陳地友，冉啟勝

中國人民解放軍陸軍特色醫(yī)學(xué)中心（大坪醫(yī)院） 放射科 重慶市影像醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)臨床研究中心，重慶 400042

引言

作為下肢特殊且重要的承重部位，加之復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)，頻繁的行走及劇烈運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)已經(jīng)成為僅次于膝關(guān)節(jié)后最易發(fā)生損傷和退行性改變的關(guān)節(jié)[1]。踝關(guān)節(jié)損傷常見于韌帶損傷和關(guān)節(jié)軟骨損傷，如不及時(shí)進(jìn)行治療，易遺留疼痛、關(guān)節(jié)不穩(wěn)、繼而發(fā)生骨關(guān)節(jié)病等，影響功能。

MRI因其軟組織對(duì)比度高、能任意角度成像，在踝關(guān)節(jié)損傷（韌帶、關(guān)節(jié)軟骨、肌腱等損傷）的影像學(xué)診斷中明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的X線和CT[2‐3]，是目前評(píng)估韌帶損傷、肌腱疾病和關(guān)節(jié)軟骨損傷最理想的檢查手段[4]。優(yōu)質(zhì)的MR影像是踝關(guān)節(jié)損傷準(zhǔn)確診斷的保障，磁共振線圈的主要功能是發(fā)射射頻脈沖和接收MR信號(hào)，是MRI系統(tǒng)的重要組成部分。目前應(yīng)用于踝關(guān)節(jié)MRI的線圈多卻不統(tǒng)一，常見的有脊柱線圈、頭顱線圈、膝關(guān)節(jié)線圈、表面線圈、踝關(guān)節(jié)專用線圈，鮮有文獻(xiàn)報(bào)道各個(gè)線圈在此領(lǐng)域的成像質(zhì)量差異。其中表面線圈與頭顱線圈是目前應(yīng)用最廣泛的兩種線圈，本研究擬采用四通道相控陣表面線圈和十二通道頭顱正交線圈對(duì)踝關(guān)節(jié)進(jìn)行成像，探討兩種線圈踝關(guān)節(jié)MRI的圖像質(zhì)量差異。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2018年1月至5月期間在我院就診并行踝關(guān)節(jié)MRI檢查的89例患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 圖像偽影嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量的患者；② 踝關(guān)節(jié)置換假體、內(nèi)固定術(shù)后或韌帶重建術(shù)后的患者；③ 序列缺失的患者；④ 掃描范圍不足的患者；⑤ 腫瘤等其他病灶影響圖像信號(hào)、噪聲測(cè)量的患者。實(shí)驗(yàn)組46例：男性30例，女性16例，年齡17～60歲，平均（39.69±13.78）歲；常規(guī)組43例：男性25例，女性18例，年齡20～58歲，平均（38.10±13.06）歲。其中MR提示骨折3例，骨挫傷40例，韌帶損傷25例，跟腱撕裂6例，關(guān)節(jié)積液35例，無明顯異常15例。本次研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者知曉同意并簽署了知情同意書。

1.2 檢查方法

采用德國西門子1.5 T Magnetom Aera MR掃描儀，患者仰臥位足先進(jìn)，被檢側(cè)取自然放松體位，跖屈20°，常規(guī)組選擇十二通道頭顱正交線圈，實(shí)驗(yàn)組選擇四通道相控陣表面線圈包繞踝關(guān)節(jié)，并用沙袋固定，定位中心選擇內(nèi)外踝連線中點(diǎn)上1 cm。所有患者均由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的技師按照相同體位設(shè)計(jì)及掃描參數(shù)完成，并作一致性分析。掃描序列：PD FSE T2 fs，掃描參數(shù)：TR3000 ms、TE31 ms、層厚3 mm、層間距0.6 mm、矩陣320×256、FOV180 mm×180 mm、翻轉(zhuǎn)角150°。

1.3 圖像分析、數(shù)據(jù)處理

將掃描所得影像數(shù)據(jù)傳至西門子副臺(tái)工作站，采用相同感興趣區(qū)域（Region of Interest，ROI）在相同層面測(cè)量距骨、滑液、跟腱、拇長屈肌的信號(hào)值，測(cè)量該層影像四個(gè)角（無卷褶偽影）的信號(hào)值（圖1），將其平均值作為計(jì)算信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）的噪聲值，于同層踝關(guān)節(jié)前方無卷褶偽影處選取ROI測(cè)量背景噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差，所有ROI測(cè)量3次，取平均值。

圖1 噪聲值測(cè)量方法

1.3.1 客觀評(píng)價(jià)

計(jì)算距骨、滑液、跟腱、肌肉的SNR及相鄰組織間的對(duì)比信噪比（Contrast‐to‐Noise Ratio，CNR）。SNR的計(jì)算公式：SNR=S/SD；2種組織的CNR計(jì)算公式：CNR=(S‐S1)/SD。其中S為測(cè)量的距骨、滑液、跟腱、肌肉信號(hào)強(qiáng)度，S1為鄰近組織信號(hào)強(qiáng)度，SD為背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差。CNR比較選取計(jì)算：滑液/距骨，滑液/肌肉，跟腱/肌肉。

1.3.2 主觀評(píng)價(jià)

兩名具有獨(dú)立診斷經(jīng)驗(yàn)的放射診斷醫(yī)師對(duì)所有圖像進(jìn)行診斷， 且從整體清晰程度、韌帶和肌腱清晰程度、脂肪抑制效果、圖像偽影4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：① 優(yōu)：影像清晰，各韌帶、肌腱顯示清晰，脂肪抑制均勻，無明顯偽影；② 良：影像較清晰，各韌帶、肌腱顯示較清楚，脂肪抑制均勻，有輕微偽影；③ 差：影像較模糊，各韌帶、肌腱顯示欠清楚，脂肪抑制不均、偽影稍重，對(duì)診斷有一定影響。爭議評(píng)價(jià)再請(qǐng)另外的高級(jí)放射診斷醫(yī)師閱片討論后給出結(jié)論。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，對(duì)兩組影像上距骨、滑液、跟腱、肌肉的SNR，各組織間的CNR及影像質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量數(shù)據(jù)采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，影像質(zhì)量評(píng)價(jià)采用卡方檢驗(yàn)，P<0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 SNR的比較

兩種線圈踝關(guān)節(jié)各組織SNR比較：① 距骨：四通道相控陣表面線圈SNR高于十二通道頭顱正交線圈，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001）；② 滑液：四通道相控陣表面線圈SNR高于十二通道頭顱正交線圈，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001）；③ 跟腱：四通道相控陣表面線圈SNR高于十二通道頭顱正交線圈，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.004）；④ 肌肉：四通道相控陣表面線圈SNR高于十二通道頭顱正交線圈，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001），見表1。

表1 兩種線圈踝關(guān)節(jié)各組織SNR比較（±s）

表1 兩種線圈踝關(guān)節(jié)各組織SNR比較（±s）

線圈名稱 距骨 滑液 跟腱 肌肉頭顱正交線圈（n=43） 5.07±1.73 3.13±1.05 0.69±0.28 8±1.63相控陣表面線圈（n=46） 10.74±3.11 6.36±1.76 1.73±1.01 20.9±1.32 P值 <0.001 <0.001 0.004 <0.001

2.2 CNR的比較

兩種線圈踝關(guān)節(jié)各組織CNR比較：① 四通道相控陣表面線圈滑液/距骨CNR高于十二通道頭顱正交線圈，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.001）；② 四通道相控陣表面線圈滑液/肌肉CNR高于十二通道頭顱正交線圈，有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.002）；③ 四通道相控陣表面線圈跟腱/肌肉CNR高于十二通道頭顱正交線圈，二者無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.11），見表2。

表2 兩種線圈踝關(guān)節(jié)各組織CNR比較（±s）

表2 兩種線圈踝關(guān)節(jié)各組織CNR比較（±s）

線圈名稱 滑液/距骨 滑液/肌肉 跟腱/肌肉頭顱正交線圈（n=43） 58.02±1.02 5.01±1.63 18.17±1.18相控陣表面線圈（n=46） 85.95±2.65 7.29±2.61 29.33±1.97 P值 <0.001 0.002 0.11

2.3 圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

四通道相控陣表面線圈組影像優(yōu)良率高于十二通道頭顱正交線圈組，二者有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05），見表3。圖像優(yōu)良性比較，見圖2。

表3 兩種線圈踝關(guān)節(jié)MR圖像主觀評(píng)價(jià)比較

圖2 圖像優(yōu)良性比較

3 討論

3.1 MR在踝關(guān)節(jié)損傷影像學(xué)檢查中的優(yōu)勢(shì)

踝關(guān)節(jié)損傷是臨床較為常見的損傷之一，影像學(xué)檢查主要有X線、CT、MR。X線檢查操作簡便、耗時(shí)短、價(jià)格低，主要用于懷疑骨折的急診患者和踝關(guān)節(jié)損傷治療時(shí)踝穴的解剖復(fù)位以及骨折術(shù)后的效果評(píng)估，但受多種因素影響且缺點(diǎn)明顯，例如：X線投照角度、病人體位設(shè)計(jì)、重復(fù)性難、影像重疊[5]。CT成像在三種影像學(xué)檢查中速度最快，能夠直觀的觀察骨折特征，尤其是對(duì)隱匿性骨折[6]（例如：內(nèi)外踝、后踝的骨折類型、骨折片的大小和移位）的診斷優(yōu)勢(shì)明顯，而軟組織顯示差、輻射劑量大和費(fèi)用較貴是其主要的缺點(diǎn)。MR是目前踝關(guān)節(jié)損傷的首選影像學(xué)檢查方法。尤其是對(duì)韌帶、關(guān)節(jié)軟骨、肌腱等軟組織損傷的顯示明顯優(yōu)于X線與CT[3,7]，能任意重建、多方位成像的三維序列等更高級(jí)序列的應(yīng)用也極大提高了其診斷準(zhǔn)確性[7‐8]。同時(shí)踝關(guān)節(jié)損傷多見于韌帶、關(guān)節(jié)軟骨等慢性損傷，常遺留疼痛、關(guān)節(jié)不穩(wěn)、繼而發(fā)生骨關(guān)節(jié)炎等，需要定期影像學(xué)檢查，MR因其無輻射且對(duì)韌帶、關(guān)節(jié)軟骨顯示敏感，是目前的最佳復(fù)查方法。

3.2 踝關(guān)節(jié)MR影像的質(zhì)量指標(biāo)及影響因素

SNR與CNR是評(píng)價(jià)MR成像質(zhì)量的主要指標(biāo)。SNR即信號(hào)值與背景噪聲的比值，高SNR圖像主要表現(xiàn)為圖像清晰、邊緣鮮明；而低SNR圖像主要表現(xiàn)為顆粒感強(qiáng)，背景噪聲增加，圖像模糊[9]；CNR是不同組織信號(hào)的差值與背景噪聲的比值，是反映不同組織成分差異的指標(biāo)，CNR越大，圖像質(zhì)量也就越好，是MR影像上區(qū)分正常組織與病灶即診斷疾病的核心[10]。SNR與CNR受主磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)均勻性、掃描參數(shù)（激勵(lì)次數(shù)、層厚、帶寬）、線圈等因素影響。本次研究中所有數(shù)據(jù)均采用西門子1.5 T磁共振采集，掃描參數(shù)統(tǒng)一，由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的技師完成（一致性檢驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的Kappa值分別為0.805（P=0.009），0.784（P=0.012），兩名技師掃描圖像一致性較好），僅掃描線圈不同。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組距骨、滑液、跟腱、肌肉的SNR均高于常規(guī)組，同時(shí)實(shí)驗(yàn)組滑液/距骨、滑液/肌肉、跟腱/肌肉CNR也高于常規(guī)組，說明選擇四通道相控陣表面線圈時(shí)MR成像質(zhì)量優(yōu)于十二通道頭顱正交線圈。

3.3 不同線圈在踝關(guān)節(jié)MR成像的既往相關(guān)研究

線圈是MR成像中射頻系統(tǒng)的重要組成部分，由發(fā)射線圈和接收線圈構(gòu)成[11]。目前應(yīng)用于踝關(guān)節(jié)MR成像的線圈主要有頭顱正交線圈、膝關(guān)節(jié)線圈、踝關(guān)節(jié)專用線圈、表面線圈[12]，亦有研究采用脊柱線圈[13]。膝關(guān)節(jié)線圈、脊柱線圈踝關(guān)節(jié)影像質(zhì)量低于前述余下三種線圈，適用于無法承擔(dān)高額線圈費(fèi)用的基層醫(yī)院；踝關(guān)節(jié)專用線圈價(jià)格昂貴，因其設(shè)計(jì)得更貼合踝關(guān)節(jié)走行，使在對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的信號(hào)采集上，由于距離更近所以信號(hào)衰減的更少，在很大程度提高了對(duì)骨軟骨、韌帶等細(xì)節(jié)的分辨能力[14]。孫巖等[15]分別用小視野表面線圈與靴型線圈對(duì)距骨軟骨成像，發(fā)現(xiàn)小視野表面線圈因貼得更近，對(duì)距骨軟骨顯示更好；而靴型線圈個(gè)體差異較大，顯示相對(duì)較差。

3.4 頭顱正交線圈與相控陣表面線圈在踝關(guān)節(jié)MR成像中的差異

本研究中納入目前使用最多的頭顱正交線圈（常規(guī)組）與相控陣表面線圈（實(shí)驗(yàn)組）進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組距骨、滑液、跟腱、肌肉的SNR、CNR以及影像優(yōu)良率均高于常規(guī)組，其原因可能是：① 本研究中頭顱正交線圈既是發(fā)射線圈也是接收線圈，而表面線圈僅作為接收線圈，磁體內(nèi)體線圈作為發(fā)射線圈，而體線圈的穩(wěn)定性優(yōu)于頭顱線圈；② 表面線圈相較于頭顱線圈體積更小，與踝關(guān)節(jié)貼得也越近，使填充因子增加，其產(chǎn)生的信號(hào)更強(qiáng)而噪聲相對(duì)更小。而實(shí)驗(yàn)組跟腱/肌肉CNR雖高于常規(guī)組，但二者無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05），其原因可能是：① 納入樣本量不足；② 線圈因素：本次研究中的兩種線圈均是由多個(gè)子線圈單元構(gòu)成的，多個(gè)數(shù)據(jù)采集通道與之匹配，圖像的SNR與線圈通道數(shù)成正比，但多通道線圈之間的去耦合技術(shù)也直接影響整個(gè)線圈的SNR，常通過改變相鄰線圈間重疊面積來消除耦合[16‐17]。盡管本研究中頭顱線圈具有十二個(gè)通道數(shù)，多于表面線圈（四個(gè)），但表面線圈更貼近踝關(guān)節(jié)，填充因子更多，去耦合技術(shù)可能優(yōu)于頭顱線圈。綜合以上因素，在使用表面線圈大部分組織SNR、CNR優(yōu)良率均優(yōu)于頭顱線圈的前提下，少數(shù)組織趨于接近，例如本研究中跟腱/肌肉CNR比較。

3.5 本次研究的不足

不足之處主要包括以下幾個(gè)方面：① 納入病例病種較復(fù)雜，未對(duì)某單一類病種或僅針對(duì)健康者進(jìn)行研究，對(duì)測(cè)量結(jié)果有一定偏倚；② 距骨軟骨厚度僅1.35～2.69 mm，厚度較薄[18]，本研究采用二維序列，踝關(guān)節(jié)軟骨顯示較差，無法比較兩種線圈對(duì)軟骨顯示的差異（定量比較），故僅對(duì)距骨進(jìn)行測(cè)量；③ 采用的二維序列，層厚較厚，對(duì)韌帶、肌腱等復(fù)雜走形解剖結(jié)構(gòu)的顯示欠佳，所以無法在該領(lǐng)域?qū)山M線圈進(jìn)行詳細(xì)比較，之后將優(yōu)化序列或采用三維序列做進(jìn)一步研究。

綜上所述，在踝關(guān)節(jié)MRI中，相較于十二通道頭顱正交線圈，選擇四通道相控陣表面線圈能夠更好地顯示踝關(guān)節(jié)的韌帶等軟組織，更有利于踝關(guān)節(jié)病變的影像診斷，其高SNR、高CNR能更好滿足臨床需求，考慮脊柱線圈、膝關(guān)節(jié)等線圈的低SNR，踝關(guān)節(jié)專用線圈的高昂價(jià)格，表面線圈是目前踝關(guān)節(jié)MRI檢查中的優(yōu)勢(shì)線圈。