3.0T磁共振3D Space双反转序列对膝关节滑膜炎的诊断价值

吴 涛WU Tao敖国昆AO Guokun许国宇XU Guoyu袁晓东YUAN Xiaodong石清磊SHI Qinglei张海平ZHANG Haiping吴 霄WU Xiao

作者单位1. 河北北方学院研究生部 河北张家口075000 2.解放军第309医院放射科 北京 100091 3. 西门子（中国）有限公司临床市场部 北京100102

3.0T磁共振3D Space双反转序列对膝关节滑膜炎的诊断价值

吴 涛1WU Tao敖国昆2AO Guokun许国宇2XU Guoyu袁晓东2YUAN Xiaodong石清磊3SHI Qinglei张海平1ZHANG Haiping吴 霄1WU Xiao

作者单位1. 河北北方学院研究生部 河北张家口075000 2.解放军第309医院放射科 北京 100091 3. 西门子（中国）有限公司临床市场部 北京100102

Department of Radiology， the 309thHospital of PLA， Beijing 100091， China

Address Correspondence to： AO Guokun E-mail： aogk309@vip.163.com

中国医学影像学杂志2016年 第24卷 第8期：623-626

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 （8）： 623-626

目的 探讨3.0T磁共振3D Space双反转（3D Space-DIR）序列在膝关节滑膜炎中的诊断价值。资料与方法 对2014年6月-2015年7月于解放军第309医院就诊，疑似膝关节滑膜炎并拟行手术的120例患者行膝关节常规序列（T1WI、T2WI、PDWI）及3D Space-DIR序列扫描，并于3D Space-DIR序列、T2WI序列图像上分别测量滑膜厚度。以病理结果为“金标准”绘制ROC曲线，评价3D Space-DIR序列对膝关节滑膜炎的诊断能力；分别计算试验组（T1WI、T2WI、PDWI）及对照组（T1WI、T2WI、PDWI、3D Space-DIR）对膝关节滑膜炎的诊断敏感度、特异度及准确率。结果 试验组的ROC曲线下面积为0.934，高于对照组的0.770，差异有统计学意义（P＜0.01）。试验组与对照组对膝关节滑膜炎的诊断敏感度、特异度、准确率分别为97.8%、85.7%、95.8%和89.9%、62.0%、85.0%。结论 3D Space-DIR序列在膝关节滑膜炎中具有更好的诊断效果，可以提高对于膝关节滑膜炎的诊断能力。

滑膜炎；膝关节；磁共振成像

膝关节滑膜是全身关节中最大的滑膜，根据其发病的组织病理改变分为滑膜炎、增生、感染、化生、肿瘤等，而其中滑膜炎是一种常见的病理改变［1］。膝关节滑膜炎发病原因多样，常见的有退行性骨关节病、类风湿性关节炎、结核、色素沉着绒毛结节性滑膜炎等，均可导致滑膜不同程度增厚、滑膜腔积液、滑膜结节形成，常引起膝关节肿痛，甚至功能障碍［2］。因此，提高滑膜炎的诊断率并及时治疗具有极其重要的临床意义。近年来，随着高场、超高场磁共振仪的普及，图像质量大幅度提高，常规T1WI、T2WI序列虽可以显示滑膜大体形态，但在显示滑膜厚度、滑膜结节、绒毛形成及周边组织受累程度上仍存在局限性。本研究旨在运用3.0T磁共振3D Space双反转（three-dimensional space double inversion recovery，3D Space-DIR）序列更清晰地显示滑膜病变，尤其通过有效测量滑膜厚度并结合滑膜分级系统以更精准地确定滑膜炎的严重程度，从而提高膝关节滑膜炎的诊断率，并有助于确定治疗方法及评价预后［1］。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2014年6月-2015年7月在解放军第309医院就诊的疑似膝关节滑膜炎并拟行手术患者120例，其中男67例，女53例；年龄46～75岁，平均（59.4±7.6）岁。纳入标准：①具有膝关节肿胀、压痛、不适等临床症状；②由临床症状及影像学检查结果排除膝关节肿瘤性病变。由于临床对膝关节非肿瘤性病变较少采用增强扫描检查，故本研究未纳入增强扫描对滑膜的显示。研究经本院医学道德伦理委员会批准，所有患者均签署患者知情同意书。

1.2检查方法 使用Siemens Magnetom Skyra 3.0T超导型MRI扫描仪，线圈为T×R×CP Extremity Coil 3T，膝关节专用线圈。每位患者均行常规序列扫描（T1WI、T2WI、PDWI）及3D Space-DIR序列扫描。体位选择仰卧位脚先进，扫描过程中受检侧膝关节保持制动。分别扫描TSE T1WI、T2WI、PDWI及3D Space-DIR序列，扫描参数：T1WI：层数19，层厚4.0 mm，视野（FOV）170 mm，TR 608 ms，TE 12 ms，激励次数（NEX）1次，翻转角180°；T2WI：层数19，层厚4.0 mm，FOV 170 mm，TR 2000 ms，TE 73 ms，NEX 2次，翻转角172°；PDWI：层数19，层厚4.0 mm，FOV 170 mm，TR 1700 ms，TE 32 ms，NEX 1次，反转角131°；3D Space-DIR：层数19，层厚2.0 mm，FOV 210 mm，TI1 1800 ms，TI2 354 ms，TR 5000 ms，TE 335 ms，NEX 1次，翻转角131°。

1.3图像分析 所有患者术前均行膝关节常规扫描协议及3D Space-DIR序列成像，扫描所得到的图像分为两组进行评估。试验组：常规TSE T1WI、T2WI、PDWI及3D Space-DIR序列图像；对照组：只包括常规TSE T1WI、T2WI、PDWI序列。将3D Space-DIR、T2WI序列图像上传至Siemens Syngo工作站，分别在TSE T2WI及3D Space-DIR序列测量内、外侧室滑膜厚度，并取平均值［3］。每个病例连续测量3次，并取其平均值，所得结果用于诊断分析。由2位10年以上工作经验的影像科副主任医师采用双盲法（排除患者主诉、疾病进程、临床表现等对医师的影响）分别对试验组、对照组图像根据上述所测滑膜厚度（正常：滑膜厚度＜2 mm）及图像所示膝关节基础病变严重程度进行分析并做出诊断，诊断结果记为滑膜炎性病变、无滑膜炎性病变［1］。

1.4 病理分析 120例患者于术中对术前MRI测量感兴趣区域滑膜组织进行取样，并行HE染色，由同一位病理学专家采用双盲法（排除疾病进程、临床表现、MRI资料等对医师的影响）行显微镜下评估，按照有无炎症细胞浸润分为滑膜炎、非滑膜炎。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0软件。以病理结果为“金标准”，结合两组患者滑膜厚度指标分别绘制受试者工作特性（ROC）曲线。计算两组扫描协议诊断膝关节滑膜炎的曲线下面积，并使用U检验进行分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。此外，分别计算添加3D Space-DIR序列前后两组扫描协议对膝关节滑膜炎的诊断敏感度、特异度、准确率。

2 结果

2.1 病例分类及影像学特征 病理结果显示，120例病例中，99例患有膝关节滑膜炎性改变，21例无滑膜炎性改变。99例膝关节滑膜炎中，退行性骨关节病性滑膜炎62例，结核性滑膜炎13例，8例急性创伤所致，13例为自身免疫性疾病所致，3例不明原因。上述不同原因导致的膝关节滑膜炎在3D Space-DIR序列均表现为滑膜不同程度增厚（1.5～8.2 mm），滑膜表现为不均匀增厚、信号亦不均匀（图1）。其中37例可见毛刺状滑膜皱襞，8例急性创伤所致滑膜呈均匀增厚，且增厚程度不明显，4例伴有滑膜腔积血。21例非滑膜炎病例中，17例膝关节周围见骨性游离体，4例为轻度骨质增生；3D Space-DIR序列19例未见明显滑膜显示，2例于髌后、髌上见线样高信号。

图1　 女，67岁，退行性骨关节病。3D Space-DIR序列轴位像将滑膜腔内积液及膝周脂肪组织进行双重抑制，使增厚的滑膜呈现高信号（A）；T2WI序列轴位像滑膜腔积液呈现高信号，增厚的滑膜呈稍高信号，难以精准测量滑膜厚度，同时非容积扫描可增加图像的部分容积效应（B）；矢状位可以清晰显示滑膜皱襞增生、毛刺状突起（C）；膝关节滑膜病理图片可见滑膜组织内大量炎症细胞浸润（SE，×40，D）；术中可见充血肿胀的滑膜组织（箭，E）

2.2 两组ROC曲线下面积比较 对照组在99例滑膜炎患者中检出89例，10例未检出；将8例病例证实为阴性者诊断为阳性。试验组在99例滑膜炎患者中检出97例，2例未检出；将3例病例证实为阴性者诊断为阳性。试验组和对照组对膝关节滑膜炎的诊断敏感度、特异度、准确率分别为97.8%、85.7%、95.8% 和89.9%、62.0%、85.0%。试验组曲线下面积为0.934，95% CI（0.900～0.967）；对照组曲线下面积为0.770，95% CI（0.640～0.899）。两者比较差异有统计学意义（P＜0.05），见图2。

图2　 3D Space-DIR序列及T2WI序列诊断膝关节滑膜炎的ROC曲线

3 讨论

膝关节是人体最为复杂的关节之一，包括股骨内外侧髁的关节面、滑车面及胫骨内外髁、髌骨及若干滑液囊结构；而滑膜是滑液囊的内层，也是人体最大的滑膜关节［4］，其从髌骨下向上突出形成髌骨上滑液囊，位于股骨远端伸肌肌腱的下方。另有2个附属囊位于膝关节的背侧、股骨内侧髁及外侧髁的后方，且在腓肠肌起始端的深面。滑膜囊一般分为内外2层：外层为纤维层，含有大量的纤维组织，又称为支持层；内层附着于其内侧面，又称为内衬细胞层。2层细胞之间分界并不十分清楚［5］。膝关节滑膜的边缘附于膝关节软骨周边，包绕着除关节软骨、关节盘和关节唇以外的所有结构。偶有滑膜层面积大于纤维层，导致滑膜层卷褶重叠，并突向滑膜囊内而形成滑膜襞，这种突起可随着年龄增大而增加［6-7］。

滑膜炎是膝关节骨性关节炎早期的一种常见表现，是一种反应性继发性炎症，发生机制主要是促炎因子与抗炎因子失衡。与正常滑膜组织相比，滑膜增生并逐渐增厚，内、外层相互嵌入，出现炎症细胞浸润、血管增生及纤维沉淀，并见部分具有细胞分泌功能的滑膜细胞增生活跃［8-9］。形态学研究显示膝骨性关节炎主要是对关节软骨造成破坏，进而导致滑膜缺血、缺氧、组织损伤，软骨、软骨下骨及滑膜均参与其病理进程，滑膜炎是膝骨关节炎软骨损伤及慢性持续化的重要原因和结局。因此，对滑膜炎症严重程度的准确评估有助于临床对膝骨性关节炎的诊断进行分期，并制订阶梯化治疗方案［6］。

目前反映膝关节滑膜厚度和炎症水平最常用的检查方法主要有关节镜、组织活检、MRI，这3种方法各有优点及局限性。MRI因其具有良好的软组织分辨率，对膝关节滑膜病变的显示具有独特的优势，尤其是T2WI成像在显示滑膜炎、滑膜增生方面有一定的价值，而被广泛应用。在MRI增强扫描检出的滑膜病变中，T2WI能够显示其中40%～67%的病变，为非增强下滑膜病变的检出提供了更理想的依据［10］；但由于关节腔积液的干扰，膝关节滑膜的形态特征不能被清晰地显示出来，故限制了对于膝关节滑膜病变的检出率。另一方面，由于检查费用和造影剂肾毒性的原因，对于常规的膝关节病变通常不采取MR增强扫描，故限制了对该病变的诊断。

3D Space-DIR序列是一种新型序列，其在图像采集过程中施加2个反转脉冲，采用不同的TI时间进行信号反转，可同时选择性地对2种组织进行抑制，提高特定组织间的对比度［11-14］。本研究通过设置TI时间选择性地对脂肪和关节腔积液进行抑制，使关节滑膜可以得到突出显示；另一方面由于该序列可以进行3D成像，可显著提高扫描所得图像空间分辨率，并可对任意层面进行重建，进一步降低部分容积效应对测量结果的影响［15-16］。

本研究中，99例膝关节滑膜炎患者均有不同程度滑膜增厚，其中病程较长者（＞2个月）滑膜增厚程度较重，且增厚多不均匀，以内外侧室滑膜增厚最为明显，故亦选取内外侧室处滑膜进行测量。急性损伤所致的创伤性滑膜炎中，滑膜增厚程度均较轻，且多呈均匀增厚。99例滑膜炎中，93例伴有不同程度的滑膜腔积液，而T2WI序列中滑膜腔积液呈高信号，滑膜组织呈稍高信号，两者间虽有信号差别，但在显示细微结构上存在一定缺陷，再加上部分容积效应的影响，难以显示滑膜的形态学改变，尤其是关节腔积液多而滑膜增厚不明显的病例。3D Space-DIR序列将滑膜腔积液与膝周脂肪组织双重抑制，能突显出滑膜组织；同时3D技术能减少部分容积效应，利于滑膜组织细微结构的显示。本研究中有18例患者能够清楚显示毛刺状的滑膜襞；41例患者均能显示滑膜的增厚程度及滑膜增大的范围，其中3例结核性滑膜炎患者由于结核致膝周脓肿，结核性肉芽组织增生同样呈现高信号，与增厚的滑膜组织较难区分；78例患者同时患有不同程度膝关节骨软骨炎，试验组只显示出了6例，这可能与该序列过多地抑制了脂肪和关节腔积液之后信噪比较低有关［16］；2例急性创伤患者由于滑膜腔积血，研究所设定的TI值不足以将血液成分有效抑制，故对滑膜形态显示欠佳。本研究结果与Jahng等［17］研究结果一致。

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（本文编辑 闻 浩）

Three-dimensional Space Double Inversion Recovery Sequence in Diagnosis of Knee Joint Synovitis with 3.0T MRI

Purpose To explore the value of three-dimensional space double inversion recovery （3D Space-DIR） sequence in diagnosing knee joint synovitis on 3.0T MRI. Materials and Methods One hundred and twenty patients with suspected knee joint synovitis were examined with T1WI， T2WI， PDWI， 3D space-DRI sequences and the thickness of synovial membrane was measured on T2WI and 3D space-DIR images. The diagnostic performance of conventional protocol （T1WI， T2WI， PDWI） and experimental protocol （3D space-DIR， T1WI， T2WI， PDWI） were compared by ROC using pathology as the gold standard. The diagnostic sensitivity， specificity and accuracy of the conventional protocol and the experimental protocol were calculated. Results The area under ROC of conventional protocol was higher than the experimental protocol （0.934 vs. 0.770， P＜0.01）. The diagnostic sensitivity， specificity and accuracy of the conventional protocol and the experimental protocol were 89.9%， 62.0%， 85.0% and 97.8%， 85.7%， 95.8%， respectively. Conclusion The diagnostic capability of conventional protocol can be improved when 3D Space-DIR sequence is added in the diagnosis of knee joint synovitis at 3.0T MRI.

Synovitis； Knee joint； Magnetic resonance imaging

敖国昆

北京市科技计划课题—首都临床特色应用研究（Z131107002213076）。

R445.2；R684.3

2016-01-04

2016-04-06

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.08.018