膝关节为人体下肢的负重关节，结构较复杂^［1］，骨挫伤为常见的膝关节损伤，骨挫伤主要由外伤引起，可导致患者出血、骨髓水肿、骨小梁骨折等^{［2, 3］}，但骨皮质及软骨处于正常状态，属于一种隐匿性疾病^［4］。对于膝关节骨挫伤，X线检查无阳性征象而局部症状明显，行MRI是最佳影像学检查手段，其中扩散加权成像(diffusion-weighted imaging，DWI)通过ADC对骨髓病变进行定量分析^［5］。但常规采用的全视野扩散加权成像(full field of view DWI，fFOV DWI)因扫描视野较大，且包含骨骼、软组织、液体、气体等物质使得场强不均匀，易受到磁敏感伪影、搏动伪影的干扰，导致图像质量的下降，甚至引起严重的形变^{［6, 7］}；小视野扩散加权成像(reduced field of view DWI，rFOV DWI)则采用2D空间选择性射频脉冲(2D radio frequency，2D RF)及180°回聚脉冲技术，应用价值较高^［8］，克服了fFOV DWI的诸多缺点，目前国内外已证实在肾上腺结节^［9］、胆囊^［10］、乳腺^［11］、前列腺^［12］、脊柱^［13］等部位的可行性与应用价值，但在关节软骨和骨髓病变中的研究甚少。本文主要比较rFOV DWI与fFOV DWI序列在膝关节骨髓水肿的成像质量及参数值差异，分析rFOV DWI评价膝关节骨挫伤骨髓水肿的可行性。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       招募2018年4月至2020年2月本院收治的膝关节骨挫伤骨髓水肿并行MR检查患者60例。其中男34例，女26例；年龄19～61岁，平均(40.18±4.26)岁；外伤与MR检查间隔时间1～85 d，平均(21.6±15.5) d。其中左膝病例数25例，右膝35例，合并半月板损伤33例，合并髌骨脱位或损伤15例，合并韧带损伤12例。所有患者检查前均签署知情同意书。纳入标准：(1)近3个月内有膝关节外伤史，且伴有前后交叉韧带损伤、半月板损伤、髌骨挫伤或髌骨脱臼等病史；(2)入院时膝关节表现出不同程度肿胀、局部压痛、持续性疼痛，部分有活动障碍，其承受重力能力较差；(3)无MR检查禁忌证，能配合完成相关检查。排除标准：(1)合并恶性疾病、血液病或其他系统性疾病史；(2)合并伴有严重退行性骨关节病；(3)MRI图像有明显的运动伪影，不能满足评价要求。

1.2 方法

1.2.1 检查方法

       采用GE Discovery MR750 Plus 3.0 T超导磁共振，采用膝关节8通道相控阵线圈，受检者取仰卧位，足先进。矢状位质子加权成像(proton density- weighted imaging，PDWI)序列参数如下：翻转角142°，TR 2000 ms，TE 3.5 ms，带宽41.67 kHZ，扫描层厚3 mm，视野24 cm×24 cm，矩阵320×160，激励次数2。

       fFOV DWI序列参数：TR 3000 ms，TE 65 ms，带宽250 kHZ，扫描层厚4 mm，视野240 mm×240 mm，矩阵128×64，激励次数4，b值600 s/mm²，扫描时长34 s。rFOV DWI序列参数：视野调整为240 mm×120 mm，激励方式选择Focus，其他数与fFOV DWI一致。

1.2.2 图像评价

       主观评价：fFOV DWI及rFOV DWI图像质量由两位5年以上工作经验的骨肌放射医师在GE AW4.6影像工作站进行独立评分，并屏蔽序列及临床病史等信息。采用5分法进行评价，方法如下：①病灶显示清晰程度：1分：不可见，2分：模糊可见，3分：可见，边界模糊，4分：较清晰，5分：病灶清晰。②图像变形：以T2WI图像为参照标准，1分：髌骨不能辨认，2分：髌骨形态不清，辨认困难，3分：髌骨可辨认，4分：髌骨、股骨远端、胫骨平台轻微变形，5分：髌骨、股骨远端、胫骨平台无变形。③空间分辨力：观察股骨远端、髌骨、胫骨平台、股骨内外侧肌、髌韧带、股四头肌肌腱、脂肪间隙结构。1分：结构不能辨认，2分：结构模糊，辨别困难，3分：结构显示欠清，但可辨认，4分：结构显示尚可，5分：结构显示清晰。④诊断信心：1分：病变不能诊断，2分：病变诊断困难，3分：病变尚可诊断，4分：病变可诊断，5分：病变清晰诊断。每位放射科医生综合4项指标，评估最佳序列。

       根据骨髓水肿病灶在ADC图上的形态将其分为三型^［14］：I型：由斑点汇合成的网状病灶。Ⅱ型：信号强度较I型增加的汇合斑块。Ⅲ型：致密斑块。

       客观评价：由另外一位有5年诊断经验的骨肌放射医师在GE AW4.6影像工作站上进行，分别于PDWI-FS、fFOV DWI、rFOV DWI计算骨髓水肿检出的数目，并选取诊断信心＞3分的病灶进行ROI的手工勾画，分别测量骨髓水灶的大小及信号强度，并计算病灶信噪比(signal to noise ratio，SNR)及其与周围组织的对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)。ADC值采用Function tool软件进行图像后处理分析，选择直径大于15 mm，且无变形区及伪影干扰的骨髓水肿灶勾画ROI，并分别计算fFOV DWI、rFOV DWI两种技术骨髓水肿的ADC值。所有测量均在同一位置重复3次，然后取平均值。

1.3 统计学方法

       采用SPSS 21.0软件处理数据，计量资料以(x¯±s)表示，相同层面rFOV DWI、fFOV DWI的图像质量及骨髓水肿灶ADC值的比较采用配对样本t检验，每个序列检查骨髓水肿灶数目的比较用χ²检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

       膝关节rFOV DWI骨髓水肿病灶显示清晰程度评分、图像变形评分、空间分辨力评分、诊断信心评分、SNR、CNR大于fFOV DWI(P＜0.05)，见表1。

       在PDWI上检出的骨髓水肿数为109，在fFOV DWI ADC图上为180，rFOV DWI上为179。在PDWI上检测到的骨髓水肿灶在两种DWI技术的ADC图上几乎都能被一致地检测到，并且额外检出70个病灶。此外，rFOV DWI较fFOV DWI发生伪影数明显减少(表2、3)。

       基于95个直径大于15 mm骨髓水肿灶，rFOV DWI测量的膝关节骨髓水肿平均ADC值［(1.08±0.11)×10^-3 mm²/s］低于fFOV DWI［(1.34±0.16)×10^-3 mm²/s］，差异具有统计学意义(t=7.466，P＜0.01)。

       膝关节MRI示骨髓水肿灶呈絮状、小点片状、斑片状异常信号，主要为扩散性不规则或地图形，边界均不清晰，PDWI-FS、DWI均呈高信号(图1)。fFOV DWI ADC图骨髓水肿类型见图2；fFOV DWI ADC图检出的180个病灶中，Ⅰ型32个，Ⅱ型43个，Ⅲ型105个。rFOV DWI ADC图检出179个病灶中，Ⅰ型31个，Ⅱ型43个，Ⅲ型105个。

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图1  女，60岁，膝关节外伤2周。A、B、C分别为PDWI、rFOV DWI、fFOV DWI图；D、E分别为rFOV DWI及fFOV DWI的ADC图。PDWI-FS序列发现，股骨外侧髁骨挫伤，未累及关节面及胫骨平台骨关节软骨信号无异常。ADC显示股骨病灶范围更大，且PDWI-FS上抑脂不均的髌骨及周围软组织的水肿灶得以评估；rFOV DWI较fFOV DWI形变稍小。rFOV DWI及fFOV DWI技术的ADC值分别为1.04×10^-3 mm²/s、1.34×10^-3 mm²/s
Fig. 1  Female, 60 years old, with knee joint trauma for 2 weeks. A, B and C represent PDWI, rFOV DWI and fFOV DWI, respectively; D, E: ADC diagram of rFOV DWI and fFOV DWI respectively; PDWI-FS sequence showed no abnormal signal of articular cartilage in lateral femoral condyle contusion without involvement of articular surface and tibial plateau. ADC showed a wider range of femoral lesions, and edema of patella and surrounding soft tissues with uneven lipid suppression on PDWI-FS was assessed; rFOV DWI had slightly less deformation than fFOV DWI. The ADC values of rFOV DWI and fFov DWI are 1.04×10^-3 mm²/s and 1.34×10^-3 mm²/s, respectively.

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图2  三种不同的ADC病灶类型：A、B：由斑点汇合成的网状病灶；C、D：汇合斑块；E、F：致密斑块
Fig.2  Three different types of ADC lesions. A, B: Reticular; C, D: Intermediate; E, F: Compact.

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表1  外伤膝关节fFOV DWI与rFOV DWI的图像质量比较
Tab. 1  Comparison of image quality between fFOV DWI and rFOV DWI in traumatic knee joint

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表2  三种序列扫描的骨髓水肿数目及伪影情况比较
Tab. 2  Comparison of the number and artifact of bone marrow edema in three sequences

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表3  两种扩散加权技术ADC图与PDWI-FS检出骨髓水肿灶的相关性
Tab.3  Correlation among ADC maps and PDWI-FS in the detection of bone marrow edema

3 讨论

3.1 DWI的原理、较PDWI的优势及本研究的成果

       DWI经检测活体组织中水分子微观运动，可反映组织结构特点及生物学行为，ADC值则反映了局部水分子扩散能力，可对骨髓病变进行定量分析，为病变检出提供客观依据，经对受检区域ADC进行测量有一定量化性，ADC值的动态变化可提示骨髓水肿病理转归^［15］。

       本研究结果显示，检测膝关节外伤性骨髓水肿，ADC图较PDWI-FS更敏感，不仅能检出PDWI-FS上发现的病灶，还能检出额外病灶，ADC图上只有5个病灶因直径小于5 mm未被检出；ADC图评估也提高了髌骨等抑脂不均区域的诊断性能，与Alexis等^［16］的研究结果一致。3种病灶类型分别反映了软骨下骨不同程度的冲击和创伤，Ⅰ型为轻度，Ⅱ型为中度，Ⅲ型为重度；Ⅰ型与Ⅱ型病理生理变化较小，PDWI-FS不能检出，这也可能解释了ADC图检出较多额外病灶的原因。ADC图评估能指导临床更加重视膝关节外伤后康复过程，防止创伤性骨性关节炎^［17］。

3.2 rFOV DWI的原理、较fFOV DWI成像质量的优势及二者ADC值差异

       rFOV DWI的膝关节骨髓水肿病灶显示清晰程度评分、图像变形评分、空间分辨力评分、诊断信心评分、SNR、CNR均大于fFOV DWI，rFOV DWI较fFOV DWI能显著提高图像质量及组织结构分辨能力，有效减少图像的变形、伪影及模糊度，达到更佳的病变显示效果，两种检查方法的差异有统计学意义。

       fFOV DWI主要采用单次激发平面回波成像序列，读出时间相对较长、相位方向上带宽较窄，常导致DWI图像易受到偏振效应(磁敏感差异，B0场不均，化学位移)的影像而产生变形及伪影，也造成图像分辨率下降^［18］，rFOV DWI中2D RF由两个在正交方向上独立控制厚度的射频脉冲组成，分别为层面选择和相位编码方向，在这两个方向上同时选择性激发特定厚度的组织，继而缩小相位方向上FOV，减少相位编码步数，缩短EPI回波链长度及回波时间，且2D RF拥有整合B1场强信息后单独调整每个RF脉冲相位和振幅使其有更均一的反转角度优势，继而达到个体或容积特异性修正B1场的目的^{［12，19］}，因此其图像几何变形程度与磁敏感伪影减低，空间分辨率显著提高有关^［20］。凌岳等^［21］在小视野扩散加权成像在乳腺癌诊断中的临床应用中，rFOV DWI测得的乳腺癌腺体的ADC值低于fFOV DWI检查，说明rFOV DWI检查病灶腺体与SSEPl检查ADC值的幅度中，rFOV DWI测量更准确，图像的质量更好。本组中rFOV DWI检查外伤性骨髓水肿的ADC值为(1.08±0.11)×10^-3 mm²/s，fFOV DWI的ADC值为(1.34±0.16)×10^-3 mm²/s，差异有统计学意义。rFOV DWI可减少磁敏感伪影及微小血流对ADC值的影响，而血流可导致更高的ADC值，因此rFOV DWI组的ADC值稍低，Singer等^［22］提出rFOV DWI可减少图像部分容积效应，提供更准确的ADC值。

3.3 本研究的不足

       本研究也存在一定不足之处，如研究样本量小；无法取得病理结果进行对照，骨髓水肿灶检出的准确性无法评估；rFOV DWI过度缩小FOV图像也可能使观察图像受限；且仅取b值=600 s/mm²进行评估，未进行b值优化的深入研究。

       综上所述，小视野及全视野扩散加权成像ADC图对膝关节外伤性骨髓水肿的检出能力均高于PDWI-FS，而且膝关节rFOV DWI较fFOV DWI的图像质量更高，有助于诊断信心的提升。