膝骨關節(jié)炎軟骨下骨髓水腫樣及囊樣病變與軟骨病損的相關性研究

周自明 常時新 田 芳 鮑 虹 周 蕾 袁 軍

膝關節(jié)骨性關節(jié)炎是影響老年人健康的最常見關節(jié)疾患之一，以關節(jié)軟骨的退行性變、關節(jié)邊緣骨贅形成和不同程度的滑膜炎癥為主要病理特征，疾病的嚴重程度主要和關節(jié)軟骨的損害程度有關，常伴隨關節(jié)面被覆軟骨的缺損和軟骨下骨質結構的異常。近來的研究認為關節(jié)周圍的骨結構改變伴隨著關節(jié)炎的病理過程而發(fā)展變化，骨髓水腫樣病變是膝關節(jié)骨關節(jié)炎磁共振成像常見征象之一，在骨髓水腫樣病變區(qū)?？梢娷浌窍履覙幼兗班徑P節(jié)面透明軟骨的結構異常。本研究通過對一組膝關節(jié)骨關節(jié)炎病例的MR影像分析及隨訪，探討骨髓水腫樣病變和軟骨下囊樣變與關節(jié)軟骨損害之間的關系及其臨床意義。

方 法

1. 研究對象

200 4年1月～2011年12月間在本院接受膝關節(jié)MR檢查的膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者683例（706個膝關節(jié)）納入研究，男性288例，女性395例；年齡50～89歲，平均年齡62.9±8.9歲；平均病程5.3±1.9年。納入標準：符合美國風濕病學會提出的膝關節(jié)骨關節(jié)炎診斷標準[1]；Kellgren-Lawrence（K-L）分級[2]II級及以上；排除標準：有膝關節(jié)手術史；膝關節(jié)嚴重畸形；膝關節(jié)外傷；膝關節(jié)腫瘤；膝關節(jié)感染性病變；代謝性骨病的病例。首次MRI檢查為基期檢查(683例),126例(135側膝關節(jié))接受了MR隨訪，隨訪間期為12～30個月。

2. MR檢查

采用Philips Gyroscan Intera 1.0T磁共振掃描儀，膝關節(jié)表面線圈。受檢者取仰臥膝關節(jié)伸直位，足尖自然外旋，在非負重狀態(tài)下接受MR掃描。矢狀面、冠狀面及橫斷面掃描，T1WI（FFE序列）：TR/TE 432/14m s，T2WI（TSE序列）：TR/TE 3500/20m s，PDWI（TSE序列）：TR/TE 2000/20m s以及脂肪抑制序列（SPIR序列），層厚 3.5mm，間隔0.4mm，視野140mm，矩陣256×256，激勵次數(shù)2次。

3. MR影像分析

由二位有經(jīng)驗的高年資醫(yī)師采用盲法在工作站及PACS上完成。半定量分析：將股骨內外髁、脛骨內外側髁各自劃分為前部、中央、后部共計十二個分區(qū)，同時將髕骨劃分為內、外側兩個分區(qū)（本研究為簡化分析將股骨內外髁前部及髕骨內外側部各自合并為一個分區(qū)，即髕股關節(jié)兩個分區(qū)）。采用半定量積分系統(tǒng)（whole-organ MR scoring system，WORMS）[3]觀察分析膝關節(jié)骨髓水腫樣、囊樣病變的分布范圍及鄰近關節(jié)軟骨形態(tài)。根據(jù)骨髓水腫樣病變及軟骨下囊樣變累及分區(qū)范圍分為0～3[骨髓水腫樣病變：0=正常；1=輕微，累及所在分區(qū)區(qū)域范圍＜25%；2=中度，累及分區(qū)區(qū)域范圍25%～50%；3=嚴重，累及分區(qū)區(qū)域范圍＞50%。軟骨下囊樣變：0=正常；1=微?。ㄩL徑＜3mm）；2=中等（3～5mm）；3=嚴重（＞5mm）]。同一分區(qū)骨髓病變積分以本區(qū)域水腫樣病變及囊樣變積分相加獲得。相應區(qū)域軟骨信號和形態(tài)的變化積分分為0～6[0=厚度及信號正常；1=厚度正常，PDW I或脂肪抑制序列軟骨信號增高；2=局灶性范圍小于等于1cm的部分或全層軟骨缺損病灶；3=多個區(qū)域非全層軟骨缺損或單個范圍大于1cm的2級病變；4=彌漫性非全層軟骨缺損，累及范圍＞75%；5=多區(qū)域全層軟骨缺損，或非全層軟骨缺損區(qū)內見到全層軟骨缺損范圍大于1cm；6=彌漫性全層軟骨缺損，累及范圍＞75%]。本研究將2級及以上積分認為發(fā)生軟骨病損，并除外全層軟骨缺損(基期檢查)。

隨訪病例根據(jù)基期及隨訪時觀察所得各個分區(qū)軟骨下骨髓病損的情況（即積分變化）分為五組：①基期和隨訪期未見軟骨下骨髓病變（陰性）；②基期未見骨髓病變，隨訪期出現(xiàn)（新發(fā)）；③基期發(fā)現(xiàn)的骨髓病變隨訪期未見改變（穩(wěn)定）；④基期發(fā)現(xiàn)的骨髓病變隨訪后縮小或消退（恢復）；⑤基期發(fā)現(xiàn)的骨髓病變隨訪后進展（進展）。

4. 統(tǒng)計分析

采用SPSS 15.0軟件完成統(tǒng)計分析。不伴軟骨病損的各分區(qū)骨髓病變發(fā)生率差異性采用卡方檢驗，隨訪病例中將病變穩(wěn)定組作為參照，采用Logistic回歸分析研究同一分區(qū)軟骨下骨髓病變與軟骨缺損之間的相關性。

結 果

1. 膝關節(jié)骨髓水腫樣及囊樣病變的分布

683 例患者中，所在分區(qū)無軟骨缺損者（積分2級以下）骨髓水腫樣病變及囊樣變其分布情況詳見表1。統(tǒng)計分析顯示，其中部分分區(qū)的發(fā)生率差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。股骨側以髕股關節(jié)面下方骨質（即股骨髁前部）與后部骨髓水腫樣病變發(fā)生率較高，而脛骨髁各分區(qū)骨髓水腫樣病變發(fā)生率高于其他部位的分區(qū)，其中尤以中部發(fā)生率較高；軟骨下囊樣變髕股關節(jié)間隙發(fā)生較少，脛骨中部分區(qū)發(fā)生率較高。

2. 骨髓水腫樣及囊樣病變的變化

126 例135個膝關節(jié)的1620個分區(qū)（每膝12個分區(qū)）中，1390個分區(qū)（85.8%）基期未發(fā)現(xiàn)骨髓病變，230個分區(qū)（14.2%）基期發(fā)現(xiàn)骨髓病變（圖1）。隨訪顯示132個分區(qū)（8.1%）發(fā)現(xiàn)新的骨髓病變或原有病灶范圍擴大，89個分區(qū)（5.5%）原有骨髓病變范圍縮小或消失。230個基期存在骨髓病變的分區(qū)中，41個分區(qū)（17.8%）范圍縮小，48個分區(qū)（20.9%）病變消失，78個分區(qū)（33.9%）病灶范圍擴大，63個分區(qū)（27.4%）病灶沒有變化，54個分區(qū)發(fā)現(xiàn)新病灶（圖2）。

采用Logistic回歸模型，排除年齡及性別因素影響，研究隨訪后分區(qū)骨髓水腫樣及囊樣病變與軟骨狀況之間的相關性，將病變穩(wěn)定組作為參照組，顯示骨髓水腫樣及囊樣病變范圍及變化與本分區(qū)軟骨病損具有明顯相關性（表2），可見伴隨骨髓病變范圍擴大，軟骨病損風險明顯增高，新發(fā)骨髓病灶比穩(wěn)定病灶的局部關節(jié)軟骨病損的風險更為明顯，基期及隨訪期未見骨髓病灶的病例組其軟骨病損風險遠小于病灶穩(wěn)定不變組。

圖1 膝骨關節(jié)炎。矢狀位PDW I圖像顯示髕股關節(jié)股骨側關節(jié)軟骨部分缺損，局部軟骨病損積分：2級(A)；局部軟骨病損積分：3級（B），同時伴有軟骨下囊樣變病灶（黑箭）；冠狀位PDW脂肪抑制圖像(C)顯示股骨外側髁中部分區(qū)全層軟骨缺損，軟骨病損積分：3級（白箭）。

圖2 女性，65歲，左膝關節(jié)冠狀位T2W脂肪抑制圖像。首次檢查（A）及24個月隨訪（B）顯示，股骨髁中部內側分區(qū)及脛骨髁中部外側分區(qū)骨髓水腫樣病變范圍隨訪后明顯縮小，脛骨髁中部內側分區(qū)骨髓水腫樣病變范圍明顯擴大（長箭）。同時脛骨內側髁關節(jié)面軟骨下囊性變直徑稍有增大（短箭）。

表1 首次檢查不伴有明顯關節(jié)軟骨病損（積分2級以下）的分區(qū)軟骨下骨質病變

表2 隨訪期各分區(qū)骨髓水腫樣病變、囊樣變與軟骨狀況變化

討 論

1. 膝關節(jié)骨髓病變及鄰近關節(jié)軟骨病變半定量分析的臨床價值及意義

膝關節(jié)骨關節(jié)炎是一種非特異性慢性進行性關節(jié)疾病，以關節(jié)軟骨的變性、磨損和關節(jié)邊緣新骨形成為特征。大部分患者在出現(xiàn)典型X線改變和臨床表現(xiàn)之前，關節(jié)軟骨已發(fā)生退變。MRI具有組織對比強和多序列、多參數(shù)、多方位成像的特點，有助于全面觀察關節(jié)軟骨的厚度、形態(tài)和信號改變，MRI可以發(fā)現(xiàn)許多X線檢查無從發(fā)現(xiàn)的軟骨下骨結構異常，是目前公認探查關節(jié)軟骨病變、骨髓病變及診斷骨關節(jié)炎最可靠的影像學方法。采用半定量積分系統(tǒng)WORMS分析膝關節(jié)骨髓病變及鄰近關節(jié)軟骨形態(tài)有助于更加精確分析病變的程度及判斷預后，本研究中分區(qū)方法較傳統(tǒng)分區(qū)方法進行了些許改良，將髕骨內、外側兩個分區(qū)及股骨內、外髁前部兩個分區(qū)各自合并為一個分區(qū)，其理由在于髕骨體積較小，無論是骨髓病變或軟骨病損其范圍往往同時累及兩個分區(qū)，且對于部分病變位置較為居中或累及區(qū)域稍有跨區(qū)的骨髓病變范圍確定顯得有些模糊，定位較為困難，因此將兩個分區(qū)合并更有利于研究分析；同時，基于膝關節(jié)解剖學方面考慮，髕骨內、外側分區(qū)及股骨內、外髁前部分區(qū)共同構成了髕股關節(jié)組成部分，就關節(jié)功能而言，合并分區(qū)更有臨床價值和意義。

2. 骨髓水腫樣及囊樣病變的病理基礎和MRI診斷價值

骨髓水腫樣及囊樣病變是骨關節(jié)炎較常見的軟骨下骨髓病變，關節(jié)軟骨下骨髓水腫樣病變是一類常見的具有典型信號特征但并不具有定性診斷特異性的MRI征象，類似影像學表現(xiàn)可在外傷、慢性關節(jié)軟骨損傷及骨關節(jié)炎病例中觀察到，同時也可以是諸如骨壞死、骨關節(jié)炎癥或骨腫瘤等其他一些疾病的伴發(fā)征象。Zanetti等[4]通過MR與病理對照研究發(fā)現(xiàn)導致膝骨關節(jié)炎MR骨髓水腫樣病變征象的主要病理改變包括骨髓壞死、骨髓纖維化及骨小梁結構異常，而非真正意義上的骨髓水腫。因此，部分研究者[5-6]將骨關節(jié)炎所伴隨的這種影像學表現(xiàn)稱為骨髓水腫樣病變（bone marrow edema-like lesion）而不是簡單稱作骨髓水腫（bone marrow edema），本文作者也贊同使用該名稱，它展示骨結構變化影像特征的同時，更為貼切地反映了其具有不同于真正意義上骨髓水腫的病理基礎。

通常軟骨下骨髓病變被認為由于關節(jié)軟骨的丟失，造成關節(jié)面負重應力的異常分布而造成。出現(xiàn)骨髓水腫樣病變意味著局部脂肪破壞、纖維再生、骨髓纖維化及壞死，骨小梁重塑導致新骨生成。Hunter等[7]通過長期臨床觀察發(fā)現(xiàn)，膝內翻的患者，膝內側負荷增加，骨髓損害出現(xiàn)的比率明顯增高；同樣，在膝外翻的患者中，膝外側部也發(fā)現(xiàn)骨髓損害，因此他認為骨髓水腫樣病變與膝關節(jié)異常應力有關，機械性因素導致了骨髓水腫樣病變。局部異常應力增加，使受損的骨小梁因負重增加而重塑，因此，局部區(qū)域應力較高的軟骨下骨質易于出現(xiàn)骨髓水腫樣病變。由此可以推斷，骨髓損害與膝關節(jié)機械因素作用有密不可分的關系。胡娜等[8]研究健康膝關節(jié)軟骨T2圖發(fā)現(xiàn)軟骨T2值股骨后區(qū)＞同側中區(qū)，脛骨中區(qū)T2值相對較高，同時觀察到承重區(qū)T2值在中老年開始出現(xiàn)顯著差異，推測隨年齡增加，軟骨不同功能區(qū)所受應力作用有別，其中承重區(qū)首先退變，并認為WORMS定義的中部區(qū)域是進一步研究軟骨病變早期診斷和療效評估的重點觀測區(qū)域。本研究通過觀察不伴有局部明顯軟骨病損區(qū)域的骨髓病變發(fā)現(xiàn)，部分分區(qū)發(fā)生率差異有統(tǒng)計學意義。其中，股骨以前部髕股關節(jié)面下方骨質與后部骨髓水腫樣病變發(fā)生率較高，脛骨各分區(qū)骨髓水腫樣病變發(fā)生率高于其他部位的分區(qū)，尤以中部發(fā)生率較高；軟骨下囊樣變以脛骨中部分區(qū)發(fā)生率較高。以上發(fā)現(xiàn)均表明，膝關節(jié)承重較為明顯部位相對易于發(fā)生軟骨下骨髓病損。至于脛骨中部分區(qū)骨髓病變發(fā)生率較高，這可能與中區(qū)區(qū)域缺乏半月板覆蓋，缺少半月板傳導應力和減少摩擦的保護作用有關。Roemer等[9]研究發(fā)現(xiàn)同一分區(qū)的骨髓水腫樣病變與軟骨下骨質磨損具有很強的相關性，認為由于軟骨下骨質局部壓應力增加導致的骨重建在MR上表現(xiàn)為骨髓水腫樣病變，促使軟骨下骨質磨損產(chǎn)生和發(fā)展，并進一步推斷骨髓水腫樣病變與軟骨下骨質磨損其共同的病理機制是由于步姿不齊整（外或內翻）引發(fā)的局部負重增加或外傷導致關節(jié)保護結構如半月板及關節(jié)軟骨表面的完整性喪失。

軟骨下囊樣病變也是膝關節(jié)骨關節(jié)炎常見的征象之一，在MR圖像上表現(xiàn)為輪廓清晰的類圓形囊狀液體信號病灶，Pouders等[10]認為囊樣病灶內主要是由非上皮性纖維化囊壁包裹的壞死骨碎片。Crema等[11]研究了1238個膝關節(jié)發(fā)現(xiàn)，在同一亞區(qū)內全層軟骨缺失后骨髓水腫樣病變的嚴重程度與軟骨下囊樣病變的發(fā)生率存在著明顯的聯(lián)系，首次檢查時全層軟骨缺失的嚴重程度與軟骨下囊樣病變之間并沒有明顯的相關性。由此認為軟骨下囊性病變形成的機制源自骨挫傷理論，與骨髓水腫樣病變相關。本研究發(fā)現(xiàn)基期未見關節(jié)軟骨病損者軟骨下囊樣變以脛骨中部的兩個分區(qū)發(fā)生率較高，相應分區(qū)的骨髓水腫樣病變發(fā)生率也最高；同時，囊性病灶大小在病程中具有波動變化，同樣顯示了兩者可能具有一定的相關性。此外，稍早Crema等[12]的研究發(fā)現(xiàn)MR所發(fā)現(xiàn)的軟骨下囊樣變有46.5%并未同時發(fā)現(xiàn)相應亞區(qū)的全層軟骨缺失，側面證明軟骨下囊樣病變其成因難以用傳統(tǒng)的關節(jié)滑液侵蝕理論解釋。由于病例數(shù)有限本文未對囊性病變做較為深入的探討。

3.骨髓病變與鄰近關節(jié)軟骨病變的相互關系

通過研究一部分接受隨訪觀察的膝骨關節(jié)炎病例發(fā)現(xiàn)，伴隨骨髓病變（水腫樣及囊樣病變）范圍擴大、分級提高，該分區(qū)軟骨病損明顯進展。以骨髓病變穩(wěn)定組作為參照，新發(fā)生骨髓病變組及骨髓病變范圍擴大組相較于病灶穩(wěn)定組，其局部關節(jié)軟骨發(fā)生病損的風險更為明顯。而未見骨髓損害病灶的病例組其軟骨病損風險遠小于病灶穩(wěn)定不變組。研究結果顯示，骨髓水腫樣及囊樣病變與軟骨病損具有明顯相關性。K ijow ski等[13]研究同樣認為相鄰軟骨下骨髓水腫樣病變的范圍擴大與局部軟骨缺損的進展相關。Carrino等[6]認為關節(jié)軟骨下囊樣病灶其大小與軟骨下骨髓水腫樣病變范圍同步變化，同時認為軟骨下囊樣病變發(fā)生在已存在的軟骨下骨髓水腫樣病變中。本研究也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象。盡管Libicher等[14]通過動物實驗研究認為同一分區(qū)的骨髓水腫樣病變的發(fā)展先于關節(jié)軟骨病損的進展。由于缺乏足夠事實依據(jù)，本研究難以確證這一理論，其驗證必須依靠短時間內多次隨訪動態(tài)觀察的結果加以判斷。

本研究同時發(fā)現(xiàn)，部分軟骨病損在隨訪期間保持穩(wěn)定、未見進展的病例，其同一分區(qū)骨髓水腫樣病變及囊樣病變的范圍變化表現(xiàn)多樣，轉歸具有明顯的差異，范圍既有增大、也有縮小甚至消失者。骨髓病變范圍增大者，可能預示著軟骨病損有一個進展趨勢，之所以未見明顯形態(tài)學異常，考慮原因在于隨訪時間還未達到其影像學改變的臨界點。對于骨髓病變范圍縮小、消失者而言，必須注意的是此時軟骨病損并未得到改善，是否提示局部骨結構壓應力有所改善尚待進一步研究。因此軟骨下骨髓病變縮小消失能否作為臨床療效觀察指標必須慎重斟酌。Kornaat等[5]研究也發(fā)現(xiàn)骨髓水腫樣病變范圍在膝骨關節(jié)炎病人隨訪中有明顯的波動變化（所占比例達研究人群的66%），由此認為骨髓水腫樣病變在骨關節(jié)炎病程中是一個動態(tài)變化過程。值得注意的是，為了更好地觀察研究骨髓水腫樣及囊樣病變，MR序列的選擇和參數(shù)的優(yōu)化相當重要。本研究采用T2W脂肪抑制序列觀察骨髓水腫樣及囊樣病變，PDW序列觀察軟骨病損，得到較為滿意的影像。Hayashi等[15]運用3TMR比較研究后認為 ，IW fs序列（中度加權脂肪抑制快速自旋回波序列）相較DESS（雙回波穩(wěn)態(tài)梯度回波序列）能發(fā)現(xiàn)更多的軟骨下骨髓水腫樣病變，可以更好地評估其范圍；DESS序列有助于區(qū)分軟骨下骨髓水腫樣及囊樣病變。認為兩者相輔相成能更有利于觀察骨髓病變。

本研究顯示膝關節(jié)承重較為明顯部位相對易于發(fā)生軟骨下骨髓病損。骨髓水腫樣病變及囊樣病變在膝關節(jié)骨關節(jié)炎病程發(fā)展過程中轉歸并不一致，具有明顯的差異，其規(guī)律和機制尚不清楚，有賴于通過開展短期多次隨訪觀察以進一步研究明確。研究發(fā)現(xiàn)新發(fā)生的骨髓病變相較穩(wěn)定不變的骨髓病變，局部關節(jié)軟骨病損的風險更大；初次檢查及隨訪期未發(fā)現(xiàn)骨髓病灶者隨訪后發(fā)生關節(jié)軟骨病損的風險較小。同時伴隨骨髓病變范圍擴大，軟骨病變有明顯的進展趨勢。由此表明同一分區(qū)骨髓水腫樣病變及囊樣病變增大或出現(xiàn)新病灶者存在局部關節(jié)軟骨病損進展的較大風險，骨髓病變與軟骨病損具有明顯相關性。

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