MRI 3D-SPACE序列对膝关节交叉韧带及内侧半月板后根梳状结构的评估价值

汪 伟，马玉佩，李 涛

（香港大学深圳医院放射科 广东 深圳 518000）

膝关节的交叉韧带、半月板、关节软骨等急、慢性损伤，可带来疼痛、关节不稳等症状，除严重影响运动体验和日常生活外，还可加速骨关节退变的进程，导致骨性关节炎，严重影响关节功能。X线、CT只能对膝关节骨质情况进行评估，MR公认是评估肌腱韧带、半月板、关节软骨损伤最理想的检查手段，已经成为膝关节损伤的常规检查。一般来说，肌腱、韧带、半月板结构因含水量较少，在T2WI序列上呈明显低信号，而变性或损伤处含水量增加，呈不同程度高信号，所以，通常只需要在T2WI压脂序列上寻找到高信号，即可以诊断为病变。但实际上，前交叉韧带（anterior cruciate ligament,ACL）、后交叉韧带近端（proximal end of the posterior cruciate ligament, PPCL）、内侧半月板后根部（post root of medial meniscus, PRMM）的正常多纤维梳状结构，都可以在压脂（fat suppression, FS）的T2WI（T2 weighted image）或质子密度加权（proton density weighted images,PDWI）序列上显示为条纹状或条片状的高低混杂信号影，在日常诊疗过程中，可能会与变性或者扭伤、部分撕裂无法分辨。正确识别正常高信号可避免过度诊断。以往研究表明，3D-SPACE序列对关节小结构的显示以及损伤的诊断都优于传统2D序列。本研究拟从另一个角度，即3D序列与2D序列对于膝关节交叉韧带和内侧半月板后根梳状结构显示情况，来进一步探讨3D序列的优劣。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我院2019年7月—2020年5月无可疑膝关节损伤的青年男女40名作为志愿者进行前瞻性研究。

纳入标准：志愿者年龄20～40岁，无明确膝关节外伤病史，无膝关节疼痛、肿胀及活动受限等症状，体格检查无明显阳性体征，无膝关节手术病史、关节炎病史及全身性结缔组织病等可能累及膝关节的疾病史。

排除标准：MRI检查后，膝关节韧带、半月板等发现明确损伤者。

本组纳入研究的受试者共40名，男23名，女17名，平均年龄（28.5±4.0）岁（23～36岁），均为左膝关节。本研究经本院伦理审查委员会审查同意（伦理委员会批件号：伦【2017】19）。所有志愿者均签署知情同意书。

1.2 MRI扫描方法

德国3.0T MRI扫描仪（Magnetom Trio Tim system,Siemens），15通道膝关节专用线圈。志愿者仰卧位，左膝，足先进，膝关节微屈。所有志愿者均先进行3D-FSPD-SPACE序列扫描，然后行2D-FS-T2WI冠状位、矢状位、T2WI轴位扫描，参数见表1。

表1 3D、2D序列主要扫描参数

1.3 MRI图像分析

图像分析在蓝韵PACS（V7版本，蓝网科技）的阅片系统上进行。由两位具有5年以上关节MRI诊断经验的医师共同对ACL、PPCL、PRMM的梳状结构的显示效果进行评分，意见不统一时由第三名更高年资医生来确定。依据不同序列对这些结构的显示能力以及清晰度进行评分。评分标准为4分法。3分，可清晰、完整显示其梳状结构；2分，梳状结构可以明确辨认，能够明确认定为正常高信号结构，但显示不够完整或清晰；1分，梳状结构勉强可辨认，可考虑为正常高信号可能性大；0分，梳状结构不能辨认，或不能确定为正常高信号。3D-SPACE序列图像使用蓝韵阅片系统的3D-多平面重建（multi-planar reconstruction, MPR）重建功能重建后，进行多平面、连续观察。2D序列图像使用3个不同方向的图像综合观察评分。

1.4 统计学方法

采用SPSS 25.0进行统计学分析，3D序列与2D序列之间的评分结果为配对等级资料，采用Wilcoxon signed ranks检验进行比较，P＜0.05认为有统计学差异。

2 结果

2.1 3D-SPACE序列和2D常规序列的评分对比

本组40名志愿者的图像均没有明显伪影，符合阅片要求，经两位诊断医生核实，40名志愿者膝关节韧带、半月板等结构均未发现明显的损伤。对ACL、PPCL、PRMM的梳状结构的评分对比如表2，3D序列显示ACL、PPCL、PRMM正常多纤维梳状结构的显示评分均显著高于2D序列（P＜0.01）。

表2 3D-SPACE序列和2D常规序列的评分情况以及比较结果（例）

2.2 膝关节ACL、PPCL、PRMM正常多纤维梳状结构的3D和2D影像表现

ACL（图1）：3D序列观察ACL最好的位置为矢状位以及在矢状位上沿其长轴重建的斜冠状位，可以清晰地显示ACL的多纤维梳状结构，起点位于股骨外侧髁的内侧面，纤维较集中，其后向内前下方均匀、扇形展开。本组志愿者中3D序列ACL梳状结构97.5%（39/40，≥2分）可以明确辨认，且82.5%（33/40，3分）可完整、清晰显示，而2D序列仅62.5%（25/40，≥2分）梳状结构明确显示，37.5%（15/40，＜2分）显示为粗大的低信号纤维束以及条片状高信号影交替或模糊的高低混杂信号影。

图1 25岁男性志愿者的正常ACL

PPCL（图2）：3D序列观察后交叉韧带的最佳方向也是矢状位，3D序列显示，后交叉韧带约近端1/3长度呈扇形附着于股骨内侧髁的外侧面，其多纤维梳状结构较前交叉韧带纤维束细密。本组志愿者中3D序列80.0%（32/40，≥2分）为可明确辨认的多纤维梳状结构。2D序列上仅30.0%（12/40，≥2分）为可辨认的多纤维结构，70.0%（21/30，＜2分）表现为近侧稍显膨大的低信号影，无法分辨高信号间隔，或表现为低信号韧带内的小片状稍高信号影。

图2 30岁男性志愿者后交叉韧带的矢状位3D、2D图像

PRMM（图3）：3D序列上轴位结合冠状位连续观察，可发现80.0%（32/40，≥2分）PRMM约6～8 mm长度呈可明确辨认的多纤维梳状结构，矢状位表现为均匀分布的多个点状低信号。而2D序列上仅45.0%（18/40，≥2分）为可辨认的梳状结构，55.0%（22/40，＜2分）表现为片状混杂稍高信号影或比较均一的低信号影。

图3 32岁男性志愿者PRMM的3D矢状位、冠状位、2D冠状位图像

3 讨论

3.1 2D和3D序列的技术特点、优势和局限性

目前临床上膝关节常规检查普遍使用传统2D序列。但是受制于2D序列2～4 mm的层厚所带来的容积效应，导致对于2 mm以下的损伤难以显示清晰。而3D-SPACE序列具有薄层、无间隔以及各向同性的优点，不仅减少了容积效应，而且可以进行任意平面的重建，可以根据需求，来连续观察每个目标韧带、半月板等结构的长轴、横断面图像，从而增加诊断的准确率，还可对关节内结构进行形态学测量。SPACE序列是TSE序列的变种。西门子系统上首先实现了SPACE三维快速自旋回波成像技术，通过在回聚脉冲中使用可变翻转角（variable flip angle）的设计，成功解决了TSE存在的较长回波链带来的模糊效应[1]。目前SPACE在临床上广泛应用于头部、腹部、骨关节以及血管成像。针对于关节，SPACE可提供优化的PD加权模式，新的K空间灵活重排算法，尤其是移位式径向重排（shifted radial reordering）采集，显著提高了中等T2信号组织，如关节软骨的成像质量。本研究就选择了PD-SPACE序列，经观察，肌腱、韧带、半月板以及关节面软骨的对比度都是令人满意的。

3.2 以往学者对2D、3D序列的对比研究以及本研究的创新

以往国内外学者关于2D、3D序列之间关节应用的比较主要是集中于以下几个方面，对于关节正常小结构的显示，对小结构的诊断效能，以及形态学测量。Erika JU[2]等对比了3D-SPACE序列与3正交平面的2D-PD-FS之间对于足跗趾关节小韧带的显示效果，发现3D序列能发现并且完整显示的小韧带数目显著高于2D序列，且对于跗趾关节小韧带损伤的检出率显著高于2D序列。秦红卫等[3]比较了踝关节韧带及肌腱组织，发现3D-SPACE序列信噪比、图像质量均优于常规2D-TSE序列。赵晓梅等[4]评估了3D序列对膝关节后外侧角腘腓韧带、弓状韧带、豆腓韧带等小韧带的价值，证明3D序列结合MPR可比2D序列更加清晰、完整地显示这些小韧带。陈娇等[5]比较了3D-SPACE序列和2D序列对半月板损伤的评估价值，尽管二者对半月板损伤诊断的总符合率没有明显差异，但3D-SPACE序列对于半月板复合撕裂的诊断准确率明显优于2D序列。代文[6]的研究表明，3D序列可以提高ACL韧带损伤的诊断和分级的准确性。Kayfan S等[7]比较了半月板的2D、3D序列，发现3D序列对正常以及撕裂后半月板形态学测量的重复性以及撕裂程度的评估都优于2D。Okazaki Y等[8]在3D序列上测量了撕裂后肿胀的内侧半月板后根，证明3D序列在指导内侧半月板后根撕裂修复术方面更有优势。Aoki H等[9]使用人工智能软件来分析膝关节内侧部分的3D序列图像，可以准确分割出内侧胫骨平台关节面软骨以及半月板，并对其进行测量，发现胫骨平台关节面软骨磨损比例与半月板的覆盖率有显著相关性。总的来说，对于膝关节半月板、交叉韧带这种较大结构损伤的诊断，2D序列已经可以满足，但3D序列对损伤类型和程度的判断更加准确，对小结构的显示也更有优势。

本研究中3D序列对ACL、PPCL、PRMM多纤维梳状结构的显示优势与既往研究不同的是，本研究选取了膝关节交叉韧带和半月板内的多纤维梳状结构来分析3D-SPACE的价值。在各序列中，正常ACL总体呈低信号，但除股骨附着端几乎纯粹低信号以外，大部分节段是由多条低信号纤维束扇形排开附着于胫骨，其间可见高信号的间隙，间隙内可能存在的成分为脂肪和滑膜、黏液变性、晶体物质沉积等[10]，所以在压脂以及非压脂的T2W、PDW等序列中，均为低信号纤维、高信号间隔交替的梳状结构。正常ACL梳状结构清晰、粗细以及间隔都较均匀，纤维走行较直，本研究结果显示压脂的3D-PDSPACE可以清晰、完整的显示纤维束以及其间的高信号间隔，而2D序列由于容积效应的存在，导致纤维束以及高信号间隔的边缘较模糊，部分正常韧带的信号表现接近于黏液变性或轻度损伤。PCL的结构整体较ACL致密、均一，在常规2D序列上几乎为粗细均匀、信号一致的条形低信号结构，其近端稍高信号影，既往文献认为是“魔角效应”或黏液变性所致[10]，或由后交叉韧带的双束结构所致[11]。本研究中，在3D-SPACE序列上，86.7%（2分以上，26例/30例）的PPCL可显示为明确的类似前交叉韧带的多纤维梳状结构，而在2D序列上，更多的表现为模糊小片状稍高信号。3D-SPACE序列能明显提高PPCL的结构细节显示效果，避免这种正常梳状结构被误诊为变性或轻度损伤。3D-SPACE序列在PRMM梳状结构的显示上也具有明显优势，本次研究中86.7%的PRMM的多纤维梳状结构可被明确显示，与Ren等[12]结果一致，而2D序列对PRMM梳状结构的显示率和显示效果明显低于3D序列。内侧半月板后根损伤的发病率并不低，但常规2D序列由于层厚限制，检出率并不高，尤其是部分损伤的检出率[13]。3D序列对PRMM多纤维结构的清晰显示，以及MPR连续观察能力，将会提高其损伤的检出率以及损伤类型判断的准确性，更好地指导半月板后根损伤的关节镜修补手术[14]。

3.3 本研究的局限性

本研究的不足之处，首先在于样本量较少。其次，3D-SPACE和2D-T2W序列的显示效果的比较为主观评分，没有取得关节镜结果作为对照，因为选取的是正常志愿者，无法进行关节镜检查。

3.4 小结

本研究结果表明，3D-SPACE对于ACL、PPCL和PRMM的多纤维梳状结构的显示率和显示效果显著优于2D序列，其MPR重建技术及可连续观察的特点，使得这些细微结构可以更加清晰、完整的显示，从而增加诊断的信心和准确性。未来，3D MRI可在关节内韧带、软骨的精细化显示、测量方面给临床提供更多的信息。