MRI不同序列对骶髂关节软骨成像的比较

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.51.005

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (51): 8223-8227.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.51.005

• 软骨组织构建 cartilage tissue construction • 上一篇下一篇

MRI不同序列对骶髂关节软骨成像的比较

刘博¹，史大鹏²，郑福增³，孙永强³，杨中杰¹，王同明¹

河南省中医院，¹放射科，³骨科，河南省郑州市 450002；²河南省人民医院影像中心，河南省郑州市 450003

收稿日期:2015-10-21 出版日期:2015-12-10 发布日期:2015-12-10
通讯作者: 史大鹏，博士，主任医师，河南省人民医院影像中心，河南省郑州市 450003
作者简介:刘博，女，1972年生，河南省泌阳县人，汉族，2005年华中科技大学毕业，硕士，主治医师，主要从事影像诊断的研究。
基金资助:
河南省科技攻关计划项目(132102310159)

Comparative study on different sequence MRI imaging of the sacroiliac joint cartilage

Liu Bo¹, Shi Da-peng², Zheng Fu-zeng³, Sun Yong-qiang³, Yang Zhong-jie¹, Wang Tong-ming¹

¹Department of Radiology, Henan Province Hospital of TCM, Zhengzhou 450002, Henan Province, China; ²Imaging Center, Henan Provincial People’s Hospital, Zhengzhou 450003, Henan Province, China; ³Department of Orthopedics, Henan Province Hospital of TCM, Zhengzhou 450002, Henan Province, China

Received:2015-10-21 Online:2015-12-10 Published:2015-12-10
Contact: Shi Da-peng, M.D., Chief physician, Imaging Center, Henan Provincial People’s Hospital, Zhengzhou 450003, Henan Province, China
About author:Liu Bo, Master, Attending physician, Department of Radiology, Henan Province Hospital of TCM, Zhengzhou 450002, Henan Province, China
Supported by:
the Scientific Tackle Key Project of Henan Province, No. 132102310159

摘要/Abstract

摘要：

背景：平片及CT不能显示关节软骨的改变，磁共振虽可显示软骨，但常规序列软骨显像效果欠佳，因此若要提高MRI检出软骨病变的能力，序列的优化显得非常重要。
目的：比较骶髂关节常用磁共振成像序列，筛选适合骶髂关节软骨MRI最佳成像序列。
方法：对45健康志愿者分别行骶髂关节MRI自旋回波T1WI、T2WI、T1-flash-3d-water-cor、T2-me3d-cor和T2-me2d-cor和T1-se-cor-water-fil扫描，比较各个序列显示骶髂关节软骨的清晰度、内部信号变化及软骨表面缺损。
结果与结论：自旋回波T1WI和T2WI序列45均显示骶髂关节软骨为一条稍高信号带，关节间隙不清；梯度回波T1-se-cor-water-fil序列45均显示两侧关节面骨皮质与髂侧软骨、骶侧软骨及软骨间隙形成的5条平行线状结构；T2-me3d-cor、T1-flash-3D-water-cor-fil序列45例受检者关节软骨为一条明亮、清晰高信号，与周围骨皮质及骨髓分界非常清晰，但骶侧、髂侧软骨不能够区分。T2-me2d-cor序列 37例能显示髂侧、骶侧软骨及软骨间关节间隙，8例分辨不清；弥散成像序列仅部分层面能显示关节软骨，诸结构显示较模糊，信号强度对比不鲜明。结果说明，T1-se-cor-water-fil在关节软骨显示程度、内部信号变化和软骨表面缺损程度等方面明显优于其他序列。T1-flash-3d-water-cor、T2-me3d-cor和T2-me2d-cor对软骨表显示方面优于常规MRI序列，但不如T1-se-cor-water-fil。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 组织构建, 软骨组织工程, 骶髂关节炎, 关节软骨, 强直性脊柱炎

Abstract:

BACKGROUND: Plain films and CT cannot show the variation of the articular cartilages. Although MRI can show the cartilage, the conventional sequence imaging of the cartilage is ineffective. To optimize MRI sequence is very important to detect cartilage lesions.
OBJECTIVE: To find the most suitable sequences for MRI imaging of sacroiliac joint cartilage.
METHODS: Forty-five healthy voluntary subjects were subjected to MRI scans of the sacroiliac joint at T1WI, T2WI, T1-flash-3d-water-cor, T2-me3d-cor, T2-me2d-cor and T1-se-cor-water-fil. Clarity of the sacroiliac joint cartilage, internal signal changes and cartilage surface defects shown on MRI images were compared.
RESULTS AND CONCLUSION: MRI images with T1WI and T2WI sequences displayed the sacroiliac articular cartilage as a higher signal band with vague joint space. MRI images with T1-se-cor-water-fil displayed five
parallel lines between bilateral cortical bone on the joint surface and iliac cartilage, sacral cartilage and cartilage gap. MRI images with T2-me3d-cor and T1-flash-3D-water-cor-fil displayed the sacroiliac articular cartilage as a bright, clear high signal band that had clear boundaries with the surrounding cortical bone and bone marrow, but the sacral and iliac cartilage could not be distinguished. MRI images with T2-me2d-cor sequence showed iliac cartilage, sacral cartilage and joint space in 37 of 45 cases. Diffusion tensor imaging could display the articular cartilage partially with vague structure and the signal strength had no contrast. These findings indicate that T1-se-cor-water-fil is superior to other sequences to display the cartilage, internal signal and cartilage surface defects. T1-flash-3d-water-cor, T2-me3d-cor and T2-me2d-cor are better than conventional MRI sequences rather than T1-se-cor-water-fil.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

中图分类号:

R318

刘博，史大鹏，郑福增，孙永强，杨中杰，王同明. MRI不同序列对骶髂关节软骨成像的比较[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(51): 8223-8227.

Liu Bo, Shi Da-peng, Zheng Fu-zeng, Sun Yong-qiang, Yang Zhong-jie, Wang Tong-ming. Comparative study on different sequence MRI imaging of the sacroiliac joint cartilage[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(51): 8223-8227.

图/表（结果） 2

2.1 参与者数量分析纳入受试者45名，按意向性处理分析，全部进入结果分析。
2.2 健康志愿者骶髂关节不同结构信号强度见表2。健康志愿者骶髂关节不同序列成像关节软骨与各结构信号强度比值及差值，见表3。

2.3 不同序列骶髂关节软骨MRI信号变化本组45名志愿者中34名双侧骶髂关节平片及CT上骶髂关节呈不规则的后内走向，关节面前窄后宽，虽然大部分平滑，但有很多突起与凹陷，使两侧关节面密切相嵌。6名关节面稍显增生硬化，关节间隙未见变窄及增宽。3名关节面下可见小囊变，2名可见关节间隙内条形真空变性。
磁共振常规序列下45名志愿者骶髂关节软骨信号为中等信号，关节软骨和两侧关节面骨皮质构成低信号-中等信号-低信号的三层平行线状结构，三层结构走向自然，信号较均匀一致，各层结构能够显示，但较模糊。
志愿者的双侧骶髂关节软骨在不同软骨成像序列上显示情况表现不一：①T2-tse-sfs-cor序列45名志愿者软骨与骨皮质对比较清晰，信号强度较同层面骨髓低，软骨为相对低信号，与骨髓、骨皮质分界较清晰，见图1A。②T2-me2d-cor序列45名受检者软骨显示清晰，37例能较清晰显示5条线状结构，分别为髂侧软骨、骶侧软骨、软骨间的间隙以及两侧关节面骨皮质。5例关节软骨显示清晰，关节软骨信号明显较周围骨髓信号高，呈一条线状高信号，不能够清晰分辨骶侧、髂侧软骨及二者间间隙。骨皮质与骨髓信号相仿，分界不清。见图1B。③T1-se-cor-water序列所有受检者软骨显示清晰，表现为骶侧、髂侧关节软骨，软骨间间隙和两侧关节面骨皮质形成的5条平行线状结构，关节中间层面能显示髂侧、骶侧软骨及二者之间的关节间隙。见图1C。④T1-flash-3D-water-cor与T2-me3d-cor序列45例受检者关节软骨为一条明亮、清晰高信号，与周围骨皮质及骨髓分界非常清晰，但骶侧、髂侧软骨不能够区分。见图1D，F。⑤T1-flash3d-fs-cor正常关节软骨显示较清。见图1E。ep2d-diff-b200-400-600-ADC和ep2d-diff- b200-400-600-128序列仅部分层面能隐约显示关节软骨，信号强度与关节邻近结构对比不鲜明。

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引言

强直性脊柱炎的发病率逐年增加^[1]，致残、致畸率高，病变顽固，起病隐匿，多呈慢性进展。早期症状不具典型性，加之缺乏特异性的早期诊断手段，漏误诊率非常高。若能早期发现并得到及时正确的治疗，可收到相当好的效果，若病变进入晚期，关节融合，韧带钙化，软骨纤维化、骨化，所致畸形已不能逆转，失去最好的治疗时机^[2]。鉴于其患病率高，早期治疗效果好，而早期漏误诊严重，因此早期诊断研究越来越受到大家的关注。

强直性脊柱炎最常侵犯骶髂关节，本病初发常见于骶髂关节，往往表现为有症状的骶髂关节炎，几乎所有强直性脊柱炎患者都出现不同程度的骶髂关节炎症，绝大部分患者关节受累都从骶髂关节炎开始，早期发现骶髂关节炎是早期诊断强直性脊柱炎的关键。骶髂关节位置深，不同个体间变异大，解剖结构复杂，关节面不规则，走向扭曲，关节间隙窄，后部被较强厚的韧带和骨质遮盖，除了影像学检查，其他检查方法不容易反映全貌，磁共振不仅可以显示关节面的骨质侵蚀，硬化及关节的强直，而且还可以显示平片及CT不能显示的关节软骨的改变和关节区及关节旁的骨髓水肿和或脂肪沉积。骶髂关节受累早期往往表现为关节软骨改变，而影像学的各项检查中MRI对关节软骨成像效果最佳，对评价< Ⅱ级病变时，影像学必需借助磁共振检查^[3-4]。因此探讨软骨成像序列的影像表现对诊断强直性脊柱炎的早期骶髂关节炎非常重要，而且对于早期采取预防和治疗措施至关重要。

然而常规序列检出软骨病变的能力有限，分辨病变软骨异常信号效果欠佳，目前MRI序列的优化，研究最佳软骨成像序列显得非常重要。本研究采用具有三维成像信息的成像技术，采用小视野、薄层，高梯度场骶髂关节软骨在多个序列成像情况的对比分析，探讨最佳成像序列，为早期发现强直性脊柱炎患者骶髂关节病变提供新方法。

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材料方法

1.1 设计骶髂关节软骨MRI成像分析。
1.2 时间及地点试验于2012年12月至2014年12月在河南省中医院放射科完成。
1.3 对象 45名健康志愿者，男24名，女21名，年龄16-58岁，志愿者中仅3名女性及4名男性无生育史，其余38名有婚育史。所有受试者均签署知情同意书，试验经医院伦理委员会批准。
X射线及CT检查方法：45例志愿者中17例均在MRI检查前后1周内完成X射线骨盆平片和CT检查，28例仅完成X射线骨盆平片检查。X射线骨盆平片采用常规摄骶髂关节正位和左右骶髂关节斜位。CT检查采用了Prospeed螺旋CT机，5 mm层厚5 mm间距斜冠状位平扫。
1.4 材料 1.5T超导型ESSENZA为Siemens公司生产。
1.5 方法
1.5.1 扫描序列及参数采用1.5T超导型ESSENZA，斜冠状面多序列软骨成像扫描并结合常规序列扫描。受检者均仰卧位，脊柱线圈，人体正中矢状面与床面长轴中线一致。扫描序列及参数见表1。

1.5.2 MRI图像评价 MRI图像评价由3名资深影像医师双盲读片后分为优、良、一般、差4个等级。关节软骨显示清晰，能分清骶侧软骨、髂侧软骨及两者间的间隙评为优；关节软骨显示较清晰，观察不到软骨间间隙者评为良；关节软骨能显示，但部分层面显示模糊者评为一般；关节软骨显示不清者评为差。测量骶髂关节软骨、关节皮质、骨髓、邻近脂肪、肌肉等组织在上述各扫描序列中的信号强度，计算出关节软骨与背景信号强度比值及差值。分析关节软骨在不同序列中的信号敏感性与各个结构间灰阶度差异。
1.6 主要观察指标 ①健康志愿者骶髂关节不同结构信号强度。②健康志愿者骶髂关节不同序列成像关节软骨与各结构信号强度比值及差值。③不同序列骶髂关节软骨MRI信号变化。
1.7 统计学分析统计学处理应用SPSS11.5统计学分析软件、microsoft excel 2003软件；因为q检验适用于多个样本均数两两之间的全面比较，所以采用q检验的形式表示计数资料，取P=0.05作为显著性标准，进行统计学处理。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

讨论

本组试验中还观察到正常健康志愿者骶髂关节软骨由于成像技术及所选择序列不同骶髂关节图像关节软骨及两侧关节骨皮质三层结构的信号强度不同，也偶有局部不显示或中断，关节软骨厚度、走形及长度不同志愿者间并不完全一致。有的志愿者出现韧带部高信号脂肪组织间可见连接骨间的稍低信号韧带组织。还有的出现韧带部与滑膜部交界区正常韧带附着点结构所致骨质局部凹陷造成关节破坏假象。CT上很容易被误认为局部骨质缺损，MRI能对此作出正确鉴别，这点与Wittram等的研究相印证^[5]。
尽管决定关节软骨的磁共振信号特征的因素众多，但主要取决于组织相关因素：T1、T2值、质子密度；图像相关因素：图像扫描序列、扫描参数、各种伪影。软骨下骨质、韧带等结构缺乏运动质子，不同序列MR成像上均为低信号，可与关节软骨形成天然对比，关节软骨周围的脂肪组织不同序列上信号强度与关节软骨也产生不同对比。成像参数不同，组织间MR信号强度的比值、信噪比不同，关节软骨与其周围的组织结构质子密度、T1/T2值不同，各种组织的信号强度与其质子密度、T1/T2值有明显相关性，所以选择合理成像序列，可以增加关节软骨与周围组织的信号对比。
本组所选45名正常对照组男24名、女21名，虽然关节软骨均为正常，但在不同序列、不同研究条件下所呈现的信号强度不同、形态各异、粗细不等，可能是由于不同检查者软骨所处体内、外环境、年龄、性别、场强、扫描参数、定位及伪影等多种因素影响所致。同一健康志愿者不同序列关节软骨显示程度及清晰度各异，不同序列关节软骨实际测量信号强度变化很大，不同志愿者同一序列关节软骨信号强度也不尽一致。表1、2所测健康志愿者骶髂关节不同结构实际测量信号强度均为平均所得值。这与Modl等^[6]认为，胶原纤维的排列方向不同是信号不同的主要原因。Loeuiue等^[7]认为关节软骨的MR成像受内部组织结构(水、基质成分含量、胶质网格结构)、成像特点和选择的参数的影响，反映了质子和大分子成分之间的相互作用的观点相一致。
志愿者关节旁脂肪信号分布部位较对称，多位于相对远离关节面的区域，范围相对较小，多为斑片状或灶状，形态较规则，邻近骨质结构完整，未见明显侵蚀破坏及骨质硬化。
强直性脊柱炎是一种慢性且不断进展的疾病，它主要影响的部位是骶髂关节、脊椎小关节突、脊柱旁软组织及外周关节^[8-9]。刘丙木等^[10]在研究中指出骶髂关节从滑膜部侵犯关节，韧带部很少受侵。由于骶髂关节位置深，解剖结构复杂，关节间隙窄，关节面不规则，走向扭曲，不同个体间变异大，后部被较强厚的韧带和骨质遮盖。除了影像学检查，其他检查方法不容易反映全貌。在疾病未发生形态学改变时，CT诊断由于不能显示软骨而存在一定局限。磁共振成像作为一种多参数、多序列、多方位成像方法，无放射性。CT所不能显示的关节滑膜异常、软骨异常和骨髓水肿等早期骶髂关节炎的表现，MRI都能显示。还可以选择多种敏感的成像序列进行鉴别诊断，应是强直性脊柱炎最佳的早期影像学诊断方法^[11-13] 。
本组试验中不同序列成像，关节软骨的磁共振信号强度及厚度有明显差别。此特征反映了软骨结构和生物化学特征。仅T2-me2d-cor、T1-se-cor-water显示正常关节软骨信号明显比周围骨髓信号高，骶髂两侧关节软骨能分开，二者之间即可见清晰条形低信号间隙。其他各个序列均显示为较均匀一致的条形高信号影。T1-flash3d-fs--cor序列所示关节软骨明显厚于其他序列所示。T2-me2d-cor、T2-me3d-cor、T1-se-cor-water关节软骨与各结构信号强度比值及差值均明显高于其他序列。体现了磁共振技术因素所致骶髂关节中间的关节软骨、两侧骨皮质信号强度和厚度在不同序列中也不完全一致。成像各层结构的厚薄和位置与实际解剖不一定符合。
本研究中为了增加关节软骨和邻近结构的对比度，采用脂肪抑制序列消除了脂肪的高信号对关节软骨与周围组织间微小弛豫时间差异的影响。然而由于磁共振检查受到空间分辨率的限制关节软骨相当薄，加之不同序列成像具有不同的空间分辨率并产生不同的组织对比，评估软骨结构的细微变化，提高MR软骨病变的检出能力，序列的优化显得非常重要。T2-flash-3d-cor正常关节软骨未使用水激发序列，关节软骨显示效果远远不如T1-flash-3d- water-cor。T2WI关节软骨信号较低，不适于评价早期软骨缺损。T1-flash-3d-water-cor在关节软骨的厚度测量、内部信号变化和软骨表面缺损的显示方面具有明显优势，可以清晰显示常规序列不能显示的残存软骨，明显优于常规序列。T1-se-cor-water可以清晰完整显示常规序列不能显示的软骨，软骨分辨能力明显高于其他序列，可以清晰显示骶侧、髂侧软骨间间隙。T2-me3d-cor和T2-me2d-cor对关节内部信号变化和软骨表面的显示方面优于常规序列，分辨能力不及T1-se-cor-water。
磁共振扩散加权成像(DWI)简单易行、特异性及敏感性较高，但应用的b值相差较大，能够对组织中水分子的扩散进行定量描述。DWI能够反映组织内水分子的运动情况，ADC可作为判断水分子运动的定量参数^[14-16]。有学者研究中还发现随着B值的减低，图像信噪比增感，但敏感性减低^[17]。研究中发现由于骶髂关节解剖特点所致，骶髂关节DWI扫描时，适宜采用常规轴位扫描，文献中也有类似报道^[18-19]。DWI序列下AS活动性骶髂关节炎能得到较好的诊断^[20]。随着磁共振技术的发展，DWI序列得到了临床各个领域的广泛认可，中枢神经系统，腹部实质脏器，骨骼肌肉系统等疾病的诊断和鉴别诊断亦取得了良好的临床效果^[21-22]。
遗憾的是本组试验中由于缺乏稳态技术支持，软骨信号尽管有所增强，但难以避免伪影增多和信噪比降低，部分数据采集误差较大，关节软骨显示欠佳。但磁共振对脊柱炎早期骶髂关节炎诊断方面的应用前景会随着新序列的不断改进和稳态技术的进一步发展而越来越广阔。
强直性脊柱炎的早诊早治能明显提高患者的生存质量，改善预后^[23]。所以通过MRI不同序列对骶髂关节软骨成像比较研究探讨最佳软骨成像序列对于解决骶髂关节病变早期诊断的知识空白点具有重要的填补意义。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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