不同翻转角双回波稳态序列MRI评价膝关节骨性关节炎软骨损伤

朱乐发，肖叶玉，夏学文，侯卫武，李文艳，周方程

(广州市中西医结合医院放射科，广东 广州 510800)

MRI具有多方位、多参数成像及组织分辨率高等优点，可无创评估关节软骨损伤。三维双回波稳态(three-dimensional double echo steady state, 3D-DESS)序列是软骨敏感MR序列，亦是目前研究较多的序列之一[1-2]。 MRI参数直接影响图像对组织的显示能力，使得参数优化的重要性日益受到重视[3]。翻转角(flip angle, FA)是3D-DESS序列重要的成像参数之一。目前对于3D-DESS序列中FA的研究[4-5]多针对其与软骨信噪比及与软骨滑液对比信噪比的关系，且结果仍存在较大争议。本研究以关节镜结果为金标准，观察不同FA 3D-DESS MRI对评估膝关节软骨疾病的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2019年4月-12月于广州市中西医结合医院就诊的25例单侧膝关节疼痛患者，男16例，女9例，年龄18～70岁，平均(44.0±21.3)岁。纳入标准：轻中度膝关节疼痛7天～5年，无明显外伤史，无膝关节手术史。排除标准：①重度膝关节疼痛；②伴心肾功能不全；③MR检查禁忌证。本研究符合《赫尔辛基宣言》要求，患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens 1.5T Magnetom Avanto超导型MR仪，膝关节包裹式线圈。以髌骨下缘水平为中心，行标准矢状位扫描。3D-DESS序列：采用抑脂并水激发技术，TR 27 ms，TE 11 ms，层厚1.0 mm，层间距0，带宽190 Hz，FA分别为30°、60°和90°，采集时间分别为245 s、265 s和320 s。采用Recht分级诊断标准[6]对软骨损伤进行分级。

1.3 图像分析 由2名具有15年以上MR诊断经验的主任医师采用盲法共同阅片，意见不一致时通过协商决定。根据Recht软骨损伤分级诊断标准[6]评估每例患者髌骨(patella, Pat)、股骨滑车(femoral trochlear, Tro)、股骨外侧髁(lateral femoral condyle, LFC)、股骨内侧髁(medial femoral condyle, MFC)、胫骨外侧平台(lateral tibial plateau, LTP)及胫骨内侧平台(medial tibial plateau, MTP)6处软骨情况，分为软骨损伤阴性(0、Ⅰ级)和阳性(Ⅱ～Ⅳ级)；同一软骨面出现多处病损时，以最严重处为准。

1.4 关节镜检查及诊断标准 于MR检查后2周内行关节镜检查。由2名具有10年关节镜手术经验的副主任医师采用Smith & Nephew关节镜手术系统协同进行探查，并根据Noyes诊断标准[7]对膝关节损伤进行分级(0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级)，将0、Ⅰ归为阴性，Ⅱ～Ⅳ级归为阳性。

1.5 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件。计量资料以±s表示，计数资料以频数表示。以关节镜探查结果为金标准，采用Kappa检验分析MRI诊断结果与关节镜结果的一致性，Kappa≥0.75为一致性较好，0.75>Kappa≥0.4为一致性一般，Kappa<0.4为一致性差。对30°、60°和90°图像评价软骨损伤的诊断信心进行评分：3分为肯定性诊断，2分为可能性诊断，1分为无法诊断[4]，以Kruskal-Wallis H秩和检验进行分析。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 MRI与关节镜检查的一致性 25例单膝关节共150处关节软骨，关节镜结果示89处损伤阳性， 30°、60°及90° 3D-DESS序列图像分别检出74、96及85处软骨损伤阳性，见表1。对于Pat、Tro、MFC、LFC、MTP及LTP， 根据90° 3D-DESS图像的MRI诊断结果与关节镜一致性均较好(Kappa=1.00、0.84、1.00、0.81、0.97、0.91，P均<0.01)， 60° 3D-DESS图像的一致性一般或较好(Kappa=0.87、0.61、0.81、0.74、0.73、0.68，P均<0.01)，而30° 3D-DESS图像的一致性差或一般(Kappa=0.47、0.38、0.50、0.30、0.32、0.23，P均<0.01)。

表1 关节镜检查及3D-DESS图像检出膝关节关节软骨损伤结果(阴性/阳性，处)

2.2 不同FA图像评价软骨损伤的诊断信心评分比较 30°、60°与90°FA图像评估Pat、Tro、MFC、LFC、MTP和LTP软骨损伤诊断信心评分差异有统计学意义(H=16.66、34.07、22.73、27.30、18.86、19.17，P均<0.01)；两两比较显示30°图像诊断信心评分低于60°(P=0.03、0.01、0.04、0.00、0.04、0.03)及90°图像(P均<0.01)， 60°则低于90°图像(P=0.03、0.02、0.04、0.03、0.02、0.01)。90°图像软骨滑液对比度较高，病变显示清晰，但显示软骨较差； 30°图像显示清楚，软骨分层结构清晰，但显示病变较差；60°图像软骨及软骨滑液对比度中等，但显示病变、周围骨质及软组织较好。见图1、2。

图1 患者女，47岁，右侧髌骨软化症，FA 3D-DESS序列图像显示髌骨损伤(箭示病灶) A.30°FA图像并见股骨滑车软骨低信号(星号)； B. 60°FA图像并见软骨下骨质明显骨髓水肿(星号)，周围骨质及软组织显示清晰； C.90°FA图像并见周围骨质及软组织信噪比低； D.关节镜示Ⅳ级髌骨软骨损伤，软骨局限性缺损，部分骨质裸露

图2 患者男，27岁，右侧股骨外侧髁软骨退变(箭示病灶) A.30°FA 图像尚见股骨外侧髁正常软骨信噪比高，其形态及4层结构清晰，胫骨平台见斑点状骨髓水肿(星号)； B.60°FA 图像另见正常软骨信噪比中等，分层结构显示欠佳，周围骨质及软组织界线清，胫骨平台见线状骨髓水肿(星号)； C.90°FA图像正常软骨信噪比低，分层结构显示不清，周围骨质及软组织信噪比低，胫骨平台见细线状骨髓水肿(星号)； D.关节镜示Ⅲ级股骨外侧髁软骨损伤，软骨局限性缺损，部分呈“蟹肉样”外观

3 讨论

膝关节骨性关节炎是以关节软骨退变为特征的慢性进行性骨关节病，而软骨损伤是不可逆的，准确评估软骨状态对防治膝关节骨性关节炎有着重要意义。MR 3D-DESS序列是软骨敏感序列之一，同时采集稳态进动快速成像和相反序列镜像稳态快速进动成像信号，获得T2权重较高的高信噪比图像，能清晰显示脂肪、关节积液及关节软骨，从而有效评估软骨病变[8]。

FA是DESS序列的重要参数之一，与软骨信噪比和软骨滑液对比信噪比密切相关，范围0°～90°，影响图像对扫描局部结构及病变的显示能力。HARDY等[9]采集10名志愿者膝关节3D-DESS序列图像，设置FA为10°～60°(间隔10°)，并利用软骨和滑液弛豫时间预测软骨滑液对比度，结果显示 60°图像软骨与关节液的对比信噪比最高，进而优化了3D-DESS序列成像参数，但未对FA>60°图像的信号强度进行分析。MORIYA等[10]分析FA取 10°～90°共9个角度(间隔10°)的3D-DESS序列图像同层面膝关节软骨、滑液信噪比及软骨滑液对比信噪比，发现FA≤40°时软骨信噪比明显较高，>40°后缓慢下降，至90°时信噪比降至最低；软骨滑液对比信噪比则随FA增大而明显上升，FA≤60°时呈快速直线上升,>60°后渐进增加，90°时达最大，可获得软骨和滑液对比较好的图像。

近期有学者[4]对比观察13例膝关节病变的FA 40°与90° 3D-DESS序列图像，发现90°图像对软骨损伤的检出率明显高于40°图像，且与关节镜结果一致性好；本研究结果与之相符。高FA虽可降低软骨信噪比，但当液体进入损伤软骨时，软骨滑液对比度明显提高，有利于增加病变检出率。但有研究[5]采用10°～90°共6个FA(间隔15°)3D-DESS序列MRI观察30名健康人及20例膝关节软骨损伤患者膝关节，发现无论对于健康人还是软骨损伤患者，FA 60°图像关节液体信噪比及软骨滑液对比信噪比最高,显示软骨效果最佳,且检出关节软骨损伤的结果与关节镜检查结果一致性好，并以30°图像软骨信噪比最高；本研究结果与之有所出入，可能与膝关节液体弛豫时间及不同关节面T2*值存在差异有关[11-12]。

本研究发现FA对软骨分层现象亦存在影响，相比FA 60°及90°图像， 30°图像软骨信噪比较高，显示软骨4层结构更清楚。既往研究[13]提示低FA 3D-DESS序列图像软骨信噪比高，对于测量体积较具优势，但未对软骨分层现象进行分析，有待进一步观察。

3D-DESS序列图像对显示骨质结构及半月板等软组织具有优势[14-15]。本研究中FA 60°图像对软骨病变的检出率较高，且呈现周围骨质及软组织情况优于FA 30°及90°图像。袁文昭等[16]亦认为 FA 60°图像能较好显示腕关节软骨及周围病变。临床综合评估膝关节软骨病变时，选择FA 60°采集图像可能更好。本研究的局限性：①扫描顺序可能影响膝关节液体弛豫时间，从而影响图像质量；②仅对特定FA进行观察，结果可能存在偏倚。

综上所述，FA 90° 3D-DESS图像显示软骨损伤最佳，FA 30°图像可清晰显示软骨形态及结构，而FA 60°能兼顾周围骨质及软组织。临床行3D-DESS扫描时，应根据检查目的适当选择FA。