磁共振Histo序列在肩关节冈上肌脂肪定量的应用研究

孙 岩,邹月芬,郝跃峰,刘可夫,胡 丹,俞佳凤,陈 浩

0 引 言

肩袖肌脂肪浸润常见于肌腱断裂和支配神经受损后。有研究认为,术前撕裂的大小、回缩与否及脂肪浸润程度的不同往往直接影响肩关节外科修补后的结构及临床预后表现[1- 2]。肌腱的断裂可导致肌肉的生理结构及功能的改变,而伴随着拉力的降低,肌肉的萎缩和脂肪化逐渐增多的过程称之为肌肉的脂肪变性[3-4]。在肩袖损伤中,冈上肌退变和撕裂常发生。因此,其脂肪浸润程度在临床治疗前最为关注。术前严重的肌肉脂肪变性容易导致相关肩袖修补的高失败率及较差的术后功能表现。肌肉脂肪变性通常被认为具有不可逆性,即使在肩袖修补术非常成功的情况下仍未观察到术后肌肉组织的再生[5-7]。因此,外科肩袖修补应该在肌肉发生严重的脂肪变性前进行。当前实际工作中脂肪变性最常用的是修改后的Goutallier分级,其最开始由Goutallier等基于CT首先提出,而后Fuchs等在1999年进一步修改完善Goutallier分级为5个等级的半定量方法用于MR成像[8-10],目前临床关于肩关节冈上肌脂肪变性的报道较少。有学者采用T2mapping方法的定量研究,但扫描时间较长,且过程中受检者很容易出现移动而影响结果的准确性[11];也有学者使用梯度回波DIXON序列的方法,但水峰和脂肪峰的变化偶尔会造成水脂交换计算错误[12-13]。因此成像时间短且为自旋回波序列(无水脂交换计算错误)的高灵敏度MR波普Histo序列因可精准检测脂肪含量使其在临床应用方面展现出潜在前景[14]。本项研究尝试使用Histo序列精准定量测量冈上肌脂肪含量,以期为临床治疗及肩袖修补术前评估提供MR影像学定量依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象前瞻性纳入2020年6月至2021年2月间在本院接受磁共振检查的肩关节患者。肩关节患者纳入标准:①因肩部疼痛或不适接受并完成肩关节MR标准扫描并有明确诊断的患者;②标准扫描后同时完成Histo序列的定量扫描;③需满足Histo序列质控参数R square fit值≥0.95。剔除标准:①受检者肩关节的标准MR所获层面影像位置不标准,存在明显偏移;②受检者扫描过程不能较好地配合,导致MR图像模糊无法进行评估。本研究经南京医科大学附属苏州医院医学伦理委员会批准(批准号:2020-KL901169)。受试者均已签署知情同意书。

1.2 影像检查方法全部受检者均在3.0T MR(Skyra,Siemens,Germany)上完成,受检者双上肢置于身体两侧,仰卧位头先进。使用肩关节专用线圈放置在受检侧肩关节,拇指朝上并用沙袋固定。首先行肩关节标准MR序列I:横断位的TSE-PD序列扫描,TR=3100 ms、TE=32 ms、FOV 180 mm×180 mm、矩阵 320×224、层厚4.0 mm;序列Ⅱ:沿冈上肌倾斜冠状位的TSE-PD序列扫描,TR=4000 ms、TE=62 ms、 FOV 180 mm×180 mm、矩阵320×240、层厚3.0 mm;序列Ⅲ:沿冈上肌倾斜冠状位的TSE-T1加权序列扫描,TR =520 ms、TE=12 ms、FOV 180 mm×180 mm、矩阵320×240、层厚3.0 mm;序列Ⅳ:垂直于冈上肌的斜矢状位TSE-PD序列扫描,TR=5400 ms、TE=126 ms、FOV 180 mm×180 mm、矩阵320×253、层厚3.0 mm;序列Ⅴ:垂直于冈上肌的斜矢状位TSE-T1加权序列扫描,TR=500 ms、TE=10 ms、FOV 180 mm×180 mm、矩阵320×256、层厚3.0 mm。其次再行斜矢状位的T1的三维容积内插快速梯度回波(volume interpolated body examination, VIBE)的DIXON(为Q-dixon)序列,TR=9.00 ms、TE=1.05/2.46 /3.69/4.92/6.15/7.38 ms,FOV 426 mm × 340 mm、矩阵160 × 126、层厚2.0 mm,扫描须采用非畸形矫正补偿模式,并使用其原始薄层Water像发送到3D后处理行多平面重建用以确定Histo序列扫描位置。Histo序列为立方体容积扫描,测量定位均放置在较脆弱的肌腱与肌肉过渡区域的肌组织(即肩锁关节垂直矢状平面与冈上肌中心位置之间),居中保存该位置冈上肌多平面(避开肩锁关节和肩胛冈的骨性结构)三维的横断面,冠状面和矢状面并发送到检查界面用于Histo序列的定位, Histo序列扫描TR =3000 ms,TE=12/24/36/48/72 ms, FOV为10 mm3容积范围体素扫描时间15 s,扫描结束后直接以图片的形式显示Histo序列脂肪含量测量结果百分比及彩色条形图,无需任何的后处理操作。

1.3 图像质量评价

1.3.1 基于MRI的Goutallier分级评估在肩关节斜矢状位的T1加权影像上进行评估。由10年和12年肌骨诊断经验的2名放射医师共同对81例肩关节冈上肌脂肪化程度做出具体分级,如意见不一致时协商后给出一致意见。 MRI的Goutallier分级具体为:0级定义为无脂肪浸润,1级是冈上肌的少许脂肪条纹,2级为脂肪少于肌肉,3级为脂肪和肌肉的数量相等,4级为脂肪比肌肉更多。3周后由其中1名10年肌骨诊断经验影像医师再次对所有肩关节进行盲评,以消除观察者自身偏差。

1.3.2 基于Goutallier分级广泛应用的实际情况本项研究中假设Goutallier分级结果均正确,且以此比较Goutallier不同分级与Histo序列,DIXON序列三者之间在冈上肌脂肪化的总体相关性。

1.3.3 Goutallier不同脂肪浸润等级受检者冈上肌的Histo序列、DIXON序列不同级别间定量测量结果分别进行比较,以此探讨Histo序列和DIXON序列在区分不同程度冈上肌脂肪化的可行性;以及Goutallier不同冈上肌脂肪化分级对应的Histo序列,DIXON序列各自级间脂肪定量范围的潜在差异。

1.3.4 肩关节冈上肌MR影像诊断以2位医师共同诊断结果作为金标准,对81例肩关节进行分类。分类依据不同撕裂程度的冈上肌MR影像表现。Ⅰ:正常冈上肌;Ⅱ:冈上肌退变;Ⅲ:冈上肌部分撕裂(包括冈上肌关节侧部分撕裂、冈上肌滑囊侧部分撕裂、冈上肌腱内型部分撕裂、冈上肌部分撕裂伴肌内囊肿、冈上肌肌腱磨损);Ⅳ:冈上肌(部分/全部)出现全层撕裂;Ⅴ:冈上肌(部分/全层)撕裂伴回缩。比较以上5类不同撕裂程度冈上肌MR影像各组间的Histo序列脂肪定量结果差异,以探讨Histo序列脂肪定量结果能否对冈上肌不同撕裂程度有一定的潜在提示作用。

1.4 统计学分析应用SPSS 24.0软件进行。计数资料以n(%)形式描述。Goutallier分级与Histo序列、DIXON序列三者定量结果两两间的总体相关性采用Spearman等级相关检验;Histo序列和DIXON序列定量测量结果在不同Goutallier分级以及Histo序列在不同冈上肌撕裂程度分组的整体间比较均分别采用Kruskal-Wallis秩和检验。Histo序列和DIXON序列在不同Goutallier分级定量结果间两两比较,以及不同冈上肌撕裂程度分组的 Histo定量结果间两两比较均分别采用独立样本Mann-Whitney秩和检验。以P≤0.05为有统计学意义。

2 结 果

按上述标准最终共纳入81名单侧肩关节患者,男22例、女59例,年龄22～68岁,平均(46.33±13.33)岁。冈上肌脂肪化的Goutallier分级与Histo序列 (ρ=0.799)和DIXON序列(P= 0.765)定量结果均呈正相关(P<0.001),Histo序列和DIXON序列间的总体相关性均表现出统计学意义(P= 0.599,P<0.001)。Goutallier不同分级分别对应Histo序列及DIXON序列定量差异均有统计学意义(H=52.83,P<0.001;H=50.61,P<0.001)。Goutallier的各分级对应Histo和DIXON序列定量测量结果差异均有统计学意义(P均<0.05),见表1。不同冈上肌撕裂程度间,除Ⅳ冈上肌全层撕裂与Ⅴ冈上肌撕裂伴回缩两组间差异无统计学意义[(18.46±6.88)vs(24.64±12.07),Z=-1.557、P=0.12],其余各分类差异均有统计学意义(P<0.05)。

表1 不同Goutallier分级受检者的不同序列定量测定冈上肌脂肪含量比较(%)Table 1 Comparison of quantitative measurement of supraspinatus muscle fat content using different sequences in patients with different Goutallier grades (%)

3 讨 论

肩关节冈上肌横截面有超过一半的肌肉组织被脂肪取代往往被认为是外科手术重建的禁忌证;同时肩袖肌肉的脂肪化程度对肩袖修补术后的预后评估也具有重要意义。巨大肩袖撕裂的修补并不能实质性地逆转肌肉组织的脂肪化和脂肪沉积的现象[15];且肩袖修补术的预后与肩袖肌肉脂肪化程度和手术方式有着明显的相关性[16-17]。近期研究表明,冈上肌和冈下肌的脂肪定量结果可评估肩袖撕裂进展的风险和速度[18]。当前临床广泛使用Goutallier分级作为肩关节术前冈上肌脂肪化程度评估,此分级基于T1倾斜矢状位的MR影像上进行评估;而较多使用的梯度回波DIXON序列原理中不能有效剔除磁场的不均匀性对结果造成干扰且肩关节是偏中心扫描磁场均匀性相比中心区域存在一定的偏移,且偶尔会出现水脂交换计算错误导致结果不准。

本项研究中Histo定量技术在冈上肌脂肪浸润的应用结果与常用的Goutallier分级及DIXON序列测量之间表现出较高的相关性。Histo本质是MR氢质子的波普序列,因MR波谱能提供组织的无创、定量代谢物谱,并已被证明有助于临床多种疾病的诊断[19]。其中单体素磁共振波谱分析在MR脂肪成分测量方面常被作为参考标准,具体常使用未施加水抑制的单体素的激励回波采集模式序列行MR波谱成像[20-21]。本项研究脂肪定量技术所采用的Histo序列就是在传统波谱STEAM序列基础上进行改进调整后获得的5个TE(12、24、36、48、72 ms)的新序列[14]; Histo序列是T2多回波氢质子的波谱技术,并且是创新采集5个TE的单体素MR波谱,根据拟合的谱线上水峰与脂肪峰计算5个不同TE时间下水峰与脂峰的面积,并以此计算脂肪含量百分比并进行相关矫正。这其中T2校正对定量水和脂肪的MRI非常重要,且Histo定量的优势在于其不需要复杂多序列的采集以完成T2矫正,仅一次采集直接给出最终的结果,可在很短时间(<15 s)完成全序列的采集;同时R-square fit作为质控参数在结果显示,提示Histo序列所采集的5个TE回波信号拟合出的曲线与理论曲线间的一致性如何(越接近1,说明曲线拟合程度越好结果可信度越高)。在本项研究中所有入选病例的R-square fit都选择在0.95以上,力求能更为精准地评估Histo序列与传统半定量Goutallier分级及DIXON序列定量之间的相关性。

由于该序列在肝脏脂肪化测量取得了较好的应用效果,也有学者应用其评价脊柱结核展现出很好前景[22-23]。本研究在肩关节冈上肌进行Histo序列脂肪化定量应用尝试,结果表明Histo序列可以对不同Goutallier脂肪浸润级别有精确定量数据显示,即使Goutallier相同等级的不同病例也可明确区分冈上肌脂肪浸润程度之间的细微差异。同时本研究结果还显示Goutallier不同分级的Histo定量结果均值间有着显著的统计学差异,特别在Goutallier 2级与3级间,这是因为显著统计学差异的2级与3级两者间肌肉脂肪化程度达到一半与否是临床选择保守治疗或外科治疗最为关注的临界点,因此本研究的Histo序列定量结果可以精准高效地指导肩关节外科治疗方式的抉择;且在本项研究中对于冈上肌不同撕裂程度的Histo序列脂肪定量结果均值表现出有明显差异,故此Histo序列对冈上肌不同程度的撕裂具有一定潜在的提示作用,虽然Histo序列仅在冈上肌Ⅳ全层撕裂和Ⅴ撕裂伴回缩两组间差异无统计学意义,分析原因可能是病例数太少或者采用非参校验统计学方法的检验效能等原因造成的,有待进一步验证。本项研究的不足:①样本量仍然相对较少,尤其是I级正常冈上肌的例数和Goutallier 3级和4级的病例数量过少;②由于冈上肌损伤本身疾病的特点其缺少穿刺活检的金标准作为参考,作为一种新技术探索和尝试本项研究是假设Goutallier分级结果都正确前提下进行比较的,还由于当前Histo序列定量测量更多的是用于肝脏MR脂肪定量检查,在肌肉方面研究相对缺乏[23];③Histo是单体素波谱序列,其立方体定位容积不能完整覆盖冈上肌全部,故此体素放置的位置不同会一定程度上造成测量结果的差异。

综上所述,肩关节冈上肌脂肪化Histo序列定量MR成像具有一定可行性,且与常规使用Goutallier分级和DIXON序列测量间有较好的相关性,为临床治疗提供精准的冈上肌脂肪化定量结果且对冈上肌不同撕裂程度有一定的提示作用且扫描时间更短,可以更精准指导MR诊断和临床治疗方式选择。