颞下颌关节3种高清类动态序列成像质量评价

高萍 金川 王磊 吴涛 李娟 高鑫 陈钰 王琪 王玉红 薛华丹 金征宇

摘要：目的 比較3种磁共振高清类动态检查方法评价颞下颌关节盘及髁突运动情况的图像质量。方法 对25例疑诊颞下颌关节功能紊乱患者进行单次激发快速自旋回波序列（SSFSE）、稳态进动平衡序列（FIESTA）、扰相梯度回波序列（SPGR）的斜矢状位检查。由2名放射科诊断医师采用双盲法分别对图像进行主客观评价，主观评价内容包括髁突、关节盘、关节盘周围软组织、翼外肌的信号强度，关节盘与髁突、周围软组织间的对比度，髁突、关节盘及其运动的显示情况；客观评价指标包括图像的信号强度、信噪比（SNR）及对比噪声比（CNR），并对3种序列图像质量的主客观指标进行比较。结果 关节盘SSFSE序列信号强度显著低于FIESTA和SPGR序列（P均＜0.001），髁突和周围软组织SSFSE序列信号强度显著高于FIESTA和SPGR序列（P均＜0.001），翼外肌SPGR序列信号强度显著高于SSFSE和FIESTA序列（P=0.017、P＜0.001）；3种序列中，关节盘结构在SSFSE序列显示最清晰（χ2=41.952，P＜0.001），关节盘与髁突（χ2=35.379，P＜0.001）、关节盘与周围软组织对比度（χ2=27.324，P＜0.001）在SSFSE序列最明显；关节盘运动在SSFSE序列最清晰（χ2=44.655，P＜0.001）；SSFSE、FIESTA序列清晰显示关节盘移位及复位的比例明显高于SPGR序列（P均＜0.001）。SSFSE、FIESTA和SPGR序列CNR（χ2=21.400，P<0.001）、SNR（χ2=34.880，P<0.001）、髁突信号强度值（F=337.151，P<0.001）差异有统计学意义，其中，SSFSE序列CNR显著高于FIESTA序列（P<0.001），但与SPGR序列相比差异无统计学意义（P=0.472），而SNR和信号强度值均显著高于FIESTA和SPGR序列（P均<0.001）。结论 SSFSE动态序列具有较好的图像质量，能清晰显示颞下颌关节相关结构和运动情况，可作为动态序列扫描的首选。

关键词：颞下颌关节；髁突；关节盘；关节盘运动；信号强度；信噪比

中图分类号： R445.2  文献标志码： A  文章编号：1000-503X（2023）01-0050-07

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.15078

Quality Evaluation of Temporomandibular Joint Images from 3 High-resolution Dynamic Sequences

GAO Ping1，JIN Chuan1，WAGN Lei1，WU Tao2，LI Juan1，GAO Xin1，CHEN Yu1，WANG Qi3，WANG Yuhong1，XUE Huadan1，JIN Zhengyu1

1Department of Radiology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100032，China

2GE Healthcare MR Clinical Marketing，Beijing 100176，China

3Department of Stomatology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100032，China

Corresponding author：XUE Huadan Tel：010-69155509，E-mail：bjdanna95@163.com

ABSTRACT：Objective To compare the image quality of three high-resolution dynamic MRI methods for evaluating the motion of temporomandibular joint disc and condyle.Methods Twenty-five patients with suspected temporomandibular joint disorders were examined by single-shot fast spin-echo （SSFSE），fast imaging employing steady-state acquisition （FIESTA），and spoiled gradient echo （SPGR） on the oblique sagittal position.Two radiologists performed subjective and objective evaluation on the images with double-blind method.The subjective evaluation included the signal intensity of mandibular condyle，articular disc，soft tissue around articular disc，and lateral pterygoid muscle，the contrast between articular disc and condyle，the contrast between articular disc and surrounding soft tissue，condylar motion，and disc movement.The objective evaluation indexes included image signal intensity，signal-to-noise ratio （SNR），and contrast-to-noise ratio （CNR）.The subjective and objective indexes of the image quality were compared between the three sequences.Results The SSFSE sequence had lower signal intensity of articular disc and higher signal intensity of condyle and surrounding soft tissue than FIESTA and SPGR sequences （all P<0.001）.The SPGR sequence showed higher signal intensity of lateral pterygoid muscle than the SSFSE and FIESTA sequences （P=0.017，P<0.001）.Among the three sequences，SSFSE sequence showed the clearest articular disc structure （χ2=41.952，P<0.001），the strongest contrast between articular disc and condyle （χ2=35.379，P<0.001），the strongest contrast between articular disc and surrounding soft tissue （χ2=27.324，P<0.001），and the clearest movement of articular disc （χ2=44.655，P<0.001）.SSFSE and FIESTA sequences showed higher proportion of disc displacement and reduction than SPGR sequence （all P<0.001）.The CNR （χ2=21.400，P<0.001），SNR （χ2=34.880，P<0.001），and condyle signal intensity （F=337.151，P<0.001） demonstrated differences among SSFSE，FIESTA，and SPGR sequences.The CNR of SSFSE sequence was higher than that of FIESTA sequence （P<0.001），while it had no significant difference between SSFSE and SPGR sequences （P=0.472）.In addition，the SSFSE sequence had higher SNR and signal intensity than FIESTA and SPGR sequences （all P<0.001）.Conclusion The best image quality can be observed from SSFSE sequence where both the structure and movement of temporomandibular joint are well displayed.Therefore，SSFSE is preferred for the examination of temporomandibular joint movement.

Key words：temporomandibular joint；mandibular condyle；articular disc；articular disc movement；signal intensity；signal-to-noise ratio

Acta Acad Med Sin，2023，45（1）：50-56

颞下颌关节紊乱病（temporomandibular disorder，TMD）好發于中青年，发病高峰为20～40岁，女性多见，可累及总人口的5%［1］。临床上常表现为颞下颌关节的疼痛、运动受限、关节弹响等，不仅会给患者造成困扰，影响患者的工作和生活质量，还可能对其心理健康方面造成不利影响。MRI能够很好地显示颞下颌关节形态或结构的异常改变，诸如关节盘移位和变形、关节腔积液、骨质增生或侵蚀、翼外肌异常改变等，已被公认为是评估颞下颌关节盘-髁突关系及软组织改变的金标准［2］。但是，由于颞下颌关节是个活动非常频繁的关节，传统的静态MRI检查序列不能观察关节盘和髁突的连续运动，而动态影像对发现开口运动过程中的病变具有一定的优势［3］。为了在获取较好图像质量的同时还能观察颞下颌关节盘和髁突的运动情况，本研究采用单次激发快速自旋回波序列（single-shot fast spin-echo，SSFSE）、稳态进动平衡序列（fast imaging employing steady-state acquisition，FIESTA）、扰相梯度回波序列（spoiled gradient echo，SPGR），比较3个动态MRI序列对颞下颌关节盘及其周围结构的显示情况，以期明确颞下颌关节的动态扫描方案。

资料和方法

资料来源 2019年4月至6月在北京协和医院放射科行颞下颌关节MRI检查的患者76例。纳入标准：（1）存在颞下颌关节紊乱相关症状；（2）年龄15～55岁；（3）完成SSFSE、FIESTA和SPGR扫描。排除标准：（1）因疼痛等原因不能配合检查；（2）年龄<15岁或>55岁，配合意愿较差。最终纳入25例患者，其中，男3例，女22例，平均年龄（30.4±7.6）岁（16～51岁）。

MRI检查方法 采用美国GE公司Discovery 750w 3.0T磁共振扫描仪，使用头颈线圈，扫描范围包括颞下颌关节及周围肌肉组织。扫描以轴位（髁突显示最大截面）作为定位像，扫描线位于中心部，垂直于髁突内外径长轴方向，进行单层扫描。扫描前先对患者进行培训以更好地配合检查，扫描中要求患者按照数字1～5的指令从闭口逐渐开口至最大开口位，再按照数字6～10的指令逐渐闭口至口腔完全闭合。3种序列扫描参数分别是：（1）SSFSE序列：矩阵288×256，重复时间8000 ms，回波时间118 ms，层间距6 mm，层厚6 mm，视野24 cm×24 cm，反转角90°，激励次数0.5，像素带宽244 Hz；（2）FIESTA序列：矩阵256×320，重复时间5.2 ms，回波时间2.4 ms，层间距6 mm，层厚6 mm，视野20 cm×20 cm，反转角45°，像素带宽390 Hz；（3）SPGR序列：矩阵224×192，重复时间8.5 ms，回波时间4.1 ms，层间距6 mm，层厚6 mm，视野24 cm×24 cm，反转角15°，激励次数2，像素带宽75 Hz。

图像分析 由2名具有20年以上临床诊断经验的放射科医师采用双盲法对3种序列的图像质量进行评价。主观评价指标：（1）髁突、关节盘、关节盘周围软组织及翼外肌的信号强度，分为低、中低、中等、中高、高信号5级（1～5分）；（2）关节盘与髁突、关节盘及周围软组织间的对比度，分为明显、尚可、不明显3级（1～3分）；（3）髁突及关节盘结构及运动的显示情况，分为良好、尚可、不能显示3级（1～3分）；（4）关节盘移位及复位的显示情况，与常规检查质子密度（proton density，PD）加权像比较，分为闭口位关节盘位置正常、闭口位关节盘前移位、开口位关节盘复位至髁突顶、开口位关节盘未复位、关节盘显示不清5种情况（1～5分）。统计评价研究者间的一致性，对意见不一致结果由两名医师商讨后得出统一结论。客观评价指标包括图像的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR）及髁突的信号强度。计算公式为：SNR=S/［（SD1+SD2+SD3+SD4）/4］，CNR=（S-Sb）/［（SD1+SD2+SD3+SD4）/4］，式中S为髁突的信号强度，Sb为翼外肌的信号强度，SD1～4为4个背景区域标准差。

统计学处理 采用SPSS 22.0统计软件，主观评分有序分类变量比较采用Friedman秩和检验，无序分类变量比较采用Cochrans Q检验；客观评价指标符合正态分布及方差齐性时多组间比较采用单因素重复测量方差分析，非正态分布采用Friedman秩和检验。主观评价得分观察者间一致性采用kappa检验（Kappa值以0.81～1.00为一致性良好，0.61～0.80为一致性好，0.41～0.60为一致性中等，<0.40为一致性欠佳）。P＜0.05为差异有统计学意义。

结  果

图像质量主观评价 一致性检验结果显示，两名放射科医师主观评分的一致性良好，kappa值为0.863±0.193（0.359～1.000）。髁突SSFSE序列信号强度显著高于FIESTA和SPGR序列（P均＜0.001），关节盘SSFSE序列信号强度显著低于FIESTA和SPGR序列（P均＜0.001），周围软组织SSFSE序列信号强度显著高于FIESTA和SPGR序列（P均＜0.001），翼外肌SPGR序列信号强度显著高于SSFSE和FIESTA序列（P=0.017、P＜0.001）（表1）。

在结构显示方面，髁突显示在3种序列上差异无统计学意义（χ2＜0.001，P>0.999）；关节盘显示在SSFSE序列最清晰（χ2=41.952，P＜0.001）；关节盘与髁突对比度在SSFSE序列最明显（χ2=35.379，P＜0.001）；关节盘与周围软组织对比度在SSFSE序列最明显（χ2=27.324，P＜0.001），但与FIESTA序列相比差异无统计学意义（P=0.413），与SPGR序列相比差异有统计学意义（P＜0.001）（表2、图1）。

在运动情况显示方面，髁突运动在SSFSE、FIESTA和SPGR序列评分分别为1（1，1）、1（1，1）、1（1，1），差异无统计学意义（χ2=4.000，P=0.135）；关节盘运动在SSFSE、FIESTA和SPGR序列评分分别为1（1，1）、2（1，2）、3（3，3），差异有统计学意义（χ2=44.655，P＜0.001），且在SSFSE序列最清晰（图2～4）。

在关节盘移位及复位显示方面，PD、SSFSE、FIESTA和SPGR序列清晰显示关节盘位置的比例分别为100%、88%、64%、0%，其中，PD、SSFSE、FIESTA序列间差异无统计学意义（P均>0.05），均明显高于SPGR序列（P均＜0.001）；PD、SSFSE、FIESTA和SPGR序列清晰显示关节盘复位的比例分别为100%、100%、68%、0%，其中，PD、SSFSE、FIESTA序列间差异无统计学意义（P均>0.05），均明显高于SPGR序列（P均＜0.001）。

图像质量客观评价 SSFSE、FIESTA和SPGR序列CNR分别为55.24±28.96、20.79±17.28、39.21±16.26，差异有统计学意义（χ2=21.400，P<0.001），其中，SSFSE序列CNR显著高于FIESTA序列（P<0.001），但与SPGR序列相比差异无统计学意义（P=0.472），FIESTA序列CNR显著低于SPGR序列（P=0.006）；SSFSE、FIESTA和SPGR序列SNR分别为127.82±41.15、62.49±34.86、54.78±15.40，差异有统计学意义（χ2=34.880，P<0.001），其中，SSFSE序列SNR显著高于FIESTA和SPGR序列（P均<0.001），但FIESTA和SPGR序列相比差异无统计学意义（P>0.999）；SSFSE、FIESTA和SPGR序列髁突信号强度值分别为2773.34±41.15，885.36±34.86，219.00±15.40，差异有统计学意义（F=337.151，P<0.001），其中，SSFSE序列髁突信号强度值显著高于FIESTA和SPGR序列（P均<0.001）。

討  论

无论是在生理结构上，还是在生物力学上颞下颌关节都是一个复杂的结构［4］。TMD是口腔颌面部最常见的慢性疼痛性疾病，主要异常改变就是盘髁关系失调。MRI目前是临床常用的颞下颌关节影像检查方法之一，并已成为评估颞下颌关节盘-髁突关系及软组织异常的金标准［2］。但由于颞下颌关节活动非常频繁，传统的静态MRI不能满足对关节相关结构运动情况的了解。有研究发现开口位关节盘的位置静态序列与动态序列并不一致［3，5］。Szopinski等［6］开发了颞下颌关节检查的相关辅助装置，用于颞下颌关节的动态MRI检查。虽然近30年颞下颌关节的动态MRI评价已取得一些进展［7-13］，但大多数是在非生理情况下颞下颌关节盘和髁突的运动图像［14］，属于假动态，且检查时间较长［7］，并需使用辅助装置以避免关节运动，不能真正反映生理状态下的颞下颌关节运动情况。近年来一些新的MRI扫描技术应用于动态实时颞下颌关节扫描，动态采集图像时患者可自行开闭口［3，14-24］，因而几乎可以实时评价颞下颌关节的真实运动状态。但是，由于空间分辨率和SNR较低，图像质量尚不能令人满意［3，14］。Sun等［14］认为FIESTA序列用时少并可提高SNR，能够较好地显示关节盘和髁突的结构及其运动，可作为静态检查的补充。但是，由于运动伪影明显影响图像质量，下颌髁突的运动速度与运动伪影的产生具有相关性，因而需要限制颞下颌关节自主运动速度，在缓慢运动状态下减少其运动伪影［18］。作为双侧偶合关节，双侧颞下颌关节的运动可以互相影响和相互作用，特别是在病理状态下。因此，对双侧颞下颌关节的运动进行同时成像，可以更好地评价颞下颌关节疾病。基于MRI硬件及软件的发展，Krohn等［23］应用非线性逆重建等方法实现了单次开闭口状态下评价双侧颞下颌关节的运动，但是此方法对设备参数的需求较高。总之，目前仍然没有一个公认的能够很好地评价颞下颌关节运动的方法，图像的空间分辨率和SNR不能满足评价要求是重要的原因之一。因此，本研究设计了类动态扫描方法，在静止状态下进行扫描，以期在获得动态图像的同时拥有较好的图像质量，实现对颞下颌关节动态情况的评价，为准确、全面诊断提供重要依据。本组所有患者均在检查前接受培训以配合检查，扫描过程中未使用任何辅助工具。所有患者都能遵照医嘱，高标准完成检查，3种检查序列均能很好地采集信息，并获得良好的图像质量。结果显示SSFSE序列SNR显著高于FIESTA和SPGR序列，而FIESTA和SPGR序列间差异无统计学意义。本组扫描方法由于需要患者自主开闭口，开口的大小患者自行掌握，因此检查前的培训尤为重要。

本研究结果显示髁突的信号强度及其与关节盘的对比度在SSFSE序列上最明显，与FIESTA和SPGR序列差异有统计学意义。这是因为SSFSE序列一般是重T2加权成像，在水脂含量比较丰富的组织内，SSFSE序列的信号最高；FIESTA和SPGR序列都是梯度回波，对组织均匀性敏感，越不均匀的组织信号越低，而髁突由于骨小梁、骨髓等结构复杂，所以信号较低。关节盘的信号强度在SSFSE序列最低、SPGR序列最高，且差异有统计学意义。这是由于关节盘由纤维软骨构成，含水量较少，SSFSE回波时间很长，关节盘的T2值很短，所以在SSFSE序列上关节盘信号更低；而SPGR序列的回波时间很短，可以采集到短T2值的纤维软骨的信号，在SPGR序列上表现为较高信号。基于关节盘的更低信号和髁突的更高信号，在SSFSE序列上髁突与关节盘的对比度更明显。

關节盘周围软组织信号强度在3种序列中均呈高信号，且在SSFSE序列上最强，与FIESTA和SPGR序列差异有统计学意义。关节盘周围软组织成分主要由疏松结缔组织和脂肪组织构成，水和脂肪的T2值都很长，由于SPGR序列偏重T1加权成像，SSFSE序列是重T2加权成像，且SSFSE的重聚脉冲打破了关节盘周围软组织内的脂肪J偶联效应，使得脂肪的T2弛豫值更长，具有更高的信号，导致关节盘周围软组织在SSFSE序列的信号强度显著高于SPGR序列。基于关节盘的更低信号和其周围软组织的更高信号，所以SSFSE较FIESTA和SPGR序列具有更好的对比度。

对于颞下颌关节结构的变化通常选取关节盘移位及复位情况来进行评价。本研究采用的SSFSE、FIESTA、SPGR序列均能够清晰显示髁突的运动情况，与常规检查PD序列比较，13例患者的SSFSE、FIESTA序列能够清晰显示关节盘位置及复位情况，差异无统计学意义；而SPGR序列不能清晰显示关节盘位置及复位情况，差异有统计学意义。这是由于SPGR序列关节盘与周围软组织信号相似，对比度差所致。SSFSE、FIESTA序列分别有22、16例患者清晰显示关节盘位置，25、17例患者清晰显示关节盘复位情况，说明SSFSE较FIESTA序列更能清晰显示关节盘位置和复位情况，但是两者间差异无统计学意义，可能与本组样本量较小有关。

本研究存在以下局限性：首先，本研究病例数较少，其统计结果可能存在偏倚性。其次，受限于病例数，本研究着重对所选扫描序列进行评估，并仅对最常见的关节盘移位及复位情况进行了评价，未针对TMD进行诊断效能的全面评价，有待后续研究进一步探讨相应技术的临床应用价值。

综上，本研究结果显示，SSFSE、FIESTA和SPGR序列均能够显示颞下颌关节骨性结构的运动，SSFSE序列较FIESTA和SPGR序列具有更高的图像SNR及CNR，其髁突的信号强度更高、关节盘信号强度更低、关节盘与周围软组织的对比度更明显，因此具有更好的图像质量和对比度，能够较好地显示颞下颌关节相关结构的形态及运动，可作为颞下颌关节动态序列扫描的首选。

参 考 文 献

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（收稿日期：2021-01-21）