顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病MRI研究進(jìn)展

王文暉，甄俊平

顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病(temporomandibular disorder，TMD)是顳下頜關(guān)節(jié)(temporomandibular joint，TMJ)和咀嚼肌功能障礙和疼痛的常見疾病，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。TMD的關(guān)節(jié)源性原因通常是由于關(guān)節(jié)盤移位以及炎性和退行性關(guān)節(jié)炎等。TMJ 可涉及一系列先天性、發(fā)育性和獲得性疾病，包括創(chuàng)傷和腫瘤等疾病[1]。2021 年的一項(xiàng)系統(tǒng)回顧和薈萃分析得出結(jié)論，TMD的患病率在成人和老年人為31%，而兒童和青春期為11%[2]。在當(dāng)前的TMD 成像方法中，MRI 對(duì)TMJ 和咀嚼肌區(qū)域提供了出色的軟硬組織可視化，既無電離輻射，又具有良好的空間分辨率和對(duì)比度[3]。近年已出現(xiàn)多種技術(shù)可以對(duì)TMJ結(jié)構(gòu)的生化特性進(jìn)行功能和定量評(píng)估，并通過應(yīng)用各種MRI序列和復(fù)雜的后處理算法進(jìn)行初步研究，從而更好地深入研究TMJ解剖和結(jié)構(gòu)，更好地理解TMD。本文通過對(duì)MRI 在TMD 中的最新進(jìn)展及其未來方向進(jìn)行綜述，希望發(fā)掘新型MRI技術(shù)在TMD研究中的科學(xué)潛力和臨床價(jià)值，從而增加對(duì)該疾病的理解。

1 擴(kuò)散成像在TMD中的應(yīng)用

1.1 擴(kuò)彌散成像的技術(shù)原理與應(yīng)用

擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)是基于假設(shè)水分子隨機(jī)擴(kuò)散位移滿足高斯分布的理想情況下發(fā)展起來的。DWI是最基礎(chǔ)的擴(kuò)散成像形式，是通過量化細(xì)胞和組織內(nèi)的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)，無創(chuàng)地捕捉水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)過程中局部受限的程度和方向，從而間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化。通過更復(fù)雜的雙指數(shù)模型和非高斯模型提出了體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion，IVIM)，從而能夠估計(jì)水分子的真性擴(kuò)散和微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散，恰好彌補(bǔ)了DWI的不足[4]。從生理上講，組織中水分子的擴(kuò)散由于受到細(xì)胞器、細(xì)胞膜和細(xì)胞外間隙等因素限制，其分布及擴(kuò)散移動(dòng)在各個(gè)方向不同，將呈各向異性擴(kuò)散。如TMJ關(guān)節(jié)盤的膠原纖維和咀嚼肌中的纖維束，水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不一致，即存在各向異性，使得擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)成為通過測量其特征值和特征向量來反映組織結(jié)構(gòu)微觀細(xì)節(jié)的合適方法[5]。

肌筋膜疼痛是TMD 最常見的癥狀之一，TMD 中咀嚼肌區(qū)域疼痛的臨床診斷是以肌肉觸診或表面肌電圖為基礎(chǔ)的，但肌電圖對(duì)于解剖位置較深的翼狀肌是不可行的[6]。Sawada 等[7]對(duì)106 例伴有單側(cè)疼痛的TMD 患者進(jìn)行ADC 值量化，咀嚼肌群包括翼外肌(lateral pterygoid muscle，LPM)、翼內(nèi)肌和咬肌，結(jié)果表明數(shù)值無性別差異和疼痛側(cè)咀嚼肌的平均ADC 值顯著高于無痛側(cè)咀嚼肌，因此推斷咀嚼肌的疼痛可能歸因于組織水腫。Ngamsom等[8]發(fā)現(xiàn)LPM的IVIM參數(shù)與TMD患者不同癥狀的特征有關(guān)，比如不可復(fù)位性關(guān)節(jié)盤移位和關(guān)節(jié)積液患者的灌注分?jǐn)?shù)(perfusion fraction，f)顯著高于正?；颊?，另一方面，伴有骨關(guān)節(jié)炎的TMD 患者的真性擴(kuò)散系數(shù)(diffusion coefficient，D)也顯著升高。這些發(fā)現(xiàn)表明，TMD 常伴有使咀嚼肌灌注和擴(kuò)散改變的病理改變，如炎癥和萎縮改變[7-9]。因此，DWI 有助于直接評(píng)估肌肉狀況，以更好地對(duì)TMD 患者治療后的隨訪評(píng)估。

DTI是一種非侵入性工具，可以觀察到在疾病的病理情況下纖維組織和擴(kuò)散特性的規(guī)則模式會(huì)被破壞[5]。Liu 等[10-11]利用DTI 技術(shù)發(fā)現(xiàn)了下頜關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過程中LPM 纖維的形態(tài)和功能變化，選用ADC、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)和水在三個(gè)正交方向上的擴(kuò)散強(qiáng)度作為DTI特征值及肌肉纖維長度和橫截面面積來計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)翼狀肌上頭的收縮與咬合運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)，而翼狀肌下頭可能不參與或只是在這一運(yùn)動(dòng)中起著不顯著的作用，揭示了在下頜張口或緊閉口過程中LPM 的DTI 特征值的顯著差異，在TMD 不同亞組中LPM 的不同步擴(kuò)散率變化意味著使用擴(kuò)散參數(shù)作為指標(biāo)來識(shí)別TMD不同階段LPM功能亢進(jìn)嚴(yán)重程度的可能性，為進(jìn)一步研究TMD的發(fā)病機(jī)制提供了新的思路。Nastro等[12]報(bào)道了兩位下頜骨突出和不對(duì)稱的女性患者在截骨術(shù)后，發(fā)現(xiàn)LPM 的FA 值有所增加。Mormina 等[13]對(duì)磨牙癥患者經(jīng)過咬合板保守治療后進(jìn)行擴(kuò)散張量評(píng)估，觀察咀嚼肌復(fù)合體微觀結(jié)構(gòu)的變化，評(píng)估的每一塊肌肉的FA 降低，平均擴(kuò)散率、軸向擴(kuò)散系數(shù)和徑向擴(kuò)散系數(shù)增加，這些擴(kuò)散張量參數(shù)的變化可能與咀嚼肌慢性收縮的減弱有關(guān)，這影響了肌肉微結(jié)構(gòu)的改變。雖然這些研究很有限，但初步提示DTI 既可以進(jìn)行咀嚼肌復(fù)合體的全景重建，也可以研究咀嚼肌微結(jié)構(gòu)的病理生理變化，有助于更好地評(píng)估TMD，并為患者提供更準(zhǔn)確的預(yù)處理方案。

1.2 擴(kuò)散成像的局限性

首先，由于DWI是低分辨率圖像，無法評(píng)估顳??；其次，DWI無法測量由易感偽影導(dǎo)致的嚴(yán)重圖像畸變患者的ADC 值。因此，在未來的研究中，希望使用高分辨率成像技術(shù)，以減少易感偽影，如非回波平面成像DWI序列。DWI技術(shù)通常易受磁化性偽影的干擾，并導(dǎo)致圖像失真，從而降低成像的質(zhì)量和診斷的可信度。另一方面，較長的掃描時(shí)間和不規(guī)范的b值數(shù)值和分布掃描方案也限制了其在常規(guī)MRI 檢查中的廣泛應(yīng)用。而且當(dāng)許多病理情況并存時(shí)，使用傳統(tǒng)的DWI方法很難解釋各區(qū)域擴(kuò)散性改變的具體含義[5]。在臨床常規(guī)實(shí)施DTI 之前，還需要進(jìn)一步研究優(yōu)化TMD成像的擴(kuò)散序列和采集方案。

2 T2 mapping在TMD中的應(yīng)用

2.1 T2 mapping的技術(shù)原理與應(yīng)用

主觀的視覺評(píng)估對(duì)TMD患者的潛在病理生理變化只能提供有限的信息。為了客觀反映TMD的微觀結(jié)構(gòu)變化，識(shí)別TMD的早期潛在改變，并指導(dǎo)干預(yù)和治療策略，提出了一種定量分析TMD內(nèi)在MRI特征的技術(shù)，即T2 mapping。目前臨床T2 mapping成像技術(shù)的首選方法是多回波自旋回波序列，即在一個(gè)重復(fù)時(shí)間(repetition time，TR)內(nèi)采集兩個(gè)及兩個(gè)以上的回波時(shí)間(echo time，TE)，其信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)較高，采集時(shí)間較短，在檢測和評(píng)估TMD方面顯示出巨大的潛力[14-15]。

Nikkuni 等[15]在對(duì)73 例TMD 患者咬肌T2 值進(jìn)行量化后，發(fā)現(xiàn)疼痛側(cè)的平均T2 值明顯高于無疼痛側(cè)，結(jié)果表明，患者疼痛側(cè)咬肌的游離水含量較高。最近的一項(xiàng)研究揭示了咬肌在不同疼痛模式下的不同T2 值，并得出結(jié)論，壓迫性疼痛模式可能與水腫性變化有關(guān)，而經(jīng)歷肌筋膜疼痛(包括運(yùn)動(dòng)疼痛和自發(fā)性疼痛)的受試者在疼痛側(cè)和無痛側(cè)的T2 值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這表明運(yùn)動(dòng)疼痛和咬肌自發(fā)性疼痛不是由水腫引起的[16]。這些研究表明，水腫相關(guān)疼痛和其他疼痛模式的治療方案具有差異，咬肌肌筋膜痛應(yīng)該根據(jù)是否伴有水腫性改變來分類，T2 mapping 對(duì)指導(dǎo)TMD 患者治療計(jì)劃和評(píng)估各種疼痛模式的治療效果起到顯著作用[16-17]。Shigeno 等[18]將感興趣區(qū)放置在患者髁突頂部的骨髓上，計(jì)算所有T2 mapping圖像下頜骨髁狀突骨髓的平均T2 值，發(fā)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎組的平均值高于正常組，表明T2 mapping 適用于顯示關(guān)節(jié)炎髁突的輕微骨髓異常，如水腫和骨壞死，進(jìn)一步顯示常規(guī)質(zhì)子密度加權(quán)成像(proton density weighted imaging)和T2WI 中未檢測到的骨髓變化。

考慮到TMJ 成分的變化發(fā)生在形態(tài)或位置變化之前，最近人們試圖量化健康志愿者和TMD 患者的TMJ 關(guān)節(jié)盤和關(guān)節(jié)盤后組織的T2值，并將該組織的膠原纖維排列與T2值相關(guān)聯(lián)總結(jié)出規(guī)律[19-22]。Nikkuni等[15]和Schmid-Schwap等[20]發(fā)現(xiàn)TMJ 關(guān)節(jié)盤不同分區(qū)帶和雙板層的T2 值存在區(qū)域性差異，這可能是由于關(guān)節(jié)盤不同組織學(xué)分區(qū)中膠原纖維的不同取向所致。此外，Kakimoto 等[23]測量整個(gè)關(guān)節(jié)盤的T2 弛豫時(shí)間并根據(jù)關(guān)節(jié)盤的位置和功能、關(guān)節(jié)盤形態(tài)、關(guān)節(jié)積液、骨關(guān)節(jié)炎和骨髓異常對(duì)患者進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)與健康志愿者和年輕組相比，TMD患者和老年組TMJ關(guān)節(jié)盤的T2值更長，這可能歸因于退行性變軟骨中糖胺聚糖和蛋白多糖的丟失。Zhao等[24]在斜矢狀面手動(dòng)選擇關(guān)節(jié)盤為感興趣區(qū)域，對(duì)MRI T2 mapping 圖像的關(guān)節(jié)盤形態(tài)結(jié)構(gòu)改變和定量參數(shù)的表現(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較，發(fā)現(xiàn)各實(shí)驗(yàn)組的T2 值以及不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的T2 值均顯著低于健康志愿者組，這些研究表明MRI T2 mapping 圖可以更準(zhǔn)確地評(píng)估TMD 的嚴(yán)重程度，從而為臨床分型診斷和評(píng)估提供更可靠的醫(yī)學(xué)影像依據(jù)。

2.2 T2 mapping的局限性

T2 mapping 是一種對(duì)組織的特性進(jìn)行定量的MRI 技術(shù)，具有一定不足，如最大TE 及回波間隔的選擇及SNR 有待提高等問題。Bristela 等[18]發(fā)現(xiàn)T2 值在正常位置的關(guān)節(jié)盤和不同亞組包括半脫位、部分前脫位和不可復(fù)位型之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；其他指標(biāo)和形態(tài)參數(shù)，如髁突位置、關(guān)節(jié)盤信號(hào)強(qiáng)度、積液和退行性改變，對(duì)T2 值有影響。當(dāng)綜合多個(gè)因素的影響時(shí)關(guān)節(jié)盤的T2 mapping 值與各種指標(biāo)參數(shù)存在顯著的中和作用，因此認(rèn)為T2 mapping 不是TMJ 成像的合適診斷技術(shù)。這些有爭議的發(fā)現(xiàn)可能是由于關(guān)節(jié)盤的小尺寸和當(dāng)前空間分辨率的限制及不同研究中不同的MRI 場強(qiáng)和掃描方案造成的，有待更深入的研究。

T2 mapping 易受魔角效應(yīng)的影響，在魔角效應(yīng)中，T2 值可能在某些區(qū)域由于偶極效應(yīng)消失而升高，這取決于關(guān)節(jié)盤軟骨相對(duì)于主磁場的膠原取向夾角[25]。此外，該技術(shù)對(duì)關(guān)節(jié)積液高度敏感，目前無法在出現(xiàn)大量積液時(shí)準(zhǔn)確診斷TMJ 關(guān)節(jié)盤異常[14]。

3 超短回波時(shí)間和零回波時(shí)間在TMD中的應(yīng)用

3.1 超短回波時(shí)間和零回波時(shí)間的技術(shù)原理與應(yīng)用

由于對(duì)最小可實(shí)現(xiàn)的TE 的限制，短T2 組織如TMJ 關(guān)節(jié)盤、纖維軟骨、軟骨下骨和皮質(zhì)骨T2 的時(shí)間通常較短，因?yàn)槠鋬?nèi)的氫質(zhì)子含量較少而同時(shí)其內(nèi)的氫質(zhì)子又束縛于蛋白質(zhì)等大分子結(jié)構(gòu)而比較固定。從T2 弛豫機(jī)制而言處于這種微環(huán)境下的氫質(zhì)子其周圍存在穩(wěn)定的晶格磁場，而晶格磁場會(huì)促使這些共振的氫質(zhì)子迅速失相位，所以在以毫秒級(jí)為TE 的T1、T2 對(duì)比度成像時(shí)無法檢測到這種短T2 的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，這使得常規(guī)MRI 序列檢測短T2 組織的信號(hào)具有挑戰(zhàn)性[26-27]。隨著MRI 技術(shù)的進(jìn)步，超短回波時(shí)間(ultrashort echo time，UTE)脈沖序列突破了對(duì)TE 的限制并應(yīng)用于TMD 成像[28]。對(duì)于UTE技術(shù)，兩個(gè)相反層面選擇梯度的半snc 函數(shù)型射頻脈沖在激發(fā)完成后立即采集自由衰減信號(hào)，隨后在數(shù)據(jù)采集開始時(shí)設(shè)置梯度場爬升，數(shù)據(jù)直接由K 空間中心開始采集，導(dǎo)致從中心向外的徑向K 空間軌跡，然后在衰減前檢測到來自短T2 組織的信號(hào)[29]。零回波時(shí)間(zero echo time，ZTE)是這種方法的延伸，它在射頻脈沖之前進(jìn)行梯度場的爬升，并產(chǎn)生接近零TE的圖像，從而提供比UTE更高的SNR和掃描時(shí)間效率[30]。

在借助圖像減影情況下UTE技術(shù)有助于更好地顯示T2成分較短的TMJ關(guān)節(jié)盤、纖維軟骨表面和髁突形態(tài)。Carl等[27]在對(duì)TMJ組織固有MR特性的認(rèn)識(shí)和Bloch信號(hào)方程的基礎(chǔ)上，提出了一種優(yōu)化的UTE序列，以增強(qiáng)關(guān)節(jié)盤與鄰近軟組織的對(duì)比度，從而提高TMD 結(jié)構(gòu)改變的定性和診斷的準(zhǔn)確性。此外，研究表明，UTE 序列可以定量評(píng)估TMJ 關(guān)節(jié)盤的T2、T2*和T1ρ。Bae 等[31-32]利用UTE 對(duì)這些MRI 特征進(jìn)行了定量分析，發(fā)現(xiàn)T2*和T1ρ 與TMJ 關(guān)節(jié)盤的生化特征顯著相關(guān)，有助于TMD 的早期診斷。最近的一項(xiàng)體內(nèi)研究進(jìn)一步證實(shí)了這些結(jié)果，與無癥狀志愿者相比，有癥狀的TMJ 疼痛的UTE T2*值更高，從而使UTE成為監(jiān)測與癥狀相關(guān)的TMJ關(guān)節(jié)盤進(jìn)行性變化的潛在工具[31]。

目前，對(duì)TMD患者髁突形態(tài)或關(guān)節(jié)窩骨性改變的評(píng)估基本上依賴于計(jì)算機(jī)體層攝影(computed tomography，CT)或錐形束CT (cone beam computed tomography，CBCT)，而常規(guī)MRI序列對(duì)此類異常病理情況的診斷敏感度較低[33]。如今UTE 和ZTE 技術(shù)可以為骨評(píng)估提供可靠的圖像，在體外和體內(nèi)評(píng)估TMD的骨變化，并與CT的參考標(biāo)準(zhǔn)高度一致[34-35]。Geiger等[35]通過對(duì)9具尸體的TMJ 標(biāo)本進(jìn)行UTE 成像，發(fā)現(xiàn)顳下頜關(guān)節(jié)髁突的定量形態(tài)學(xué)評(píng)估，包括骨表面、彎曲度和體積，與顯微CT顯示出高度的相關(guān)性和一致性，總結(jié)出UTE 是評(píng)價(jià)髁突形態(tài)或關(guān)節(jié)窩骨性改變的一種可行、準(zhǔn)確的方法。Lee等[34]報(bào)道了ZTE 在評(píng)估TMD 患者退行性骨改變中的潛在應(yīng)用。下頜骨窩的所有類型的骨改變，尤其是髁突變平、骨贅和硬化等情況，在CBCT 和ZTE-MRI 的結(jié)果之間具有高度相關(guān)性。因此，將常規(guī)MRI 序列與UTE/ZTE 相結(jié)合，可以同時(shí)對(duì)TMD 患者的軟組織和硬組織進(jìn)行成像，還具有降低醫(yī)療費(fèi)用和輻射劑量的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 UTE和ZTE的局限性

由于對(duì)高梯度性能等設(shè)備硬件要求高、采集圖像時(shí)間長、軟件可用性、渦流效應(yīng)的干擾等原因，UTE和ZTE目前在TMD研究中的應(yīng)用還很有限[36]。隨著未來大樣本體內(nèi)研究和技術(shù)的改進(jìn)，更多的研究將會(huì)驗(yàn)證和完善這種技術(shù)，其可能被認(rèn)為是臨床上治療TMD的常規(guī)MRI序列。

4 其他MRI技術(shù)在TMD中的應(yīng)用

Pittschieler等[37]分別在2D反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列和3D擾相梯度回波雙翻轉(zhuǎn)角技術(shù)序列下對(duì)關(guān)節(jié)盤的前中后三個(gè)部位手動(dòng)定義ROI，借助增強(qiáng)劑釓噴酸葡胺，將獲得的T1值繪制成T1圖像，結(jié)果證明了延遲釓增強(qiáng)軟骨MRI (delayed gadolinium-Enhanced MRI of cartilage，dGEMRIC)量化TMJ 關(guān)節(jié)盤中的糖胺聚糖的可行性。Eder等[38]研究中顯示了健康志愿者和TMD患者組之間關(guān)節(jié)盤中dGEMRIC指數(shù)的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，驗(yàn)證了該技術(shù)在檢測TMJ關(guān)節(jié)盤早期退行性變化方面的可行性。Tasali等[39]通過使用定量動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI，發(fā)現(xiàn)了TMJ 疼痛側(cè)和無痛側(cè)間的關(guān)節(jié)盤后組織存在不同的對(duì)比增強(qiáng)模式，表明炎癥反應(yīng)和血管增加可能是造成TMJ 疼痛的原因。Schraml 等[40]研究發(fā)現(xiàn)慢性肌肉疼痛與局部肌肉灌注減少之間存在相關(guān)性，基于動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)，報(bào)告了可相互比較的灌注值，對(duì)研究相關(guān)組織咀嚼功能和功能障礙有相當(dāng)?shù)臐摿Α?/p>

5 小結(jié)與展望

MRI 目前被認(rèn)為是診斷TMJ 關(guān)節(jié)盤形態(tài)和位置的金標(biāo)準(zhǔn)[41]?？紤]到TMJ關(guān)節(jié)盤的小尺寸和空間分辨率的限制，未來在技術(shù)方面需要對(duì)7 T MRI 掃描設(shè)備、圖像重建方法和臨床優(yōu)化序列進(jìn)行廣泛的驗(yàn)證和研究。7 T MRI 成像可以實(shí)現(xiàn)更高的SNR 和更好的圖像對(duì)比度，并減少TMD 成像的采集時(shí)間，正如更好的TMJ 多通道線圈可以改善3 T 時(shí)的TMJ 成像一樣，可以提高診斷效用[42]。在臨床應(yīng)用方面，鼓勵(lì)研究人員在新興的定量MRI 技術(shù)的幫助下專注于TMD 和相關(guān)肌肉超微結(jié)構(gòu)變化的定量分析和功能成像，這些使研究人員能夠超越目前的解剖成像能力，更好地理解TMD的生理和病理狀態(tài)，并最終有助于其早期診斷、治療計(jì)劃、治療效果評(píng)估，甚至圖像引導(dǎo)干預(yù)。當(dāng)然還需要對(duì)大樣本量患者進(jìn)行深入的調(diào)查，以驗(yàn)證先前研究的可靠性和準(zhǔn)確性，進(jìn)一步探索新興的定量MRI 技術(shù)在不同TMD環(huán)境中的運(yùn)行方案。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。