顳下頜關節紊亂病MRI研究進展

王文暉，甄俊平

顳下頜關節紊亂病(temporomandibular disorder，TMD)是顳下頜關節(temporomandibular joint，TMJ)和咀嚼肌功能障礙和疼痛的常見疾病，嚴重影響患者的生活質量。TMD的關節源性原因通常是由于關節盤移位以及炎性和退行性關節炎等。TMJ 可涉及一系列先天性、發育性和獲得性疾病，包括創傷和腫瘤等疾病[1]。2021 年的一項系統回顧和薈萃分析得出結論，TMD的患病率在成人和老年人為31%，而兒童和青春期為11%[2]。在當前的TMD 成像方法中，MRI 對TMJ 和咀嚼肌區域提供了出色的軟硬組織可視化，既無電離輻射，又具有良好的空間分辨率和對比度[3]。近年已出現多種技術可以對TMJ結構的生化特性進行功能和定量評估，并通過應用各種MRI序列和復雜的后處理算法進行初步研究，從而更好地深入研究TMJ解剖和結構，更好地理解TMD。本文通過對MRI 在TMD 中的最新進展及其未來方向進行綜述，希望發掘新型MRI技術在TMD研究中的科學潛力和臨床價值，從而增加對該疾病的理解。

1 擴散成像在TMD中的應用

1.1 擴彌散成像的技術原理與應用

擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)是基于假設水分子隨機擴散位移滿足高斯分布的理想情況下發展起來的。DWI是最基礎的擴散成像形式，是通過量化細胞和組織內的表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)，無創地捕捉水分子的擴散運動過程中局部受限的程度和方向，從而間接反映組織微觀結構的變化。通過更復雜的雙指數模型和非高斯模型提出了體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)，從而能夠估計水分子的真性擴散和微循環灌注形成的假性擴散，恰好彌補了DWI的不足[4]。從生理上講，組織中水分子的擴散由于受到細胞器、細胞膜和細胞外間隙等因素限制，其分布及擴散移動在各個方向不同，將呈各向異性擴散。如TMJ關節盤的膠原纖維和咀嚼肌中的纖維束，水分子擴散運動狀態不一致，即存在各向異性，使得擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)成為通過測量其特征值和特征向量來反映組織結構微觀細節的合適方法[5]。

肌筋膜疼痛是TMD 最常見的癥狀之一，TMD 中咀嚼肌區域疼痛的臨床診斷是以肌肉觸診或表面肌電圖為基礎的，但肌電圖對于解剖位置較深的翼狀肌是不可行的[6]。Sawada 等[7]對106 例伴有單側疼痛的TMD 患者進行ADC 值量化，咀嚼肌群包括翼外肌(lateral pterygoid muscle，LPM)、翼內肌和咬肌，結果表明數值無性別差異和疼痛側咀嚼肌的平均ADC 值顯著高于無痛側咀嚼肌，因此推斷咀嚼肌的疼痛可能歸因于組織水腫。Ngamsom等[8]發現LPM的IVIM參數與TMD患者不同癥狀的特征有關，比如不可復位性關節盤移位和關節積液患者的灌注分數(perfusion fraction，f)顯著高于正?；颊?，另一方面，伴有骨關節炎的TMD 患者的真性擴散系數(diffusion coefficient，D)也顯著升高。這些發現表明，TMD 常伴有使咀嚼肌灌注和擴散改變的病理改變，如炎癥和萎縮改變[7-9]。因此，DWI 有助于直接評估肌肉狀況，以更好地對TMD 患者治療后的隨訪評估。

DTI是一種非侵入性工具，可以觀察到在疾病的病理情況下纖維組織和擴散特性的規則模式會被破壞[5]。Liu 等[10-11]利用DTI 技術發現了下頜關節運動過程中LPM 纖維的形態和功能變化，選用ADC、各向異性分數(fractional anisotropy，FA)和水在三個正交方向上的擴散強度作為DTI特征值及肌肉纖維長度和橫截面面積來計算結果，發現翼狀肌上頭的收縮與咬合運動密切相關，而翼狀肌下頭可能不參與或只是在這一運動中起著不顯著的作用，揭示了在下頜張口或緊閉口過程中LPM 的DTI 特征值的顯著差異，在TMD 不同亞組中LPM 的不同步擴散率變化意味著使用擴散參數作為指標來識別TMD不同階段LPM功能亢進嚴重程度的可能性，為進一步研究TMD的發病機制提供了新的思路。Nastro等[12]報道了兩位下頜骨突出和不對稱的女性患者在截骨術后，發現LPM 的FA 值有所增加。Mormina 等[13]對磨牙癥患者經過咬合板保守治療后進行擴散張量評估，觀察咀嚼肌復合體微觀結構的變化，評估的每一塊肌肉的FA 降低，平均擴散率、軸向擴散系數和徑向擴散系數增加，這些擴散張量參數的變化可能與咀嚼肌慢性收縮的減弱有關，這影響了肌肉微結構的改變。雖然這些研究很有限，但初步提示DTI 既可以進行咀嚼肌復合體的全景重建，也可以研究咀嚼肌微結構的病理生理變化，有助于更好地評估TMD，并為患者提供更準確的預處理方案。

1.2 擴散成像的局限性

首先，由于DWI是低分辨率圖像，無法評估顳??；其次，DWI無法測量由易感偽影導致的嚴重圖像畸變患者的ADC 值。因此，在未來的研究中，希望使用高分辨率成像技術，以減少易感偽影，如非回波平面成像DWI序列。DWI技術通常易受磁化性偽影的干擾，并導致圖像失真，從而降低成像的質量和診斷的可信度。另一方面，較長的掃描時間和不規范的b值數值和分布掃描方案也限制了其在常規MRI 檢查中的廣泛應用。而且當許多病理情況并存時，使用傳統的DWI方法很難解釋各區域擴散性改變的具體含義[5]。在臨床常規實施DTI 之前，還需要進一步研究優化TMD成像的擴散序列和采集方案。

2 T2 mapping在TMD中的應用

2.1 T2 mapping的技術原理與應用

主觀的視覺評估對TMD患者的潛在病理生理變化只能提供有限的信息。為了客觀反映TMD的微觀結構變化，識別TMD的早期潛在改變，并指導干預和治療策略，提出了一種定量分析TMD內在MRI特征的技術，即T2 mapping。目前臨床T2 mapping成像技術的首選方法是多回波自旋回波序列，即在一個重復時間(repetition time，TR)內采集兩個及兩個以上的回波時間(echo time，TE)，其信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)較高，采集時間較短，在檢測和評估TMD方面顯示出巨大的潛力[14-15]。

Nikkuni 等[15]在對73 例TMD 患者咬肌T2 值進行量化后，發現疼痛側的平均T2 值明顯高于無疼痛側，結果表明，患者疼痛側咬肌的游離水含量較高。最近的一項研究揭示了咬肌在不同疼痛模式下的不同T2 值，并得出結論，壓迫性疼痛模式可能與水腫性變化有關，而經歷肌筋膜疼痛(包括運動疼痛和自發性疼痛)的受試者在疼痛側和無痛側的T2 值差異無統計學意義，這表明運動疼痛和咬肌自發性疼痛不是由水腫引起的[16]。這些研究表明，水腫相關疼痛和其他疼痛模式的治療方案具有差異，咬肌肌筋膜痛應該根據是否伴有水腫性改變來分類，T2 mapping 對指導TMD 患者治療計劃和評估各種疼痛模式的治療效果起到顯著作用[16-17]。Shigeno 等[18]將感興趣區放置在患者髁突頂部的骨髓上，計算所有T2 mapping圖像下頜骨髁狀突骨髓的平均T2 值，發現骨關節炎組的平均值高于正常組，表明T2 mapping 適用于顯示關節炎髁突的輕微骨髓異常，如水腫和骨壞死，進一步顯示常規質子密度加權成像(proton density weighted imaging)和T2WI 中未檢測到的骨髓變化。

考慮到TMJ 成分的變化發生在形態或位置變化之前，最近人們試圖量化健康志愿者和TMD 患者的TMJ 關節盤和關節盤后組織的T2值，并將該組織的膠原纖維排列與T2值相關聯總結出規律[19-22]。Nikkuni等[15]和Schmid-Schwap等[20]發現TMJ 關節盤不同分區帶和雙板層的T2 值存在區域性差異，這可能是由于關節盤不同組織學分區中膠原纖維的不同取向所致。此外，Kakimoto 等[23]測量整個關節盤的T2 弛豫時間并根據關節盤的位置和功能、關節盤形態、關節積液、骨關節炎和骨髓異常對患者進行分類，發現與健康志愿者和年輕組相比，TMD患者和老年組TMJ關節盤的T2值更長，這可能歸因于退行性變軟骨中糖胺聚糖和蛋白多糖的丟失。Zhao等[24]在斜矢狀面手動選擇關節盤為感興趣區域，對MRI T2 mapping 圖像的關節盤形態結構改變和定量參數的表現進行統計學比較，發現各實驗組的T2 值以及不同形態結構的T2 值均顯著低于健康志愿者組，這些研究表明MRI T2 mapping 圖可以更準確地評估TMD 的嚴重程度，從而為臨床分型診斷和評估提供更可靠的醫學影像依據。

2.2 T2 mapping的局限性

T2 mapping 是一種對組織的特性進行定量的MRI 技術，具有一定不足，如最大TE 及回波間隔的選擇及SNR 有待提高等問題。Bristela 等[18]發現T2 值在正常位置的關節盤和不同亞組包括半脫位、部分前脫位和不可復位型之間差異無統計學意義；其他指標和形態參數，如髁突位置、關節盤信號強度、積液和退行性改變，對T2 值有影響。當綜合多個因素的影響時關節盤的T2 mapping 值與各種指標參數存在顯著的中和作用，因此認為T2 mapping 不是TMJ 成像的合適診斷技術。這些有爭議的發現可能是由于關節盤的小尺寸和當前空間分辨率的限制及不同研究中不同的MRI 場強和掃描方案造成的，有待更深入的研究。

T2 mapping 易受魔角效應的影響，在魔角效應中，T2 值可能在某些區域由于偶極效應消失而升高，這取決于關節盤軟骨相對于主磁場的膠原取向夾角[25]。此外，該技術對關節積液高度敏感，目前無法在出現大量積液時準確診斷TMJ 關節盤異常[14]。

3 超短回波時間和零回波時間在TMD中的應用

3.1 超短回波時間和零回波時間的技術原理與應用

由于對最小可實現的TE 的限制，短T2 組織如TMJ 關節盤、纖維軟骨、軟骨下骨和皮質骨T2 的時間通常較短，因為其內的氫質子含量較少而同時其內的氫質子又束縛于蛋白質等大分子結構而比較固定。從T2 弛豫機制而言處于這種微環境下的氫質子其周圍存在穩定的晶格磁場，而晶格磁場會促使這些共振的氫質子迅速失相位，所以在以毫秒級為TE 的T1、T2 對比度成像時無法檢測到這種短T2 的物質結構，這使得常規MRI 序列檢測短T2 組織的信號具有挑戰性[26-27]。隨著MRI 技術的進步，超短回波時間(ultrashort echo time，UTE)脈沖序列突破了對TE 的限制并應用于TMD 成像[28]。對于UTE技術，兩個相反層面選擇梯度的半snc 函數型射頻脈沖在激發完成后立即采集自由衰減信號，隨后在數據采集開始時設置梯度場爬升，數據直接由K 空間中心開始采集，導致從中心向外的徑向K 空間軌跡，然后在衰減前檢測到來自短T2 組織的信號[29]。零回波時間(zero echo time，ZTE)是這種方法的延伸，它在射頻脈沖之前進行梯度場的爬升，并產生接近零TE的圖像，從而提供比UTE更高的SNR和掃描時間效率[30]。

在借助圖像減影情況下UTE技術有助于更好地顯示T2成分較短的TMJ關節盤、纖維軟骨表面和髁突形態。Carl等[27]在對TMJ組織固有MR特性的認識和Bloch信號方程的基礎上，提出了一種優化的UTE序列，以增強關節盤與鄰近軟組織的對比度，從而提高TMD 結構改變的定性和診斷的準確性。此外，研究表明，UTE 序列可以定量評估TMJ 關節盤的T2、T2*和T1ρ。Bae 等[31-32]利用UTE 對這些MRI 特征進行了定量分析，發現T2*和T1ρ 與TMJ 關節盤的生化特征顯著相關，有助于TMD 的早期診斷。最近的一項體內研究進一步證實了這些結果，與無癥狀志愿者相比，有癥狀的TMJ 疼痛的UTE T2*值更高，從而使UTE成為監測與癥狀相關的TMJ關節盤進行性變化的潛在工具[31]。

目前，對TMD患者髁突形態或關節窩骨性改變的評估基本上依賴于計算機體層攝影(computed tomography，CT)或錐形束CT (cone beam computed tomography，CBCT)，而常規MRI序列對此類異常病理情況的診斷敏感度較低[33]。如今UTE 和ZTE 技術可以為骨評估提供可靠的圖像，在體外和體內評估TMD的骨變化，并與CT的參考標準高度一致[34-35]。Geiger等[35]通過對9具尸體的TMJ 標本進行UTE 成像，發現顳下頜關節髁突的定量形態學評估，包括骨表面、彎曲度和體積，與顯微CT顯示出高度的相關性和一致性，總結出UTE 是評價髁突形態或關節窩骨性改變的一種可行、準確的方法。Lee等[34]報道了ZTE 在評估TMD 患者退行性骨改變中的潛在應用。下頜骨窩的所有類型的骨改變，尤其是髁突變平、骨贅和硬化等情況，在CBCT 和ZTE-MRI 的結果之間具有高度相關性。因此，將常規MRI 序列與UTE/ZTE 相結合，可以同時對TMD 患者的軟組織和硬組織進行成像，還具有降低醫療費用和輻射劑量的優點。

3.2 UTE和ZTE的局限性

由于對高梯度性能等設備硬件要求高、采集圖像時間長、軟件可用性、渦流效應的干擾等原因，UTE和ZTE目前在TMD研究中的應用還很有限[36]。隨著未來大樣本體內研究和技術的改進，更多的研究將會驗證和完善這種技術，其可能被認為是臨床上治療TMD的常規MRI序列。

4 其他MRI技術在TMD中的應用

Pittschieler等[37]分別在2D反轉恢復序列和3D擾相梯度回波雙翻轉角技術序列下對關節盤的前中后三個部位手動定義ROI，借助增強劑釓噴酸葡胺，將獲得的T1值繪制成T1圖像，結果證明了延遲釓增強軟骨MRI (delayed gadolinium-Enhanced MRI of cartilage，dGEMRIC)量化TMJ 關節盤中的糖胺聚糖的可行性。Eder等[38]研究中顯示了健康志愿者和TMD患者組之間關節盤中dGEMRIC指數的差異有統計學意義，驗證了該技術在檢測TMJ關節盤早期退行性變化方面的可行性。Tasali等[39]通過使用定量動態對比增強MRI，發現了TMJ 疼痛側和無痛側間的關節盤后組織存在不同的對比增強模式，表明炎癥反應和血管增加可能是造成TMJ 疼痛的原因。Schraml 等[40]研究發現慢性肌肉疼痛與局部肌肉灌注減少之間存在相關性，基于動脈自旋標記技術，報告了可相互比較的灌注值，對研究相關組織咀嚼功能和功能障礙有相當的潛力。

5 小結與展望

MRI 目前被認為是診斷TMJ 關節盤形態和位置的金標準[41]?？紤]到TMJ關節盤的小尺寸和空間分辨率的限制，未來在技術方面需要對7 T MRI 掃描設備、圖像重建方法和臨床優化序列進行廣泛的驗證和研究。7 T MRI 成像可以實現更高的SNR 和更好的圖像對比度，并減少TMD 成像的采集時間，正如更好的TMJ 多通道線圈可以改善3 T 時的TMJ 成像一樣，可以提高診斷效用[42]。在臨床應用方面，鼓勵研究人員在新興的定量MRI 技術的幫助下專注于TMD 和相關肌肉超微結構變化的定量分析和功能成像，這些使研究人員能夠超越目前的解剖成像能力，更好地理解TMD的生理和病理狀態，并最終有助于其早期診斷、治療計劃、治療效果評估，甚至圖像引導干預。當然還需要對大樣本量患者進行深入的調查，以驗證先前研究的可靠性和準確性，進一步探索新興的定量MRI 技術在不同TMD環境中的運行方案。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。