磁共振成像在骨关节系统疾病应用及进展

来源：《磁共振成像》杂志

原文链接：徐文坚,聂佩.磁共振成像在骨关节系统疾病应用及进展.磁共振成像,,5(S1):51-55.

徐文坚，医学博士。现任青岛大学医学院医学影像学系主任、医院放射科主任、主任医师、教授、博士研究生导师。兼任中华放射学会委员及骨关节影像专业学组组长，山东省放射学会、山东省中西医结合影像学会、山东省影像质控中心、山东省医师协会影像学分会和山东医学影像研究会副主任委员，青岛市放射学会主任委员，以及中华放射学杂志、中国医学影像技术、中国CT和MR杂志、国际医学放射学杂志、中国中西医结合影像学杂志、临床放射学杂志、磁共振成像等专业杂志编委，医学影像学杂志副主编等职务。主要研究方向为骨关节影像诊断及CT、MR新技术研究。已在专业核心期刊发表科研论文、综述等余篇，主编/副主编著作10部、教材3部，主译著作3部，参编著作13部，参编教材12部。在研国家自然科学基金课题1项，省部级课题2项，青岛市科委课题2项。以前三位作者获省级及市级科研奖励7项。曾获第四届青岛市青年科技奖、第三届青岛市著名好医生、青岛大学医学院优秀教师、青岛大学医学院医院“十佳医生”、山东省卫生厅“”工程“20”系列人才等荣誉称号。

MR以其多平面、多序列、多参数成像及软组织分辨率高的优势，在骨关节系统中已得到广泛的应用。近年来，MR多种新技术的发展及新扫描序列的涌现，如MR弥散成像(diffusionweightedimaging,DWI)、灌注成像(perfusionweightedimaging,PWI)、MR波谱(MRspectroscopy,MRS)、T1ρ、T2mapping、超短TE(ultrashortechotime,UTE)序列、MR关节造影(MRarthrography)等，除了能显示解剖形态和结构信息外，还可显示器官功能和代谢信息，进一步拓展了其在骨关节系统中的应用。

1MR在骨骼疾病中的应用及进展

在骨骼疾病方面，MR主要侧重于骨肿瘤的研究。常规MR能够准确确定肿瘤的位置、范围、内部结构、与骺板和关节的关系、邻近血管神经及软组织的受累情况。良、恶性骨肿瘤及肿瘤样病变的鉴别依然是影像诊断的难点，目前主要依靠病变内部信号、边缘、皮质破坏、骨膜反应、软组织肿块等征象进行鉴别。但仅凭这些征象，部分骨肿瘤仍难以鉴别。多种MR新技术的出现，尤其是MR功能成像的应用，在骨肿瘤的良恶性鉴别、恶性骨肿瘤的临床分期、化疗疗效评价及术后复发的评定方面提供了有价值的信息[1]。

1.1DWI

表观弥散系数(apparentdiffusioncoefficient,ADC)主要受细胞外间隙的大小和微循环灌注的影响。恶性肿瘤与良性肿瘤相比，细胞排列紧密，细胞外间隙小，细胞外水分子运动受限。从理论上来讲，恶性肿瘤实质的ADC值低于良性肿瘤。近年来，有研究显示[2]，良、恶性肿瘤ADC值存在较大的重叠，单纯ADC值测量不宜用来鉴别肌骨肿瘤的良恶性。弥散运动受组织局部微血管灌注的影响较大，有研究者[2-4]提出采用“灌注不敏感表观弥散系数(perfusion-insensitiveADC)”定量分析肌骨良恶性肿瘤的弥散运动，可基本排除微血管灌注对ADC的影响，发现PIADC较ADC在肌骨良恶性肿瘤的鉴别上有更大的价值。

1.2PWI

用以评价肿瘤组织的微血管分布情况。以往研究表明，信号强度-时间曲线(time-signalintensitycurve,TIC)和上升斜率有助于肌骨系统肿瘤良恶性的鉴别，还可监控骨肿瘤化疗效果。ChenBB等[5]利用动态增强MR检测缓解期急性髓型白血病患者的椎体骨髓灌注状态，认为其可作为评价急性髓型白血病缓解和生存期限的重要指标。

1.3MRS

骨关节系统的MRS目前主要使用1H和31P谱，用于良恶性骨肿瘤的鉴别、恶性骨肿瘤疗效评价。SubhawongTK等[6]总结分析了例肌骨肿瘤1H-MRS，发现Cho峰增高对恶性肌骨肿瘤的诊断敏感性和特异性分别为88%、68%。HsiehTJ等[7]采用1.5T1H-MRS检测淋巴瘤患者化疗后的胆碱浓度，发现胆碱浓度的下降与肿瘤体积缩小和肿瘤灌注下降相一致，认为1H-MRS可以用来评价恶性骨肿瘤的化疗疗效。齐滋华等[8]采用3.0TMR单体素31P-FLEX序列对41例肌骨肿瘤进行31P-MRS研究，认为Pcr/PME和PME/NTP是诊断肌骨肿瘤的指标，PME/β-ATP和PME/NTP是鉴别肌骨肿瘤良、恶性的指标。

1.4化学位移成像(chemicalshiftimging,CSI)

也称同相位(inphase,IP)/反相位(opposedphase,OP)成像，对含有少量脂肪的组织显示比较敏感，可以用来鉴别椎体良恶性病变。国内外CSI研究[9,10]显示椎体良、恶性病变的信号强度比率(signalintensityratio,SIR)有显著差异，椎体良性病变信号强度比率下降值明显高于恶性病变，诊断敏感性为85.2%～95%，特异性为89～94.6%。MR新技术也为骨质疏松的判断提供了更多信息。骨质疏松时骨髓毛细血管和血窦减少、脂肪含量增加，MR动态增强及灌注扫描能够显示骨髓血供情况，对骨质疏松的的检测有重要价值。T2弛豫时间与骨小梁形状、数量密切相关，T2值的改变也是评价骨质疏松的敏感指标。目前，T2*、T2mapping成像已用于骨质疏松的早期诊断。1H-MRS通过测量骨髓中水和脂肪含量的变化，了解骨髓的生理、病理变化，在预测骨质疏松及其脆性骨折评价方面提供准确信息。

另外，MR分子探针与示踪成像是近年来研究的热点，有望对肌骨病变进行早期、准确显示，利于对病变进行精准“定位、定量和定性”诊断，为精准影像学的发展方向。如7.0T超高场MR图像的分辨率已达到50μm，接近单细胞水平。通过MR示踪剂(如纳米氧化铁)标记干细胞，观察和测定骨髓内MR信号强度的变化程度、范围和分布，可在活体上了解移植后干细胞的分布、迁徙、分化等生物学行为，评估干细胞移植的效果[11]。

2MR在关节疾病中的应用及进展

关节病变MR研究热点仍旧集中在关节软骨。常规MR检查能够准确显示关节软骨的形态学信息。近年来软骨病变MR研究的焦点在于探讨软骨退变和损伤早期软骨内生化结构的改变，如胶原纤维网络的破坏，蛋白多糖的丢失及自由水含量的增加等，拟从分子水平解释软骨病变发生的原因。

2.1T2mapping

通过T2弛豫时间定量分析关节软骨内组织成分的变化。损伤早期软骨内胶原的形态和排列方式发生变化，软骨内水含量增加，导致T2弛豫时间升高，使得T2mapping能够早期评估软骨病变。国内外有诸多研究显示T2mapping可显著提高关节软骨损伤的检出率[12,13]。

2.2T1ρ

软骨细胞外基质可限制水分子运动，若细胞外蛋白多糖、胶原纤维的密度或排列方式发生变化，其T1ρ值则高于正常软骨，尤其对蛋白多糖丢失，T1ρ具有非常高的敏感性和特异性。LiX等[14]采用3.0TMR对12例急性ACL损伤病人和10例健康者行膝关节检查。术后1年，胫骨软骨T1ρ值显著高于对照组，而T2值与对照组无显著性差异。作者认为T1ρ能够早期检测术后膝关节软骨基质的改变。

2.3MR关节造影

在关节内注入对比剂(如Gd-DTPA)后行T1WI扫描称为直接MR关节造影，主要用于显示软骨病变、肩关节及髋关节盂唇损伤、半月板损伤等。BecceF等[15]对21例患者行MR肩关节造影，认为有利于对软骨病变和盂唇损伤的检出。

2.4软骨MR延迟增强扫描(delayedgadoliniumenhancedmagneticresonanceimagingofcartilage,dGEMRIC)

为经静脉注射Gd-DTPA后延迟扫描。软骨内带负电荷的蛋白多糖与带阴离子的对比剂Gd-DTPA2-相互排斥，因而在富含蛋白多糖的健康关节软骨中浓聚低，而在蛋白多糖缺损的软骨内浓聚较高，有助于软骨损伤诊断并损伤分级。vanTielJ[16]等采用3.0TMR对20例早期骨性关节炎患者在7天内行2次3DdGEMRIC，结果显示该检查的可重复性好，可以用于骨关节炎早期软骨改变及局灶性软骨缺损的纵向研究。

2.5超短TE(ultrashortechotime,UTE)序列

可激发短T2成分并在其衰减之前快速采集信号，缩短了T2弛豫时间，能选择性突出短T2的成分而减少来源于长T2成分的信号，提高软骨病变的检出率。ChuCR等[17]采用UTE-T2*mapping对ACL重建手术前后膝关节软骨和半月板的可逆性改变进行交叉和纵向研究，认为该技术能够评估关节软骨和半月板深层结构的改变。

2.6DWI

正常关节软骨中的大分子基质有效限制了水的自由扩散，而软骨损伤后，表层的Ⅱ型胶原退变或破坏，软骨内水含量增加、弥散阻力降低使水分子扩散加快，导致软骨ADC值增高。利用ADC值定量分析，可以诊断早期骨性关节炎并分型。近年来，DWI更多地用于关节软骨修复术后评估。ApprichS等[18]对踝关节软骨修复术后的2组病人进行3.0TMRDWI检查，发现DWI能够鉴别不同软骨修复组织的生化成分，为踝关节软骨损伤外科治疗方法的选择提供了新思路。

2.7弥散张量成像(diffusiontensorimaging,DTI)

是在DWI基础上发展起来的功能磁共振成像，不仅能测量ADC值，而且能获得反映水分子弥散的各向异性数值(fractionalanisotropy,FA)，进而反映关节软骨胶原纤维结构的变化。RayaJG等[19]利用7.0TMR对16例健康志愿者和10例骨性关节炎患者行膝关节DTI，发现两组ADC和FA有显著性差异，提示DTI在骨关节炎早期软骨损伤诊断中的价值。RayaJG等[20]还对43个离体髌骨软骨进行17.6TMRDTI，认为DTI有助于软骨损伤的分级。

2.8钠成像

钠存在于软骨基质内，具特殊共振频率，软骨内蛋白多糖的硫酸盐和羧基带阴性电荷，使得软骨内Na的浓度高于周围滑液和骨骼。正常透明软骨富含蛋白多糖，钠浓度较高；软骨损伤时，蛋白多糖减少，钠浓度则降低。通过Na+-MRI和23Na-MRS测量关节软骨内Na+分布，可获得蛋白多糖含量的变化。钠成像可以敏感地检出关节软骨早期的异常，提示关节软骨损伤。MadelinG等[21]利用7.0TMR对19例健康志愿者和28例骨性关节炎患者进行膝关节Na+成像，发现骨性关节炎组的Na+浓度比正常对照组显著降低，提示该技术在骨性关节炎软骨病变诊断中的价值。

2.9化学交换饱和传递(chemicalexchangesaturationtransfer,CEST)

是在磁化传递及化学交换的基础上发展起来的一种新的MR成像方法，利用特定的偏饱和脉冲对软骨内的糖胺聚糖(GAG)进行充分预饱和，经化学交换进一步影响水的信号强度，通过检测水的信号间接反映GAG的信息。SchmittB等[22]采用7.0TMR对膝关节软骨修复术后的13名患者进行GAGCEST和23Na成像，认为GAGCEST是一种评估软骨GAG含量的有效方法。

3MR在软组织病变中的应用及进展

软组织病变的MR检查主要用于软组织损伤、肿瘤及感染性病变的诊断和鉴别，肌肉、肌腱和韧带损伤是近来研究的焦点。目前正在使用的技术包括[23-27]：MR关节造影、31P-MRS1H-MRS、23Na-MRS、UTE序列、DTI、BOLD、ASL等被分别用于全身不同关节和肌肉的研究，多数研究集中于肩、髋、肘、膝关节区肌腱、韧带及下肢肌肉的损伤。

综上，MR新技术的发展为骨关节病变的诊断提供了丰富的信息，既可进行形态、结构评价，也可对功能、代谢及生化结构的改变进行定量分析。随着技术的不断改进，目前处于临床前期研究阶段的成像技术将逐步用于临床，进一步拓宽MR在骨关节系统中的应用。

参考文献[References]

[1]FayadLM,JacobsMA,WangX,etal.Musculoskeletaltumors:howtouseanatomic,functional,andmetabolicMRtechniques.Radiology,,(2):-.

[2]LiSJ,WuXB,ZhangSW,etal.AMetaanalysisonapparentdiffusioncoefficientusedtodifferentiatebenignfrommalignantsofttissuetumor.ChinJMagnResonImaging,,3(4):-.

李树金,吴晓冰,张绍伟,等.表观扩散系数鉴别良恶性软组织肿瘤价值的Meta分析.磁共振成像,,3(4):-.

[3]XuWJ,ChenHS.AttentionshallbepaidtothestudyandapplicationofMRimagingonmusculoskeletalsystem.ChinJMagnResonImaging,,3(4):-.

徐文坚,陈海松.重视骨关节系统MR新技术的应用研究.磁共振成像,,3(4):-.

[4]LiuSF,FengWH,XuWJ.ResearchprogressonjointimageofRadiologicalSocietyofNorthAmerica.ChinJMagnResonImaging,,4(3):-.

刘士锋,冯卫华,徐文坚.年北美放射年会关节影像学研究进展.磁共振成像,,4(3):-.

[5]ChenBB,HsuCY,YuCW,etal.Dynamiccontrast-enhancedMRimagingmeasurementofvertebralbonemarrowperfusionmaybeindicatorofout







































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