第二节　CT和MRI诊断技术 diagnosis techniques of CT and MRI

电子计算机体层摄影（computed tomography，CT）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）是骨关节系统常用的检查方法，可以弥补X线摄影影像重叠、软组织分辨力不高的缺点，提高骨关节疾病的早期检出率和诊断的准确性，成为X线摄影的重要补充。

一、CT检查

（一）CT成像基本原理

CT是用高度准直的X线束，环绕人体一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，经模/数转换为数字信息输入计算机，通过计算机处理得到扫描层面的各个单元组织X线吸收系数，并排列成数字矩阵，再将数字矩阵内的数值通过数/模转换器，用黑白不同的灰度等级显示出来，构成CT图像。与传统X线图像相似，CT图像也是用组织的黑白灰度反映人体组织结构的密度，但是CT具有更好的密度分辨力，还可以用CT值进行密度的量化。人体各种组织结构及病变的CT值范围为-1 000～+1 000Hu（亨氏单位），骨皮质最高，为1 000Hu。另外，人眼能够分辨的灰度差别仅有16个灰阶，为了提高组织间的对比，清晰显示相关结构，在显示CT图像时要设定适当的窗宽和窗位。窗宽指可显示组织的CT值范围，窗宽越宽显示的组织层次越多，组织间的对比减少；反之，窗宽越窄显示的组织层次越少，组织间的对比增加。窗位是窗宽上下限CT值的平均数，一般选择欲观察组织的CT值作为窗位。窗位的高低可影响显示图像的亮度，提高窗位图像变黑，降低窗位图像变白。

（二）基本扫描技术和参数

扫描范围根据病变部位和范围而确定，常同时扫描双侧以利于对照观察。一般行横断面扫描，长骨、四肢或脊柱区域常规扫描层厚为3～5mm，螺距1.2～1.5mm；细小病变或微细解剖结构区域，如腕、踝等，一般采用1～2mm层厚，螺距小于或等于1mm；需要二维或三维重建的病例，可根据实际情况采用更薄的层厚和较小的螺距进行扫描，重建间隔采用50%～60%有效层厚。图像观察同时采用软组织窗（窗宽400～600Hu，窗位0～100Hu）和骨窗（窗宽1 000～2 000Hu，窗位200～250Hu）。

（三）常用检查方法和后处理技术

1.常用检查方法

（1）平扫：

又称普通扫描或非增强扫描，指不用对比剂增强或造影的扫描。易于显示微细的松质骨和皮质骨的破坏；对解剖结构复杂或相互重叠的区域，如脊椎、胸锁关节、髋关节、腕关节等，可明确显示其解剖关系及其异常；对病变内部结构的显示，如骨破坏区的死骨、钙化、瘤骨、骨质增生、软组织病变等，优于X线摄影。

（2）增强扫描：

指应用高压注射器经外周静脉注入含碘对比剂（一般用量80～100ml，注射速率2.5～3.5ml/s）后，根据需要进行动脉期、静脉期或延迟扫描，用于显示病变血供情况、确定病变范围、发现病变有无坏死等，以利于定性诊断。

2.后处理技术

近年来，多层螺旋CT在临床应用广泛，其强大的图像后处理功能，可以逼真地再现骨骼系统及其周围结构的空间形态，立体、直观地显示空间解剖关系，能够对病变进行全面的判断和评价。目前螺旋CT常用于骨关节的有三种图像重建后处理技术：多平面重建（multiplanar reconstruction，MPR），表面遮盖显示（shaded surface display，SSD）和容积再现（volume rendering，VR）。

（1）多平面重建（MPR）：

是在横断面图像基础上任意方向划线，然后沿该线将横断面上的像素重组，获得划线平面的二维重建图像，包括冠状面、矢状面、任意斜面的图像重建，是骨关节首选图像重建方法（图1-2-5）。

（2）表面遮盖显示（SSD）：

通过设定CT阈值，将阈值以上的相邻像素连接重建成图像，阈值以下的像素不能重建显示，以三维方式展现结构的全貌，具有立体、直观、清晰、逼真的特点。但是，由于表面遮盖显示是表面成像技术，容积资料丢失较多，其细节不够丰富，无法观察骨骼内部情况（图1-2-6）。

（3）容积再现（VR）：

是将每个扫描层面的像素资料加以利用获得三维显示图像，还可以赋予伪彩和透明化处理。由于其容积资料不丢失，对比度好，层次清晰，细节显示效果好，但是空间立体感不如SSD（图1-2-7）。

虽然三维重建技术为临床诊断、制定合理的手术方案以及手术后疗效的评价提供了极大的帮助，但是对病变的观察仍然应以原始二维图像为重点和基础，以免误诊和漏诊。

（四）在骨关节中的应用

CT检查也是基于X线穿透人体组织后的衰减进行成像，其空间分辨力低于X线摄影，对一些细微结构如早期层状骨膜反应和骨小梁的显示有时不及X线摄影，但是其密度分辨力优于X线摄影，可以显示X线摄影难以发现的淡薄骨化和钙化影，在一定程度上可以区分不同性质的软组织。CT的横断面成像避免了解剖结构的重叠，在结构复杂的区域，如骨盆、髋部、脊柱、肩部等，甚至可作为这些部位的首选检查方法。增强扫描可进一步了解病变的血供情况，为病变的定性诊断提供更多的信息；有利于区别肿瘤和瘤周水肿，了解肿瘤内有无囊变、坏死；病变区强化血管的显示有助于了解病变与邻近血管的关系。图像重建技术的应用，能够帮助诊断二维平扫图像易于漏诊的细小骨折、隐匿性骨折和复杂性骨折，明确整个骨折情况及骨块的移位情况；能够清晰、立体地显示累及关节面的骨折有无骨碎片进入关节腔及其大小、位置，关节面碎裂或塌陷的程度，帮助选择合适的治疗方案和制定手术计划。

二、MRI检查

（一）MRI基本原理

MRI是利用人体内一定的原子核（主要为氢质子）在外加磁场及射频脉冲的作用下受到激励而发生磁共振现象，当终止射频脉冲后，质子在弛豫过程中感应出MR信号，经过对MRI信号的接收、空间编码和图像重建等处理，产生MR图像。人体内的每个氢质子都是一个具有一定方向和强度的小磁体，它们排列无序，磁矩相互抵消。当人体进入一个强外磁场（静磁场）内时，各个质子在平行或反平行外磁场磁力线方向有序排列，产生与外磁场磁力线方向平行的纵向磁化矢量。当向静磁场内的人体发射特定频率的射频脉冲后，质子吸收能量，使得纵向磁化矢量减少，同时产生与静磁场磁力线方向垂直的横向磁化矢量。然后，终止射频脉冲，质子宏观磁化矢量逐渐恢复到原来的平衡状态，这个过程称为弛豫，所用时间称为弛豫时间。定义纵向磁化矢量由零恢复到原来数值的63%时所需时间为纵向弛豫时间（T1），横向磁化矢量由最大衰减到原来数值的37%时所需时间为横向弛豫时间（T2）。T1值和T2值反映物质的特性，不同组织数值不同，这种差别是MRI的成像基础。MRI图像上黑白灰度反映的就是组织弛豫时间的差异。T1加权成像（T1 weighted imaging，T1WI）主要反映组织间T1的差别，T1短则信号强度高，表现为白影；T1长则信号强度低，表现为黑影。T2加权成像（T2 weighted imaging，T2WI）主要反映组织间T2的差别，T2长则信号强度高，表现为白影；T2短则信号强度低，表现为黑影。骨关节系统正常组织在T1WI和T2WI图像上的信号强度和影像灰度见表1-2-1。

（二）常用检查方法

1.MRI平扫

扫描范围同CT检查原则，扫描方位除轴位外，还可以直接进行冠状、矢状或其他任意方位扫描，常用扫描序列如下：

（1）自旋回波或快速自旋回波序列：

是骨关节系统MRI检查的基本序列，T1WI可显示骨关节的解剖结构，T2WI有利于显示病变的组织成分、病变的形态和范围。

（2）脂肪抑制序列：

采用脂肪抑制技术与T1WI或T2WI相结合，降低脂肪组织的高信号，使非脂肪成分的病变组织与正常组织的信号差别更加明显，也可以通过脂肪的抑制检测病变组织中是否存在脂肪成分。

2.MRI增强扫描

在自旋回波序列T1WI联合预饱和脂肪抑制技术的基础上，经外周静脉快速注射顺磁性对比剂（Gd-DTPA），使组织T1缩短而信号增强。主要用于检查骨关节病变的血供情况、确定病变与水肿的界限、区分肿瘤活性成分和坏死成分，还可以用于早期发现肿瘤术后的复发。

（三）正常MRI表现

1.骨骼

骨组织因缺乏氢质子，在所有序列中骨皮质及骨小梁均为极低信号，骨皮质在骨髓组织和骨外软组织的衬托下可清晰显示其形态和结构。正常骨膜在MRI上不能显示，如出现则为病理性改变。骨髓腔的表现取决于骨髓所含的脂肪和水的比例，红骨髓含水量较多，随年龄增长红骨髓内脂肪成分增加，老年人黄骨髓以脂肪成分为主，所以新生儿期以红骨髓为主，在T1WI上为中等信号，儿童和成人骨髓信号在T1WI上高于肌肉但低于脂肪，黄骨髓在T1WI和T2WI上均为类似皮下脂肪的高信号。

2.关节

MRI能较好地显示关节的各种结构。关节软骨在T1WI和T2WI上均呈弧形中等或略高信号，信号均匀，表面光滑；关节软骨下的骨性关节面为薄层清晰锐利的低信号；骨性关节面下的骨髓腔均呈高信号；韧带、关节囊和关节盘等在T1WI和T2WI上均呈低信号；关节腔内的滑液呈薄层T1WI低信号，T2WI高信号影（图1-2-8）。

3.脊柱

脊椎各骨性结构的皮质、前后纵韧带和黄韧带在各种序列均呈低信号，不易区分。椎体骨髓在T1WI呈高信号，T2WI呈中等或略高信号。椎间盘在T1WI上呈较低信号，髓核和内外纤维环不能区分；在T2WI上，髓核和纤维环内层呈高信号，纤维环外层呈低信号。MRI还能显示椎管内软组织，脊髓在T1WI呈中等信号，T2WI呈低信号；周围的脑脊液T1WI呈低信号，T2WI呈高信号（图1-2-9）。

（四）在骨关节系统中的应用

MRI具有良好的软组织分辨力，可以任意方向成像，对骨、骨髓、关节和软组织病变的显示较X线和CT更具优势。①对早期骨质破坏、骨挫伤和骨膜的显示较X线摄影和CT敏感，在骨形态和密度尚无变化之前就可出现信号强度的改变；骨皮质的破坏表现为不同程度的皮质低信号影的消失，骨松质的破坏表现为高信号的骨髓被较低或混杂信号影取代，骨破坏区周围的骨髓可因水肿而表现为模糊的T1WI低信号、T2WI高信号；骨挫伤后局部骨髓水肿，MRI可出现T1WI低信号和T2WI高信号的异常表现；MRI对骨膜增生的显示要早于X线和CT检查，在矿物质沉积前，表现为T1WI中等信号而T2WI高信号的连续线样影，矿物质明显沉积后，一般在各序列均呈低信号；由于MRI空间分辨力不足，显示骨膜增生形态的精细程度不及X线摄影；②能显示X线和CT检查不能显示或显示不佳的一些组织和结构，如软骨、韧带、肌腱，甚至关节囊和滑膜等结构，有利于一些骨关节病变的早期发现；③对脊柱解剖结构和病变的显示，了解病变与椎管内结构的关系、显示硬膜囊及脊髓等，优于CT检查；④在长骨纵切面和脊椎的矢状面图像上更易发现恶性肿瘤的跳跃病灶和骨转移瘤；⑤更容易显示软组织结构和病变，如骨肿瘤软组织浸润的范围、软组织水肿等。多参数成像可以区别病变内的组织成分，如囊性还是实性，有无出血、坏死、钙化或骨化、有无纤维或脂肪成分，病变周围有无水肿等，有利于病变的定性诊断。但是，MRI在显示骨结构的细节方面不如X线和CT，对确定骨和软组织内的钙化和骨化不敏感，难以分辨较细小或淡薄的钙化或骨化。

3D打印技术（3 dimensional printing technology）：继X线、CT、MRI发明后，3D打印模型是在临床医学中具有第三个里程碑意义的技术。当前者提供的影像数据不能满足医师手术规划需求时，可通过1∶1精准的3D打印模型直观地观察和模拟人体目标组织，从而做出诊断和手术规划。

（王　栋　贺西京）