UTE与T2＊mapping成像技术定量评估肩袖撕裂的对照研究

2021-03-06曹馨月卫建国陈凯陈振涛汪波刘放陈杰徐左旭黄丙仓

磁共振成像 2021年12期

曹馨月，卫建国，陈凯，陈振涛，汪波，刘放，陈杰，徐左旭，黄丙仓*

作者单位：1.上海市浦东新区公利医院影像科，上海200135；2.佳能医疗系统（中国）有限公司，北京100020

肩袖撕裂是常见的肩部受伤，会随着人口老龄化的增长而增加，患病率从5%到38.9%不等[1]，患者生活质量严重下降并承受着巨大的经济负担。不同的撕裂程度对应着不同的治疗方式，合适的治疗方式可以减少患者的痛苦，提高肩关节功能[2]。

目前肩关节疾病的诊断主要靠影像学手段，肩袖撕裂在X线上无法区分，磁共振成像因其独特的软组织对比度、分辨率高的优势，成为肩袖撕裂的有效诊断方式[3]，尤其对大的撕裂如全层撕裂有很大优势[4]。以往的临床诊断都是基于视觉评估，如Zlatkin 等[5]通过分级系统在MRI 上诊断肩袖撕裂的敏感度与特异度得到显著提高；Seeger 等[6]和Kieft 等[7]证明了MRI 在显示临床撞击综合征患者软组织和骨骼变化方面的有效性，包括全层肩袖撕裂的患者。随着技术的发展，定量研究慢慢普及，目前针对组织T2 弛豫时间的定量方法主要有两种，一个是T2*mapping 技术，一个是超短回波时间(ultrashort-echo-time，UTE)技术。Ashir 等[8]研究了UTE 序列在肩袖有症状患侧与无症状对侧的分析；T2*mapping 技术多用于膝关节关节软骨的评估[9]；Williams 等[10]用UTE 序列定量评估了膝关节力学与软骨的关系。但是尚未有对此两种序列的诊断效能进行比较的报道。

本研究应用UTE 和T2*mapping 技术，基于Zlatkin 分级，比较两种技术在分级间的敏感度及诊断肌腱撕裂的效能，并得到相应的阈值，从而指导临床选择正确的治疗方案。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究回顾性分析2021 年3～4 月上海市浦东新区公利医院肩关节损伤患者39 例。其中男21 例，女18 例。纳入标准：患肩关节疼痛并存在冈上肌肌腱损伤或撕裂。排除标准：有肩关节手术史；因其他病因导致的肩关节疼痛。本研究经过上海市浦东新区公利医院医学伦理委员会批准(批准文号：GLYY1s2021-026)，免除受试者知情同意。

1.2 MRI扫描方法

所有患者均行佳能Vantage Titan 3.0 T 核磁检查。患者取仰卧位，上臂伸直与B0 场平行，手掌朝上，用绑带固定以保证肩关节位置相同。扫描序列有常规序列，包括AX T2WI FS、COR T1WI、COR T2WI、COR PDWI、SAG T2WI FS 及多回波序列包括UTE、T2*mapping。常规序列用以诊断肩袖撕裂情况，UTE及常规多回波T2*序列定量值用来测量。扫描参数：UTE：TR=14.3 ms，TE=0.096/2.7/5.3/7.9 ms，FA=10°，B/W=488.2 KHz，视野256×256，NAQ=1，层厚=2，层数=100，扫描时间15 min 16 s；T2*mapping：TR=903.1 ms，TE=4.6/9.2/13.8/18.4/23/27.6 ms，FA=70°，B/W=488.2 KHz，视野256×256，NAQ=1，层厚=3，层数=18，扫描时间2 min 54 s。

1.3 定量值测量

用IimageJ.Ink (版本1.53，writte in Java)处理图像得到R 值及相应的伪彩图。找到冈上肌腱最大的层面，若有撕裂则选择撕裂最大层面，在两个序列的相同位置勾画相同面积的感兴趣区(region of interest，ROI)；将冈上肌腱分为三个亚区[8]，分别为外侧亚区、中间亚区和内侧亚区。在每个亚区勾画3 个相同面积的圆形ROI，保证每3 个ROI 在各自的亚区内同时覆盖病变区域，并对每个亚区的R 值取平均值，以此消除设备因素对图像的干扰，见图1。选取三角肌的R值为基线值，计算每个亚区R 平均值与三角肌R 值的比值，得到各个亚区的相对值，消除了环境因素对定量值的影响。

1.4 Zlatkin分级方法

由两名有经验的影像科医师分别进行评估，对冈上肌肌腱进行Zlatkin 分型。Ⅰ型为肌腱炎，T1WI 信号增高，无任何形态学改变；Ⅱ型为冈上肌腱撕裂，T1WI 信号增高，肌腱外形不规则且变薄，T2WI 信号增高；Ⅲ型为冈上肌腱大撕裂，T1WI上可见冈上肌腱完全撕裂，边缘不规则且磨损，同时冈上肌严重萎缩并伴有肩锁关节退行性改变，T2WI 上进一步显示冈上肌腱断裂，液体填充入断裂的肌腱，如图2。当意见不一致时，由两位医师共同商讨决定。

1.5 统计学分析

采用Image J软件对进MRI图像行定量值测量。由于T2*值差距微小，采用R 值进行评估。软件通过单指数衰减模型S=S0e-TE/T2*，对T2*值进行拟合运算，其中S为多回波图像的融合图像信号强度，S0为对应TE值图像的信号强度，计算得到T2*值后再取其倒数得到相应的R图。Zlatkin分级不同观察者间采用Kappa 一致性检验，Kappa 值在0～0.2 代表极低一致性；在0.21～0.40代表一般一致性；在0.41～0.60代表中等一致性；在0.61～0.80代表高度一致性；在0.81～1代表几乎完全一致。两种序列不同亚区Zlatkin分级的比较采用Kruskal-WallisH检验，若差异有统计学意义(P＜0.05)则采用LSD两两多重比较。将肌腱分为肌腱连续组与肌腱撕裂组，连续组为Ⅰ级，撕裂组为Ⅱ级与Ⅲ级，通过ROC曲线判断两个序列区分肌腱撕裂的敏感度与特异度，并通过约登指数找出其R阈值。

2 结果

2.1 观察者间Zlatkin分级一致性评估

两名医师对Zlatkin分级，共同认为Ⅰ型的有20例，Ⅱ型的有11例，Ⅲ型的有4例。Ⅰ型与Ⅱ型间不一致的有3例，Ⅱ型与Ⅲ型间不一致的有1 例，具有高度诊断一致性(Kappa 值为0.821)，如表1。

表1 两位医师对Zlatkin分级的一致性比较

2.2 两种技术定量评估

对不同亚区两种序列Zlatkin 分级比较如表2，得到在两个序列的外侧亚区与中间亚区差异均具有统计学意义(P＜0.05)。其中，UTE 技术条件下中间亚区的分级间差异有显著统计学意义(P＜0.01)。通过LSD 检验分析组间差异，如图1，在UTE 序列，外侧亚区Ⅰ型与Ⅲ型差异有统计学意义(P＜0.05)，中间亚区的Ⅰ型与Ⅲ型差异有显著统计学意义(P＜0.01)，且两个亚区在Ⅱ型与Ⅲ型间差异均有统计学意义(P＜0.05)；在T2*mapping 序列，外侧亚区与中间亚区仅Ⅱ型与Ⅲ型差异有统计学意义(P＜0.05)。可以得到UTE 序列比T2*mapping序列对Zlatkin分级的差异性更明显，UTE不仅可以区分Ⅱ型与Ⅲ型之间的差异，也可以区分Ⅰ型与Ⅲ型的差异；其次，UTE 技术可以更敏感地区分中间亚区之间的分级比较，相比T2*mapping序列更有优势。

图1 两种序列两两间组间比较。A 与C 分别是UTE序列的中间亚区和外侧亚区的Zlatkin分级，在Ⅰ级与Ⅲ级、Ⅱ级与Ⅲ级间差异有统计学意义(P＜0.05)。B与D分别是T2*mapping在中间亚区与外侧亚区的Zlatkin分级，仅在Ⅱ级与Ⅲ级间存在显著性差异(*：P＜0.05，**：P＜0.01)

表2 两种序列不同亚区对Zlatkin分级的比较

用Image J 软件处理不同分型间R 值图像。图2 是冈上肌腱Zlatkin 分型间四个序列的比较图。UTE 与T2*mapping技术下肩关节R 图中，暖色调代表T2*值越低，冷色调代表T2*值越高。图2中第一排代表Ⅰ级，如2C，冈上肌腱呈连续暖色调(黄色)，意味着冈上肌腱完整，不存在撕裂(如箭所示)；第二排代表Ⅱ级，如2G，冈上肌腱暖色调消失，呈连续淡蓝色，意味着存在微小撕裂(如箭所示)；第三排代表Ⅲ级，如2K，深蓝色与淡蓝色夹杂于冈上肌腱，意味着肌腱存在大撕裂(如箭所示)。在Ⅰ型与Ⅲ型，Ⅱ型与Ⅲ型中，外侧亚区与中间亚区存在明显颜色变化，且在中间亚区变化最明显，符合上述结论。对比图2D、2H、2L,发现T2*mapping 技术区分肌腱信号不如UTE 明显，且层次不够丰富。在区分Ⅱ型与Ⅲ型之间的差别时，仍可通过颜色来判断，但特异度不高。其肱骨头内脂肪含量未能很好展示，且由于近线圈效应，组织T2*值不稳定。同时可以看到短T2*值的组织在UTE 图像中可被明显区分，且通过颜色变化可判断其含量，如肱骨头内的脂肪含量，在Ⅰ型时含量充足，Ⅱ型与Ⅲ型脂肪信号显著降低。

2.3 两种技术诊断效能比较

通过上述结论得到UTE 序列不论在区分组织层次还是图像特异度与敏感度上都优于T2*mapping 序列。为了更好地定量指导临床区分肌腱是否撕裂，将肌腱分为连续组与撕裂组，连续组为Zlakin 分级的Ⅰ型，撕裂组为Zlakin 分级的Ⅱ型与Ⅲ型，比较两个技术的诊断效能。如图3，在外侧亚区，UTE 与T2*mapping 序列诊断的准确度差异均无统计学意义；中间亚区仅UTE 序列诊断的准确度差异有统计学意义(P＜0.05)，AUC=0.782。以此结论为基础，利用中间亚区的UTE 序列得到的R 值计算约登指数，从而得到判断肌腱连续和撕裂的阈值为3.0755，其敏感度为0.750，特异度为0.645。

3 讨论

本研究通过以上结果表明，UTE技术无论从图像内容的丰富度还是从定量诊断肌腱撕裂的敏感度与特异度来看，均比T2*mapping 技术更有临床意义与价值。在未来临床工作中，可以考虑定量使用UTE序列进行疾病的诊断。

3.1 UTE序列较T2*mapping技术的先进性

UTE 序列利用其特殊的K 空间采样技术可以使回波时间(echo time，TE)达到50 μs 到250 μs 之间，甚至短至几个μs[11]，而T2*mapping 技术对TE 最短回波时间有限制，往往达不到UTE 的超短回波时间。在人体组织中如肌腱、韧带、半月板、骨膜、皮质骨、筋膜、牙本质、牙釉质等均是T2 弛豫时间极短的组织，大多在10 ms 以下，有些甚至不到1 ms[12]。若TE 时间不够短，便采集不到极短T2 弛豫时间的组织，导致信号丢失得不到组织信息[13]。由于脂肪的T2 值很短，T2*mapping 技术的TE 值不足以捕捉脂肪的信号，导致其肱骨头内脂肪信号丢失。而UTE 技术因为有超短TE 时间，足够捕捉极短T2 值的组织，所以在UTE 图像中可以表现出脂肪含量的变化，如图2。

3.2 UTE序列在肩袖撕裂中的临床价值

本研究显示，UTE 序列在Zlatkin 分级中不能很好地区分Ⅰ型和Ⅱ型，我们判断由于肌腱的撕裂本身存在内在因素和外在因素[14,15]，由于老化，肌腱本身的退行性改变是其内在因素，如肌腱内血供减少(关节硬化)，纤维蛋白样变性，肌腱止点断裂；外部因素大多与肩峰下撞击有关，这两个因素都可能造成肌腱断裂的发生[16,17]。而肌腱炎主要表现为微胶原纤维紊乱，蛋白多糖和糖胺聚糖含量增加，细胞增生和新生血管形成，也是一种退行性改变[18]。当肌腱的微撕裂是由于其内在因素导致时，便很难与肌腱炎区分[19]。

因此将肌腱分为连续组与撕裂组，撕裂组包含了微撕裂与大撕裂[19]，以此来定量评估肌腱的撕裂情况。通过上述结论可知，仅UTE 序列的中间亚区具有诊断效能，其判断肌腱连续与撕裂的阈值为3.0755，其敏感度为0.750，特异度为0.645。不仅证实了UTE 序列的优势，也为临床判断肩袖是否撕裂提供了另一个思路。

目前已经有一些文献报道在肩关节处用UTE 技术的定量研究。Krepkin 等[20]通过对冈上肌腱定量值分析，发现冈上肌腱的T2*值与剪切波超声弹性成像(shear-wave ultrasound elastography，SWE)存在关联。华山医院通过对冈上肌腱定量值分析可预估肩袖术后愈合情况[21]。Ashir等[22]利用超短回波时间UTE 序列发现单侧肌腱撕裂患者其无症状对侧肩也会伴随肩袖损伤。同时在肩关节盂唇处也有研究，Ma 等[23]通过UTE 序列对盂唇的丢失进行量化分析，发现UTE 可以完美地呈现盂唇的各个结构。本文通过对两种定量技术的比较分析证明了UTE 序列的先进性，为临床工作提供了新的思路。