学术期刊
您所在的位置:首页>学术期刊

期刊搜索

我要投稿

MRI在肩袖撕裂中的应用研究进展

2018-07-13


通讯作者:周晟
MRI在肩袖撕裂中的应用研究进展*


1.甘肃中医药大学 (甘肃 兰州 730000)
2.甘肃省中医院放射科 (甘肃 兰州 730050)
3.重庆三峡中心医院放射科 (重庆 404000)
裴琴琴1,3   陈晓飞2   周  晟2

【关键词】磁共振成像;肩袖撕裂;诊断;序列
【基金项目】国家自然科学基金(81560213);重庆市博士后科研项目特别资助(Xm2017181);川北医学院院校合作科研项目(2016XY01)


肩袖撕裂是骨科最常见的肌腱疾病,也是导致肩部疼痛和功能障碍最常见的原因,给患者的生活和精神带来巨大影响,因此,及时有效的诊断和治疗至关重要。然而肩袖撕裂不具备典型特征,临床上诊断难度较大。磁共振成像(MRI)具有非侵入性,高分辨率、多维成像等特点,不但能清晰地显示肩关节及其周围软组织,尤其是肩袖的正常解剖学结构,而且能提供肩袖撕裂大小、程度、周围组织累及情况等最详细的信息,也能很好地显示引起肩部疼痛的其它类似病变,更有最新报道还能对肩袖撕裂的肌肉脂肪浸润进行评估,可极大的 提高肩袖撕裂诊断准确度,在肩袖撕裂诊断中的应用日益广泛。目前,MRI已成为诊断肩袖撕裂最常用的影像学方法,相关研究也一直是骨科和影像科学者关注的热点和重点,现将其予以综述。

1、MRI技术发展与在肩袖撕裂诊断中的应用

核磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)技术,是利用射频电磁波对磁场中含自旋不为零的原子核物质进行激发,发生核磁共振并采集共振信号,通过图像重建形成共振图像。从核磁共振现象的发现到MRI技术通过医学临床检测[1-2],医学影像学领域迎来了重大变革,MRI具有多参数、多序列、高分辨率、多方位成像、无创性和可操作性强等优点。目前,MRI已广泛用于颅脑、心血管、骨骼肌肉等系统疾病诊断,信号敏感性强、病变检出率高、定位准确,已成为一些疾病的首选影像学检查方法。
MRI技术独特的成像优势及肩部MRI正常解剖学特点的详细阐述,为MRI应用于肩袖撕裂诊断奠定了理论基础[3],一些学者开始尝试将MRI应用于肩袖撕裂的诊断,据我们所知,Kneeland等[4-5]最早进行了相关研究和报道,结果显示MRI能准确诊断肩袖撕裂。随着研究不断深入,发现MRI能提供肩袖撕裂的部位、大小、累及范围、肌腱回缩、肌肉萎缩和脂肪变性等信息,MRI在肩袖撕裂诊断中的价值逐渐被认同,并成为肩袖撕裂重要的影像学检查方法。 
MRI上肩袖部分撕裂和完全撕裂主要表现为形态学和信号异常。部分撕裂:肌腱局部缺损,信号强度局限性增加,T1加权(T1 weighted imaging,T1WI)和质子密度加权(proton density weighted imaging, PDWI)上呈中等信号, T2加权(T2 weighted imaging,T2WI)上呈中等或显著增强信号;完全撕裂:肌腱缺损或不连续伴回缩,正常肌腱低信号强度连续性中断或消失,贯穿全程,T1WI和PDWI信号强度增加, T2WI和FS T2WI上进一步增加[6-9]。一些袖撕裂可以填充纤维状或肉芽组织在T2WI上呈中低信号强度[6]。肩峰下和/或三角肌黏液囊积液、滑膜囊周围脂肪带消失、肌肉萎缩等其它征象,能协助肩袖撕裂的诊断[9]。通过“肩胛占有比”、“切线征”和改进Goutallier分级等能对肩袖撕裂肌肉萎缩和脂肪浸润进行评估[12-13]。当肩袖撕裂和其它类似肌腱病变不易鉴别时,可结合MRI不同序列的检查结果和MRI上周围软组织表现协助诊断[14]。

2、MRI序列和技术在肩袖撕裂诊断中的应用

2.1 自旋回波
传统自旋回波(Spin echo,SE)序列,结构简单、信噪比良好,是MRI最经典的序列。SE序列对肩袖撕裂诊断准确度较高,早期多采用SE PDWI和SE T2WI,但采集时间长,有文献显示二者对肩袖部分撕裂显示不佳,SE T1WI采集时间相对较短[5-6,8]。目前,SE T1WI常被作为临床上诊断肩袖撕裂的主要成像序列之一。但该序列采集时间仍然较长,可能导致图像质量降低,常与其它序列联合应用。
快速自旋回波(fast spin echo,FSE;turbo Spin echo,TSE)序列,采用弛豫增强快速采集成像技术设计[15],20世纪90年代开始广泛研究和应用,对完全和部分撕裂诊断敏感性和特异性与常规SE相似,但采集时间明显减少,空间分辨率增加,信噪比升高[8]。FSE序列是目前肩袖撕裂广泛应用的序列之一,尤其是FSE T2WI,常作为SE T1WI的替代。但FSE T2WI序列的缺点在于脂肪组织信号强度增加,不易识别肩袖肌腱轻微撕裂和肩峰下、三角肌下少量滑囊积液[16]。此外,FSE也常用于双回波加权成像,能同时获取PDWI和T2WI,在对肩袖撕裂的诊断中也应用较多[6]。
2.2 梯度回波序列
梯度回波序列(Gradient Echo,GRE),通过梯度调整和减少翻转角度明显减少采集时间,成像原理与SE不同,反应的是T2*而非T2弛豫信息。GRE序列采集时间较常规SE明显缩短,在FSE出现前一些学者提议GRE T2* WI作为肩袖肩袖评估的替代方法[9,17]。关于GRE序列在肩袖撕裂中的应用及其与其它序列对比的报道较少。Tuite等[18]的研究表明,GRE T2*WI诊断肩袖撕裂敏感性和特异性与常规SE T2WI相似。Pigeau等[17]的研究则显示GRE T2 *WI敏感性较常规SE T2WI高。Parsa等[19]的研究结果显示,GRE T2*WI诊断肩袖撕裂敏感性较常规双回波T2WI高。GRE与FSE序列采集时间都较常规SE减少。虽然GRE对肩袖撕裂额敏感度提高,但特异性降低[20]。目前,临床上GRE在肩袖撕裂的诊断中未被常规应用。   
2.3 化学位移脂肪选择饱和技术
化学位移脂肪选择饱和技术,又称频率选择饱和法,是利用水和脂肪的化学位移效应,从而减少可能混淆图像判读的脂肪组织信号[21],可应用于SE、FSE、GRE等序列。与常规SE序列相比,脂肪抑制SE具有减少化学位移伪影,增加组织对比等优点[22]。脂肪抑制FSE诊断肩袖撕裂效果和SE与FSE一样或更好,部分撕裂的诊断仍然较低[7]。脂肪抑制FSE和GRE序列对肩袖完全撕裂的诊断效果相似,两种序列对肩袖部分撕裂诊断敏感度都较低[23]。目前,脂肪抑制FSE T2WI已作为临床上肩袖撕裂的常用序列之一。但该技术存在一些缺点,如信噪比低,不能应用于低磁场强度扫描等[24]。  
2.4 短反转时间反转恢复技术
短反转时间反转恢复(short TI inversion recovery, STIR)技术,基于脂肪组织短T1特性的脂肪抑制技术,是目前临床上常用脂肪抑制技术之一。STIR在肩袖撕裂中应用的相关报道较少。与化学位移脂肪选择饱和技术相比,STIR技术对磁场强度依赖性低,低场MRI设备能获得较好的脂肪抑制效果,能准确诊断肩袖撕裂 [25]。但STIR图像采集时间较长,信噪比较低,且对脂肪组织的抑制特异性低[16]。Kijowski等[16]报道改进的STIR对肩袖撕裂的诊断与脂肪抑制FSE T2WI类似,并建议当化学位移脂肪选择饱和技术未提供理想的肩袖撕裂信息时,改进的STIR序列可作为备选方法。
2.5 扩散加权成像
扩散加权成像(diffusion-weighted imaging, DWI),提供组织中水分子运动信息,采集的图像反映组织和细胞结构,与TIWI、T2WI和PDWI不同[26]。表观扩散系数(ADC),主要反映水分子扩散运动的速度和范围,其值可定量计算水分子运动信息。使用不同的扩散敏感系数(b值)计算表观扩散系数(ADC),显示为ADC图,定量计算水分子运动信息[27]。DWI临床上的应用最初主要局限于神经系统,随着MRI技术的进步,已逐渐扩展到全身疾病诊断,具有早期诊断疾病及提高病变检出率等优点[28]。而DWI是否对肩袖撕裂的诊断具有价值尚不清楚,相关研究较少。最近,一项前瞻性研究显示,DWI诊断肩袖部分撕裂较常规脂肪抑制T2WI敏感度高,同时保持较高的特异性,还能通过ADC值为完全和部分撕裂的区分提供额外信息,并且,DWI和ADC值获取简单、耗时短、无需额外费用,临床实用性较强[29]。可见,DWI可能在肩袖撕裂的诊断中具有很大潜能,有待进一步研究。
2.6 Dixon技术
Dixon技术,利用同相位和反向位成像,实现水和脂肪分离成像的一种技术,由Dixon1984首次报道,可采用SE、FSE或扰相GRE序列[30]。有研究报道了Dixon在机体肌肉脂肪浸润评估中具有优势[31],最近, Dixon技术在肩袖撕裂肌肉脂肪浸润评估中的应用受到越来越多的关注,成为研究的热点。Nardo等 [32]的研究结果显示,Dixon技术定量评估肩袖撕裂肌肉脂肪浸润评估具有较高的准确性和可重复性。Nozaki等[33-34]的研究表明,Dixon技术对肩袖撕裂肌肉浸润术前和术后评估都有效。Horiuchi等[35]将该技术和基于MRI的Goutallier分类脂肪定性评估相比,结果显示Dixon技术对肩袖撕裂脂肪浸润定量评估更客观,可重复性更强。由此可见,Diox技术能对肩袖撕裂肌肉脂肪浸润进行定量评估,从本质上区别于传统的定性评估方法,可能在肩袖撕裂的脂肪浸润评估中具有重大的临床价值,相关研究有待深入。
2.7 T2 mapping技术
T2 mapping,一种定量分析组织成分改变的MRI新技术,多采用多回波自旋回波序列,工作站处理后形成为彩图,测量组织的T2值[36]。一些研究显示,T2 mapping对疾病的诊断和疗效评估估计与常规MRI相比,更敏感,能发现规MRI显示无异常的炎症、脂肪浸润等病理改变[37-38]。目前,关于T2 mapping技术的研究大多集中在在关节软骨中,应用于肩袖撕裂的相关报道较少,Matsuki等[39]的研究发现,与Goutallier分类脂肪定性评估相比,T2值可靠性更高。因此,T2 mapping在肩袖撕裂的脂肪浸润评估中的价值有待进一步研究。
MRI成像以其独特优势已广泛应用于肩袖撕裂。MRI技术不断发展,新技术层出不穷。最近DWI、Dixon、T2mapping等技术在肩袖撕裂诊断中的应用成为学者们研究的热点,初步研究结果显示,这些技术可能提高肩袖部分撕裂诊断准确性、建立新的MRI肩袖撕裂脂肪浸润分级系统。我们相信,随着临床工作者对MRI技术和肩袖撕裂认识的不断深入,以及进一步大样本、前瞻性研究,尤其是关于最优序列或序列组合及新技术的研究,MRI技术能更好地应用于肩袖撕裂,为肩袖撕裂治疗策略制定和术后预后估计提供更客观、更有价值的参考信息。

参考文献

[1]Darbeau Rw. Nuclear magnetic resonance spectroscopy: A review and a look at its use as a probative tool in deamination chemistry. Appl Spectrosc Rev 2006, 41(4):401–425.
[2]Feng X, Xie G, He S, et al. A robust algorithm for high-rcslution dynamic MRI based on the partially separable functions model. Magn Reson Imaging, 2012, 30(5):620–626.
[3]Huber OJ, Sauter R, Mueller E, Requardt H, et al. MR imaging of the normal shoulder. Radiology 1986, 158(2):405–408.
[4]Kneeland JB, Carrera GF, Middleton WO, et al. Rotator cuff tears: prelimmary application of high-resolution MR imaging with counter rotating current loop-gap resonators. Radiology 1986, 160(3):695–699.
[5]Kneeland JB, Middleton WO, Carrera GF, et al. MR imaging of the shoulder: diagnosis of rotator cuff tears. AJR Am J Roentgenol 1987, 149(2):333–337.
[6]Rafii M, Firooznia H, Sherman O, et al. Rotator cuff lesions: signal patterns at MR imaging. Radiology 1990, 177(3):817–823.
[7]Reinus WR, Shady KL, Mirowitz SA. Totty WG, MR diagnosis of rotator cuff tears of the shoulder: value of using T2-weighted fat-saturated images. AJR Am J Roentgenol 1995, 164(6):1451–1455.
[8]Zlatkin MB, lannotti JP, Roberts MC, et al. Rotator cuff tears: diagnostic performance of MR imaging. Radiology 1989, 172(1): 223–229.
[9]刘彪.肩关节MRI在肩袖损伤诊断中的应用分析.中国CT和MRI杂志.2016.14(12):124~126.
[10]金志发,龙晚生,罗学毛,等.肩袖损伤的MRI诊断研究.中国CT和MRI杂志.2016.14(12):98~100.
[11]Kaplan PA, Bryans KC, Davick JP, et al. Dussault RG, MR imaging of the normal shoulder: variants and pitfalls. Radiology 1992, 184(2):519–524.
[12]Zanetti M, Gerber C, Hodler J. Quantitative assessment of the muscles of the rotator cuff with magnetic resonance imaging. Invest Radiol 1998, 33(3):163–170.
[13]Fuchs B, Weishaupt D, Zanetti M, et al. Fatty degeneration of the muscles of the rotator cuff: Assessment by computed tomography versus magnetic resonance imaging. J Shoulder Elbow Surg 1999, 8(6):599–605.
[14]Yeu K, Jiang CC, Shih TT. Correlation between MRI and operative findings of the rotator cuff tear. J Formos Med Assoc 1994, 93(2):134–139.
[15]Hennig I, Nauerth A, Friedburg H. RARE imaging: a fast imaging method for clinical MR. Magn Reson Med 1986, 3(6):823–833.
[16]Kijowski R, Farber JM, Medina J, et al. Comparison of fat-suppressed T2-weighted fast spin-echo sequence and modified STIR sequence in the evaluation of the rotator cuff tendon. AJR 2005, 185(2):371–8.
[17]Pigeau I, Doursounian L, Maigne JY. Rotator cuff pathology: gradient-echo MR imaging comparison with arthrography and surgery (abstr). Radiology 1989, l73(P):27
[18]Thite MJ, Yandow DR. DeSmet AA, et al. Diagnosis of partial and complete rotator cuff tears using combined gradient echo and spin echo imaging. Skeletal Radiol 1994, 23(7): 541–5
[17]Parsa M, Tuite M, Norris M, et al. MR imaging of rotator cuff tendon tears: comparison of T2*-weighted gradient-echo and conventional dual-echo sequences. AJR 1997, 168(6):1519–1524.
[20]Kumagai H, Ito H, Kubo A. Comparison between T2*- and T2-weighted images in diagnosing rotator cuff tears. Nippon Igaku Hoshasen Gakkai Zasshi 1995, 55(3):133–137.
[21]Mirowitz SA. Normal rotator cuff: MR imaging with conventional and fat suppression techniques. Radiology 1991, 180:735–740.
[22]Singson RD, Hoang T, Dan S, et al. MR evaluation of rotator cuff pathology using T2-weighted fast spin-echo technique with and without fat suppression. AJR Am J Roentgenol 1996, 166(5):1061–5.
[23]Sahin-Akyar G, Miller TT, Staron RB, et al. Gradient-echo versus fat-suppressed fast spin-echo MR imaging of rotator cuff tears. AJR Am J Roentgenol 1998, 171(1):223–227.
[24]Brateman L. Chemical shift imaging: a review. AJR Am J Roentgenol 1986, 146(5):971–980.
[25]Shellock FG, Bert JM, Fritts HM, et al. Evaluation of the rotator cuff and glenoid labrum using a 0.2-Tesla extremity magnetic resonance (MR) system: MR results compared to surgical findings. J Magn Reson Imaging 2001, 14(6):763–770.
[26]Bammer R. Basic principles of diffusion-weighted imaging. Eur J Radiol 2003, 45(3):169–184.
[27]Thoeny HC, De Keyzer F, Boesch C, et al. Diffusion-weighted imaging of the parotid gland: influence of the choice of b-values on the apparent diffusion coefficient value. J Magn Reson Imaging 2004, 20:786–90.
[28]Dietrich O, Raya G, Sommer J, et al. Acomparative evaluation of a RARE-based single-shot pulse sequence for diffusion-weighted MRI of musculoskeletal soft-tissue tumors. Eur Radiol 2005, 15(14):772–783.
[29]Lo HC, Hung ST, Kuo DP, et al. Quantitative diffusion-weighted magnetic resonance imaging for the diagnosis of partial-thickness rotator cuff tears. J Shoulder Elbow Surg 2016, 25(9):1433–1441.
[30]Dixon WT. Simple proton spectroscopic imaging. Radiology 1984, 153(1):189–194.
[31]Fischer MA, Pfirrmann CW, Espinosa N, et al. Dixon-based MRI for assessment of muscle-fat content in phantoms, healthy volunteers and patients with achillodynia: comparison to visual assessment of calf muscle quality. Eur Radiol 2014, 24(6):1366–1375.
[32]Nardo L, Karampinos DC, Lansdown DA, et al. Quantitative assessment of fat infiltration in the rotator cuff muscles using water-fat MRI. J Magn Reson Imaging 2014, 39(5):1178–1185.
[33]Nozaki T, Tasaki A, Horiuchi S, et al. Predicting retear after repair of full-thickness rotator cuff tear: two-point Dixon MR imaging quantification of fatty muscle degeneration-initial experience with 1-year follow-up. Radiology 2016, 280(2):500–509.
[34]Nozaki T, Tasaki A, Horiuchi S, et al. Quantification of fatty degeneration within the supraspinatus muscle by using a 2-point Dixon method on 3-T MRI. AJR Am J Roentgenol 2015, 205(1):116–122.
[35]Horiuchi S, Nozaki T, Tasaki A, et al. Reliability of MR Quantification of Rotator Cuff Muscle Fatty Degeneration Using a 2-point Dixon Technique in Comparison with the Goutallier Classification: Validation Study by Multiple Readers. Acad Radiol 2017, 24(11):1343–1351.
[36]Yan D, Zhang J, Liang W, et al. Magnetic resonance imaging and histopathological analysis of experimental muscle injuries in a rabbit. Biomed Environ Sci 2013, 26(10):841–848.
[37]Kim HK, Laor T, Horn PS, et al. Quantitative assessment of the T2 relaxation time of the gluteus muscles in children with Duchenne muscular dystrophy: a comparative study before and after steroid treatment. Korean J Radiol 2010, 11(3):304–311.
[38]Matsuki K, Watanabe A, Ochiai S, et al. Quantitative evaluation of fatty degeneration of the supraspinatus and infraspinatus muscles using T2 mapping. J Shoulder Elbow Surg 2014, 23(5):636–641.
[39]Bining HJ, Santos R, Andrews G, et al. Can T2 relaxation values and color maps be used to detect chondral damage utilizing subchondral bone marrow edema as a marker. Skeletal Radiol 2009, 38(5):459–465.

诊断中心

分享按钮