脂肪抑制技术在骨坏死MRI检查中的临床应用

【关键词】  脂肪抑制技术 骨坏死 MRI检查 临床应用

 Clinical application of fat suppression in osteonecrosis MRI

    SUN Yu-liang，YAN Shuang-yin，ZHANG Wan-qiang.Department of Radiology，The PLA 406 Hospital，Dalian 116041，China

    ［Abstract］  Objective  To assess the clinical application of fat suppression in osteonecrosis.Methods  SE T1WI，FSE T2WI and IR fat suppression were performed in 59 patients with osteonecrosis.The demonstration and signal features of the lesions were observed and compared among 3 types of images.Results  （1）There was no obvious difference in displaying the lesions morphology among 3 types of images.（2） IR fat suppression was superior to both SE T1WI and FSE T2WI in showing the lesions internal signal features.Conclusion  MRI fat suppression technique has obvious advantages in displaying internal signal features of osteonecrosis，therefore fat suppression technique is of great value in osteonecrosis MRI.

    ［Key words］  osteonecrosis；MRI；fat suppression

    通过对59例成人骨坏死MRI图像的分析，探讨脂肪抑制技术在骨坏死MRI检查中的临床应用价值。

    1  资料与方法

    1.1  一般资料  59例骨坏死患者，男52例，女7例，年龄22～51岁，平均35.4岁。其中股骨头坏死47例，病灶73个，胫骨下端坏死12例，病灶14个，病灶合计87个。

    1.2  方法  使用安科OpenMark 3000永磁型0.3 T磁共振扫描仪，分别用SE（TR 340 ms，TE 16 ms）T1WI、FSE（TR 3000 ms，TE 87 ms）T2WI、IR（TR 1600 ms，TE 30 ms，TI 100 ms） 脂肪抑制序列对髋关节和踝关节行轴位扫描。髋关节层厚5 mm，层距2 mm，视野350 mm，矩阵192×256；踝关节层厚5 mm，层距2 mm，视野256 mm，矩阵192×256。

    1.3  统计学方法  影像评价采用双盲法，观察各种图像时相互间不受影响，病变形态的显示主要根据病变轮廓显示情况而分为清晰、较清晰、不清晰3种；以是否能清晰分辨病变内不同组织成分为标准将病变内部信号的显示分为好、较好、差3种。分别比较SE T1WI、FSE T2WI、IR 脂肪抑制3种图像对病变形态、内部信号的显示情况，并进行χ2检验。

    2  结果

　　SE T1WI、FSE T2WI、IR 脂肪抑制3种图像对87个病灶的显示情况统计见表1。本组87个病变中，在SE T1WI和FSE T2WI上分别有8个和12个病变形态显示不清，然而在IR 脂肪抑制上有2个较前显示清楚，仍有6个显示不清。虽然IR 脂肪抑制和常规T1WI、T2WI图像间无显著性差异，但IR 脂肪抑制最好。总的来说，三种扫描图像对病灶形态及边界的显示呈FSE T2WI < SE T1WI < IR趋势。对病变内部信号的显示方面，SE T1WI对病变内部结构显示效果较差，除坏死囊变外，大多数实性病变的内部结构显示不清。FSE T2WI图像虽能显示大多数病变的内部信号特征，但IR脂肪抑制则能更好地显示其内部构成。总之，在内部信号的显示方面，IR 脂肪抑制明显优于常规T1WI、T2WI图像，三种扫描图像对病变内部信号特征的显示呈SE T1WI < FSE T2WI < IR趋势。典型病例影像学表现见图1、图2。表1  3种扫描序列图像对87个病灶的显示情况统计注：经χ2检验，在病变形态显示方面，三种图像间无显著性差异（χ2=3.58，P>0.05）；在病变内部信号显示方面，FSE T2WI明显优于SE T1WI图像（χ2=10.39，P<0.01），IR 脂肪抑制明显优于FSE T2WI图像（χ2=7.31，P<0.05）

    图1  股骨头、颈坏死。A、B和C分别为SE T1WI、FSE T2WI和IR 脂肪抑制。A对病灶的形态和边界显示较好；B显示病灶内部信号不均匀；C对病灶形态和内部信号显示良好  图2  胫骨下端坏死。A、B和C分别为SE T1WI、FSE T2WI和IR 脂肪抑制。A对病灶内部信号特征显示较差；B能较好地显示病灶内部信号，但边界显示不清；C能较好地显示病灶内部信号，病变范围显示较A更大

    3  讨论

    3.1  骨坏死的病理改变  骨端的髓质或皮质局部供血中断引起细胞的死亡称为骨坏死。发病原因有很多，较常见的原因有潜水减压病、血管外伤［1，2］，以及大量应用激素。骨坏死好发于四肢长骨的干骺端和骺端，通常为多发，且对称，但偶尔单发［3］。本组59例87个坏死部位均位于四肢，股骨头73个，胫骨下端14个。骨坏死包括细胞性坏死阶段和骨修复阶段［4］。细胞性坏死为骨组织血供中断，骨细胞死亡。骨坏死发生后则进入骨修复阶段，包括血管再生、肉芽组织生成、死骨吸收、新生骨形成。血管再生是骨修复的开始；死骨吸收，形成纤维结缔组织和致密新生骨则是骨坏死的晚期阶段。病变的中心区为完全坏死的骨髓和骨组织，外围是部分坏死的骨髓和骨组织，再往外是充血区及存活的正常骨组织［1］。骨坏死的愈合过程为肉芽组织形成，死骨渐被吸收，周围并有新生骨形成。晚期，死骨大部分被吸收，形成纤维结缔组织和致密新生骨［5］。

    3.2  关于脂肪抑制技术［6，7］  骨端松质骨内含有丰富的脂肪组织，高信号的脂肪组织容易掩盖病灶，也易于产生化学位移伪影。因此，应用脂肪抑制技术减少脂肪信号的影响在骨骼MRI检查中尤为重要。脂肪抑制技术有多种，但是目前主要通过下列3种技术实现：频率选择预饱和（化学饱和法）、Dixon和Chopper方法［6］和短反转时间反转恢复序列（STIR）。

    3.2.1  化学饱和法  是一种被广泛应用的脂肪抑制技术，是在无梯度场的条件下，以窄频带脉冲优先激发脂肪（优先于水），并用附加的梯度场使脂肪信号相位分散，然后再开始使用所选择的脉冲序列。脂肪组织中氢质子的进动频率比水中质子要低，称之为化学位移。可以利用这一特性来选择适当的发射频率，优先激发脂肪，进而使其抑制。此种技术与SE序列合用比较容易，高场机器增强扫描时通常采用此种脂肪抑制技术。

    3.2.2  Dixon和Chopper方法  是使水和脂肪分离的成像技术。Dixon法是先产生2幅相位敏感图像：1幅为常规图像（同相位），1幅为水和脂肪质子的相位相差180°的图像，然后把2幅图像进行减影，得到单一的水和脂肪的图像。Chopper法是对Dixon法改进后的脂肪抑制技术，在获得图像的过程中就可以自动处理数据，省去了图像数据采集后的重建过程，因此可减少因患者运动所造成的伪影，目前中场强机器一般采用此种脂肪抑制技术。

    3.2.3  STIR  是一种最简单的脂肪抑制技术，其对脂肪信号的抑制不是根据化学位移的情况，而是基于弛豫时间的长短。反转恢复（IR）序列是先使用一个180°射频（RF）脉冲，使磁化矢量从正Z轴方向反转到负Z轴方向，当中止脉冲时，磁化矢量又向着Z轴正方向恢复。在某一点上即从负Z轴恢复到正Z轴方向的一点时，两个方向无纵向磁化矢量，该点被称为零点，利用此点能使不同的组织信号缺失。如果选择的TI值恰好等于某一组织到达零点的时间，此时即使施加一个90°脉冲，亦不能产生横向磁化，因此，该组织就会出现信号缺失。零点值因组织而异，一般来说，相当于组织TI时间的69％，而TI又依赖于场强，场强高则TI长。此外，零点值还取决于TR的长短。脂肪的TI非常短，当场强为1.5 T时，其零点值为160～170 ms，当场强为0.5 T时，其零点值为90～120 ms。由此可见，要抑制脂肪的信号，TI值应根据不同场强的机型而选择不同的零点值。STIR抑制脂肪彻底，受磁场均匀性的影响较小，目前低场机器一般采用此种脂肪抑制技术。本组病例所使用的IR序列即为此种技术，由于场强为0.3 T，TI值取100 ms。

    3.3  脂肪抑制应用对病变显示的价值  MRI是早期发现、早期诊断骨坏死较准确有效的方法［4］，能直接多层次地反映坏死的部位、范围。骨坏死的MRI表现主要在形态和信号两个方面，可以反映病理的不同时期。早期的典型表现是：在T1WI上坏死灶和周围正常骨髓相比呈等或略低信号；在T2WI上坏死灶的信号强度仍和相邻的骨髓组织相仿或略高，这种病灶的T1WI和T2WI改变与骨髓充血水肿的病理基础相符合［8］；在脂肪抑制像上为高信号。周围正常骨髓组织由于脂肪信号被抑制而显示低信号，病灶的形态、边界显示得更加清晰、准确。中晚期病灶的周缘在T1WI、T2WI和脂肪抑制上均呈低信号，反映了病灶边缘的纤维化或钙化；当病灶中心液化坏死时表现为不均匀的长T1、长T2信号。本组对87个病灶分别进行3个不同扫描序列的比较，结果显示：各序列间对病变形态及边界的显示并无统计学差异，但在实际应用中脂肪抑制序列仍较常规T1WI、T2WI扫描优越。对病变内不同组织成分的信号显示，是MRI优于其他影像检查方法最重要的特征，也直接关系到MRI定性诊断的准确性。病变早期，坏死灶内包含尚未发生液化和角化的脂肪组织、骨髓水肿；晚期出现肉芽组织及新生骨［5］，在T1WI、T2WI上呈不均匀的混杂信号。而周围正常骨髓组织呈高信号，病灶与周围组织的对比度小，不利于对病变信号进行分析。应用脂肪抑制技术后，高信号的脂肪变成了较暗的低信号，有利于显示病变内部的信号特征，在定性诊断及分期中价值更大。本组资料显示：在显示病变内部信号特征方面脂肪抑制序列明显优于T1WI、T2WI序列。

    4  体会笔者认为在脂肪抑制技术的应用中应注意以下几点：（1）脂肪抑制序列会使扫描时间加长，扫描前一定要嘱咐患者不要活动肢体，避免产生运动伪影；（2）不同部位、组织的TI值会有所不同，如果抑脂效果不佳，应对TI值进行适当调整；（3）应用STIR脂肪抑制技术不仅抑制脂肪信号，而且可能抑制TI值与脂肪组织相等或近似的组织的信号，实际工作中应考虑到这个因素。总之，在骨坏死MRI检查中，应用脂肪抑制技术抑制脂肪信号可更加清晰地显示病变内部的信号特征，在骨坏死MRI检查中具有重要价值。

【参考文献】
  1 刘子君.骨关节病理学.北京: 人民卫生出版社，1992，80-81.

2 王云钊，兰宝森.骨关节影像学.北京: 科学出版社，2002，361，367.

3 Abdelwahab IF，Klein MJ，Hermann G，et al.Angiosarcomas associated with bone infarcts（ Review ）.Skeletal Radiol，1998，27: 546-551.

4 冯素臣，程克斌，程晓光，等.骨梗死的影像学改变及病理表现.中华放射学杂志，2004，38: 249-252.

5 曹来宾.实用骨关节影像诊断学.济南: 山东科学技术出版社，1998，30-31.

6 Tien RD.Fat-suppression MR imaging in neuroradiology: techniques and clinical application.AJR，1992，158:369-379.

7 Tien RD，Chu PK，Hesselink JR，et al.Intra-and paraorbital lesions：value of fat-suppression MR imaging with paramagnetic contrast enhancement.Am J Neuroradiol，1991，12:245-253.

8 江浩.骨与关节MRI.上海: 上海科学技术出版社，1999，513.

作者单位：辽宁大连，解放军第406医院放射科