重视骨关节系统MRI新技术的应用与研究

徐文坚，陈海松

近年来，随着MR成像技术的飞速发展，骨关节系统MRI在成像技术、成像范围、获得信息的层次(由宏观形态与结构，到细胞、亚细胞、甚至分子水平)和临床应用等诸方面均有较多进展，包括MR扩散成像、灌注成像、波谱成像、T1ρ成像和T2 mapping、动态增强扫描、MR关节造影等，新技术的合理应用将为骨关节系统影像诊断和研究开辟新的途径。

1 骨骼MRI新技术的应用与研究

在骨骼研究方面，骨肿瘤仍然是主要研究方向。常规MRI可以较准确确定恶性肿瘤的范围、内部结构和对骺板、关节、血管、神经及周围组织的浸润，较早地显示髓内病变及早期骨内转移，为恶性骨肿瘤的临床分期、制定治疗方案及预后判定提供准确的依据。国内、外已有诸多研究者从不同方面分别对骨肿瘤及瘤样病变进行了研究，如Kim等[1]对软骨黏液样纤维瘤、上官景俊等[2]对骨肿瘤的瘤周表现、Fechtner等[3]对浆细胞瘤的分期系统进行了对比研究，丰富了此类病变的MRI诊断与鉴别诊断知识，但仍有诸多问题有待进一步研究，如骨肿瘤不同组织成分及其引起的骨结构变化MRI表现、诊断特异性和准确性等。

在MRI新技术应用方面，更多研究集中在下列几方面，有望为骨骼疾病的定量与定性诊断提供新的方法：(1)MR扩散成像研究[4-5]：ADC值与肿瘤组织细胞密度有关，恶性肿瘤生长活跃，肿瘤细胞密度高、排列紧密、细胞外间隙减小，使得细胞外水分子扩散运动受限，ADC值减低。结合常规MRI可很好显示恶性骨肿瘤的侵犯范围及其生长活跃部分所占比例；(2)MR动态及灌注成像研究：血管内对比剂量的改变可引起信号强度改变，间接反映肿瘤的血流灌注状态。Chen等[6]利用MRI评估急性髓型白血病椎体骨髓灌注状态，认为其可做为评价白血病缓解和生存期限的重要指标。国内MR灌注研究报告较少；(3)MR波谱(MRS)研究：骨关节系统肿瘤成分各异，引起的磁场不均匀和磁敏感效应导致MRS检查困难。国内外均有用1H-MRS和31P-MRS进行骨肿瘤前瞻性研究，但尚未得出理想结果；(4)MRI示踪研究：目前超高场强(7.0 T以上)MR的空间分辨率约为50 μm×50 μm×50 μm，已接近分辨单一细胞水平。有研究显示通过示踪剂标记干细胞，可用MRI观察骨髓内信号变化的程度、范围，以评价体内干细胞数量、分布和分化，在活体上了解干细胞移植的效果[7]。

对于骨质疏松的研究，国内外初步研究显示MR动态及灌注扫描对于骨质疏松的检测可能具有重要价值，值得进一步探讨[8]。另外，T2弛豫时间也与骨矿物质密度(BMD)有一定的相关性，可反映骨小梁的多少。因此，T2*、T2mapping有可能获得更多骨髓及骨小梁微结构的信息，从而使骨质疏松的判别更准确。MRS通过测量骨髓中水和脂肪含量，可以了解骨质疏松骨髓的生理、病理变化，也为评价骨质疏松及预防其引发的骨折提供一个全新的思路。

2 关节MRI新技术的应用与进展

关节影像学研究主要集中在关节软骨研究方面，是近期骨关节研究的热点话题。MRI新技术、新方法的应用，有望显示软骨的形态、体积、厚度和局灶性缺损，还可以反映软骨的代谢和生化信息，从而早期发现软骨病变。主要新技术包括：(1)T2 mapping关节软骨研究：软骨组织内影响T2值的因素主要有胶原纤维各向异性、胶原浓度以及水含量。国外有众多研究者利用T2弛豫时间成像对关节软骨进行了不同研究，认为T2值及T2 mapping可较好地显示关节软骨的形态、早期病变等[9-10]。国内李五根等[11]及本期刊出的王鹤翔等[12]研究者也分别对膝关节软骨进行了T2 mapping成像研究，证明其可用于早期评价关节软骨生物组织构成的变化。(2)T1ρ成像关节软骨研究：T1ρ成像可用于标记软骨蛋白多糖分布，对蛋白多糖丢失具有非常高的敏感性和特异度。该技术目前尚处于临床前期研究阶段，国外仅有少量文献报道。Mosher等[9]研究显示，在定量显示关节软骨损伤的形态和成分方面，T1ρ、T2值具有高度地一致性。T2值的变化比T1ρ值更能反映纤维软骨的改变，T1ρ值变化则更能反映透明软骨的改变，并且T1ρ和T2值的变化与临床症状有相关性[13]。(3)超短TE序列(ultrashort echo time，UTE)关节软骨研究：可选择性突出短T2成分而减少来源于长T2成分的信号。UTE成像可分层显示关节软骨，深层为高信号和浅层为低信号，利于显示软骨缺损。本技术仍处于临床前期阶段。(4)MRS关节软骨研究：骨关节系统1H-MRS和31P-MRS研究尚未取得理想结果。目前，有研究者用23Na-MRS对软骨损伤进行研究，根据软骨内钠分布图像间接显示蛋白多糖崩解的区域。初步研究显示骨性关节炎软骨的糖胺聚糖降解区域中，23Na谱信号强度有明显下降[14]，为早期骨关节炎提供一种无创的诊断方法。也有研究者尝试用13C-MRS，但尚处于摸索阶段。(5)MR增强扫描关节软骨研究：MR常规增强扫描已常规应用并取得成熟的经验，近来一些特殊的增强技术和方法被应用到基础和临床研究中，如MRI延迟增强关节软骨研究可通过电荷密度成像反映关节软骨黏多糖的含量。Miese等[15]的类风湿性关节炎掌指关节软骨研究显示，病变关节软骨延迟时间低于正常软骨。郑卓肇等[16]、张国伟等[17]的动物离体软骨和髌骨软化症延迟增强扫描研究显示可借助软骨内糖胺聚糖含量的变化，早期显示软骨成分变化，对软骨退变的早期诊断有价值。(6)MR关节造影对软骨损伤的研究：在X线透视或超声引导下关节内注入对比剂(如Gd-DTPA)，在不同时间进行MRI检查，主要用于肩关节、髋关节盂唇损伤、关节软骨缺损、软骨剥脱、半月板撕裂及术后复查、骨软骨病变或关节内游离体等，有助于关节内病变诊断及软骨损伤的分级。国内外已有较多研究报道，如本期刊出的田春艳和郑卓肇[18]利用肩关节造影对前下肩关节囊撕裂和上盂唇撕裂等进行了系列研究，可准确显示上述结构的损伤。

3 软组织MRI新技术的应用与进展

软组织影像学检查主要用于软组织损伤、肿瘤及感染等病变的诊断与鉴别诊断，近来尤其侧重于关节周围肌腱和韧带损伤的研究。检查方法除常规CT、MRI外，越来越多的新技术、新方法用于临床和科研之中，包括MR关节造影、MR波谱成像、MR超短回波时间成像等。软组织常规MRI研究报告逐渐增多，已取得了较丰富的经验，但定性诊断仍然存在局限性。本期刊出的李树金等[19]用表观扩散系数鉴别良恶性软组织肿瘤，黄振国等[20]探讨了MRI在多发性肌炎、皮肌炎诊疗中的应用。

MRI新技术的应用有望在软组织病变的检出、定量和定性诊断方面提供更有价值的信息，值得进一步研究，主要表现在：(1)MR关节造影：目前主要应用于肩、肘、髋、膝等关节，对于显示关节囊、韧带和肌腱损伤具有较高敏感性和特异性，可显示常规MRI无法显示的关节损伤，为关节损伤诊断提供了全新的方法。(2)软组织MRS研究：所用方法不同，目前有使用1H-MRS、31P-MRS和23Na-MRS的研究报道，但都处于初步研究阶段。(3)软组织的MR超短回波时间成像：目前主要用于肌腱、韧带研究，尤其是肌腱、韧带或关节囊与骨连接处，此处容易损伤。正常情况下，此区域肌腱、韧带均为短T2值，在常规序列上少或无信号，使得常规MRI无法鉴别上述结构。使用超短回波时间成像序列可将起止点区不同短T2成分组织的信号区分开来，如起止点上的钙化与非钙化、纤维结缔组织和骨组织等，有利于对解剖结构的认识和对疾病的诊断。

综上所述，常规MRI检查在骨关节系统疾病方面已经取得了丰富的理论和实践经验，尽管其敏感性较高，但由于信号变化复杂，与病理对照研究不足，导致其特异性受到质疑，仍需进一步研究；以往对软组织研究不足，尤其肌腱、韧带损伤的检查应用与认识不足，有待更多的研究。MRI新技术不断涌现，有望为骨关节系统提供更多有价值的定量、定性及功能信息，也必将拓宽MRI在本系统的应用，进一步提高其敏感性和特异性。

[References]

[1] Kim HS, Jee WH, Ryu KN, et al. MRI of chondromyxoid fibroma. Acta Radiol, 2011, 52: 875-80.

[2] Shangguan JJ, Xu WJ, Li W, et al. The imaging features of surrounding changes caused by bone tumor and tumor-like leions. Chin J Radiol, 2011, 45(5): 463-467.上官景俊, 徐文坚, 李文, 等. 骨肿瘤与瘤样病变周围组织影像表现分析. 中华放射学杂志, 2011, 45(5):463-467.

[3] Fechtner K, Hillengass J, Delorme S, et al. Staging monoclonal plasma cell disease: comparison of the duriesalmon and the durie-salmon PLUS staging systems.Radiology, 2010, 257: 195-204.

[4] Khoo MM, Tyler PA, Saifuddin A, et al. Diffusionweighted imaging (DWI) in musculoskeletal MRI: a critical review. Skeletal Radiol, 2011, 40(6): 665-681.

[5] Tang XE, Zhao WD. Whole body diffusion weighted imaging in diagnosing bone metastases of malignant tumor: a systematic review. Chin J Med Imaging Technol,2010, 26(11): 2160-2163.汤宪娥, 赵卫东. 全身扩散加权成像对恶性肿瘤骨转移诊断试验的系统评价. 中国医学影像技术, 2010, 26(11):2160-2163.

[6] Chen BB, Hsu CY, Yu CW. Dynamic contrast-enhanced MR imaging measurement of vertebral bone marrow perfusion may be indicator of outcome of acute myeloid leukemia patients in remission. Radiology, 2011, 258(3):821-831.

[7] Straathof R, Strijkers GJ, Nicolay K. Target-specific paramagnetic and super-paramagnetic micelles for molecular mr imaging. Methods Mol Biol, 2011, 771:691-715.

[8] Li X, Kuo D, Schafer AL, et al. Quanti fication of vertebral bone marrow fat content using 3 tesla MR spectroscopy:reproducibility, vertebral variation, and applications in osteoporosis. J Magn Reson Imaging, 2011, 33(4):974-979.

[9] Mosher TJ, Zhang Z, Reddy R, et al. Knee articular cartilage damage in osteoarthritis: analysis of MR image biomarker reproducibility in ACRIN-PA 4001 multicenter trial. Radiology, 2011, 258(3):832-842.

[10] Mamisch TC, Trattnig S, Quirbach S, et al. Quantitative T2 mapping of knee cartilage: differentiation of healthy control cartilage and cartilage repair tissue in the knee with unloading: initial results. Radiology, 2010, 254(3):818-826.

[11] Li WG, Gong HH, Zeng XJ, et al. The application of MR T2*map imaging in knee osteoarthritis. J Practi Radiol(China), 2010, 26(5): 711.李五根, 龚洪翰, 曾献军, 等. 磁共振T2*map成像在膝关节骨性关节炎中的应用价值. 实用放射学杂志, 2010,26(5):711.

[12] Wang HX, Hao DP, Xu WJ, et al. 3.0 T MRI T2-mapping evaluates knee cartilage degeneration. Chin J Magn Reson Imaging, 2012, 3(4): 245-249.王鹤翔, 郝大鹏, 徐文坚, 等. 3.0 T MRI T2-mapping对膝关节软骨退变的评估价值. 磁共振成像, 2012, 3(4):245-249.

[13] Cotofana S, Eckstein F, Wirth W, et al. In vivo measures of cartilage deformation: patterns in healthy and osteoarthritic female knees using 3 T MR imaging. Eur Radiol, 2011,21(6): 1127-1135.

[14] Schmitt B, Zbýň Š, Stelzeneder D, et al. Cartilage quality assessment by using glycosaminoglycan chemical exchange saturation transfer and 23Na MR imaging at 7 T.Radiology, 2011, 260(1): 257-264.

[15] Miese FR, Ostendorf B, Wittsack HJ, et al.Metacarpophalangeal joints in rheumatoid arthritis:delayed Gadolinium-enhanced MR imaging of cartilage—a feasibility study. Radiology, 2010, 257(2):441-447.

[16] Zheng ZZ, Li X, Liu Y, et al. The Study of Correlation Between MR Relaxation Time and Biochemical Composition of Cartilage. Chin J Med imaging, 2010,18(4): 336-341.郑卓肇, 李选, 刘颖, 等. 弛豫时间与软骨生化成分的相关性研究. 中国医学影像学杂志, 2010, 18(4): 336-341.

[17] Zhang GW, Zhang GH, Zhao SN, et al. The evaluation of 3D-FS-SPGR delayed enhanced MR scan in chondromalacia patella. J Clinic Radiol (China), 2010,29(4): 498-500.张国伟, 张光辉, 赵善娜, 等. 髌骨软化症在MR延迟增强扫描中的表现. 临床放射学杂志, 2010, 29(4):498-500.

[18] Tian CY, Zheng ZZ. Tear of the antero-inferior shoulder capsule: evaluation with shoulder MR arthrography. Chin J Magn Reson Imaging, 2012, 3(4): 250-254.田春艳, 郑卓肇. 肩关节MR造影对前下肩关节囊撕裂的诊断价值. 磁共振成像, 2012, 3(4): 250-254.

[19] Li SJ, Wu XB, Zhang SW. A Meta analysis on apparent diffusion coefficient used to differentiate benign from malignant soft tissue tumors. Chin J Magn Reson Imaging,2012, 3(4): 255-259.李树金, 吴晓冰, 张绍伟, 等. 表观扩散系数鉴别良恶性软组织肿瘤价值的Meta分析. 磁共振成像, 2012, 3(4):255-259.

[20] Huang ZG, Yan R, Zhang XZ, et al. The application of MRI in the diagnosis and monitoring of treatment response in patients with polymyositis and dermatomyositis. Chin J Magn Reson Imaging, 2012, 3(4): 260-264.黄振国, 闫燃, 张雪哲, 等. 磁共振成像在多发性肌炎、皮肌炎诊疗中的应用. 磁共振成像, 2012, 3(4): 260-264.