MAVRIC-SL技术在膝关节金属置换术后3.0T MR成像上的应用价值＊

1.四川大学华西医院放射科(四川 成都 610041)

2.四川大学华西医院骨科(四川 成都 610041)

陈庭宇1 唐鹤菡1 姚 凯2 徐 慧1 张金戈1

全膝关节置换术(total knee arthroplasty，TKA)是治疗终末期膝关节疾病的有效方法之一[1]，近年来被普遍应用于临床。但膝关节置换术后并发症，如：磨损、松动、感染、骨溶解等，是影响术后疗效的主要原因[2]。因此，尽早、及时发现并诊断TKA术后并发症，对患者的预后至关重要。

较X线、CT而言，磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)在显示关节软骨、周围软组织、液化灶等方面更具优势，可良好显示关节积液，肉芽肿，骨溶解，肿瘤复发等[3]。但TKA术后植入的金属假体会导致B0磁场的不均匀，影响金属植入物部位病变的显示，阻碍诊断。

近年来，人们对金属假体的成分及磁共振的序列作了一系列改进，以期降低关节金属植入物对MRI成像的影响。多采集变谐波图像融合-选择性激发技术(Multiacquisition with variable resonance image combination-selective，MAVRIC-SL)[4-5]是近年来新发展的一种磁共振技术，它能够很好地降低金属植入物对磁共振成像的干扰，提高金属植入物的关节磁共振图像质量。但是该技术用于全膝关节置换术后的磁共振图像评估鲜有报道。本文旨在通过对常规FSE序列和MAVRIC-SL序列的比较，探讨MAVRIC-SL技术在膝关节金属置换术后的应用价值。

1 材料和方法

该研究得到四川大学华西医院医疗伦理委员会的批准，编号为NO:201302009，所有患者在检查前均签署知情同意书。

1.1 研究对象 纳入2017年9月至12月来我院行钛合金材料膝关节置换后磁共振复查的患者18名，其中男性8名、女性10名，年龄范围为：35～62岁，平均年龄=(51.06±7.51)岁。18名患者行TKA的原因分别为：膝关节骨性关节炎(5例，Kellgren-Lawrence分级均为IV级)，胫骨平台骨折(1例)，膝关节滑膜肿瘤(2例)，膝关节骨肉瘤(6例)，膝关节骨巨细胞瘤(4例)。

纳入标准：①患者行单侧膝关节行TKA术后6个月以上；②患者因病情需行膝关节MRI扫描；③患者年龄为18～75岁；④患者无磁共振检查禁忌症，如植入非磁共振兼容心脏起搏器等。

排除标准：①患者有幽闭恐惧症；②患者不配合检查。

1.2 成像方法 采用GE 750W 3.0T MRI扫描仪及4通道膝关节专用线圈对18例膝关节行冠状或矢状位的图像采集，序列包括：

1.2.1 快速自旋回波(fast spin echo，FSE)序列组：质子加权成像(proton weighted imaing，PDWI)、质子加权成像加脂肪抑制(PD-STIR)；

1.2.2 MAVRIC-SL序列组：PD-MAVRIC-SL、PD-MAVRIC-SLSTIR脂肪抑制序列(扫描序列及参数见表1)。

1.3 图像分析 采用GE ADW 4.6工作站，对图像进行定量和定性分析。

1.3.1 定量分析[6]：在冠状或矢状的PD-FSE及PD-MAVRIC-SL上进行测量。测量时，以胫骨平台平面为中心，取相同上下范围，在范围内测量金属假体和伪影面积。如图1-4。

1.3.2 定性分析：由两位具有5年以上诊断经验的肌肉骨骼放射学医师共同分析图像。分析时隐藏所有患者姓名、序列名称、参数等相关信息。意见不一致时，两位放射诊断医师共同协商，并最终获得一致意见。

分别对FSE序列组及MARVRIC SL序列组中的金属植入物与组织交界面显示及伪影、解剖细节、诊断信心评价、异常病变发现数目进行Likert评分。

①金属植入物与组织交界面显示及伪影评分[5]：5分-未见金属伪影，金属植入物与组织交界面显示非常清晰；4分-轻微伪影，金属植入物与周围组织交界面可较好显示；3分-轻度伪影，金属植入物与周围组织交界面基本可见；2分-伪影干扰较重，金属植入物与周围组织交界面勉强可见；1分-伪影干扰严重，金属植入物与周围组织交界面无法显示。

②解剖细节评分[5]：3分-髌骨、前后交叉韧带显示清晰；2分-髌骨、韧带部分可见；1分-膝关节解剖结构不可见。

③诊断信心评分[5]：1分-诊断信心在FSE序列组高于MAVRICSL序列组；2分-诊断信心在FSE序列组与MAVRIC-SL序列组上无差别；3分-可以在FSE序列组诊断，但是在MAVRIC序列组上可显示更清晰；4分-FSE序列组不能诊断，但MAVRIC-SL序列组可能勉强诊断；5分-FSE序列组不能诊断,但在MAVRIC-SL序列组上能较好诊断。

④异常病变发现数目[5-6]：评价在膝关节置换术后可能存在的并发症，如关节积液、滑囊炎、骨髓水肿、肌腱病变和骨溶解的异常。并同时记录任何其他异常发现。关节积液被定义为关节内液体的异常存在；滑囊炎被定义为增厚囊壁内的液体积聚；骨髓水肿被定义为骨髓轻微的信号上升；肌腱病变表现为肌腱信号的改变和增厚；骨溶解被定义为邻近骨髓信号由中至高信号强度替代，并伴随潜在的骨皮质破坏。

1.4.统计方法 采用SPSS Statistics23统计学软件对所得数据进行分析。

1.4.1 采用配对T检验：比较金属假体及周围伪影区域面积的大小在两组序列上有无差异。

1.4.2 采用两配对样本的Wilcoxon秩和检验：比较两组序列的金属植入物与组织交界处显示及伪影、解剖细节、诊断信心。

1.4.3 采用配对两样本的(麦克尼马尔)McNemar变化显著性检验比较异常结果的差异。

2 结 果

18名患者均能良好配合检查，符合纳入标准。

2.1 定量分析 测得冠状位PD-MAVRIC-SL序列的图像金属假体及周边伪影面积较PD-FSE序列减少24%。测得矢状位PD-MAVRICSL序列的图像金属假体及周围伪影面积较PD-FSE序列减少25%(见表2，图5-8、9-12)。

表1 扫描序列及成像参数

表2 PD-FSE 与 PD-MAVRIC-SL金属植入物伪影面积比较

表3 膝关节金属假体置换术后采集序列的定性分析

表4 异常病变在MAVRIC-SL序列及FSE序列中的显示

2.2 定性分析

2.2.1 金属植入物与组织交界处的显示及伪影评分：MAVRICSL序列对在金属植入物与组织交界面显示及伪影的影响优于FSE序列(图5-8、9-12，表3)。

2.2.2 解剖细节评分：MAVRIC-SL序列对于TKA术后金属植入物区域的解剖结构的显示优于(2.50±0.51)FSE序列(1.15±0.38)，差异有统计学意义(P＜0.05)(图5-8、9-12，表3)。

2.2.3 诊断信心评分：平均的诊断信心评分为(4.55±0.22)，说明较FSE序列而言，MAVRIC-SL序列能提高诊断医师对病变的诊断信心(图5-8，9-12，13-16)。

2.2.4 异常病变评估中发现，与FSE序列相比，MAVRICSL序列对关节积液的显示优于FSE序列(P=0.004)(图13-16)。在MAVRIC-SL序列上发现两例骨髓水肿，但在FSE序列上未能查见。对于异常病变的发现总数，MAVRIC-SL序列明显高于FSE序列(P＜0.01)(见表4)。

3 讨 论

膝关节是人体最大的关节之一，其解剖结构复杂，易受外伤及关节磨损的困扰。近年来，膝关节损伤发生率逐年上升，并随着年龄的增长而发病率增高[7-9]。膝关节功能受损，会导致膝关节疼痛、运动受限等情况，严重影响到患者的日常生活质量。同时，膝关节周围也是骨肿瘤的好发部位，如骨巨细胞瘤、骨肉瘤等[10]。当膝关节有严重病变，如创伤性关节炎、膝关节滑膜良性肿瘤或骨肿瘤、胫骨高位截骨术后的骨关节炎、结核或者化脓性感染、缺血性骨软骨坏死性病变等，经过保守治疗无效或效果不明显，则常进行全膝关节置换术[11-12]。

但是，虽然TKA有较好的安全性，但是仍不可避免其并发症，主要包括：膝关节肿瘤术后复发、假体感染、滑囊炎、肌腱炎关节不稳、关节僵硬、膝关节畸形、假体周围骨溶解等[10，13]。这些并发症给患者带来痛苦，也直接影响治疗的近期和远期效果。尽早、精确的诊断对并发症的治疗与控制有着积极影响。磁共振相较于X线及CT，具有多参数、多平面成像，组织对比度高等优势，有利于骨髓炎、肿瘤等诊断。但是TKA术后的金属植入物会影响MRI的磁场均匀性，引起图像变形、金属伪影等问题，影响MRI图像质量和诊断。

3.1 MRI降低金属伪影的相关研究 基于磁共振成像原理，金属植入物带来的磁敏感伪影可影响MRI图像质量，干扰对金属植入物周围精细解剖结构、周边软组织修复状态及并发症的判断[14]。快速自旋回波序列的180°重聚脉冲能够减轻金属周围磁场不均匀带来的伪影，但效果不明显[15]。有学者指出[16]，适当增加接收带宽，可降低金属伪影，但带宽的增加同时会引起SNR的降低。

MAVRIC-SL序列是一种既能显著降低金属伪影，又能获得足够信噪比的新技术。它结合多采集变谐波图像融合(MAVRIC)和切片编码的金属伪像校正(SEMAC)[17]技术，可以显著减少金属硬件附近的磁敏感伪影[18-20]。该序列采用不同频段的多个范围的频率选择性激励,能最小化图像失真，并结合从不同频段获得的多个单独的光谱图像，提供高信噪比(SNR)图像；另一方面，它通过选择梯度使用多层激发，采用视角倾斜[21]，从而达到降低图像变形、降低金属伪影的目的。但是MAVRIC-SL序列既往研究对象多为髋关节置换术后的患者或膝关节金属钉植入[5，18]，用于全膝关节置换术后患者的报道较少，且罕见TKA术后的脂肪抑制序列评价。

3.2 3.0 T MRI MAVRIC-SL序列降低金属伪影的价值 本研究将MAVRIC-SL序列应用到TKA术后患者的磁共振检查上，发现在冠状及矢状位图像上，MAVRIC-SL序列的金属植入物伪影面积较FSE序列分别降低了24.3%及24.8%，说明金属植入物伪影在MAVRIC-SL序列上的干扰得到了较好的控制。

在对图像质量的主观评分评分上发现，MAVRIC-SL较FSE而言，能够更加清晰地显示金属植入物与组织交界面，减轻金属植入物的变形、失真及金属植入物周边组织信号的丢失，降低伪影对图像质量的干扰；MAVRIC-SL序列较FSE序列更有利于TKA术后膝关节解剖部位的显示，其评分提高了116%；同时，在对病变作出判断时，MAVRIC-SL对病变的形态、大小、边界显示更清晰，因此诊断医师在MAVRIC-SL序列上更具有诊断信心。

在对异常病变的评估上，MAVRIC-SL序列能够提供更多数目的异常病变显示。在这20例膝关节扫描中，我们发现总的异常数目发现在MAVRIC-SL序列上为33个，而在FSE序列上仅为12个，异常病变个数的发现提高了近2倍。Martin Kretzschmar等在将MAVRIC-SL序列应用于髋关节置换术后的患者时，也发现了类似的研究结果[4]。

图1-4 金属假体及伪影面积测量示意图；图5-8 男性，35岁，2015年6月左侧膝关节骨巨细胞切除术后行膝关节金属假体置换，2017年9月肿瘤复发；图9-12 女性，50岁，膝关节关节炎(Kellgren-Lawrence分级为IV级)， TKA术后常规复查；图13-16 男性，61岁，骨肉瘤切除术后，复查发现关节积液(箭头)。图13 为PD-FSE，图14 为PD-STIR，图15 为PD-MAVRIC-SL，图16 为PD-MAVRIC-SL-STIR。

3.3 本研究的局限性 本研究有几个局限：①本研究纳入例数较少，仅18例TKA术后膝关节磁共振扫描；②没有对MAVRIC-SL序列和FSE序列SNR、CNR等做出评价；③所有的异常发现都没有进行病理跟踪证实。

综上所述，MAVRIC-SL序列相较于常规FSE序列而言，可明显减少膝关节置换术后在3T MRI检查的金属伪影、改善图像质量、提高诊断信心，为TKA术后诊断肿瘤复发，关节积液，骨溶解等提供重要的临床依据，具有较高的临床应用价值。