorphic position scanned by DESS sequence.

圖4 MEDIC序列掃描的踝關(guān)節(jié)矢狀位圖像Fig.4 Image of ankle dysmorphic position scanned by MEDIC sequence.

2.2 三種掃描序列所得圖像的軟骨SNR值

VIBE 為15.30±2.90，DESS 為9.47±2.50，MEDIC為18.82±4.47，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=57.75，P＜0.001，事后多重比較P＜0.05）。

2.3 三種序列所得圖像軟骨與其他組織的信噪比平均值比較

三種序列的軟骨與其他組織CNR值的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001，表2）。

表2 不同MR-3D序列關(guān)節(jié)軟骨與其他組織的CNRTab.2 CNR of articular cartilage and other tissues with different MR-3D sequences(Mean±SD)

2.4 三種序列所得圖像軟骨與其他組織的信噪比熱力圖

VIBE序列僅僅在軟骨與脂肪的信噪比弱于其他兩個(gè)序列圖像外，其余信噪比均明顯優(yōu)于另外兩個(gè)序列（圖5）。

圖5 三種序列所得圖像軟骨與其他組織的信噪比熱力圖Fig.5 Comparison of CNR of cartilage and other tissues in three sequences.

3 討論

踝關(guān)節(jié)作為最重要的承重關(guān)節(jié)，踝關(guān)節(jié)軟骨較其他關(guān)節(jié)有更重要的承重要求和運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性要求［4-5］。磁共振成像軟骨成像可以清晰顯示軟骨下關(guān)節(jié)面組織改變狀況［6］，但常規(guī)磁共振2D序列檢查區(qū)分軟骨與關(guān)節(jié)腔積液、軟骨下密致骨方面有欠缺［7］，顯示清晰邊界能力不足，測(cè)量軟骨厚度、體積等數(shù)據(jù)存在不準(zhǔn)等問題［8］。3D序列一次掃描可以多角度重復(fù)顯示軟骨形態(tài)［9-10］，且在＜1 mm的薄層各向同性掃描仍然獲得較高空間分辨率，掃描的圖像分辨力較其他成像序列有明顯增高，降低了空間層面間的相互干擾，明顯提升關(guān)節(jié)面軟骨與鄰近骨質(zhì)、積液間的對(duì)比度［11-12］，能更加準(zhǔn)確地顯示解剖結(jié)構(gòu)［13］，在這些方面較2D序列具有優(yōu)勢(shì)。

3D-DESS序列及3D-MEDIC序列都可以獲得較高的SNR及T2權(quán)重值，組織區(qū)分度良好，關(guān)節(jié)腔內(nèi)組織邊界較清楚，滑液呈明顯高信號(hào)，而關(guān)節(jié)透明骨膜呈中等信號(hào)，軟骨信號(hào)對(duì)比偏差不顯著。國內(nèi)有學(xué)者認(rèn)為DESS序列可以很好的顯示關(guān)節(jié)軟骨，明確軟骨缺損性損傷，可以獲得較高的診斷信心［14］。3D-MEDIC序列目前國內(nèi)多用于各關(guān)節(jié)軟骨成像研究，國內(nèi)外學(xué)者將其用于研究關(guān)節(jié)的軟骨損傷成像研究，認(rèn)為該序列成像圖像優(yōu)秀，顯示邊界清晰，與其他組織區(qū)分度亦較好［15-16］。3D-VIBE序列也是3D-GRE的一種，具有超短TR（3～8 ms）、TE（1～3 ms）和較小角度（10°～15°）射頻脈沖的特點(diǎn)［17］，在薄層掃描時(shí)可以保持較高的信噪比［18］，能夠在高空間分辨率的要求下進(jìn)行各向同性采集，并且掃描時(shí)間短，還有能保持與周圍組織較高CNR的優(yōu)點(diǎn)。有學(xué)者認(rèn)為該序列在關(guān)節(jié)軟骨損傷定量測(cè)量中有很高的實(shí)用價(jià)值［19-20］，軟骨SNR值及CNR明顯高于其他組織，該結(jié)論與本研究相同。

筆者將這三種3D-WE序列進(jìn)行橫向比較，認(rèn)為三種序列均能明顯顯示軟骨，其中VIBE序列圖像在顯示軟骨與其他組織區(qū)分顯示能力方面有明顯優(yōu)勢(shì)，各組織間的對(duì)比CNR顯著，圖像質(zhì)量明顯高于其他兩個(gè)序列，除軟骨與脂肪CNR之外，3D-VIBE序列比其他兩種序列SNR及CNR（軟骨與肌肉、軟骨與骨骼、軟骨與積液）值高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由于踝關(guān)節(jié)腔內(nèi)缺少脂肪，所以在精確測(cè)量踝關(guān)節(jié)腔內(nèi)軟骨數(shù)據(jù)時(shí)，以3D-VIBE序列最好，3D-MEDIC序列次之，3D-DESS序列最差。除軟骨與脂肪CNR之外，SNR及CNR值均高于其他序列，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

綜上所述，3D-WE序列均有較強(qiáng)的軟骨成像能力，但是在顯示軟骨邊際方面各有不同，測(cè)量踝關(guān)節(jié)腔內(nèi)軟骨3D-VIBE序列組織區(qū)分度最好，能更好地顯示軟骨形態(tài)，更準(zhǔn)確地勾勒軟骨邊界及更精確測(cè)算軟骨體積。雖然3D 序列在顯示軟骨邊際上能力超群，但是作為3D-GRE序列的一類，在顯示軟骨內(nèi)部病變方面能力較弱，并不適合臨床病變?cè)\斷應(yīng)用，僅適用于軟骨測(cè)量的定量損傷研究等特殊用途，應(yīng)用范圍較窄，希望今后能夠探索3D-WE序列更加多元的用途。