MRI在创伤骨科的最新进展

目前,MRI在骨骼系统的创伤急救过程中起着举足轻重的作用。它的优势在于良好的软组织对比成像、高空间分辨率和无电离辐射。虽然X线平片依然是骨折疾病的诊疗基础,但是还需要依靠CT协助诊断骨盆、脊柱或大关节的创伤,而且还有一些特殊的情况需要使用MRI。例如肌腱、韧带损伤或软骨和半月板损伤的关节内骨折都可以在MRI上很好地成像。

三维磁共振扫描成像技术目前已得到广泛应用,它可以提供高空间分辨率,帮助手术医生了解患者骨折部位的损伤情况,并可以多个平面重建,从而减少病例信息采集的时间。

来自希腊的Apostolos H. Karantanas医生总结了MRI在创伤骨科的最近进展,该文章最近发表在Injury上。

前言

创伤骨科患者主要是由于高能量创伤、低能量创伤或运动相关性的慢性损伤造成,这都可引起全身多系统功能障碍。而儿童和青少年由于骨骼、肌肉和韧带等结构的强度不如成年人,所以发生的骨折类型和严重程度也不同。另外一个原因是,生长板容易受压缩、牵拉或扭转的力量。

同样,年龄相关性疾病也会发生在老年人身上,如骨质疏松、肌肉的退化等问题。最近30年,MRI越来越多地用于上述的骨骼肌肉系统功能障碍的早期诊断。同时,MRI的发明和在临床的不断地深入研究和发展有效地降低了疾病的漏诊率。

目前,MRI的最新技术更多地着重于定量的测量,而不是以往单一的形态学影像,这决定了它将在未来几十年的诊疗过程中依然发挥着重要作用。同时,软件技术的提升也减少了金属植入物对术后影像诊断的影响。另外,作者认为一个规范的影像报告系统可以帮助影像医生和临床医生更好地交流及共同制定治疗计划。

骨的损伤

年轻运动员的撕裂性骨折通过X线平片即可诊断,但是无明显移位的撕裂性骨折或那些还没系统分型的骨折则需要MRI协助诊断,因为后者可以清楚显示骨髓及其周围软组织水肿情况。所以MRI可以很好地发现成人或老年人的隐匿性的撕裂性骨折(图1A,B)。临床上遇到无明显创伤史的患者发生股骨大转子或小转子撕裂性骨折,临床医生可通过MRI来发现是否合并有转移瘤或原发性的骨肿瘤(图1C,D)。

MRI在创伤骨科的最新进展

图1:45岁男性患者,摔倒病史。

(A)前后位X线平片,实心箭头处可见肱骨大结节有一轻微的皮质下骨质硬化区,提示轻微的骨质压缩性损伤,空心箭头处骨质减少。

(B)由于持续性疼痛和功能障碍,3周后行MRI检查,质子密度加权脂抑制成像可见肱骨隐匿性的无移位骨折(实心箭头),周围骨髓水肿(空心箭头),窄箭头所指的囊边为骨髓水肿吸收。

29岁女性运动员有氧运动后突发的髋关节疼痛。

(C)短时反转恢复序列(STIR)的冠状面扫描和T1加权脂抑制成像,股骨近端可见占位性损伤(窄箭头)和小转子撕脱性骨折(空心箭头),股方肌上方可见坐骨股骨间组织水肿(实心箭头)。病理活检结果为恶性成纤维细胞骨肉瘤。

应力性损伤的范围包括从骨的应力性反应即骨折前的状态到完全性骨折。X线平片对应力性损伤的诊断漏诊率高达50%,而MRI则可以发现早期应力性的改变,从而早期治疗、预防骨折的发生(图2)。例如,对于患有骨质疏松症、放射后骨炎、类风湿关节炎或Paget’s病的患者遭受轻微碰撞引起的骨盆不完全性的微小骨折,MRI的诊断准确性非常高。

应力性骨折部位在所有脉冲序列中都显示为低信号的不规则线,周围水肿的骨髓则在水敏感序列中显示为高信号。短时反转恢复序列(STIR)、高分辨率的脂抑制成像或T2加权成像最适合用于评估应力诱导的损伤。

MRI在创伤骨科的最新进展

图2:

(A)9岁艺术体操女运动员,腹股沟左侧到中间疼痛。STIR序列的冠状位扫描可见左侧耻骨有水肿信号,即应力性反应。

(B)10岁花样游泳女运动员,3周前出现左侧臀部深处疼痛。STIR序列的斜冠状位扫描在左骶骨翼处可见低信号的脆性骨折线(空心箭头),周围骨髓水肿(窄箭头)。(C)9岁艺术体操女运动员,持续性左髋部疼痛,无明显外伤史。前后位X线平片见髋臼负重线骨质减少。

(D)同一患者STIR序列的冠状位扫描可见低信号的脆性骨折线,周围骨髓水肿。

X线平片可诊断出大部分的骨盆骨折、长骨和短骨骨折,而CT可协助诊断髋臼、长骨和跟骨的关节内骨折。骨盆骨折大部分是由高能量损伤造成的,多伴有内脏或血管的损伤,因此,CT可帮助医生快速评估此类患者内脏损伤情况。然而,最近一项研究证明了MRI诊断骶骨骨折比CT更敏感,而且还可协助判断周围软组织的损伤情况。

MRI适用于高度怀疑髋关节骨折而X线平片阴性的老年患者。隐匿性骨折在T1加权成像的冠状位扫描中的显示为低信号线(图3)。而移位性骨折则表现为水敏感序列的高信号影。通过增加STIR序列的冠状位扫描可显示其他类型骨折、软组织损伤。

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图3:67岁男性患者,从1.5m处摔下来,出现双侧髋部疼痛和以左侧为主的活动受限。X线平片可见股骨颈头下型骨折(没给出图片)。T1加权成像(A、B)和T2加权脂抑制成像(C)的冠状位、轴位扫描可见左侧股骨移位性骨折(实心箭头),右侧股骨可见隐匿性的无移位骨折(空心箭头)。

隐匿性骨折多发生于外侧和后侧距骨突、跟骨突前面、手舟骨和Salter-Harris型骨骺损伤。而质子密度加权脂抑制或STIR等水敏感序列可诊断上述疾病(图4、5)。

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图4:(A)25岁男性患者,4年前肘关节在伸展位摔倒后出现手舟骨假关节。T1加权成像可见手舟骨有不均匀的低信号密度影(左上图),T2加权脂抑制成像的冠状位扫描可见假关节周围有囊性边界(左下图)。T1加权脂抑制成像可见手舟骨远端高信号影(窄箭头),近极端的缺血性坏死呈低信号影。

(B)40岁男性患者,手舟骨骨折后假关节形成。T1加权成像可见假关节线(左上图),T2加权GRE成像的冠状位扫描见假关节处增厚(左下图),T1加权脂抑制成像可见远端手舟骨增大(长箭头),近极端缺血性坏死呈低信号影(空心箭头)。

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图5:MRI诊断隐匿性骨折。9岁女孩从1m高处摔下后出现膝关节上的疼痛。质子密度加权脂抑制成像的冠状位(A)、矢状位(B)、轴位(C)扫描可见Salter-Harris Ⅱ型骨折和股骨后侧骨膜下血肿(空心箭头)。12岁女孩最近在一次篮球比赛中扭伤踝关节。脂抑制成像的矢状位(D)、冠状位(E)、轴位(F)扫描在低位胫骨可见Salter-Harris Ⅰ型骨折和骨膜下血肿(空心箭头)。

肩关节前脱位可发生关节盂前面骨质减少,术前定量MRI扫描可发现上述骨质改变,而且还可评估周围软组织的损伤情况,从而选择正确手术方式修复。

关节内的损伤

多通道线圈的高磁场扫描(High field scanners matched with multi-channel coils)可准确诊断出半月板损伤、膝关节后外侧角损伤或腕关节内韧带损伤等关节内的微小创伤。另外,创伤性关节积脂血征可帮助诊断关节内骨折。

梯度回波序列(GRE)脂抑制成像和质子密度加权脂抑制成像可用于关节软骨损伤的显像和定量分析,可帮助评估软骨损伤情况以及分离性骨软骨炎关节的稳定性。尽管MRI可以很好地准确诊断软骨的病变,但是关节镜技术在关节内软骨病变的诊断中仍然是最重要的方法(图6)。

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图6:19岁足球运动员,有外伤病史。T2加权成像的轴位扫描(A)和质子密度加权脂抑制成像矢状位扫描(B)可见关节内软骨骨折(窄箭头)。

髋臼上唇撕裂可出现明显关节疼痛,尤其是合并有骨关节炎的患者。高空间分辨率的3-T系统在诊断上述疾病时会出现假阳性(图7),而磁共振关节造影比传统的MRI诊断准确率更高(图8)。同时磁共振关键造影技术可用于肩关节盂上唇前后位(SLAP)损伤的分型。

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图7:高分辨率的3-T 质子密度加权脂抑制成像可见左右髋关节盂唇前面撕裂,而在关节镜下只显示为关节盂前上位的沟。

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图:8:20岁男性帆船运动员因持续性左髋关节疼痛行3-T磁共振扫描。高分辨率质子密度加权脂抑制成像的斜轴位(A)和矢状位(B)扫描可见髂腰肌关节处水肿,在前面可见部分盂唇撕裂(窄箭头)。高分辨率的磁共振关节造影术轴位(C)、矢状位(D)扫描可见上唇前面完全性撕裂。

三角软骨纤维复合体损伤的运动员经常有腕部尺侧疼痛。运用专门的表面线圈和三维GRE序列的高磁场扫描可显示出高分辨率图片,帮助诊断上述疾病。脂抑制质子密度加权成像技术通过显示骨质水肿情况和软骨退化来解释尺侧压迫症状。另外,磁共振关节造影仍然是该疾病的诊断方法之一。

软组织的损伤

质子密度加权脂抑制成像、T2加权成像和短时反转恢复序列(STIR)都是评估肌肉组织损伤情况的主要方法。肌肉的病变部位的长径以及该部位所占的比例与损伤严重程度和恢复所需时间密切相关。

水敏感序列适用于描述由于神经压迫或局部炎症导致的肌肉早期的去神经病变。创伤导致的肩胛上神经压迫主要是由肩胛骨骨折、肱骨骨折或肩关节前脱位造成,由此引起的去神经改变表现为水敏感序列的冈上肌和冈下肌的水肿。四边孔综合征主要是由于腋神经受压迫引起的一系列症状,主要表现为水敏感序列上的小圆肌和三角肌的水肿。因此,肩胛上神经压迫和四边孔综合征可较容易区分。

韧带损伤较常见。MRI诊断韧带损伤的优势在于可评估有持续性疼痛的患者的基本情况和功能障碍,以及是否合并有其他组织的损伤。特别是踝关节和足区域的相关的隐匿性韧带损伤需要MRI协助诊断。三维GRE序列脂抑制成像诊断踝关节的慢性损伤的准确性明显高于较传统的序列。该技术同样适用于腕关节韧带损伤的评估(图9)。

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图9:GRE序列T1加权脂抑制成像的关节造影术冠状位清楚可见腕关节背侧(A)和背侧(B)的韧带。

3-T扫描和多通道线圈技术为临床医生提供了高空间分辨率的图像。如图10,大部分患者都可清晰辨认出前交叉韧带,从而显示出前内侧或前外侧可能出现的损伤。

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图10:质子密度加权脂抑制成像矢状位(A)和T2加权成像斜矢状位(B)可见前交叉韧带的前内侧(窄箭头)和后外侧束(空心箭头)。A图还可见腘肌牵拉损伤。

术后的患者

金属植入物可影响术后患者的损伤部位的成像,但MRI可通过特定的软件,减少金属植入物的影响,从而更准确地显示术后患者软组织的损伤(图11)。

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图11:金属植入物植入前(A)、后(B)的的质子密度加权脂抑制成像冠状位图可见金属植入物对胫骨干骺端术后成像无明显影响。

最新的发展方向

弥散加权成像(DWI)最初是用于诊断早期的脑卒中,但是在最近的十年,它越来越多用于诊断骨骼系统疾病。当临床遇到低能量导致的病理性骨折,临床医生可通过弥散加权成像技术来诊断患者是否患者肿瘤或其他疾病(图12)。最近有研究指出,弥散加权成像技术通过应用表观弥散系数(ADC)成像,可提高诊断前交叉韧带撕裂和区分部分撕裂和完全撕裂的敏感性和准确性。

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图12:39岁男性患者,22年前诊断Ewing瘤,经放化疗后,最近2个月出现近端胫骨中间疼痛并伴有严重行走障碍。STIR序列的冠状位扫描(A)可见骨髓广泛浸润性损伤和低信号的不完整的骨折线。(B)ADC成像可见恶性疾病相关性损伤。病理活检提示放射后骨肉瘤。

神经显像技术(Neurography)是MRI技术的一种新应用。该技术需要高信噪比的3-T扫描技术提供高分辨率的图像,然后三维T2加权脂抑制成像和三维STIR序列通过最大化强度的映射改善曲面成像效果,从而把神经完全显像出来。

例如,臂丛神经的损伤通过三维STIR序列可显示该神经节后断裂影像,而三维T2加权成像的神经造影术(myelography)可看到节前神经的损伤。而弥散加权成像技术结合弥散张量成像(diffusion tensor imaging)和纤维束示踪成像技术(fibre tracyography)可显示神经纤维的走形方向,从而反映出轴突的解剖。

另外,磁共振软骨显像定量分析技术越来越普及用于软骨组织的病变诊断中。膝关节的磁共振3-T扫描通过T2驰豫时间(T2 relaxation)可增加关节软骨损伤的诊断敏感性。还有研究通过定量MRI检查得出前交叉韧带损伤的年轻患者可合并有软骨的损伤,这表明完整的软骨经历创伤后可发生软骨组织的溶解或损伤。

还有研究指出超短时间回声序列可分辨出不同组织。例如,有血管供应的半月板和无血管的半月板显像是完全不一样的。但是,这一技术在骨骼系统的疾病诊断中没有得到普及。

医生间的沟通

影像学的报告内容是通俗易懂还是难以理解完全取决于影像医生的个人偏好。作者认为一个规范的影像报告系统可以帮助影像医生和临床医生更好地交流。该系统应详细指出诊断的影像学依据,同时正确的分级模式可帮助临床医生制定治疗计划。

结论

MRI诊断最大的优势是高空间分辨率和高软组织对比度。由于它可以很好地显示骨髓组织,所以诊断骨挫伤、隐匿性骨折、应力性损伤或软骨损伤的准确性和敏感性较高。三维质子密度加权脂抑制成像结合3-T扫描和专用的多通道线圈技术是目前骨骼系统疾病快速和准确诊断的主要方法。弥散加权成像和弥散张量成像技术可用于诊断肌肉撕裂损伤,而神经显像技术可显示出神经损伤情况。

作者认为MRI扫描的新技术普及和影像医生对骨骼系统疾病诊断的深入研究将不断提高创伤骨科的诊疗技术,造福患者。

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