四肢关节磁共振同时多层采集快速自旋回波新技术可行性研究

背景和目的:
　　快速自旋回波（turbo spin echo，TSE）序列是目前临床上最常用的磁共振成像序列，TSE序列能够清楚地显示具体的解剖细节，但其扫描时间较长，平均为4-5 mins。并行采集技术( integrated parallel acquisition technique，iPAT)采用矩形FOV可减少所需采集的相位编码线并将其较为稀疏地填充于整个K空间，从而降低图像采集时间；但是由于信号欠采样的限制，图像信噪比较低，图像质量较差，限制了其在骨关节系统的应用。因此，一种快速、高清的磁共振成像技术在骨骼肌系统的应用显得尤为重要。
　　近年来出现一种新的快速采集技术即同时多层采集技术（ Simultaneous multi-slice，SMS）或多带宽技术（Multi-Band，MB）。该技术是由一个包含多激发频率MB的射频脉冲在同一时间内对多个层面同时进行激发，同时进行多层面数据采集、提取及重建，并以二维的方式进行图像输出，可有效地缩短图像的采集时间。此外，SMS采用blipped-CAIPIRNHA鸡尾酒并行采集技术，采用特殊的K空间填充方式，有效地提高了图像的信噪比。SMS技术与EPI序列结合已广泛应用于神经系统及高场强磁共振的研究，SMS技术也已逐步应用于骨关节系统的报道，但目前尚未有SMS与TSE序列结合在骨关节系统中的应用。
　　本研究拟探讨将SMS技术与TSE序列相结合（SMS-TSE），同时并与常规TSE序列的图像质量和扫描时间相比较，以评价其在四肢关节应用的可行性及其对病变的诊断价值。
　　资料与方法:
　　一般资料:本研究为前瞻性研究，经我院伦理委员会审查通过。所有纳入研究对象均签署知情同意书。连续性纳入2015年7月-2017年2月符合以下标准的研究对象。纳入标准：（1）随机选择自愿参与该研究并接受MRI扫描；（2）体内未安装心脏起搏器、动脉瘤夹及金属植入物或金属异物；（3）自愿者选择无临床症状的健康人群。（4）临床病人选择无手术史者；（5）扫描过程中制动良好，无明显运动伪影对图像质量造成干扰。最终82例研究对象纳入本研究，包括膝关节31例、腕关节25例、踝关节15例、肩关节11例，男40例，女42例，年龄20~67岁，平均年龄（38.4±12.9）岁。
　　检查方法:采用3.0T超导 MRI系统 MAGNATON Prisma(Siemens Healthcare, Erlangen, Germany)15通道的膝关节、16通道的腕关节/手线圈、16通道的踝关节/足线圈、16通道的肩关节线圈分别行多序列MR成像。所有研究对象分别行常规TSE序列及SMS-TSE序列扫描。扫描序列包括矢状位、冠状位的常规TSE和SMS-TSE。常规TSE序列无加速因子，SMS-TSE序列层加速因子为2。为防止因不同扫描序列参数所产生偏倚，SMS-TSE序列扫描模式的参数尽量与常规序列一致，以保证其图像质量的可比性。分别记录扫描时间。
　　图像分析:图像质量比较采用定量测量和定性评分分析。定量分析为一名高年资肌骨影像专业的放射科医师分别测量并计算SMS-TSE序列和常规序列的图像信噪比（SNR）、对比信噪比(CNR)及每分信噪比（SNR/min）。定性分析由两名高年资肌骨影像专业的放射科医师独立观察各扫描序列后采用5级评分法对图像质量定性评分。
　　病变分析:以常规TSE序列上病变的影像征象作为标准，与SMS-TSE序列所显示的病变进行比较。常规 TSE序列上对病变的诊断从以下几个异常影像征象方面来分析：骨挫伤，骨性骨髓内T1WI地图样或网状分布低信号区，T2WI-FS为高信号；关节面异常、软骨损伤、韧带和肌腱退变或损伤、半月板损伤、周围软组织损伤和图像伪影。
　　统计学分析:采用SPSS17.0统计软件包进行统计学分析。分别对膝关节、腕关节、踝关节、肩关节两序列图像信噪比、对比信噪比和信噪比/分的比较行配对t或秩和检验。两名医师之间图像质量定性评分的一致性采用Kappa检验分析，Kappa值≤0.4为一致性差，0.40.8为一致性优。SMS-TSE序列与常规TSE序列间的图像质量定性评分的比较行配对秩和检验(Wilcoxon检验)。以常规序列为对照，计算SMS-TSE序列分别对膝关节、腕关节、踝关节、肩关节对病变检出的灵敏度、特异度和准确度，并采用McNemar检验比较两种序列间对病变检出的差异。P<0.05为差异有统计学意义。
　　结果:
　　1、膝关节 SMS-TSE序列图像的信噪比（30.96±3.13、75.76±5.56、78.96±9.13）较常规TSE序列（33.58±2.84、79.95±7.22、85.66±5.55）降低，差异有统计学意义（t=4.205、P=0.000，t=3.244、P=0.003，Z=-2.469、 P=0.014）；SMS-TSE序列的对比信噪比为（89.75±6.12、46.45±3.96、43.78±5.62），常规序列的对比信噪比为（90.65±6.73、47.92±3.85、43.93±4.11），差异无统计学意义（Z=-1.293、P=0.196，t=-1.495、P=0.145，Z=-0.333，P=0.739）；但SMS-TSE序列每分信噪比（18.76±1.90、30.06±2.20、29.24±3.38）较常规序列（10.66±0.90、15.99±1.44、16.07±1.04）明显提高，差异有统计学意义（t=-24.88、P<0.001，t=-37.05、P<0.001， Z=-4.86、P<0.001）。SMS-TSE序列的图像质量定性评分与常规TSE序列除T1WI矢状位的骨纹理、半月板和 PDWI冠状位的骨纹理、伪影余解剖结构的显示均有统计学差异，但二者的评分均高于3分且差别较小，余两序列均可清晰的显示骨纹理、软骨、韧带、半月板等解剖结构，差异无统计学意义。SMS-TSE序列总扫描时间（13.48 min）较常规TSE序列（6.87min）明显缩短49.04％。以常规磁共振序列为诊断标准，常规TSE序列诊断膝关节退行性改变15例，半月板损伤2例，骨髓水肿3例，交叉韧带损伤3例，软组织损伤1例，正常膝关节9例。SMS-TSE序列诊断膝关节退行性改变13例，半月板损伤2例，骨髓水肿3例，交叉韧带损伤3例，软组织挫伤1例，正常膝关节9例。两序列间诊断对病变的检出的差异无统计学意义(P=0.625)。以常规序列为标准，SMS序列对病变检出的灵敏度、特异度、准确度分别为87.50%、85.71%、87.10%。
　　2、腕关节 SMS-TSE序列图像的信噪比（219.10±14.00、96.56±19.34、284.75±152.97、121.69±26.14）较常规TSE序列（234.16±11.20、115.44±17.46、332.40±104.04、128.89±37.87）降低，差异有统计学意义（t=6.970、P<0.001， Z=-3.754、P<0.001，Z=-2.516、P=0.012，t=1.069、P=0.296）；SMS-TSE序列的对比信噪比为（187.81±11.10、373.31±113.18、82.68±16.54、76.36±27.24），常规序列的对比信噪比为（189.75±12.69、398.07±68.37、96.01±19.20、73.76±31.91），差异无统计学意义（t=0.519、P=0.608，Z=-0.094、P=0.925，t=-0.772、P=0.448，t=0.428、P=0.672）；但 SMS-TSE序列每分信噪比（165.99±10.60、64.33±10.18、167.50±89.98、46.80±2.01）较常规序列（91.83±4.39、23.56±3.56、77.30±24.20、40.66±2.39）明显提高，差异有统计学意义（t=-44.03，P=0.000， Z=-4.372，P=0.000，Z=-4.372，P=0.000，t=-2.753，P=0.011）。但是SMS-TSE序列的图像质量定性评分与常规TSE序列相比，冠状位PDWI解剖结构评分有差异，余各序列解剖结构无统计学差异，二者均可清晰的显示骨纹理、软骨、韧带、肌腱等解剖结构。SMS-TSE序列总扫描时间（14.92 min）较常规TSE序列（7.52min）明显缩短49.60%。以常规磁共振序列为标准，常规TSE序列诊断腕关节腕管综合征1例，TFCC损伤3例，月骨坏死2例，色素绒毛结节沉着症1例，腕关节退行性改变8例，腱鞘囊肿2例，正常腕关节8例；SMS-TSE序列诊断腕关节腕管综合征1例，TFCC损伤2例，月骨坏死2例，色素绒毛结节沉着症1例，腕关节退行性改变7例，腱鞘囊肿2例，正常腕关节10例。两序列间诊断对病变的检出的差异无统计学意义，P=0.500。以常规TSE序列为标准， SMS-TSE序列对病变检出的灵敏度、特异度、准确度分别为88.24%、100%、92%。
　　3、踝关节 SMS-TSE序列图像的信噪比（246.01±90.03、182.28±46.58、173.76±35.53）较常规TSE序列（261.71±74.13、208.33±40.63、197.76±47.45）降低，差异有统计学意义（t=2.385、P=0.032，t=3.222、P=0.006，t=2.686、P=0.018）；SMS-TSE序列的对比信噪比为（336.21±173.56、80.47±40.81、136.34±36.20），常规序列的对比信噪比为（376.99±113.72、150.98±88.27、153.32±37.69），差异无统计学意义（t=1.233、P=0.238，t=-0.360、P=0.724，t=-2.312、P=0.036）；但SMS-TSE序列每分信噪比（96.47±35.31、64.41±16.46、95.47±19.53）较常规序列（52.66±14.92、37.88±7.39、56.22±13.56）明显提高，差异有统计学意义（t=-8.025、P=0.000，t=-8.590、P=0.000，t=-11.147、P=0.000）。但是SMS-TSE序列的图像质量定性评分与常规TSE序列无统计学差异（ P>0.05），二者均可清晰的显示骨纹理、软骨、韧带等解剖结构。SMS-TSE序列总扫描时间（13.97min）较常规TSE序列（7.20min）明显缩短48.46%。以常规磁共振序列为标准，常规TSE序列诊断踝关节退行性改变5例，腓骨远端骨折2例，踝关节关节积液3例，踝关节距骨剥脱性软骨炎1例，正常踝关节4例；SMS-TSE序列诊断踝关节退行性改变6例，腓骨远端骨折2例，踝关节关节积液3例，踝关节距骨剥脱性软骨炎1例，正常踝关节3例；两序列间诊断对病变的检出的差异无统计学意义，P=1.000。以常规 TSE序列为标准，SMS-TSE序列对病变检出的灵敏度、特异度、准确度分别为100%、75%、93.33%。
　　4、肩关节SMS-TSE序列图像的信噪比（95.47±19.53、93.60±38.69、49.51±8.99、55.57±7.84）较常规 TSE序列（56.22±13.56、109.38±31.18、59.34±10.57、63.61±8.72）降低，差异有统计学意义（t=-11.147、P=0.000，t=3.198、P=0.010，Z=-2.845、P=0.004，t=4.299、P=0.002）；SMS-TSE序列的对比信噪比为（124.27±78.77、88.85±23.28、35.56±7.86、41.34±9.30），常规序列的对比信噪比为（141.48±96.13、70.95±27.54、41.50±10.42、44.50±11.26），差异无统计学意义（t=-2.459、P=0.034，t=-3.708、P=0.004，Z=-1.867、P=0.062， t=-1.130、P=0.285）；但SMS-TSE序列每分信噪比（31.63±17.35、36.42±15.06、20.89±3.79、42.10±5.94）较常规序列（18.30±10.41、21.45±6.90、12.63±2.25、16.31±2.24）明显提高，差异有统计学意义（t=-5.805、P=0.000，Z=-2.934、P=0.003， t=-6.713、P=0.000，t=-18.656、P=0.000）。但是SMS-TSE序列的图像质量定性评分与常规TSE序列冠状位PDWI软骨有差异（Z=-2.264,P=0.024）但评分均大于3分且差异较小，其余序列解剖结构无统计学差异（P>0.05），因此二者均可清晰的显示骨纹理、软骨、肌腱等解剖结构。SMS-TSE序列扫描时间（18.33min）较常规TSE序列（8.64min）明显缩短52.86%。以常规磁共振序列为标准，常规TSE序列诊断肩关节退行性改变4例，肩袖损伤2例，正常肩关节5例。SMS-TSE序列诊断肩关节退行性改变5例，肩袖损伤2例，正常肩关节4例。两序列间诊断对病变的检出的差异无统计学意义，P=1.000。以常规TSE序列为标准，SMS-TSE序列对病变检出的灵敏度、特异度、准确度分别为100%、80.00%、90.91%。
　　结论:
　　1、SMS-TSE序列在膝、腕、踝和肩关节高清成像和快速成像是可行的，在保证图像质量的前提下极大地缩短扫描时间。
　　2、SMS-TSE序列对膝、肩、腕和踝关节疾病诊断具有重要临床应用价值，可替代常规TSE序列。