关节软骨病损的磁共振成像与关节镜检查的比较

            作者：亓建洪，王成虎，朱宝林，张明，张经健,宋洪强，范克伟

【摘要】  目的］对照膝关节软骨病损的MRI和关节镜表现，评价MRI对早期软骨病变诊断的临床价值。［方法］对临床上拟行膝关节镜检查的膝关节疼痛患者共26人27例膝关节，术前常规行T1加权快速自旋回波（FSE T1WI）和质子密度加权快速自旋回波（FSE PDWI）2种MRI序列扫描，其中10例加做三维脂肪抑制扰相梯度回波（3D FS?FSPGR）序列。MRI分级结果并与关节镜下分级诊断结果比较。［结果］以关节镜诊断为标准，3D FS-FSPGR序列敏感度最高，可达96.5%，准确率达95.0%。在敏感度和准确度上3D FS?FSPGR＞FSE FDWI＞FSE T1WI，与关节镜诊断的一致性上，3D FS?FSPGR的Kappa值达到0.776,一致性极佳，均明显优于FSE PDWI和FSE T1WI（P值均＜0.01）。［结论］3D FS?FSPGR序列能够准确反映软骨病变，并且对于早期的软骨病变亦能较真实体现，与关节镜诊断结果具有良好的一致性，而且通过三维重建对软骨病变进行立体定位诊断，应用前景广阔。

【关键词】  磁共振成像； 关节软骨； 关节镜； 3D FS?FSPGR

　　关节软骨在维持关节正常活动中起到重要作用，导致关节软骨损伤的疾病如骨关节炎（OA）、类风湿性关节炎（RA）和慢性创伤等影响关节功能，造成长期关节疼痛，甚至终身病残。病变早期可通过多种方法延缓病情甚至治愈，晚期将不得不接受人工关节置换或关节融合。因此早期发现软骨的病变具有重要的意义。MRI已广泛用于关节检查，随着其成像技术的发展，新的检查序列不断出现。本文通过MRI与关节镜检查对照，评价其早期诊断软骨病变的应用价值。
   
　　1  资料和方法
   
　　1.1  临床资料
  
　　选择2005年10月～2006年4月就诊的部分膝关节疼痛病例，对26例患者27侧行膝关节镜检查，术前行MRI检查，既往均无膝关节手术史。男17例，女10例；年龄18～58岁，平均41岁。疼痛出现时间从7 d～8年，均于MRI检查后2周内行膝关节镜检查。临床诊断为骨性关节炎19例，剥脱性骨软骨炎2例，半月板损伤和交叉韧带损伤各3例。
   
　　1.2  仪器、方法
   
　　1.5 T超导型永磁体MRI扫描仪SIGNA（美国GE Medical System），膝线圈；患膝常规行FSE T1WI、FSE PDWI序列扫描，其中10例膝关节加做3D FS?FSPGR扫描序列。MRI扫描主要参见表1。

　　表1  各序列扫描参数（略）

　　注：Flip翻转角，Thick层厚，SP间隔，FOV视野，Matrix矩阵。   

　　关节镜采用美国Stryker X 6000型关节镜，Sony彩色显示器和视频采集系统。常规前内外侧入路，连续硬膜外麻醉或局麻下行关节镜检查。
   
　　1.3  关节软骨损伤评价标准
   
　　MRI分级按照Recht标准〔1〕：0级，正常关节软骨，软骨弥漫性均匀变薄但表面光滑，仍认为是正常关节软骨；Ⅰ级，软骨分层结构消失，软骨内出现局限性低信号区，软骨表面光滑；Ⅱ级，软骨表面轮廓轻至中度不规则，软骨缺损深度未及全层厚度的50%；Ⅲ级，软骨表面轮廓重度不规则，软骨缺损深达全层厚度的50％以上，未见完全剥脱；Ⅳ级，软骨全层剥脱、缺损，软骨下骨暴露伴或不伴软骨下骨质信号改变。
   
　　大体标本软骨病变分级依据Outerbridge标准分级〔2〕：0级，正常关节软骨；Ⅰ级，软骨变软或局部肿胀；Ⅱ级，软骨表面纤维化轻，软骨缺损厚度小于50％；Ⅲ级，软骨表面纤维化重，龟裂明显，软骨缺损厚度大于50％，尚未暴露软骨下骨；Ⅳ级，软骨完全缺损，软骨下骨外露。
   
　　1.4  研究设计
   
　　将每个膝关节的软骨面分成8个部分：股骨内髁面、股骨外髁面、髌骨内侧面、髌骨外侧面、胫骨平台内侧面和胫骨平台外侧面。术前由磁共振医师按Recht分级标准对各序列图像中关节软骨情况作出诊断和病变分级，写出报告。关节镜检查医师术前常规序列的MRI片，术中采集关节镜检图片，以术中关节镜下所见和采集的图片对病变进行评价并写出报告。另一人对照这两份报告，汇总数据。
   
　　1.5  数据处理
   
　　采用SAS6.12软件进行统计学处理。以关节镜下诊断作为标准，MRI各序列的诊断价值的真实性指标为灵敏度和特异度，可靠性指标用Kappa值，检验用t检验。
   
　　2  结果
   
　　27例膝关节共216个关节面，关节镜发现146处不同程度的软骨病变，其中Ⅰ级病变20个，Ⅱ级33个，Ⅲ级43个，Ⅳ级50个。MRI各序列上病变分级与关节镜下分级分别进行了对照。
   
　　2.1  关节镜和MRI各级软骨表现
   
　　关节镜下正常软骨呈乳白色，表面非常光滑，质地稍硬。相对应的MRI图像软骨完整，表面轮廓光滑，内部信号均匀、规则。3D FS?FSPGR序列上，软骨分为3层结构，即从表面到深层的高信号、低信号、高信号带，软骨下骨为明显低信号，界限清楚。
   
　　关节镜下Ⅰ度软骨退变表现为软骨变软，弹性差，但表面光滑。相应的FSE PDWI和FSE T1WI下可见软骨轮廓完整，表面尚光滑，但内部信号不均匀，且只有很少图像上能观察到。3D FS?FSPGR序列可很明显的看到软骨分层结构消失，内部出现异常低信号。
   
　　对于Ⅱ度、Ⅲ度和Ⅳ度病变，关节镜下可观察到不同程度的软骨缺损，MRI图像上FSE T1WI上软骨缺损处积液为明显低信号。FSE PDWI上软骨缺损处积液为明显高信号。3D FS?FSPGR序列上软骨缺损处积液为明显低信号，软骨为高信号。常规序列对判断软骨缺损深度往往较困难，对全层软骨缺失，伴有软骨下骨信号异常时表现明显。在3D FS?FSPGR序列上则能清楚地显示软骨缺损的深度。

   
　　3D FS?FSPGR序列的三维重建，去除了周围软组织的影响，立体直观地显示了股骨髁和滑车的软骨，显示了股骨滑车内侧的软骨缺损（图1～11）。
   
　　2.2  MRI分级和关节镜下分级对照（表2～4）
   
　　表2  3D FS-FSPGR分级与关节镜结果对照（略）

　　表3  FSE PDWI分级与关节镜结果对照（略）

　　表4  FSE T1WI分级与关节镜结果对照（略）

　　2.3  MRI各序列诊断能力评价
   
　　以关节镜诊断为标准，对3种MRI序列诊断能力的评价，从表5可见，3D FS?FSPGR序列敏感度最高，可达96.5%，准确度达95.0%。在敏感度和准确度上3D FS?FSPGR＞FSE PDWI＞FSE T1WI，三者的特异度相差较小。在可靠性（即与关节镜诊断的一致性）上，3D FS?FSPGR的Kappa值达到0.776＞0.75，一致性极佳，均明显优于FSE PDWI和FSE T1WI（P＜0.01）;FSE PDWI比FSE T1WI与关节镜的一致性高（P＜0.01）。
   
　　表5  各序列以关节镜诊断为标准的诊断能力评价（略）

　　注：各MRI序列Kappa值比较，各组间差异有统计学意义*P＜0.01

　　3  讨论
   
　　关节软骨病变最早期变化是蛋白多糖的丢失，使软骨含水量减少，MRI上可显示为软骨信号变化和软骨变薄〔3〕，这些信号的改变发生在软骨出现形态学改变之前。病变进一步，软骨表面逐渐发生不同程度的缺损，直至软骨全层丧失，在MRI上表现为软骨轮廓和软骨下骨的改变。因此成像序列应具有良好的空间分辨率，以发现小的软骨缺损，更应提供丰富的软骨信息，更灵敏地发现软骨内部信号的变化。
   
　　FSE T1WI和FSE PDWI是临床上膝关节检查中常用的序列，其优点是良好的解剖结构显示能力，特别是快速回波序列（FSE）的应用增加了信噪比和减少成像时间，能增加图像的清晰度。T1WI软骨与软骨下骨分界明显，但软骨与关节液分界差，软骨表面轮廓显示不清。PDWI反映了关节各结构质子构成，软骨与关节液分界明显，软骨轮廓清晰，但与软骨下骨缺乏对比，难以判断缺损深度。本组病例中FSE T1WI和FSE PDWI发现软骨病变的敏感度分别为67.8％和74.0％，准确度分别为76.4％和79.6％，对Ⅰ、Ⅱ级病变的评价与关节镜结果有较大差异，对Ⅲ、Ⅳ级软骨病变的评价有明显低估病变程度的趋势，分别有36例和24例关节镜下诊断为Ⅲ、Ⅳ极病变，MRI显示为轻度病变和正常软骨。在可靠性的评价中，两者的Kappa值分别为0.442和0.487，说明与关节镜诊断的一致性不高。此两种序列可用于病变的检查，但准确性一般，漏诊率较高，单独用于诊断软骨病变，不能准确评价软骨病变程度，尤其是对于早期病变的诊断，同时此两种序列为二维扫描，层厚较厚，空间分辨率不足，部分容积效应也会影响对边缘病灶的显示。
   
　　本组病例选择的3D FS?FSPGR，趋向于T1WI，该序列层厚1 mm且连续无间隔，关节软骨与周围组织对比度良好。对软骨病变诊断的敏感度为96.5％，特异度为91.3％，准确度为95.0%，与关节镜结果相对照，Kappa值为0.776，大于0.75，表明该序列诊断结果与关节镜一致性极佳。这与国内外的〔4、5〕报道的结果基本一致，但以往的文献中关节镜下早期的Ⅰ度病变相对较少，可能是病例样本差异所致，在一定程度上影响结果的可靠性。另外由于该序列是连续无间隔的扫描，通过三维重建可获得关节软骨的三维图像，通过图像旋转，立体直观地显示关节软骨病变的部位及病变的范围，同时也观察到三维重建图像对于Ⅰ、Ⅱ度病变和病变形态较小的Ⅲ、Ⅳ度关节软骨病变难以显示，还需要结合二维图像。与常规序列相比，3D FS?FSPGR序列可以显著提高检出软骨病变的敏感性和诊断的可靠性。
   
　　3D FS?FSPGR序列是近几年研究较多的序列之一，该序列在关节软骨成像中有诸多优势：关节液和软骨下骨皮质为低信号，使关节软骨相对呈现高信号，显示出了良好的软骨和软骨缺损的分辨能力，能够探及深度为1 mm的软骨缺损〔6〕；稳定地显示软骨的3层结构，有助于判断软骨病变的深度〔7〕，脂肪抑制可增加软骨和周围组织的对比度，减少化学位移的干扰；连续薄层扫描图像减弱部分容积效应，减少了信息丢失；在建立的猪膝关节OA模型，通过3D FS?FSPGR与软骨内Ⅱ型胶原和蛋白多糖（PG）的对照中发现，该序列图像能准确的记录关节软骨的组织学和分子生物学变化，在对软骨早期病变的诊断中，同样具有良好的准确性，从病理组织学上说明该序列可以发现关节软骨早期病变〔8〕。
   
　　本研究也存在一些不足：（1）关节镜检查医师术前常规序列的MRI片，违反了双盲原则，可能会导致一些偏倚。（2）关节镜并非发现软骨病损最准确的方法，它在检测尚未发生人体形态改变的早期病变有一定的局限性，主要靠探针触压和手感，主观性大。
   
　　综上，3D FS?FSPGR序列具有高空间分辨率，能提供丰富的软骨信息，可以准确的反映关节软骨病变，并且对早期的软骨病变亦能较真实的体现。
   
　【参考文献】
  　　〔1〕 Recht MP,Kramer J,Marcelis S，et al.Abnormalities of articular cartilage in the knee［J］.Radiology，1993，187：473?478.

　　〔2〕 Outerbridge RE.Further studies in etiology of chondromalacia of the patella［J］.J Bone Joint Surg，1974，4：179?182.

　　〔3〕 王俊，甄俊平，牛金亮，等.实验性蛋白多糖降解至兔膝关节软骨早期退变的核磁共振成像研究［J］.中华风湿病学杂志，2003，7（7）：410?413.

　　〔4〕 何翠菊，李松泊，白希壮，等.膝关节透明软骨损伤的核磁共振成像序列比较及其与关节镜对照研究［J］.实用放射学杂志，2003，19（1）：53?56.

　　〔5〕 Disler DG,McCauley TR,Kelman CG,et al.Fat-suppressed three-dimensional spoiled gradient-echo MR imaging of hyaline cartilage defect in the knee:comparison with standard MR imaging and arthroscopy［J］.AJR，1996，167（1）：127?132.

　　〔6〕 朱宝林，亓建洪，张经健，等.关节软骨病损的磁共振成像及其与大体标本的对照研究［J］.矫形外科杂志，2005，13（8）：598?601.

　　〔7〕 Disler DG,Recht MP,Mc Cauley TR,et al.Imaging of articular cartilage［J］.Skeletal Radiol，2000，29：367.

　　〔8〕 朱宝林，亓建洪，张经健，等.关节软骨病损的磁共振成像及其与组织学的对照研究［J］.中国矫形外科杂志，2007，15（3）：210?213.