2D与3D MR快速自旋回波序列对膝关节交叉韧带及半月板损伤的诊断价值比较

赵晓梅， 黄耀渠， 伍琼慧， 樊长姝

·骨骼肌肉影像学·

2D与3D MR快速自旋回波序列对膝关节交叉韧带及半月板损伤的诊断价值比较

赵晓梅， 黄耀渠， 伍琼慧， 樊长姝

目的：比较三维快速自旋回波(3D SPACE)序列与传统二维快速自旋回波(2D PDWI)序列对膝关节交叉韧带和半月板损伤的诊断价值。方法：75例膝外伤患者行常规3个平面2D FS PDWI序列及3D FS PD-SPACE序列检查，检查时间分别为9分48秒和6分6秒。由2位高年资医师共同对2组图像质量进行主观评分，并在术前独立对交叉韧带和半月板的损伤情况进行评价。结果：3D FS PD-SPACE序列组的主观评分低于2D FS PDWI序列组(Z=-2.59，P<0.05)。以关节镜结果为“金标准”，2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列诊断前交叉韧带、后交叉韧带、内侧半月板和外侧半月板损伤的敏感度、特异度和准确度相近。判断前交叉韧带损伤程度方面，3D FS PD-SPACE序列与关节镜的吻合度高于2D FS PDWI序列(P<0.01)。结论：3D FS PD-SPACE序列检查效率高，诊断膝关节交叉韧带和半月板损伤的价值与常规2D序列相似，能更准确地评估前交叉韧带的损伤程度，具有潜在的临床应用价值；但需进一步优化技术以缩短单次成像时间，减少运动伪影干扰以获得更高的图像质量。

膝关节； 韧带； 半月板； 损伤； 磁共振成像

MRI是诊断膝关节损伤的最佳无创性检查方法，二维(2-diamension，2D)快速自旋回波序列是临床常规应用的传统检查方案，但存在一定的局限性：①对形态复杂或与标准解剖方位呈角度走行的结构难以全程显示；②层厚较厚，容易导致部分容积效应；③3个平面分别成像的累计时间较长，检查效率较低[1]。三维(3-diamension，3D)快速自旋回波序列具有常规快速自旋回波的信号特征，通过无间隔的薄层扫描及后处理重建，可以很好地显示复杂结构的正常解剖形态和准确诊断其异常[2-4]，因此在关节损伤中的应用越来越广泛。本文对一组膝关节损伤患者进行前瞻性的2D抑脂(fat suppression，FS)质子密度加权成像(proton density weighted imaging，PDWI)及3D FS PD基于可变翻转角的快速自旋回波(sampling perfection with application-optimized contrasts by using different flip angle evolutions，SPACE)序列研究，并与膝关节镜结果进行对照，分析3D FS PD-SPACE序列诊断膝关节交叉韧带和半月板损伤的可行性、优势和局限性，旨在探讨其在膝关节损伤中的诊断价值。

材料与方法

1.研究对象

连续性搜集2015年6月-2015年11月本院因膝关节外伤拟行膝关节镜检查且术前行MRI检查的一组患者，病例纳入标准：①明确的膝关节创伤病史；②临床体格检查怀疑膝关节交叉韧带、半月板损伤拟行关节镜检查；③MRI检查与关节镜检查间隔时间不超过2周。排除标准：①既往膝关节手术病史；②未同时行2D及3D序列检查者。本组纳入研究的受试者共75例，其中男50例，女25例，年龄13～66岁，平均(33.3±11.6)岁，病变位于左膝36例，右膝39例。

2.检查方法

MRI检查采用1.5T超导磁共振成像仪(Siemens Magnetom Avanto)，患者取仰卧位，膝自然伸直，采用柔性表面线圈，分别行常规2D FS PDWI矢状面、冠状面、横轴面扫描及矢状面3D FS PD-SPACE序列扫描，扫描参数见表1。抑脂序列采用频率选择法，模式选择“弱”。SPACE序列通过调整TR和TE时间可以获得T1WI、T2WI和PDWI图像，本研究选用PDWI权重，其优势在于既能很好地显示小结构的解剖形态，又能敏感地发现损伤后的出血水肿[3]，更适合临床应用。考虑患者检查耐受程度对图像质量的影响，随机确定2组序列检查的先后顺序，并且2组序列检查间患者可活动肢体休息30 min。

表1 2D常规序列及3D序列的主要扫描参数

注：*矢状面、冠状面及横轴面的扫描时间分别为3分22秒、3分08秒及3分18秒。

3.图像分析

由2位10年以上工作经验的MRI诊断医师(观察者1、观察者2)采用4分法分别对常规2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列原始图像质量进行主观评分，意见不统一时由第3位更高年资医师确定，评分标准为：1分，大量运动伪影，相应结构不能显示；2分，较多运动伪影，相应结构显示差；3分，少量运动伪影，不影响相应结构的显示；4分，无明显运动伪影，各结构显示清晰。

2位医师分别在术前独立对前交叉韧带(anterior cruciate ligament，ACL)、后交叉韧带(posterior cruciate ligament，PCL)、内侧半月板(medial meniscus，MM)和外侧半月板(lateral meniscus，LM)的损伤情况进行评价。其中ACL的损伤程度分为部分撕裂和完全断裂。2种序列的评价分别独立进行，其先后顺序随机确定，并且间隔1周。交叉韧带损伤的MRI诊断标准为韧带变细或中断，形态异常及信号增高(图1)。半月板撕裂的MRI诊断标准为半月板内线状或斑片状信号增高，并达到一侧或两侧关节面边缘(图2)。2位观察者分析3D FS PD-SPACE序列图像时结合薄层原始图像和在工作站上的多平面重建(multiplanar reconstruction，MPR)图像进行综合判断。

4.统计学分析

采用SPSS 16.0软件进行统计学分析，采用两独立样本非参数Mann-Whitney U检验分析2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列图像质量评分的差异。以关节镜结果为“金标准”，计算2位观察者利用不同序列图像诊断交叉韧带及半月板损伤的敏感度、特异度和准确度。采用Kappa系数(K值)分析2组序列诊断ACL损伤程度与关节镜的吻合度，其中K值<0.4为吻合度弱，0.4≤K值<0.7为吻合度一般，K值≥0.7为吻合度较强。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.2D FS PDWI和3D FS PD-SPACE序列图像质量主观评分比较

75例患者中，2D序列因明显运动伪影导致检查失败者(横轴面、矢状面和冠状面 3组图像中，2或3组图像评分≤2分)5例，3D序列检查失败(图像评分≤2分)者9例，其中2D及3D序列均失败者4例，同时完成2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列检查者65例。2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列图像的主观评分见表2，2D FS PDWI序列的评分高于3D FS PD-SPACE序列，差异有统计学意义(P<0.05)。

表2 两组序列的图像质量主观评分 (组)

注：Z值=-2.59，P值=0.01。每位患者的2D FS PDWI序列均扫描了横轴面、冠状面及矢状面3组图像，每组图像均独立评价(n=225)。

2.2D FS PDWI和3D FS PD-SPACE序列诊断

图1 男，23岁，左膝关节ACL损伤。a) 矢状面2D FS PDWI示ACL近端连续性中断、局部肿胀及信号增高； b) 3D FS PD-SPACE序列矢状面重建图像同样显示ACL近端连续性中断、局部肿胀及信号增高。 图2 女，23岁，左膝关节MM后角撕裂。a) 矢状面2D FS PDWI示半月板后角线状信号增高影并达到胫骨关节面缘； b) 3D FS PD-SPACE序列矢状面重建图像同样显示半月板后角线状信号增高影并达到胫骨关节面缘。 图3 男，18岁，左膝关节外侧半月板后角撕裂。a) 3D FS PD-SPACE序列矢状面重建图像示半月板撕裂(箭)； b) 3D FS PD-SPACE序列横轴面薄层重建图像进一步显示撕裂半月板的完整形态(箭)。

价值比较65例MRI检查图像评分≥3分的患者中，最终行关节镜检查者51例。关节镜证实ACL撕裂37例(完全断裂29例，部分撕裂8例)，后交叉韧带损伤5例(完全断裂4例，部分撕裂1例)，内侧半月板撕裂31例，外侧半月板撕裂27例。以关节镜结果为“金标准”，2位观察者利用2D FS PDWI序列和3D FS PD-SPACE序列诊断交叉韧带和半月板损伤的价值见表3，2种序列诊断ACL、PCL、MM和LM损伤的敏感度、特异度和准确度均较为接近。

合并分析2位观察者的诊断结果，显示MRI漏诊的ACL损伤患者中，包括部分撕裂2例，陈旧性断裂瘢痕愈合1例，误诊者均表现为ACL局部信号增高。2组序列均未漏诊PCL损伤，误诊者2例，均表现为韧带内信号增高。半月板损伤诊断中，3D FS PD-SPACE序列除能较好诊断半月板损伤外，薄层重建横轴面图像还能很好地显示垂直撕裂和桶柄状撕裂的完整形态(图3)。漏诊的半月板撕裂包括MM后角关节囊缘撕裂1例，LM前角水平撕裂1例，其余均为不能确定异常信号与关节面关系者；误诊者包括3D FS PD-SPACE序列运动伪影所致假性撕裂2例，其余亦为误判异常信号与关节面关系所致。

3.2D FS PDWI和3D FS PD-SPACE序列评估ACL损伤程度价值比较

3D FS PD-SPACE序列薄层原始图像结合MPR特别是斜冠状面、斜矢状面重建图像能在同一层面显示ACL的完整形态和损伤情况，也能很好地评估其损伤程度(图4、5)。以关节镜为判断ACL损伤程度的“金标准”，2D FS PDWI和3D FS PD-SPACE序列诊断ACL损伤与关节镜的吻合度见表4，3D FS PD-SPACE序列与关节镜的吻合度高于2D FS PDWI序列。观察者1的分析显示，2D FS PDWI序列有2例部分撕裂误诊为完全断裂，3例完全断裂误诊为部分撕裂，而3D FS PD-SPACE序列结合MPR图像仅有1例完全断裂误诊为部分撕裂。另一位观察者的2D FS PDWI序列分析同样显示2例部分撕裂误诊为完全断裂，3例完全断裂误诊为部分撕裂，而3D FS PD-SPACE序列结合MPR图像则分别有1例部分撕裂误诊为完全断裂和1例完全断裂误诊为部分撕裂。

表4 两种序列与关节镜评估ACL损伤的Kappa系数

注：P值均<0.01。

讨 论

1.3D SPACE序列的技术特点、优势和局限性

本研究采用的3D SPACE序列采用了0.6 mm层厚无间隔的各向同性扫描，空间分辨力较常规序列高，有利于显示细小的结构和病变[2,3]，通过MPR能进行任意层面的重建，还能在同一层面完整显示韧带的长轴[5]，有助于提高诊断能力；但是对于快速自旋回波序列而言，超薄层厚扫描意味着需要成倍增加层数，其扫描时间与图像模糊效应、射频能量特殊吸收率之间的矛盾制约了其应用，超长的回波链可以缩短扫描时间，但同时会带来严重的图像模糊效应和过高的特殊吸收率。SPACE序列是快速自旋回波的衍生序列，通过在回聚脉冲中使用可变翻转角的设计，成功解决了常规快速自旋回波的上述矛盾[6]。本组研究显示，膝关节3D SPACE序列图像的模糊效应不明显，对病变显示的影响也不大，同时其检查时间能控制在6分钟左右，较2D序列3个平面扫描的总时间明显缩短，提高了检查效率，但是对于膝关节损伤患者而言，3D SPACE序列的单次检查时间仍然较长，其制动要求更高，也更容易出现运动伪影，引起类似撕裂等的假象从而导致误诊，限制了其临床应用。本组研究显示，3D SPACE序列较常规2D 序列因运动伪影导致检查失败的概率更高，图像质量评分也较2D序列低，因此膝关节3D SPACE序列的常规应用还需要在保证图像质量的前提下进一步缩短检查时间。

2.3D SPACE序列诊断膝关节损伤的价值

近年来国内外学者尝试应用3D快速自旋回波序列诊断膝关节韧带和半月板损伤，许建兴等[5]的研究显示3D SPACE序列结合三维重建对膝交叉韧带损伤的诊断价值与常规2D序列相似；陈娇等[4]对一组半月板损伤患者的研究则显示3D PD-SPACE序列与常规2D序列在诊断半月板撕裂的准确性上没有明显差异；Lim等[1]的研究也认为各向同性的3D快速自旋回波序列对膝关节交叉韧带和半月板损伤的诊断效能与常规2D序列相近。本研究中2D与3D序列对交叉韧带、半月板损伤的诊断效能相近，2位医师的诊断结果也相近，与国内外相关报道的结果基本一致，可见3D SPACE序列在诊断膝关节损伤方面具有潜在应用价值。

对损伤进行精确评估是运动医学对影像的更高要求和趋势。常规序列扫描不能在一幅图像上显示整条韧带，给损伤分级带来一定因难，而3D序列的超薄层厚原始图像结合MPR图像可以更好地显示ACL的双束结构，因此在分析韧带损伤程度方面可能具有更高的价值。张继良等[7]的研究认为3D成像技术对ACL损伤程度的判定有较大的优势，特别是可以提高ACL部分撕裂的诊断准确度。吴永刚等[8]对大学生足球运动员ACL损伤的研究也认为3D-MRI扫描能够提高ACL部分撕裂的早期诊断符合率。本组研究显示2位观察者根据3D PD-SPACE原始薄层图像结合MPR重建图像进行分析，仅有1和2位患者的撕裂程度未能准确判断，而常规2D序列均有5例错判其损伤程度，Kappa分析也显示3D PD-SPACE序列与关节镜的吻合度明显高于常规2D序列。由此可见，3D PD-SPACE序列在膝关节损伤诊断中的突出价值在于能精确评估膝关节结构的损伤程度，从而为临床治疗方案的制定提供参考。

图4 男，18岁。左膝关节ACL损伤。a) 矢状面2D FS PDWI示韧带连续性部分存在，为部分撕裂； b) 3D FS PD-SPACE序列斜冠状面重建图像示ACL近端连续性中断(箭)，为完全断裂； c) 3D FS PD-SPACE序列斜矢状面重建图像示ACL近端完全断裂(箭)。 图5 女，23岁，右膝关节ACL假撕裂。a) 矢状面2D FS PDWI示ACL信号增高，连续性部分中断(箭)； b) 冠状面2D FS PDWI同样显示ACL部分撕裂(箭)； c) 3D FS PD-SPACE序列斜冠状面重建图像示ACL连续性完整，边缘清晰，2D-MRI图像所示韧带内高信号可能为滑膜等正常结构所致假象。

3D PD-SPACE序列虽然未能明显提高半月板撕裂的诊断准确度，但其能进行横轴面重建，对显示半月板的横轴面形态具有较高的价值[4]。关节镜观察一些垂直性撕裂时，其视野与MR横轴面图像类似，由于半月板在3 mm层厚的常规MR横轴面图像上往往仅能显示1层，参考意义有限。3D PD-SPACE序列重建能显示5层以上的半月板横轴面图像，并且可以沿半月板标准横轴进行重建，从而可直观显示边缘垂直撕裂、放射状撕裂和桶柄状撕裂等类型半月板损伤的整体形态、累及范围、分离程度和裂瓣的移位情况等，对关节镜检查有很好的指导意义。

3.研究的局限性

本研究的局限性在于：①本研究中韧带部分损伤患者较少，同时由于本组选择的是膝关节创伤患者，软骨损伤较少，其诊断价值还需收集更多病例进行分析；②本研究中3D FS PD-SPACE序列采用的是工作站中推荐的参数，改变TR/TE时间、加速因子、抑脂方法及并行采集等条件可能对检查时间和图像质量产生影响，因此如何更好地优化该序列还有待进一步探讨。

综上所述，3D FS PD-SPACE序列作为一种新的MRI序列，能快速采集高空间分辨力各向同性数据，通过原始薄层图像结合MPR重建分析能很好地显示膝关节交叉韧带和半月板的正常形态和损伤情况，特别是在ACL损伤的分级诊断方面较常规2D序列更有优势，同时检查效率更高，因此对膝关节损伤的诊断有潜在应用价值，同时还需要进一步优化技术以缩短单次成像时间，减少运动伪影干扰以获得更高的图像质量，更好地适应临床常规应用的要求。

[1] Lim D，Lee YH，Kim S，et al.Clinical value of fat- suppressed 3D volume isotropic spin-echo (VISTA) sequence compared to 2D sequence in evaluating internal structures of the knee[J].Acta Radiol，2016，57(1):66-73.

[2] 王娟，张家雄，周守国.3D-SPACE序列在肩关节MR造影中评估上盂唇前后撕裂[J].放射学实践，2014，29(6)：687-690.

[3] Choo HJ，Lee SJ，Kim DW，et al.Multibanded anterior talofibular ligaments in normal ankles and sprained ankles using 3D isotropic proton density-weighted fast spin-echo MRI sequence[J].AJR，2014，202(1):87-94.

[4] 陈娇，邹月芬，宗敏.膝关节半月板损伤的磁共振诊断:三维质子加权序列与二维序列的对比[J].临床放射学杂志，2015，34(1)：91-95.

[5] 许建兴，郑建刚，王开香，等.3D-SPACE序列结合三维重建在膝关节韧带显示和损伤诊断中的价值[J].医学影像学杂志，2013，23(4)：588-592.

[6] 李国斌，张卫军.三维快速自旋回波成像技术——SPACE[J].磁共振成像，2010，1(4)：295-298.

[7] 张继良，史大鹏，藏卫东，等．膝关节前交叉韧带的MRI三维成像研究[J]．磁共振成像，2011，2(1)：38-41.

[8] 吴永刚，杨进军.MR三维成像技术在大学生足球运动员前交叉韧带损伤诊断中的应用[J]．实用放射学杂志，2011，27(8):1260-1262.

MRI diagnosis of cruciate ligament and meniscus injuries of the knee joint：comparison between 3D with 2D turbo spin echo sequences

ZHAO Xiao-mei,HUANG Yao-qu,WU Qiong-hui,et al.

Department of MRI,Foshan Hospital of Traditional Chinese Medicine,Guangdong 528000,China

Objective:To evaluate and compare the value of 3D PD-SPACE sequence and conventional 2D PDWI sequence in diagnosing cruciate ligament and meniscus injury of the knee joint．Methods:Both 2D FS PDWI and 3D FS PD-SPACE sequences of the knee joint were performed in 75 patients who suffered from knee joint trauma.The image acquisition time of the two sequence was 9min48s and 6min6s respectively.The scores were made by two experienced radiologists subjectively to evaluate the image quality,and the injuries of the cruciate ligament and meniscus were diagnosed before surjery prospectively.Results:The score of 3D FS PD-SPACE sequence was lower than that of the 2D FS PDWI sequence(Z=-2.59,P<0.05).Taking the result of arthroscopy as gold standard,the sensitivity,specificity and accuracy of 2D FS PDWI sequence in the diagnosis of anterior and posterior cruciate ligaments as well as lateral and medial meniscus injuries were similar to that of 3D FS PD SPACE sequence.To determine the degree of the anterior cruciate ligament damage,the results of 3D FS PD-SPACE sequence was in consistent to that of arthroscopy and was higher than that of 2D FS PDWI sequence (P<0.01).Conclusion:3D FS PD-SPACE sequence had a higher operation efficacy,the value in evaluating cruciate ligament and meniscus injuries of the knee joint was similar to that of conventional 2D sequence,more accurate evaluation of the degree of anterior cruciate ligament injury could be achieved,providing prtential clinical application value.However,further optimization of the technique is necessary in order to reduce the single examination time and motion artifact interference,then,higher image quality could be obtained.

Knee joint； Ligament； Meniscus； Injury; Magnetic resonance imaging

528000 广东，佛山市中医院MRI室

赵晓梅(1970-)，女，安徽淮南人，主管技师，主要从事磁共振技术工作。

黄耀渠，E-mail：doctorhyq@163.com

广东省科技厅科技计划项目(2014A020221096)

R686.5; R445.2

A

1000-0313(2017)01-0073-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.01.015

2016-05-05

2016-08-25)