膝关节软骨损伤的MRI诊断与关节镜对照研究

雷 杰,杨海山,高海英

(1.吉林大学中日联谊医院放射科,吉林长春130033;2.吉林大学第四医院MR科,130011)

本文通过对42例膝关节疼痛的患者进行MR检查,与关节镜结果进行对照,探讨3D-FS-SPGR序列、FS-FSE-T2W序列及关节软骨的三维重建图像对软骨损伤的诊断价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料 我院2007年1月-2008年11月期间因膝关节肿痛拟行关节镜探查手术的患者42例,术前一周行MRI检查。其中男23例,女19例,年龄41-78岁,平均56.3岁。患者既往无膝部手术史及明确外伤史。

1.2 仪器及方法 使用美国GE公司TWIN SPEED 1.5T MR扫描仪,膝关节正交线圈。扫描序列至少包括矢状三维抑脂扰相梯度回波序列(3D-FS-SPGR)及附加脂肪抑制的快速自旋回波T2WI序列(FSFSE-T2W),扫描参数见表1。

采用美国GE公司ADW4.2图像工作站对关节透明软骨进行三维容积重建,用高分辨最大强度投影(HD MIP)法重建,记录软骨损伤的部位、范围,结果与关节镜结果相对照。

将每例膝关节的软骨面分为五个部位分别进行评价:髌骨、股骨内侧髁、股骨外侧髁、胫骨平台内侧面、胫骨平台外侧面。膝关节MRI图像术前由2位资深放射科医生对透明软骨做出前瞻性诊断和病变分级。根据软骨退变的分级标准(Pecht标准)将软骨分为5级:0级为正常软骨;1级为软骨分层结构消失,软骨内出现局灶性低信号,但软骨表面光滑;2级为软骨表面轮廓轻至中度不规则,软骨缺损深度未及全层的50%;3级为软骨表面轮廓重度不规则,软骨缺损深度达全层厚度的50%以上,未见完全剥离;4级为软骨全层缺损,软骨下骨裸露,伴或不伴软骨下骨质异常改变。将所有关节镜结果由2名高年资关节镜专家描述。

表1 FS-FSE-T2W序列、3D-FS-SPGR序列的扫描参数

2 结果

2.1 42例210个膝关节软骨部位的MR分级结果与关节镜表现分级进行对照,结果见表2。

表2 关节镜与 FS-FSE-T2W、3D-FS-SPGR序列分级结果对照

结果显示FS-FSE-T2W序列对软骨损伤显示的敏感度为77.7%,特异度为94.7%,3D-FS-SPGR序列的敏感度为89.7%,特异度为97.6%,结果表明3D-FS-SPGR序列对软骨损伤显示的敏感度明显高于FS-FSE-T2W序列。

2.2 FS-FSE-T2W序列及3D-FS-SPGR序列对软骨损伤区对应部位软骨下骨及骨髓损伤的显示。本组42例患者中均无急性外伤史。软骨下骨及骨髓损伤在FS-FSE-T2W、3D-FS-SPGR序列均显示为片状高信号影,3D-FS-SPGR序列共发现43处软骨下骨及骨髓内高信号影,而FS-FSE-T2W序列共发现59处,且高信号范围明显大于3D-FS-SPGR序列。

2.3 关节软骨的容积三维重建结果与关节镜相对照。本组病例中HDMIP三维重建图像共显示27个病变部位,其中4级损伤22个部位,占关节镜4级损伤病变的95.6%;3级损伤5个部位,占关节镜3级损伤病变的55.5%。

3 讨论

正常关节软骨的MRI表现为信号强度变化的带状结构。关节软骨的磁共振信号特征反映了软骨的结构和生物学特性,水化的蛋白多糖分子和多方向排列的胶原纤维的含量及分布不同,使软骨在核磁上呈现出特征的带状结构。

3D-FS-SPGR序列中软骨有三层信号差异,厚的高信号带对应于关节软骨的表层带,薄的低信号带对应中间带,厚的高信号带对应于深层带。本组病例在关节负重面处的软骨均可观察到清晰的三层结构,在股骨内外侧髁后缘软骨呈均匀高信号影,Xia[1]的研究认为MRI观察到的软骨分层层数不同是由于组织取材的区域差异和关节内软骨的不同负载状态有关,依据负载状态和生物学功能表现出不同的结构方式。在FS-FSE-T2W像,正常关节软骨通常表现为三层:表层为薄的低信号层,中间的高信号层,再下方为对应于钙化层的低信号层。

3D-FS-SPGR序列是连续薄层图像扫描并进行多层面重建的扫描技术,无信息丢失,脂肪抑制的应用使软骨和邻近的骨髓、关节腔积液、脂肪和肌肉信号对比增大,软骨表现为相对周围组织的带状高信号,与周围结构的明显对比使软骨的异常容易观察。Disler的研究中,3D-FS-SPGR序列对软骨缺损诊断的敏感度为75%-85%,特异度为97%,病灶在MR和关节镜检查对比中分级准确性达63%[2]。本组病例中,该序列对软骨损伤的分级评价准确率达95.6%,敏感度为 89.7%,特异度为97.6%,准确度及敏感度均高于Disler的报道,笔者分析一是样本原因,Disler采用的是大样本研究,而本组病例样本较少。二是观察方法,本组所有病例均在3D-FS-SPGR序列的基础上在工作站上进行容积重建,对病变处软骨进行轴位、矢状位及冠状位的动态观察,不仅可以观察到高信号的软骨内的低信号影,病变处软骨的三层分层现象消失。软骨缺损处被低信号的积液充填,可以量取损伤的厚度,评价软骨损伤的程度,极大地提高了软骨损伤诊断的准确率。另外该序列化学位移伪影减少,有较高的信噪比,提高了病变检出的敏感性。MeCauley TR[3]及Wang SF[4]等研究表明,3D-FS-SPGR能准确评价关节软骨,但扫描时间长。本组病例采用改良的3D-FS-SPGR序列,采用40度的翻转角,扫描时间仅3分22秒,极大缩短了扫描时间。

本组病例中FS-FSE-T2W序列对软骨缺损的敏感度为77.7%,特异度为94.7%,均略低于3D-FSSPGR序列。由于T2的增加,类似关节造影的作用被突出,显示关节积液较好,可以增强软骨与关节积液的反差。

关节软骨的损伤、破坏,使骨性关节面及软骨下松质骨暴露于炎症渗液或肉芽肿之下,进一步引起骨质破坏,因而软骨下骨及骨髓内的异常信号,可作为诊断关节软骨损伤的重要间接征象。本组42例患者中软骨下骨及骨髓损伤在3D-FS-SPGR、FS-FSET2W序列均显示为片状高信号影,3D-FS-SPGR序列共发现软骨下骨及骨髓内高信号影43处,而FSFSE-T2W序列共发现59处,其高信号范围明显大于3D-FS-SPGR序列,病变范围和边界的显示明显优于3D-FS-SPGR序列。GRE序列由于在骨髓与骨小梁交界部会出现明显的短T2效应,可以遮盖小病变[5]。另外笔者认为由于GRE序列没有复位脉冲,不能克服主磁场不均匀对图像的影响。预饱和法脂肪抑制技术与T2WI连用,使含水病变与骨髓内脂肪对比差别增大,有利于充分显示病变。

透明软骨呈不规则曲面覆盖于膝关节表面,面积较大但厚度较薄,周围解剖结构复杂。关节软骨损伤病灶形态各异,通过高分辨最大强度投影(HD MIP)进行重建,可以立体观察关节软骨的全貌。本组病例中HD MIP三维重建图像共显示27个病变部位,其中4级损伤22个,占关节镜4级损伤病变的95.6%;3级损伤5个,占关节镜3级损伤病变的55.5%。4级损伤的22个病灶清晰显示损伤的部位及软骨缺损范围,缺损部位与正常软骨交界区界线清晰,缺损边缘锐利。3级关节损伤显示为病灶处信号强度减低。对3、4级软骨损伤存在低估现象,主要为容积效应所致。三维重建对1、2级软骨损伤不能显示,笔者认为由于没有软骨缺损或缺损未达软骨全层的50%,重建后病灶处与正常软骨的信号差别无法体现。随着MRI技术的不断进步,通过软骨厚度及容积测量来评判疾病过程及治疗效果以成为研究的焦点[6-8]。

3D-FS-SPGR序列对软骨损伤诊断的准确度高于FS-FSE-T2W序列,能较准确的评价软骨损伤程度,但对软骨下骨及骨髓损伤的显示存在低估。笔者认为对软骨损伤的完整评价应包括软骨、软骨下骨及骨髓,因此3D-FS-SPGR与FS-FSE-T2W序列二者结合是目前准确评价软骨损伤的最佳扫描序列。关节软骨的三维重建图像能够较真实的显示软骨损伤的立体形态,为临床医师提供直观,准确的信息。

[1]Xia Y.Heterogeneity of cartilage laminae in MR imaging[J].J Magn Reson Imaging,2000,11:686.

[2]Disler DG,McCauley TR,Kelman CG,et al.Fat-suppressed three-dimensional spoiledgradient-echo MR imaging of hyaline cartilage defects in the knee:comparison with standard MR imaging and arthroscopy[J].AJR,1996,167(1):127.

[3]MeCauley TR,Disler DG.MR imaging of articular cartilage[J].Radiology,1998,209:629.

[4]Wang SF,Cheng HC,Chang CY.Fat-suppressed three-dimensional fast spoiled gradient-recalled echo imaging:A modified FS 3D SPGR technique fou assessment of patellofemoral joint chondromalacia[J].Clin Imaging,1999,23:177.

[5]徐爱德,徐文坚,刘吉华.骨关节CT和MRI诊断学[M].山东:科学技术出版社,2002:63.

[6]Takahashi M,Uematsu h,Hatabu H.MR imaging at high magnetic fields[J].Eur J Radiol,2003,46:45.

[7]Gold GE,McCauley TR,Gray ML,D,et al.What is new in cartilage[J].Radio Graphics,2003,23:1227.

[8]Warfield SK,Kaus M,Jolesz FA,et al.Adaptive,template moderated,spatially varying statistical classification[J].Med Image Anal,2000,4:43.