磁共振T2 mapping成像評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎軟骨損傷的應(yīng)用價(jià)值

孫兆男，王旭超，徐敏，徐暢，王巍

作者單位：

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院磁共振科，哈爾濱 150001

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)表現(xiàn)為軟骨退變，是成年人致殘的主要原因之一[1]，早期診斷OA患者非常重要，可以及時(shí)開(kāi)始治療并且可以預(yù)防、減緩軟骨退變的過(guò)程。膝關(guān)節(jié)是OA的好發(fā)部位，主要表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)的破壞和喪失。在OA形態(tài)學(xué)改變之前，軟骨的退行性改變與蛋白多糖的丟失和軟骨內(nèi)膠原網(wǎng)絡(luò)的變化有關(guān)，軟骨變的缺乏彈性，使得水的流動(dòng)性增加，從而增加了水含量[2]。磁共振成像新技術(shù)的發(fā)展逐漸滿(mǎn)足非侵入性軟骨評(píng)估的需要，目前，評(píng)估軟骨損傷最常用的技術(shù)是T2 mapping成像[3]，其可評(píng)估軟骨基質(zhì)中膠原蛋白和水分的濃度、方向和完整性，是檢測(cè)軟骨退變的敏感技術(shù)[4]。筆者以膝關(guān)節(jié)為例研究T2值在軟骨損傷中的變化規(guī)律及T2 mapping技術(shù)對(duì)OA軟骨損傷的診斷價(jià)值，為臨床診斷及治療提供有效的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取2018年3月至2018年12月于哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院根據(jù)美國(guó)風(fēng)濕病學(xué)會(huì)骨關(guān)節(jié)炎診斷標(biāo)準(zhǔn)診斷為膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的患者60例為觀察組，男性24例，平均年齡(57.4±6.4)歲，女性36例，平均年齡(55.6±5.1)歲；另選取健康志愿者30例為對(duì)照組，男性15例，平均年齡(26.9±3.9)歲，女性15例，平均年齡(27.3±4.1)歲。觀察組納入標(biāo)準(zhǔn)：符合1995年美國(guó)風(fēng)濕病學(xué)會(huì)膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎診斷標(biāo)準(zhǔn)，(1)近1個(gè)月大部分時(shí)間感膝關(guān)節(jié)疼痛；(2) X線示骨贅；(3)關(guān)節(jié)液檢查符合OA；(4)年齡≥40歲；(5)晨僵少于30 min；(6)有骨擦音；滿(mǎn)足上述(1)+(2)或(1)+(3)+(5)+(6)或(1)+(4)+(5)+(6)者。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)膝關(guān)節(jié)外傷史、手術(shù)史及感染史，使用對(duì)關(guān)節(jié)軟骨有影響的藥物史；(2)有MRI掃描禁忌證；(3)圖像不適合診斷。對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡20～35歲之間，BMI處于正常范圍(18.5～23.9 kg/m2)；(2)無(wú)膝關(guān)節(jié)疼痛、活動(dòng)受限等不適；(3)無(wú)MRI掃描禁忌證。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)體格檢查有畸形等異常；(2)膝關(guān)節(jié)外傷史、手術(shù)史及感染史，近期有劇烈運(yùn)動(dòng)史；(3)圖像不適合診斷。本研究獲得哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)及受試者知情同意。

1.2 儀器和方法

使用美國(guó)GE Signa 3.0 T 磁共振對(duì)兩組受試者行膝關(guān)節(jié)MRI掃描，選擇膝關(guān)節(jié)專(zhuān)用線圈，掃描時(shí)受試者取仰臥位，進(jìn)床方式取腳先進(jìn)。兩組受試者在掃描前均禁止一切劇烈活動(dòng)，且進(jìn)行完一切準(zhǔn)備工作后，在掃描間外休息30 min。本研究的序列包括常規(guī)掃描序列和T2 mapping序列，各參數(shù)如表1。

1.3 圖像分析

所得圖像由2名經(jīng)驗(yàn)豐富且對(duì)臨床信息不知情的放射科醫(yī)師獨(dú)立分析，若二者意見(jiàn)不一致，則討論達(dá)成一致。將圖像傳送到PACS工作站評(píng)估軟骨病變，在GE ADW 4.5工作站獲得T2 mapping偽彩圖，運(yùn)用軟件測(cè)量T2值。根據(jù)膝關(guān)節(jié)承重不同劃分7個(gè)區(qū)域進(jìn)行軟骨測(cè)量：股骨內(nèi)側(cè)髁負(fù)重區(qū)、股骨內(nèi)側(cè)髁非負(fù)重區(qū)、股骨外側(cè)髁負(fù)重區(qū)、股骨外側(cè)髁非負(fù)重區(qū)、脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)、脛骨外側(cè)平臺(tái)、髕軟骨。為了對(duì)比軟骨空間T2值是否存在差異，將軟骨劃分深、淺兩層，各區(qū)域每層取3個(gè)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，每個(gè)ROI分別測(cè)量3次取平均T2值。膝關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)有很多，本研究采用Noyes分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，有研究認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)節(jié)鏡評(píng)價(jià)結(jié)果較為接近[5]。Noyes分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[5]如表2所示。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用SPSS 23.0對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，數(shù)據(jù)均用()表示，兩組間各數(shù)據(jù)比較采用t檢驗(yàn)，不同損傷程度軟骨數(shù)據(jù)比較采用方差分析，P＜0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 觀察組和對(duì)照組T2 mapping偽彩圖圖像對(duì)比

觀察組T2 mapping偽彩圖顯示損傷軟骨較薄，表面不光滑且不連續(xù)，色階信號(hào)不均勻，可見(jiàn)斑片狀綠色色階，對(duì)照組T2 mapping偽彩圖軟骨走行較觀察組明顯形態(tài)連續(xù)、光整且無(wú)斷裂，色階均勻，深淺層分界明顯，深層軟骨呈橙色，淺層軟骨呈綠色(圖1)。

2.2 觀察組和對(duì)照組各區(qū)域軟骨T2值的比較

本研究共納入90個(gè)膝關(guān)節(jié)共630個(gè)軟骨區(qū)域，各區(qū)域平均T2值如表3所示，顯示觀察組各區(qū)域軟骨平均T2值均高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。除對(duì)照組股骨內(nèi)側(cè)髁外，觀察組股骨內(nèi)外側(cè)髁負(fù)重區(qū)和對(duì)照組股骨外側(cè)髁負(fù)重區(qū)平均T2值均高于非負(fù)重區(qū)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。對(duì)相同區(qū)域淺層和深層軟骨進(jìn)行T2值比較，顯示除觀察組股骨內(nèi)側(cè)髁負(fù)重區(qū)外，其余區(qū)域淺層軟骨平均T2值較深層軟骨高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05；表4)。

表1 常規(guī)序列及T2 mapping成像參數(shù)Tab. 1 Conventional sequence and T2 mapping imaging parameters

2.3 不同程度OA患者及正常人軟骨T2值的比較

將兩組受試者參考Noyes分級(jí)進(jìn)行分類(lèi)，Noyes ⅡB～ⅢB級(jí)歸為重度OA組，為28例，Noyes Ⅰ～ⅡA級(jí)歸為輕度OA組，為32例，Noyes 0級(jí)為正常組，為30例。測(cè)量三組股骨內(nèi)外側(cè)髁負(fù)重區(qū)平均T2值，所得數(shù)據(jù)如表5所示，重度和輕度OA組股骨內(nèi)外側(cè)髁負(fù)重區(qū)平均T2值均高于正常組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，但重度OA組和輕度OA組股骨內(nèi)外側(cè)髁負(fù)重區(qū)平均T2值無(wú)顯著差異(P＞0.05)。

表2 Noyes分級(jí)Tab. 2 Noyes Classification

3 討論

表3 觀察組和對(duì)照組各區(qū)域軟骨T2值比較(ms，±s)Tab. 3 Comparison of cartilage T2 values between observation group and control group (ms，±s)

表3 觀察組和對(duì)照組各區(qū)域軟骨T2值比較(ms，±s)Tab. 3 Comparison of cartilage T2 values between observation group and control group (ms，±s)

組別 股骨內(nèi)側(cè)髁 t值 P值 股骨外側(cè)髁 t值 P值 脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái) 脛骨外側(cè)平臺(tái) 髕軟骨負(fù)重區(qū) 非負(fù)重區(qū) 負(fù)重區(qū) 非負(fù)重區(qū)觀察組 52.54±7.56 47.10±6.74 5.911 ＜0.05 50.66±7.14 47.56±7.03 3.391 ＜0.05 47.88±5.68 46.37±5.19 46.42±6.10對(duì)照組 40.58±7.52 39.76±7.39 0.605 ＞0.05 40.89±6.95 37.82±8.08 2.227 ＜0.05 38.37±7.68 38.91±7.78 36.88±7.16 t值 10.049 6.472 8.815 7.950 8.507 6.717 8.842 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表4 觀察組和對(duì)照組各區(qū)域淺深層軟骨T2值比較(ms，±s)Tab. 4 Comparison of T2 values between superficial and deep cartilage in observation and control group (ms，±s)

表4 觀察組和對(duì)照組各區(qū)域淺深層軟骨T2值比較(ms，±s)Tab. 4 Comparison of T2 values between superficial and deep cartilage in observation and control group (ms，±s)

部位 觀察組(60例) t值 P值 對(duì)照組(30例) t值 P值淺層軟骨 深層軟骨 淺層軟骨 深層軟骨股骨內(nèi)側(cè)髁負(fù)重區(qū) 53.02±9.35 52.12±5.25 0.656 ＞0.05 46.82±4.46 34.34±3.85 11.597 ＜0.05股骨內(nèi)側(cè)髁非負(fù)重區(qū) 48.73±6.93 45.48±6.19 2.709 ＜0.05 45.46±5.10 34.05±4.21 9.454 ＜0.05股骨外側(cè)髁負(fù)重區(qū) 52.50±7.08 48.82±6.77 2.909 ＜0.05 44.35±6.73 37.42±5.31 4.431 ＜0.05股骨外側(cè)髁非負(fù)重區(qū) 49.73±6.15 45.39±7.24 3.537 ＜0.05 42.87±6.98 32.77±5.60 6.187 ＜0.05脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái) 49.50±5.34 46.27±5.59 3.243 ＜0.05 42.43±7.78 34.31±5.02 4.802 ＜0.05脛骨外側(cè)平臺(tái) 48.20±5.15 44.55±4.58 4.103 ＜0.05 43.79±6.57 34.04±5.56 6.208 ＜0.05髕軟骨 50.59±4.09 42.25±4.79 10.271 ＜0.05 42.37±4.95 31.39±4.18 9.286 ＜0.05

表5 不同程度OA股骨內(nèi)外側(cè)髁負(fù)重區(qū)軟骨T2值比較(ms，±s)Tab. 5 Comparison of cartilage T2 values between weightbearing area of medial and femoral condyle with different degrees of OA (ms，±s)

表5 不同程度OA股骨內(nèi)外側(cè)髁負(fù)重區(qū)軟骨T2值比較(ms，±s)Tab. 5 Comparison of cartilage T2 values between weightbearing area of medial and femoral condyle with different degrees of OA (ms，±s)

組別 股骨內(nèi)側(cè)髁負(fù)重區(qū) F值 P值 股骨外側(cè)髁負(fù)重區(qū) F值 P值重度OA組 53.06±10.05 51.95±7.00輕度OA組 52.13±7.01 49.38±7.09正常組 40.58±7.53 40.89±6.95 51.902 ＜0.05 40.850 ＜0.05

OA是一種以軟骨損傷為主的進(jìn)行性疾病，膝關(guān)節(jié)是其好發(fā)部位，進(jìn)展到一定階段才出現(xiàn)臨床癥狀，導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛甚至功能受限，嚴(yán)重者可致殘。目前影像學(xué)技術(shù)分辨率有限，可能對(duì)微小軟骨損傷的發(fā)現(xiàn)尚不敏感。X線是常用篩查方法，但不能直接顯示軟骨組織，只能識(shí)別軟骨下骨的變化，軟骨早期變化在普通X線影像上難以診斷[6]。關(guān)節(jié)鏡檢查是檢測(cè)軟骨損傷的金標(biāo)準(zhǔn)，但是有創(chuàng)檢查，不適合OA患者初步診斷及隨訪。磁共振最新進(jìn)展對(duì)軟骨定量評(píng)價(jià)更加準(zhǔn)確，滿(mǎn)足非侵入性軟骨評(píng)估，且能對(duì)軟骨損傷進(jìn)行分級(jí)。關(guān)節(jié)軟骨主要含膠原纖維、蛋白聚糖聚合物和水，軟骨退變的特點(diǎn)包括蛋白聚糖減少，含水量減少進(jìn)而滲透性增加，膠原纖維變性丟失及膠原纖維方向改變[7]。在早期疾病中，關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)中蛋白聚糖的大量丟失導(dǎo)致游離水分子的比例和流動(dòng)性增加，在晚期疾病中，膠原纖維逐漸紊亂，含水量下降，糖胺聚糖耗盡[8]，對(duì)應(yīng)軟骨形態(tài)學(xué)改變?yōu)檐浌菧\層局灶性損傷逐漸發(fā)展至軟骨下骨損傷，軟骨隨之變薄進(jìn)而軟骨損傷及剝脫至全層[7]。關(guān)節(jié)軟骨T2 mapping的測(cè)定是評(píng)價(jià)膠原基質(zhì)和含水量的可靠指標(biāo)，T2值的變化已被證明與水含量、膠原結(jié)構(gòu)和組織的變化有關(guān)，并與透明軟骨的變化及其耗竭有關(guān)[9]。

本研究發(fā)現(xiàn)輕度和重度OA患者各測(cè)量區(qū)域膝關(guān)節(jié)軟骨平均T2值均高于正常人(P＜0.05)，可證明OA患者軟骨內(nèi)各組織成分在軟骨形態(tài)改變之前就已發(fā)生變化，提示在臨床診斷上早期也可通過(guò)T2 mapping測(cè)量軟骨T2值判斷OA的潛在風(fēng)險(xiǎn)。T2 mapping可通過(guò)測(cè)量含水量的增加和OA定向膠原蛋白的丟失而延長(zhǎng)T2值[10-11]，T2值升高可反映軟骨內(nèi)組織變化，對(duì)早期檢測(cè)軟骨退變也具敏感性。觀察組股骨內(nèi)外側(cè)髁、對(duì)照組股骨外側(cè)髁負(fù)重區(qū)和非負(fù)重區(qū)相比，軟骨平均T2值升高(P＜0.05)，Shiomi等[12]和Hannila等[13]在之前的研究中也得出過(guò)類(lèi)似結(jié)果，表明負(fù)重區(qū)軟骨T2值較高，這一發(fā)現(xiàn)可能表明關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)生物化學(xué)成分和生物力學(xué)的空間變化[14]。對(duì)照組股骨內(nèi)側(cè)髁負(fù)重區(qū)和非負(fù)重區(qū)平均T2值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，可能由于如參數(shù)設(shè)置、魔角效應(yīng)、部分容積效應(yīng)等多種因素影響T2值而導(dǎo)致不同。對(duì)于同區(qū)域淺深層對(duì)比，除觀察組股骨內(nèi)側(cè)髁負(fù)重區(qū)，余各區(qū)域淺層軟骨平均T2值大于深層(P＜0.05)，軟骨的特征在于區(qū)域的解剖結(jié)構(gòu)由不同的膠原纖維組織產(chǎn)生，豐富的地帶性差異很可能表明骨關(guān)節(jié)炎軟骨的成分和結(jié)構(gòu)變化的多面性[15]，T2弛豫時(shí)間受含水量和水分子與膠原纖維相互作用的影響，T2值越高，說(shuō)明含水量越高，水分子的遷移率越高，反之亦然。T2弛豫時(shí)間向軟骨深部減少是關(guān)節(jié)軟骨T2值的特征[16]，本研究這一結(jié)果可能證實(shí)T2 mapping可通過(guò)從深層到淺層的T2值增加而反映軟骨區(qū)域成分的變化以及含水量的區(qū)域差異。本研究發(fā)現(xiàn)重度和輕度OA組股骨內(nèi)外側(cè)髁負(fù)重區(qū)平均T2值均高于正常組(P＜0.05)，但差異未體現(xiàn)在不同損傷分級(jí)中，提示了早期輕度OA病情的出現(xiàn)也可通過(guò)T2值的定量增加而體現(xiàn)。

本研究還具有一些局限性，首先，受試者群體較小，有必要在更大的患者樣本中通過(guò)更全面的評(píng)估來(lái)證實(shí)本研究的結(jié)果，其次多種因素均可影響測(cè)量軟骨T2值，有文獻(xiàn)報(bào)道年齡也是獨(dú)立因素之一，本研究納入患者年齡差異較大，今后可將年齡也作為單一變量之一，本研究未結(jié)合病理，下一步工作中需結(jié)合關(guān)節(jié)鏡的證實(shí)，將診斷準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高。

綜上所述，膝關(guān)節(jié)軟骨退變具有軟骨T2值升高的特點(diǎn)，T2 mapping可通過(guò)偽彩圖直接觀察軟骨，還可通過(guò)測(cè)量T2值間接反映軟骨組織成分變化。本研究證實(shí)T2 mapping可測(cè)量出軟骨T2值的改變，從而提示臨床進(jìn)行干預(yù)，減緩病程進(jìn)展，改善預(yù)后。T2 mapping有助于OA患者及時(shí)開(kāi)始治療，監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展以及對(duì)軟骨修復(fù)進(jìn)行隨訪，在評(píng)估軟骨變化方面有重要應(yīng)用價(jià)值和臨床意義。

利益沖突：無(wú)。