楊 艷 敖國昆 劉杰愛 許國宇 常海峰 韓順霞 吳 寧 董 莘*

3.0T磁共振不同序列診斷膝關(guān)節(jié)滑膜炎的對照研究

楊 艷①敖國昆①劉杰愛①許國宇①常海峰①韓順霞①吳 寧①董 莘①*

目的：通過對比3.0T磁共振成像(MRI)三維可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波(3D-SPACE)雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)(DRI)3D-Space-DRI序列、T1WI、T2WI和質(zhì)子密度加權(quán)成像(PDWI)序列在膝關(guān)節(jié)滑膜炎中滑膜的對比噪聲比(CNR)，從而確定顯示滑膜最佳序列。方法：對60例臨床懷疑膝關(guān)節(jié)滑膜炎的患者行膝關(guān)節(jié)T1WI、T2WI、PDWI和3D Space-DRI序列掃描，測量各序列圖像滑膜與滑膜腔積液和滑膜周邊脂肪組織的CNR，分別為CNR1和CNR2，并對3D Space-DRI、T2WI圖像的均勻度、滑膜顯示程度及圖像整體質(zhì)量進(jìn)行雙盲主觀評分。圖像的客觀指標(biāo)采用單變量方差分析(ANOVA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，主觀指標(biāo)采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果：3D Space-DIR、T1WI、T2WI和PDWI序列的CNR1分別為55.33±7.88、5.13±2.96、34.91±2.27和40.61±6.58；CNR2分別為44.38±1.22、30.10±0.24、26.86±0.67和9.23±0.44。3D Space-DIR、T2WI均勻度主觀評分結(jié)果為(4.36±0.08)分、(4.44±0.07)分；對滑膜顯示程度主觀評分結(jié)果為(4.70±0.06)分、(2.05±0.03)分；圖像整體質(zhì)量評分為(1.23±0.06)分、(4.51±0.07)分。結(jié)論：3.0T磁共振3D Space-DIR序列對膝關(guān)節(jié)滑膜炎時(shí)滑膜形態(tài)的顯示更有優(yōu)勢。

磁共振成像；3D Space雙反轉(zhuǎn)序列；膝關(guān)節(jié)滑膜炎

膝關(guān)節(jié)滑膜炎是膝關(guān)節(jié)多種疾病最常見的病理改變，表現(xiàn)為滑膜不同程度增厚、滑膜囊積液、滑膜結(jié)節(jié)形成。常見疾病有退行性骨關(guān)節(jié)病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、結(jié)核、色素沉著絨毛結(jié)節(jié)性滑膜炎等。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)由于成像參數(shù)豐富，具有極高的軟組織分辨能力，已成為滑膜病變的首選檢查方法[1]。隨著近年來高場、超高場磁共振儀臨床使用的增加，圖像質(zhì)量明顯提高。正常膝關(guān)節(jié)滑膜在MRI上不顯示，當(dāng)上述各種因素導(dǎo)致滑膜病變時(shí)，可出現(xiàn)滑膜組織增厚、腫脹[2-3]。而滑膜炎的診斷?；贛RI常規(guī)T1加權(quán)圖像(T1weighted image，T1WI)、T2WI和質(zhì)子密度加權(quán)成像(proton density weighted imaging，PDWI)序列，這些序列可以顯示膝關(guān)節(jié)腔積液情況，但對滑膜厚度、病變分布、滑膜結(jié)節(jié)、絨毛形成以及周邊組織受累程度的顯示存在一定缺點(diǎn)，而3.0T MR可變翻轉(zhuǎn)角的三維快速自旋回波[(3D sampling perfertion with application optimized contrasts using deifferent flip angle evolutions，3D SPACE)雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)(double inversion recovery，DRI)，3D Space-DIR]序列通過施加兩次180°反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖，可將滑膜腔積液及滑膜周邊脂肪組織進(jìn)行雙重抑制，凸顯滑膜組織[4-5]。本研究將3.0T MRI 3D Space-DIR序列與常規(guī)膝關(guān)節(jié)掃描序列對滑膜炎時(shí)滑膜形態(tài)學(xué)改變進(jìn)行對照研究。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2015年6月至2016年12月在解放軍第309醫(yī)院就診的60例臨床懷疑膝關(guān)節(jié)滑膜炎患者，其中男性35例，女性25例；年齡46～70歲，平均年齡59歲；臨床癥狀主要表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)腫脹、疼痛和功能障礙。該研究符合醫(yī)學(xué)研究道德倫理準(zhǔn)則并獲得患者知情同意。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床癥狀主要表現(xiàn)為膝關(guān)節(jié)腫脹、疼痛和功能障礙的患者。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①幽閉恐懼癥；②人工耳蝸植入和心臟起搏器植入患者。

1.3 儀器設(shè)備

采用Siemens Magnetom Skyra3.0T超導(dǎo)型MRI掃描儀(德國西門子公司)。

1.4 檢查方法

采用3.0T超導(dǎo)型MRI掃描儀，線圈為T×R×CP Extremity Coil 3T，膝關(guān)節(jié)專用線圈。體位選擇仰臥位足先進(jìn)，掃描過程中受檢側(cè)膝關(guān)節(jié)保持靜止。分別掃描快速自旋回波(turbo spin echo，TSE)序列T1WI、T2WI、PDWI及3D Space-DIR序列，各序列掃描參數(shù)設(shè)置如下：①T1WI序列，層數(shù)19，層厚4.0 mm，視野(field of view，F(xiàn)OV)170 mm，重復(fù)時(shí)間(repetition time，TR)608 ms，回波時(shí)間(echo time，TE)12 ms，激勵(lì)次數(shù)1次，反轉(zhuǎn)角(flip angle，F(xiàn)A)180 deg；②T2WI序列，層數(shù)19，層厚4.0 mm，F(xiàn)OV 170 mm，TR 2000 ms，TE 73 ms，激勵(lì)次數(shù)2次，反轉(zhuǎn)角172 deg；③PDWI序列，層數(shù)19，層厚4.0 mm，F(xiàn)OV 170 mm，TR 1700 ms，TE 32 ms，激勵(lì)次數(shù)1次，反轉(zhuǎn)角131 deg；④3D Space-DIR序列，層數(shù)19，層厚2.0 mm，F(xiàn)OV 210 mm，反轉(zhuǎn)時(shí)間1(inversion time，TI1)1800 ms，TI 2354 ms，TR 5000 ms，TE 335 ms，激勵(lì)次數(shù)1次，反轉(zhuǎn)角131 deg。

1.5 圖像分析

(1)所有掃描序列圖像上傳至Siemens Syngo工作站，分別于各圖像滑膜增厚區(qū)、滑膜腔積液、髕上脂肪區(qū)勾畫感興趣區(qū)1(region of interest，ROI1)、ROI2和ROI3，測量記錄各區(qū)域信號強(qiáng)度，噪聲選取相應(yīng)層面四周空氣信號強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差，并計(jì)算滑膜與滑膜腔積液對比噪聲比1(contrast noise ratio，CNR1)，滑膜與髕上脂肪對比噪聲比CNR2。CNR計(jì)算為公式1：

式中SNR為信噪比(signal noise ratio，SNR)；SD為標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviation，SD)。

(2)由2名10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生采用“五分法”分別對3D Space-DIR、T2WI圖像的均勻度、對滑膜的顯示程度和整體質(zhì)量進(jìn)行主觀評分。

1.6 觀察與評價(jià)指標(biāo)

(1)圖像整體質(zhì)量評分：①均勻度、對滑膜的顯示程度和圖像整體質(zhì)量差為1分；②圖像質(zhì)量一般為2分；③圖像質(zhì)量比較滿意為3分；④圖像質(zhì)量滿意為4分；⑤圖像質(zhì)量非常滿意為5分。

(2)利用Cohen's Kappa檢驗(yàn)評估2名讀片醫(yī)師之間的一致性，Kappa值在0.81～1.00認(rèn)為一致性極好，0.61～0.80認(rèn)為一致性良好，0.41～0.61認(rèn)為一致性中等，0.21～0.41認(rèn)為一致性較差，Kappa值＜0.20認(rèn)為二者不一致。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，CNR1、CNR2值分別用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示，四組序列間CNR1、CNR2比較均采用單因素方差分析(analysis of variance，ANOVA)，并進(jìn)行組間多重比較最小顯著性差異(least-significant difference，LSD)；主觀評分采用配對Wilcoxon's秩和檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3D Space-DRI、T1WI、T2WI和PDWI序列CNR1與CNR2比較

(1)60例患者3D Space-DRI、T1WI、T2WI和PDWI序列的CNR1、CNR2比較結(jié)果具有差異，且組間比較LSD有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=5.86，F(xiàn)=10.98；P＜0.05)，見表1。

(2)3D Space-DRI掃描序列圖像的CNR1、CNR2明顯高于其他序列，如圖1所示。

圖1 同一患者不同掃描序列圖像

2.2 3D Space-DRI與T2WI序列主觀評分結(jié)果

3D Space-DRI與T2WI序列在滑膜顯示程度及圖像整體質(zhì)量比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-9.99，P＜0.05)；且3D Space-DRI在顯示滑膜形態(tài)上優(yōu)于T2WI序列，而圖像的整體質(zhì)量卻不及T2WI序列。Kappa值為0.814，表明2名醫(yī)生對圖像主觀評價(jià)一致性較好(見表2)。

3 討論

膝關(guān)節(jié)滑膜是人體關(guān)節(jié)中最大的滑膜關(guān)節(jié)，也是最為復(fù)雜的關(guān)節(jié)之一，滑膜是滑液囊的內(nèi)層[6]。常見疾病包括退行性骨關(guān)節(jié)病、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、色素沉著絨毛結(jié)節(jié)性滑膜炎、關(guān)節(jié)結(jié)核、滑膜軟骨肉瘤；比較少見但具有典型特征的有滑膜囊腫、血管瘤、滑膜肉瘤等。滑膜囊一般分為內(nèi)外兩層，厚度約為1～3 μm，外層為纖維層，含有大量的纖維組織，又名支持層，附著于其內(nèi)側(cè)面的是滑膜層，即內(nèi)層又稱為內(nèi)襯細(xì)胞層，而兩層之間分界并不十分清楚，因此正常關(guān)節(jié)滑膜在MRI上難以顯示[7-8]?；び山Y(jié)締組織細(xì)胞和間質(zhì)纖維組成，表面有2～4層扁平或立方形的上皮樣結(jié)締組織細(xì)胞，即內(nèi)層滑膜細(xì)胞，細(xì)胞間有纖維和基質(zhì)。電鏡下滑膜細(xì)胞分為2種：①似巨噬細(xì)胞，稱M細(xì)胞，有文獻(xiàn)稱之為A型細(xì)胞，含較多溶酶體，有吞噬能力；②似成纖維細(xì)胞，稱F細(xì)胞，又名B型細(xì)胞，含有大量內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，可分泌透明質(zhì)酸[9]?；ぜ?xì)胞能分泌滑液，可以減少關(guān)節(jié)面之間的摩擦，起到潤滑作用，還可營養(yǎng)半月板、關(guān)節(jié)軟骨，排泄廢物等[10]。

表2 DIR與T2WI序列圖像主觀評分比較(分)

膝關(guān)節(jié)滑膜炎可分為3期，早期為急性期，主要表現(xiàn)為滑膜血管的充血、水腫，部分纖維素滲出，炎癥細(xì)胞侵潤。中期為血管翳生成期，主要為滑膜血管增生，周邊纖維細(xì)胞生成，此期滑膜增厚最明顯。最后增生血管纖維化，形成纖維化期[11]。

因MRI具有良好的軟組織分辨率，對膝關(guān)節(jié)滑膜病變的顯示具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但其常規(guī)序列T1WI圖像難以將低信號的滑膜腔積液與低信號滑膜組織進(jìn)行區(qū)別，因此，本研究中T1WI序列中CNR1非常低；而T2WI序列圖像雖然可以將滑膜炎時(shí)稍高信號的滑膜組織與滑膜腔積液進(jìn)行區(qū)分，但是在顯示滑膜病變細(xì)微結(jié)構(gòu)上仍有缺陷，尤其是在顯示髕下脂肪區(qū)滑膜病變時(shí)，與此區(qū)域內(nèi)流空血管影較難區(qū)分，受部分容積效應(yīng)的影響難以對積液少、病變輕的急性期膝關(guān)節(jié)滑膜炎進(jìn)行顯示；PDWI序列主要反映單位體積不同組織間質(zhì)子含量的差別，換而言之，質(zhì)子含量越多的組織信號越高，而關(guān)節(jié)腔積液中質(zhì)子含量要高于滑膜組織，故PDWI序列將膝關(guān)節(jié)周邊脂肪組織抑制呈低信號，更進(jìn)一步顯示滑膜腔內(nèi)積液，滑膜組織的低信號與周邊被抑制的脂肪組織難以區(qū)分[12-13]。膝關(guān)節(jié)增強(qiáng)掃描雖然可以清晰的顯示滑膜組織，但是此種方法是通過人工增加組織對比度，不但增加了檢查費(fèi)用，而且造影劑的腎毒性一直是MRI檢查的爭議點(diǎn)，況且臨床對膝關(guān)節(jié)非腫瘤性病變的檢查很少應(yīng)用增強(qiáng)掃描，故本研究未將增強(qiáng)掃描方式納入研究。

表1 60例患者3D Space-DRI、T1WI、T2WI和 PDWI序列的CNR1與CNR2比較(x-±s)

3D Space-DRI序列是在1.5T以上磁共振儀常規(guī)序列基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型序列，在快速自旋回波之前施加2個(gè)反轉(zhuǎn)預(yù)脈沖，根據(jù)TI時(shí)間的不同，可對兩種組織進(jìn)行抑制，提高組織間的信號強(qiáng)度比[14]。因其最初TI時(shí)間設(shè)定，能夠分別抑制腦白質(zhì)及腦脊液信號，常用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷。本研究基于此基礎(chǔ)將最初的TI時(shí)間參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，選擇性地對脂肪和關(guān)節(jié)腔積液進(jìn)行抑制，突出顯示關(guān)節(jié)滑膜，而3D技術(shù)的應(yīng)用，使圖像空間分辨率明顯提高，并可對任意層面進(jìn)行重建，利于滑膜組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的顯示，由于滑膜組織本身比較微薄，這樣就避免了部分容積效應(yīng)對圖像的影響[15-16]。

本研究中，60例膝關(guān)節(jié)滑膜炎患者均有不同程度滑膜腔積液，而3D Space-DRI序列將積液與脂肪組織進(jìn)行雙重抑制，進(jìn)一步凸顯出滑膜組織，其中23例患者均能清楚顯示滑膜皺襞增生毛刺樣改變，37例患者顯示滑膜的增厚程度及滑膜擴(kuò)大的范圍，其中3例結(jié)核性滑膜炎患者由于結(jié)核致關(guān)節(jié)周圍膿腫，結(jié)核性肉芽組織的增生同樣呈現(xiàn)高信號，與增厚的滑膜組織較難區(qū)分。主觀評分方面，在3D Space-DRI、T2WI序列的比較中，均勻度無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而對滑膜的顯示程度中，3D Space-DRI序列高于常規(guī)T2WI序列，但是圖像整體質(zhì)量卻遠(yuǎn)低于T2WI，究其原因，主要是因?yàn)?D Space-DRI序列圖像極低的信噪比，雖可以凸顯滑膜組織，但對膝關(guān)節(jié)其他病變的顯示卻不及常規(guī)序列，本研究中26例患者同時(shí)患有不同程度關(guān)節(jié)面骨軟骨炎征象，而3D Space-DRI只顯示出了6例，除了與本序列信噪比比較低有關(guān)，很可能與不同組織弛豫時(shí)間不同有關(guān)。

3D Space-DRI序列用于膝關(guān)節(jié)滑膜炎的顯示，可以較為精準(zhǔn)的顯示滑膜增厚的程度、累及范圍以及與周邊組織的關(guān)系，對滑膜炎進(jìn)行影像分期，但由于其信噪比較低，對膝關(guān)節(jié)其他病變的顯示并不如常規(guī)序列，故對膝關(guān)節(jié)疾病的全面診斷，需常規(guī)序列和3D Space-DRI序列聯(lián)合使用。

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A control study of different sequences of 3.0T MRI system in diagnosis for gona- rthromeningitis/

YANG Yan, AO Guo-kun, LIU Jie-ai, et al//
China Medical Equipment,2017,14(10):54-57.

Objective: To confirm the optimal sequence of displaying synovial membrane through compare the contrast noise ratio (CNR) of different sequences MRI for synovial membrane of gonarthromeningitis. Methods: 60 patients with suspected gonarthromeningitis were scanned on knee-joint by using a series of sequences including T1WI, T2WI, PDWI and 3D space-DRI, respectively. And the CNRs between synovium and effusion of synovial cavity and between synovium and adipose tissue around synovium of different sequences were detected, and they were recorded as CNR1and CNR2, respectively. Besides, double-blind subjective scores were applied to 3D Space-DRI, uniformity of T2WI, display degree of synovium and the total quality of image. And ANOVA was adopted to analyze the objective indexes of image, and Wilcoxon rank sum test was used to analyze objective index. Results:The CNR1s of 3D Space-DIR, T1WI, T2WI, PDWI were 55.33±7.88, 5.13±2.96, 34.91±2.27 and 40.61±6.58,respectively. And the CNR2s of them were 44.38±1.22, 30.10±0.24, 26.86±0.67 and 9.23±0.44, respectively. The subjective scores about image uniformity of 3D Space-DIR and T2WI were 4.36 ±0.08 and 4.44±0.07, respectively.And the subjective scores about display degree of synovial membrane were 4.70±0.06 and 2.05 ±0.03, respectivley.Besides, the total quality scores of image were 1.23±0.06 and 4.51±0.07, respectively. Conclusion: 3D Space-DIR sequence of 3.0T MRI has more advantages in the diagnosis of synovial morphology for gonarthromeningitis.

Magnetic resonance imaging; 3D space double inversion recovery sequence; Gonarthromeningitis

Department of Radiology, The 309thHospital of Chinese PLA, Beijing 100091, China.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.10.016

楊艷,女,(1974- ),碩士，副主任醫(yī)師。解放軍第309醫(yī)院放射科，從事MRI診斷工作。

2017-03-29

1672-8270(2017)10-0054-04

R445.2

A

①解放軍第309醫(yī)院放射科 北京 100091

*通訊作者：13050036888@163.com