低场MRI膝关节成像的临床证据与展望：诊断效能、负重功能成像及人工智能重建的系统综述

《JOURNAL OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING》：Low-Field MRI for Knee Imaging: Current Insights and Evidence From a Systematic Review

　　

背景：低场磁共振成像（MRI）因磁体设计、硬件优化和基于人工智能（AI）的重建进展而重新受到肌肉骨骼成像关注，具有改善可及性、患者舒适度和可持续性的潜力。目的：本系统综述旨在探讨并总结低场MRI用于膝关节检查的现状。研究类型：在MEDLINE、CINAHL、EMBASE、Web of Science、Scopus和Google Scholar数据库进行的系统综述。PROSPERO方案（CRD42024544354）。研究对象：约3400名参与者（8–89岁），包括健康志愿者、社区队列和不同膝关节病变患者；少数研究纳入体模实验。场强/序列：本综述涵盖极低场（<0.1 T）、常规低场（0.1至<0.29 T）和上限低场（>0.3 T–0.55 T），使用标准、四肢专用、开放式和负重/站立系统；采用自旋回波（SE）/快速自旋回波（FSE）和梯度回波（GRE）序列、3D GRE定量方案及基于AI的重建。评估：两名评价者独立提取膝关节方案、技术参数、诊断性能以及报告的优势和局限。统计检验：使用适当的乔安娜布里格斯研究所（JBI）批判性评价工具评估研究质量；由于干预和结局异质性，采用叙述性综合和描述性分析。结果：从3726条记录中纳入31项研究。低场MRI对半月板和韧带损伤显示较高诊断性能，但对早期软骨退变敏感性较低。负重MRI提供独特功能信息，但与标准MRI并非直接等效。AI增强重建在有限单中心、厂商特异性研究中评估，与图像质量和诊断信心改善相关。重要局限性包括较低信噪比（SNR）、空间分辨率降低、方案异质性和病理验证证据有限。数据结论：低场MRI可能为选定膝关节半月板和韧带适应证提供临床有用的补充选择。然而，受场强、扫描仪设计、序列和参考标准影响的异质性证据限制了其与高场MRI等效性的主张，尤其对细微软骨病变。硬件和AI进展改善了图像质量和效率；但证据有限，需要更大规模标准化多中心研究。证据等级：5。技术效能：第5阶段。

1 引言：膝关节相关疾病需要准确影像；MRI软组织对比和多平面能力好，高场MRI为金标准但受基础设施、成本和伪影限制；低场MRI因硬件和AI/深度学习（DL）重建复兴，但其膝关节诊断可靠性仍有争议；本综述总结方案、技术、诊断准确性、优缺点和AI方法。
2 材料与方法：遵循JBI框架和PRISMA报告，PROSPERO注册，无需伦理批准。
2.1 方案注册与事后范围细化：原方案覆盖更广肌肉骨骼（MSK）范围，因异质性事后将最终范围限定膝关节，并作为方案偏离和潜在选择偏倚报告。
2.2 检索策略：检索六个数据库，使用MRI、低场和膝关节相关主题词/关键词，无出版期限；Google Scholar筛选前200条并进行补充检索。
2.3 纳入与排除标准：纳入英/法文原始研究及人和体模膝关节低场MRI；排除二手研究、未发表研究、动物/尸体研究、社论和专家意见。
2.4 研究选择与质量评价：EndNote去重、Rayyan筛选、双人独立筛选和全文评估，JBI工具评价质量，Cohen's kappa评估一致性，分歧讨论解决。
2.5 数据提取：提取文献特征、方法、膝关节方案、技术参数、诊断准确性、优势与局限，以及AI/软件、图像质量评估、数据分析和体模参数等次要结局。
2.6 数据综合：因场强、扫描仪、线圈、协议、人群、参考标准和结局异质性，采用叙述性综合和描述性分析，未进行meta分析。
3 结果
3.1 检索与研究选择：六数据库得3726条记录，去重后筛选1578条，111篇全文质量评价，最终31项膝关节研究（23项横断面、7项诊断准确性、1项系统综述），质量中至好，筛选一致性高。
3.2 纳入研究特征：研究以欧洲为主，丹麦最多，意大利、德国、瑞士、中国等亦有贡献。
3.3 低场MRI特征：场强覆盖0.05–0.55 T，常见0.18、0.2、0.25和0.55 T；四肢专用系统最多，开放式/负重/站立系统11项，宽孔径闭合系统5项；Esaote最多，Siemens、Hitachi等及原型平台亦有使用。
3.4 成像协议：分为形态学、定量MRI、AI/加速成像和技术/比较评估四组；常用SE/FSE/GRE多平面序列，定量研究多用3D GRE，近期采用AI重建和并行成像；仅2项体模实验用于序列优化。
3.5 人群特征：多为有症状患者，少数健康志愿者；样本量从<10到>1000，年龄跨度大；包括急性创伤、术后、骨关节炎等亚组，定量研究多为社区队列，AI/技术研究多为小样本配对比较。
3.6 诊断准确性：半月板和交叉韧带证据最强；常规低场半月板敏感性和特异性范围较宽，上限低场报告较高；前交叉韧带（ACL）/后交叉韧带（PCL）特异性高而敏感性变异；软骨/骨软骨结果异质，早期低级别病变敏感性低；一项CT验证骨折研究敏感性/特异性100%。
3.7 其他性能结局：负重/站立MRI提供位置依赖解剖和生物力学补充信息但非直接等效；DL重建改善感知图像质量、SNR和诊断信心，证据平台特异；半月板/韧带读者一致性优于软骨；50 mT原型水脂分离仅示技术可行性。
3.8 现代低场MRI系统：0.55 T为技术独特亚组，采用全身体架构和厂商DL重建，报告改善图像质量、SNR、解剖显著性和读者信心，并可行MR指纹定量软骨映射；证据多单中心、平台特异，应视为初步，不能等同1.5/3 T。
3.9 低场MRI优势与局限：优势为安装运行要求低、紧凑/专用、可及性、门诊和纵向研究适用、低比吸收率（SAR）和低磁化率；对半月板/交叉韧带、骨折、骨关节炎监测、术后和生物力学有价值；局限为低SNR、空间/对比分辨率下降、脂肪抑制和伪影不一致、采集/重建时间长、序列有限和分割负担；应作为补充和适应证特异工具。
3.10 解剖与病理再现局限：软骨低级别改变及软骨-骨-半月板过渡区再现较差；I–II级半月板/韧带异常较难解释；液体、滑膜、纤维化和术后改变可模仿病理；后部结构和骨小梁/皮质显示受限；大结构和明确病变较可重复，细微病变需谨慎。
3.11 次要结局：多数研究未用AI，少数使用Siemens DRB/DRG/DRS和Fujifilm DL模型；图像质量多用Likert量表联合SNR、对比噪声比（CNR）、结构相似性指数（SSIM）、峰值信噪比（PSNR）、归一化均方误差（NMSE）和模糊度评价；可靠性用组内相关系数（ICC）和kappa，诊断准确性用敏感性、特异性和受试者工作特征（ROC）分析。
3.12 纳入研究方法学局限：常缺独立参考标准；高场验证和读者间一致性少；多为小样本、单中心、探索/回顾或选择人群；场强、架构、线圈、软件、协议、平面和重建差异限制可比性；负重MRI增加体位、屈曲、负荷和运动变异；定量和AI研究受手动测量、分割假设和厂商重建限制。
3.13 未来研究方向：优先与1.5/3 T MRI、关节镜、CT、手术或临床结局直接比较；开展多中心、前瞻、纵向研究；标准化场强分组、扫描仪配置、体位、负重方案、软骨评估、3D采集和定量测量；优化SNR、空间分辨率、脂肪抑制、采集速度和重建稳健性；AI/DL需独立跨平台验证。
4 讨论
4.1 研究特征与质量评价：纳入研究异质，多为单中心探索性研究，反映由可行性向临床验证过渡；采集和重建参数报告不足；欧洲研究占优，丹麦多聚焦Esaote定量骨关节炎，可能偏倚软骨量化和骨小梁纹理分析；方法学质量中等，统计方法应用不一致；未做meta分析。
4.2 磁场强度与技术平台：低场MRI非单一技术类别，场强、磁体设计、线圈、序列和重建均影响性能；早期系统多用于四肢、定量骨关节炎和选定诊断，现代0.55 T结合DL重建改善感知图像质量和诊断信心，但证据初步且平台特异；开放式/直立/负重系统为独特亚组，提供负荷功能信息，应视为补充而非直接替代仰卧MRI。
4.3 协议与参数：脂肪抑制影响骨髓水肿、软骨、滑液和术后改变显示；化学位移选择饱和（CHESS）在低场受B₀不均匀和水脂频率间隔缩小限制，短时反转恢复（STIR）和Dixon较均匀但采集时间长；常规低场多用STIR/SE/FSE/GRE，现代0.55 T多用质子密度加权（PDw）脂肪抑制快速自旋回波（TSE）联合DL重建；协议和硬件差异限制场强比较；AI/DL重建有前景但平台特异，需独立、多中心和厂商无关验证；参数报告不全限制效率评估，高场加速技术不能直接外推。
4.4 临床性能与意义：半月板和交叉韧带证据较一致，但人群、协议和参考标准差异限制泛化；软骨和骨软骨评估变异大，尤其早期细微病变；变异性不仅由场强决定，还受配置、空间分辨率、脂肪抑制、病变分级、选择和参考标准影响；应按解剖目标和系统配置解释，不应外推至所有膝关节病理或低场平台。
4.5 优势与临床定位：低安装和运行要求、紧凑设计支持可及性和分散成像；低能耗有利于可持续性但比较数据有限；开放/直立/四肢专用系统可改善舒适度；低SAR和低磁化率在选定场景有利，但植入物安全不能仅由场强推断；负重系统提供负荷依赖信息；整体应定位为补充而非替代高场MRI。
4.6 局限、研究局限与未来方向：低SNR降低空间/对比分辨率和精细结构显示，脂肪抑制不一致，伪影、运动和部分容积效应可掩盖细微病变；研究多小样本、选择人群、单中心且验证不足；DL重建改善感知质量但平台特异；未来需前瞻多中心、协议协调、更强参考标准、透明报告和谨慎整合AI；低场MRI应定位为适应证特异的补充平台。
4.7 将临床需求转化为低场工程与开发优先事项：软骨成像是关键瓶颈，敏感性范围反映SNR、空间分辨率、部分容积、序列对比、病变分级和参考标准差异；工程应通过解剖贴合多通道膝线圈、加速各向同性3D形态采集和场特异定量（如T₂ mapping、MR指纹）最大化软骨对比和分辨率，并验证DL重建保留薄软骨边界和低级别病变。脂肪抑制亦为瓶颈，水脂频率分离随场强降低而减小，频率选择法易受B₀偏移影响；应发展快速自校准多回波或优化Dixon方法联合估计水、脂肪、B₀和T₂^*，并改善局部匀场。计算重建需采用物理信息展开网络和显式k空间数据一致性，但需评估幻觉风险。负重硬件应整合共形多通道射频（RF）阵列与可量化负荷、屈曲角和旋转的MR兼容加载平台，并验证重测重复性。平衡稳态自由进动（bSSFP）可用于快速形态和动态功能成像，双回波稳态（DESS）/定量双回波稳态（qDESS）用于静态高分辨形态和同时定量软骨评估，二者互补且需低场专门验证。
4.8 综述局限：原PROSPERO方案范围更广，最终限定膝关节为事后修订，属方案偏离并可能引入选择偏倚；仅纳入英/法文研究可能遗漏证据；结论受纳入研究质量、样本选择、单中心设计和验证不足限制；因异质性未行meta分析，无法提供汇总诊断准确性或图像质量估计。
4.9 未来展望：需更大规模、前瞻、多中心研究，采用标准化采集协议、结局和参考标准；协调场强分类、扫描仪配置、序列参数和图像质量评价；在更广泛膝关节病理和人群中验证诊断准确性、可重复性和临床可行性；AI/DL需独立跨平台验证并关注诊断信心、流程效率、图像质量和重建伪影；同时评估患者体验、安全、可及性、成本和可持续性。
5 结论：低场MRI是膝关节成像的有前景补充手段，尤其适用于选定半月板和韧带评估；现有证据不支持其与高场MRI在所有膝关节病理中广泛等效；负重/直立系统提供额外功能信息；硬件和AI/DL重建改善选定方案的感知图像质量和诊断信心，但低SNR、空间分辨率降低、脂肪抑制变异和方法学异质性仍限制细微软骨和骨软骨评估；未来需标准化协议、透明报告、多中心验证和独立评估AI重建。