医用磁共振成像设备在肩关节成像中的图像质量评价与研究*

秦 乐 杜联军 李 彦 张 欢 凌华威 严福华 方文强*

肩关节疼痛是临床上常见的症状，其可能由肩袖损伤或其他病变引起，患者治疗的成功很大程度上取决于精确的诊断[1]。在明确肩关节疼痛的病因方面，影像诊断显得尤为重要，而磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)检查由于其良好的软组织分辨率，能够为发现和诊断肩关节病变提供极具价值的信息。肩关节MRI的表现与肩关节镜下的表现具有很高的相关性，使其成为评价肩关节病变，特别是肌肉和肌腱病变最为重要的检查方式[2]。

随着我国经济和科技的飞速发展，以飞利浦(Philips)、西门子(Siemens)和美国通用电气(GE)的MRI产品占据主要的市场情况下，以联影为首的国产MRI产品正在不断崛起，以期能够通过我国的自主创新获得市场的认可[3]。为此，本研究比较国产和进口医用MRI成像设备在肩关节成像中的图像质量。

1 资料与方法

1.1 一般资料

前瞻性分析2017年1月至2018年10月间全国19个地区(上海市、天津市、新疆维吾尔自治区、广东省汕头市、安徽省阜阳市太和县、安徽省六安市、辽宁省抚顺市、陕西省汉滨区、山西省太原市、湖南省益阳市、福建省泉州、武汉市江夏区、山东省滕州市、山东省潍坊市、四川省泸州市、四川省雅安市、云南省昆明市、云南省保山市以及云南省曲靖市罗平县)25家医院的143例进行肩关节MRI扫描的患者的143幅图像资料，其中男性86例，女性57例；年龄37岁～84岁，平均年龄(53.9±17.4)岁。将图像资料根据使用MRI设备分为国产设备组(61例)和进口设备组(82例)。本研究经过医院医学伦理委员会批准，且所有患者均签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①因肩关节不适而进行MRI检查；②使用肩关节专用线圈进行肩关节MRI平扫的图像。

(2)排除标准：①患者无法配合检查，且运动伪影严重影响图像质量；②肩关节置换假体内固定术后患者；③扫描时所需标准序列缺失的患者。

1.3 仪器设备

(1)国产MRI设备：①1.5 T场强设备为联影uMR560、朗润SuperNova/SuperVan、奥泰Centauri/Echo Star以及东软NSM-S15P；②3.0 T场强设备为联影uMR 770。

(2)进口MRI设备：①1.5 T场强设备为西门子MAGNETOM AVANTO；②3.0 T场强设备为西门子MAGNETOM VERIO、GE HDxt及飞利浦Ingenia。

1.4 扫描序列及方法

患者仰卧位，放置肩关节专用线圈，共扫描4个标准序列用于分析。

(1)斜冠状面T1加权成像。扫描层面需与通过肩关节上部层面的横断面图像中的冈上肌腱平行，扫描范围包括肱骨头后方的小圆肌至前方的喙突尖端。

(2)横断面质子密度(proton density，PD)压脂成像。扫描层面冠状面定位像定位，扫描范围包括从肩峰顶端覆盖至盂肱关节底部。

(3)斜冠状面T2或PD压脂成像。扫描层面与范围同斜冠状面T1加权成像。

(4)斜矢状面T2加权成像。横断面扫描层面需与图像上肩胛盂关节面平行，扫描范围包括从肩胛颈覆盖至肱骨外侧缘。扫描完成后所有图像以DICOM格式传输至网络版医用磁共振图像质量评价系统进行图像评价。

1.5 图像评价

(1)由于采用的机型及场强差异较大，图像的客观参数不具有可比性，故所有图像采用主观评分法进行评分：①斜冠状面T1加权成像需评价骨小梁和骨皮质显示、肩峰显示、肩关节周围软组织显示、盂唇显示、冈上肌腱显示、冈下肌腱显示以及肩胛下肌腱显示；②横断面质子PD压脂成像需评价骨小梁和骨皮质显示、肩关节周围软组织显示、盂唇显示和肱骨结节间沟内肱二头肌腱显示；③斜冠状面T2或PD压脂成像需评价脂肪抑制均匀、肩关节周围软组织显示、盂唇显示、冈上肌腱显示、冈下肌腱显示和肩胛下肌腱显示；④斜矢状面T2加权成像需评价骨小梁和骨皮质显示、肩关节周围软组织显示、肩袖间隙显示、冈上肌腱显示、冈下肌腱显示、肩胛下肌腱显示、小圆肌腱显示和肱二头肌腱显示。

(2)每一项评分均采用5分法评价，即1分显示最差，5分显示最为清晰。各序列的扫描范围采用2分法评价，即0分扫描范围不全，1分扫描范围完全。评分由2名具有3年以上骨关节阅片经验的医生在不知MRI扫描设备机型和患者信息的情况下各自独立完成，两者评分出现不同时，由第3名具有10年以上骨关节阅片经验的医生决定最终评分结果。

1.6 统计学方法

所有计数及计量资料采用平均数(mean)±标准差(standard deviation，SD)。以组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)评估2个观察者之间评分的可靠性，以κ值评估两个观察者之间评分的一致性。国产与进口MRI以及1.5 T与3.0 T的MRI设备的主观评分比较均采用Mann-Whitney U非参数检验，而扫描覆盖范围的比较则采用卡方检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在143幅图像资料中，1.5 T的MRI共检查90例患者，其中联影uMR560检查25例、朗润SuperNova/SuperVan检查5例、奥泰Centauri/Echo Star检查17例、东软NSM-S15P检查4例、西门子MAGNETOM AVANTO检查39例；3.0T的MRI共检查53例患者，其中联影uMR 770检查10例，西门子MAGNETOM VERIO检查25例、GE HDxt检查13例、飞利浦Ingenia检查5例。所有评分项的ICC为0.701～0.849，其可靠性为中等至较好，而κ值为0.631～0.827，其评分一致性为中等至较好。

在国产与进口MRI设备的图像质量评分比较中，斜冠状面T1加权成像、横断面质子PD压脂成像以及斜冠状面T2或PD压脂成像中的所有的评分项之间均无统计学意义，但在斜矢状面T2加权成像中的包括骨小梁和骨皮质显示在内的所有评分项均为国产高于进口的MRI设备，且差异具有统计学意义，见图1。

图1 国产与进口1.5 T的MRI设备图像比较

在1.5 T与3.0 T的MRI设备图像质量评分比较中，除T2或PD压脂成像中脂肪抑制均匀一项无统计学差异外，其他包括斜冠状面T1加权成像中的骨小梁和骨皮质显示在内的所有评分项比较，3.0 T优于1.5 T的MRI设备，其差异具有统计学意义(Z=-3.801，P＜0.05)，见图2。

图2 1.5 T与3.0 T的MRI图像对比

在1.5 T的国产和进口MRI设备图像质量比较中，横断面质子PD压脂成像中盂唇的显示，以及斜矢状面T2加权成像中包括骨小梁和骨皮质显示的所有评分项为国产高于进口MRI设备，且差异具有统计学差异(Z=-2.055，Z=-3.417；P＜0.05)，其余评分项均无统计学差异。在3.0 T的国产和进口MRI设备图像质量比较中，横断面质子PD压脂成像中盂唇显示、斜矢状面T2加权成像中的骨小梁和骨皮质显示、肩关节周围软组织显示、肩袖间隙显示以及肱二头肌腱显示评分项为国产好于进口MRI设备，且差异具有统计学意义(Z=-1.969，Z=-2.257，Z=-2.117，Z=-2.354，Z=-2.464；P＜0.05)，其余评分项均无统计学差异。此外，在所有比较项中，图像扫描的覆盖范围均无统计学差异。国产与进口3.0 T MRI设备图像比较见图3。

图3 国产与进口3.0 T的MRI设备图像比较

3 讨论

本研究结果显示：①国产MRI设备在肩关节扫描中图像质量与进口MRI设备相仿，甚至优于进口设备；②3.0 T的MRI设备下扫描的肩关节图像质量始终优于1.5 T的MRI设备。

我国自主研发的MRI设备虽然起步较晚，但凭借较高的性价比、合格的图像质量以及国家的推广，以联影MRI为代表的一批国产MRI设备已经占据了国内一定的份额，其中以1.5 T与3.0 T的高场强MRI设备为主，相比GE、Philips和Siemens三大厂商而言，仍处于市场弱势地位，其原因之一为缺乏多中心、大样本的比较国产和进口MRI设备的研究，以明确国产MRI在临床应用中的定位。邱晓力等[4]对低场强的国产MRI进行研究后发现，在头颅、肿瘤和骨关节方面其图像质量检查项目均满足合格要求，且与进口MRI设备相比差距并不大，但未对其进行比较分析。

本研究的特点是在多个中心展开，纳入的样本量相对较大，以及在1.5 T与3.0 T的高场强设备中开展。根据对肩关节MRI成像的图像质量评价结果显示，国产MRI设备无论是在1.5 T还是3.0 T的设备中，在斜冠状面T1加权成像、横断面质子PD压脂成像和斜冠状面T2或PD压脂成像中与进口MRI设备的成像质量均相仿，甚至在斜矢状面T2加权成像中的图像质量要优于进口MRI设备，其可能的原因为MRI成像的图像质量不完全取决于机器性能，与扫描序列方向的合理设置、采用合适的肩关节线圈、扫描技师的技术以及患者的配合有很大关系[5-6]。此外，可能的原因还在于部分的国产MRI设备较新，且不断有技术上的突破，而部分进口MRI设备的使用年限较长。

目前，国内普遍对肩关节MRI扫描所必须的序列，以及相应需要观察的肩关节内部结构有了深入了解，因此在设置序列方面新安装的国产MRI设备相较过去引进的进口MRI设备具有一定的优势，即如何设置序列使得在脂肪抑制序列上需要在完全抑制脂肪信号的情况下清楚地显示肌肉、肌腱和关节间隙及滑囊的液体等[7]。Gassenmaier等[8]特别强调了肩关节MRI在结构式报告的重要性，能够对临床医师具有更大的参考价值，因此在设置序列时注意对肩袖损伤的详细观察十分重要，如判断冈上肌腱是部分撕裂还是全层撕裂，肩袖肌腱是否存在增厚、变薄、囊肿及钙化等。而国产MRI设备经过合适的序列设置均能满足基本肩关节结构的观察。

在1.5 T与3.0 T的MRI设备比较中，3.0 T的MRI设备在图像质量上具有明显的优势。尽管通过序列的调整1.5 T的MRI设备能够获得和3.0 T的MRI设备相仿的图像质量，但仍有不少研究显示了3.0 T的MRI设备图像质量优势。Lee等[9]认为，3.0 T的MRI设备在发现肱二头肌长头肌腱病变的准确性要高于1.5 T的MRI设备，这主要得益于3.0 T的MRI设备高信噪比，以及更为完全的脂肪抑制技术。Del等[10]同样认为，3.0 T的MRI设备在发现棒球运动员的无症状肩关节损伤，如肩袖损伤、喙肱韧带、下盂肱关节以及盂唇和骨质损伤方面具有更高的敏感性。此外还有研究认为，使用3.0 T的MRI设备进行3D肩关节造影成像在肩袖损伤分型中不仅具有与2D成像同样的可行性，更能减少成像时间，该研究拓展了3.0 T的MRI设备在肩关节成像中的应用[11]。这些研究的结果与本研究相仿，因此，鉴于3.0 T的MRI设备优质的图像质量，其将成为国产MRI设备厂家未来普及的一类机型。但如何在设备的性价比与图像质量进行平衡也是需要考虑的问题之一。

本研究未能在各个机型中将扫描序列参数标准化，未来需要在更大样本的序列参数标准化的扫描设备之间比较。此外，部分国产机型的例数较少，尤其是国产3.0 T的MRI设备仅有联影uMR770一种设备。

在肩关节MRI成像中，国产MRI设备的图像质量不低于进口MRI设备，且3.0 T较1.5 T的MRI设备具有明显的图像质量优势。