半月板损伤的MRI三维重建诊断系统初步研究

袁铄慧　石高才　蔡　明　方伟松　俞佳烽　冯建钜

半月板损伤的MRI三维重建诊断系统初步研究

袁铄慧石高才蔡明方伟松俞佳烽冯建钜

目的 研究自行开发的核磁共振（MRI）三维重建诊断系统诊断半月板损伤的准确性。方法 设计开发一款能够利用膝关节MRI的数据进行半月板三维重建显示的软件，并将89例半月板损伤共103个半月板的软件诊断与关节镜诊断作对比，研究软件分析半月板损伤部位及形态与关节镜诊断的一致性。结果 以关节镜诊断为标准，软件诊断半月板损伤部位的Kappa值=0.839（P＜0.05），诊断半月板损伤形态的Kappa值=0.702（P＜0.05）。结论 本研究软件诊断半月板损伤的部位与形态与关节镜诊断具有良好的一致性，能够较为准确地诊断半月板损伤，并提供直观的三维重建图像。

半月板损伤 三维重建 核磁共振 诊断

半月板是膝关节人体活动功能保持稳定的正常解剖结构，半月板损伤是引起膝关节疼痛、功能障碍最常见的原因之一，在临床较为常见。关节镜手术是诊断半月板损伤的金标准［1］，而核磁共振（MRI）是最主要的无创性影像学诊断方法，但其诊断一般仅局限于二维平面，损伤部位只能通过当前层面在整个扫描序列中所占的位置进行推断，损伤形态大多也只能通过1～2个层面上的信号改变来判断。因此，作者基于VTK（Visualization Toolkit）设计开发了一款能够利用膝关节MRI数据进行半月板三维重建显示的软件，以期从立体形态上更好地辅助诊断半月板损伤。现报道如下。

1　临床资料

1.1软件开发 在Visual Studio 2010平台上，基于VTK与OpenGL（Open Graphics Library）接口，设计开发一款膝关节半月板损伤的MRI三维重建诊断软件，实现如下功能：（1）读取膝关节MRI的DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）数据。（2）分割半月板数据并进行三维重建并显示。

1.2一般资料 选择本院2014年1月至2015年5月收治并行关节镜手术的半月板损伤患者89例（103个半月板），其中男40例，女49例；年龄16～82岁，平均（50.1±10.5）岁。左膝38例、右膝50例、双膝1例。原发性53例、扭伤17例、跌伤12例、车祸7例。内侧半月板48个、外侧半月板55个。纳入标准［2］：（1）近1个月内有膝关节疼痛，膝关节负重时扭转或者下蹲后疼痛加重。（2）内或外侧关节间隙压痛。（3）McMurray试验及Apley试验阳性。（4）常规MRI检查见半月板内与关节相通的高信号征象。（5）关节镜手术中见半月板损伤。排除标准：（1）合并类风湿性关节炎。（2）合并强直性脊柱炎。（3）合并痛风性关节炎。（4）合并化脓性关节炎。（5）未行膝关节MRI检查者。（6）未行关节镜检查者。

1.3方法 （1）半月板损伤分类：按损伤部位分类：①前角。②体部。③后角。④多发性。按损伤形态分类［3］：①水平撕裂型（平行于胫骨平台，将半月板分为上下两部分）。②纵形撕裂型（沿半月板前后轴方向垂直于胫骨平台的撕裂）。③放射状撕裂型（垂直于半月板前后轴方向垂直于胫骨平台的撕裂）。④斜形撕裂型（斜于半月板前后轴方向垂直于胫骨平台的撕裂）。⑤复杂撕裂型（包含＞2种上述撕裂）（图1）。（2）关节镜手术：由经验丰富的高年资主治以上医师进行手术。患者蛛网膜下腔麻醉满意后，取膝关节前内侧、前外侧常规切口入路，行关节镜手术，对89例（103个半月板）的关节镜下所见按照半月板损伤的部位及形态分类进行归类。（3）软件三维重建：利用本项目自行开发的软件读取89例103个半月板MRI的DICOM数据，进行三维重建，由2名＞主治职称骨科医师阅读重建图像，并按照半月板损伤的部位及形态分类进行归类，当两者有分歧时，请1名主任医师共同决定（图2）。

图1　半月板损伤类型图

2　结果

2.1半月板损伤部位 103个半月板损伤部位的关节镜诊断与软件诊断比较见表1，其中Kappa值=0.839，P=0.000。Kappa＞0.81提示软件诊断半月板损伤部位与关节镜具有高度的一致性。

表1　半月板损伤部位的关节镜诊断与软件诊断比较（个）

2.2半月板损伤形态 103个半月板损伤形态的关节镜诊断与软件诊断比较见表2，其中Kappa值=0.702，P=0.000。0.61＜Kappa＜0.80，提示软件诊断半月板损伤形态与关节镜具有良好的一致性。

表2　半月板损伤形态的关节镜诊断与软件诊断比较（个）

3　讨论

膝关节半月板损伤类型较多，其诊断的准确性对临床采取积极治疗极其重要。MRI因其无创性及诊断的准确性，在半月板损伤诊断中的重要价值已经体现。比较常用的MRI分级诊断半月板损伤的标准，根据二维MRI图像中半月板内的有无异常信号及异常信号形态分为Ⅰ～Ⅲ°［5］。但半月板损伤部位上有体部及前后角之分，损伤形态上有水平撕裂型、纵行撕裂型、放射状撕裂型、斜行撕裂型、复杂撕裂型等之分，其撕裂部位和类型不同，手术方法和切除范围就不同，若单纯根据半月板内损伤的异常信号是否延伸至关节囊缘来分型，可能导致术前计划的不完善。

另一方面，半月板能够吸收运动中的震荡，扩大应力面积，加强膝关节稳定性，故临床上对半月板损伤的处理原则是在缓解临床症状的前提下尽可能多的保留有功能的半月板。至于应该如何在切除与保留之间平衡取舍，现有的仅依靠MRI二维平面图像所设定的分型标准并不能给出较好的解释，临床上会有因半月板切除过多而加快膝骨性关节炎病程的可能，而且这种改变并不能被近期随诊所发现。

尽管MRI技术的不断提高有助于更清晰准确的诊断半月板损伤，如吴婧等［6］通过对比MRI质子压脂成像（FS-PDW I）和关节镜的检查结果，认为FSPDW I特异度和灵敏度均较高；刘新球等［7］研究认为选择正确的扫描方法与恰当的线圈、优化MRI扫描的参数组合和应用脂肪抑制技术能更有效地显示膝关节正常及病变的结构。但半月板系三维立体结构，单纯的二维图像信息始终无法直观地体现半月板损伤的部位及形态。因此作者从临床实用性出发，编制了半月板损伤的MRI三维重建诊断系统，从立体空间上显示半月板的损伤部位及损伤程度。

本研究中，作者发现软件系统对半月板损伤部位与损伤形态的诊断均与作为金标准的关节镜具有良好的一致性，能够较为准确地诊断半月板损伤，并提供直观的三维重建图像，可为提出新的基于MRI三维重建的膝关节半月板损伤分型提供依据。而软件对损伤形态的诊断稍逊于对损伤部位的诊断，这可能与半月板三维形态显示时与邻近信号组织边界欠清晰有关，因此在今后的研究中对半月板的数据分割算法尚待提高。

1 张蕾，董宝明，孔延亮，等.MR对膝关节半月板撕裂诊断价值的Meta分析.中国骨与关节损伤杂志，2015，30（2）：172～176.

2 王岩译.坎贝尔骨科手术学.北京：人民军医出版社，2013.1927～1929.

3 Jee WH， McCauley TR， Kim JM， et al. Meniscal tear configurations：categorization with MR imaging.AJR Am J Roentgenol， 2003， 180（1）：93～97.

4 闫岩，华琳，张建.对诊断一致性kappa系数及评价指标的探讨.中国卫生统计，2007，24（3）：313～315.

5 Magee T，Williams D.Detection of meniscal tears and marrow lesions using coronal MRI.Am J Roentgenol，2004，183（11）：1469～1473.

6 吴婧，卢铃铨，顾建平，等.MR质子压脂对膝关节半月板损伤的诊断价值探讨. 中国医疗设备，2013，28（2）：129～132.

7 刘新球，韩邵军.膝关节磁共振成像技术临床应用研究.医疗卫生装备，2011，32（12）：75～76.

Objective To evaluate the accuracy of a three-dimensional MRI diagnosis software for meniscus injury developed by ourselves. Method A three-dimensional MRI diagnosis software was developed， which could read data from MRI of knee and display the three-dimensional reconstruction of meniscus. The injury regions and confi gurations of 103 meniscus injury cases analyzed by our software and were compared to what were diagnosed by arthroscopy. Result Compared with the arthroscopic Result acknowledged as the gold standard， the Kappa value of our software was 0.839（P＜0.05） for injury region and 0.839（P＜0.05） for injury confi guration.Conclusion Our three-dimensional MRI diagnosis software could contribute to the diagnosis of meniscus injury. The correlation between the software and arthroscopy in detecting the region and confi guration of meniscus injury was favorable.

Meniscus injury Three-dimensional MRI Diagnosis

浙江省科技厅第三批省重点科技创新团队自主设计项目（2011R50022-17）

311800 浙江省诸暨市人民医院

1.4统计学方法 采用SPSS17.0统计软件。以关节镜诊断为标准，软件诊断价值的一致性指标采用Kappa值［4］，Kappa值位于［-1，+1］之间，当Kappa＞0时为有意义，Kappa系数越大，一致性越好。0.00～0.20为较低一致性，0.21～0.40为一般一致性，0.41～0.60为中度一致性，0.61～0.80为较高一致性，0.81～1.00为高度一致性，P＜0.05为差异有统计学意义。

图2半月板重建图