踝關節(jié)剝脫性骨軟骨炎微骨折術后修復組織的MRI定量評估

鹿蓉，喬洋，陶虹月，尚西亮，馮曉源，陳爽

剝脫性骨軟骨炎（osteochondritis dissecans，OCD）是一種關節(jié)軟骨及軟骨下骨的特發(fā)性病變，好發(fā)于青年男性，常累及負重關節(jié)[1]。目前，臨床常用的治療OCD的方法包括關節(jié)鏡下灌洗術、關節(jié)清理術、軟骨下鉆孔術、微骨折術、自體或異體骨軟骨移植術和軟骨細胞移植術等[2]。其中，微骨折術的術后隨訪結果顯示臨床療效顯著，患者能及早恢復運動狀態(tài)，因此這種方法目前是踝關節(jié)OCD的一線治療方案[3]。然而，目前臨床上對踝關節(jié)OCD微骨折術后修復情況的評估主要依據(jù)臨床療效評分，這種評估方式的主觀性強，缺乏客觀、準確的評估體系。關節(jié)鏡檢查雖然是金標準，但屬有創(chuàng)操作，并且只能評估修復組織表面的情況，無法了解內(nèi)部的構成，限制了其在術后隨訪中的應用，而MRI具有多方位、多序列、多參數(shù)成像及組織分辨率高等優(yōu)點，是目前唯一能有效顯示關節(jié)軟骨的無創(chuàng)性檢查手段。近幾年來關節(jié)軟骨的MRI研究及應用受到各國學者的重視，但幾乎所有的臨床研究都是針對膝關節(jié)的，對踝關節(jié)微骨折術后修復組織進行MRI評估，尤其是MRI定量評估的更是為數(shù)不多。本研究中將踝關節(jié)OCD微骨折術后的隨訪分為兩個時間段，采用MR形態(tài)學成像序列即3D雙回波穩(wěn)態(tài)進動 序 列（double echo steady state sequence，3DDESS）來測量修復組織的厚度，功能學序列T2-mapping來測量修復組織的T2值，同時增加了對骨髓水腫（bone marrow edema，BME）敏感的T2STIR序列來測量修復區(qū)下BME的體積，通過修復厚度、組織生化構成、BME三個定量指標來評估微骨折術后軟骨修復情況以及修復組織隨著時間的變化情況，并結合臨床療效評分，對踝關節(jié)OCD微骨折術后軟骨修復進行全面評估。

材料與方法

1.研究對象

2010-2012年在本院運動醫(yī)學科行微骨折術治療的踝關節(jié)OCD患者20例，患者在術后3～12個月（早期）及12～24個月（中期）分別進行兩次踝關節(jié)MRI掃描及臨床療效評分[4]。病例納入選標準：①臨床診斷為踝關節(jié)OCD的患者；②符合微骨折治療的適應證，軟骨缺損直徑＜1.5cm[5]；③年齡＜50歲；④身體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）＜24kg／m2；⑤病史不超過12個月。排除標準：①合并嚴重肌腱、韌帶損傷；②踝關節(jié)畸形、內(nèi)外翻力線不良；③全身性骨軟骨炎；④踝關節(jié)局部多發(fā)損傷；⑤骨髓基礎病變；⑥有同側踝關節(jié)手術史；⑦術后未按常規(guī)進行康復治療；⑧隨訪過程中出現(xiàn)再次損傷、過度運動、新生骨髓病變及使用激素類藥物。

2.手術操作方法

關節(jié)鏡下找到軟骨損傷區(qū)域，用刨刀和刮匙清理松動變形的軟骨碎片和游離軟骨，使損傷區(qū)周圍的正常軟骨邊緣光整，然后用刮匙刮除損傷區(qū)殘留的軟骨鈣化層，暴露軟骨下骨板[6]。使用關節(jié)鏡手錐在軟骨下骨板上打孔，制造微骨折，孔徑約1～2mm，孔間間隔約2～3mm，孔深度約3～4mm，以見脂肪滴或孔中滲血為度，孔間彼此必須是獨立的，不能損壞其間支撐的軟骨下骨板[4]。術后，患者手術側踝關節(jié)固定7天，之后進行為期8周的小范圍、非負重康復訓練，在術后6個月內(nèi)不能進行劇烈的負重運動。

3.MRI掃描方法

使用Siemens Verio 3.0T高場MR儀及后處理工作站（VB17軟件），選用8通道相控陣頭顱線圈?；颊啧钻P節(jié)取伸直位，仰臥位足先進，以矢狀面作為主要觀察平面，掃描序列及參數(shù)見表1。

表1 MR掃描序列及參數(shù)

4.MR定量測量方法

修復厚度指數(shù)：在3D-DESS矢狀面圖像上取修復區(qū)最大截面所在層面，采用5點法（中心區(qū)、兩側邊緣區(qū)、兩側直徑的1／4區(qū)）測量軟骨下骨板至修復組織上緣的厚度，取平均值，同時測量周圍正常軟骨的平均厚度，計算修復厚度與正常軟骨厚度之比，即厚度指數(shù)[7]。

T2指數(shù)：在T2-mapping圖像上取修復區(qū)所在層面（3～4層），在修復區(qū)勾畫感興趣區(qū)（region of interest，ROI），測量修復組織的平均T2值；在相同層面測量修復區(qū)兩側正常軟骨的T2值，求平均值；計算修復區(qū)T2值與周圍正常軟骨T2值的比值，即為T2指數(shù)[8]。

繪制T2值空間分布色階圖（T2-mapping圖）：應用Siemens工作站上的VB17軟件，在T2-mapping修復區(qū)最大層面，在修復區(qū)域勾畫ROI，設定色階圖各參數(shù)值，繪制軟骨的T2-mapping圖。

BME體積：在T2STIR矢狀面圖像上測量修復區(qū)下BME區(qū)域的上下徑和前后徑，在T2STIR冠狀面圖像上測量BME的左右徑，采用橢球體體積公式計算BME體積[9]。

5.臨床療效評分

臨床療效采用 美國矯形外科學會足部及踝關節(jié)協(xié)會（American Orthopaedic Foot and Ankle Society，AOFAS）評分系統(tǒng)進行評估，AOFAS評分≥90為臨床療效顯著，80～89為療效良好，70～79為療效一般，＜70為療效不佳[10]。

6.統(tǒng)計學方法

使用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計學分析。采用配對t檢驗比較術后早期和中期的MRI定量參數(shù)（厚度指數(shù)、T2指數(shù)、BME體積）及AOFAS評分的差異，用Pearson相關分析評估定量MRI參數(shù)與AOFAS評分的相關性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

本研究中20例患者術后早期的平均隨訪時間為（8.5±2.6）個月，術后中期為（19.4±3.0）個月。兩次隨訪的MRI定量參數(shù)及AOFAS評分結果見表2。

表2 術后早中期MRI各測量值及AOFAS評分

微骨折術后中期的骨修復組織的厚度指數(shù)大于早期（圖1、2），差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。但是，修復厚度低于正常軟骨厚度，說明大部分病例損傷軟骨仍未得到完全填充。術后中期修復組織的T2指數(shù)小于早期，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；術后早期T2指數(shù)明顯大于1.000，即修復組織的T2值顯著高于正常軟骨；術后中期T2指數(shù)接近1.000，即修復組織的T2值接近或略大于正常軟骨，說明多數(shù)修復組織逐漸成熟，接近于正常軟骨。在T2-mapping圖上可以看到，術后早期修復區(qū)相對于周圍正常軟骨主要呈現(xiàn)紅黃色，顏色分布不規(guī)律，看不到分層現(xiàn)象，而術后中期修復區(qū)主要以綠色為主、混雜有少許藍色，部分病例以藍色為主，出現(xiàn)輕度分層現(xiàn)象（圖1b、2b）。術后中期修復區(qū)下BME范圍小于早期（圖1d、2d），差異有統(tǒng)計意義（P＜0.05），說明隨著修復的進行，損傷區(qū)下骨髓水腫的范圍逐漸縮小。

術后中期患者的AOFAS評分大于術后早期，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），提示微骨折術后中期患者的臨床癥狀較早期有明顯改善。術后早期，有2例（10%）患者的AOFAS評分低于70，提示臨床療效不佳；7例（35%）的臨床療效顯著或良好，11例（55%）的療效一般；術后中期，所有患者的AOFAS評分均高于70，其中17例（85%）臨床療效良好或顯著，3例（15%）療效一般。

圖1 踝關節(jié)OCD微骨折術后3D-DESS序列矢狀面圖像。a）術后早期圖像，示踝關節(jié)損傷修復區(qū)軟骨較薄且表面不平整（箭）；b）術后中期圖像，示踝關節(jié)損傷修復區(qū)軟骨表面稍欠光整（箭）。

圖2 踝關節(jié)OCD微骨折術后T2-mapping序列矢狀面圖像。a）術后早期圖像，示踝關節(jié)損傷修復區(qū)軟骨主要呈現(xiàn)紅黃色，顏色分布不規(guī)律，無明顯分層現(xiàn)象（箭）；b）術后中期圖像，示踝關節(jié)損傷修復區(qū)軟骨主要為綠色與藍色，出現(xiàn)輕度分層現(xiàn)象（箭）。

圖3 踝關節(jié)OCD微骨折術后T2-STIR序列圖像。a）術后早期矢狀面圖像，示踝關節(jié)損傷修復區(qū)下BME范圍較大，明顯呈高信號（箭）；b）術后中期矢狀面圖像，示踝關節(jié)損傷修復區(qū)下BME范圍較小，呈稍高信號（箭）；c）術后早期冠狀面圖像，示踝關節(jié)損傷修復區(qū)下BME范圍較大，局部明顯呈高信號（箭）；d）術后中期冠狀面圖像，示踝關節(jié)損傷修復區(qū)下BME范圍較小，呈稍高信號（箭）。

對所有患者的三個MR定量參數(shù)與患者的AOFAS評分分別進行相關性分析（圖3～5），結果顯示：修復組織的厚度指數(shù)、T2指數(shù)及修復區(qū)下BME體積與AOFAS評分均存在相關關系（r＝0.412、-0.531和-0.357，P＜0.05）。上述結果表明，踝關節(jié)OCD微骨折術后，隨著損傷區(qū)逐漸填充和修復組織逐漸成熟，BME范圍逐漸縮小，患者臨床癥狀得到改善。

討 論

1.踝關節(jié)OCD治療與術后評估的研究背景

OCD是關節(jié)軟骨及軟骨下骨的特發(fā)性病變，好發(fā)于青年男性，常累及負重關節(jié)[1]。其具體發(fā)病機制不明，運動損傷等機械性因素以及退行性骨性關節(jié)炎等可能是關節(jié)OCD的主要病因。目前，OCD臨床常用的治療方法包括關節(jié)鏡下灌洗術、關節(jié)清理術、軟骨下鉆孔術、微骨折術、自體或異體骨軟骨移植術和軟骨細胞移植術等[2]。微骨折術是骨髓刺激技術的一種，主要方法是在關節(jié)軟骨缺損區(qū)裸露的軟骨下骨進行鉆孔，依靠骨髓血間充質(zhì)干細胞的分化以及軟骨下骨的血供來完成軟骨缺損修復過程。作為修復關節(jié)軟骨損傷的關節(jié)鏡下技術，其操作較簡單、無需特殊器械、創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少、且保留了進一步進行其它手術治療的機會，是目前臨床修復踝關節(jié)OCD的一線治療方案[3]。損傷區(qū)的修復情況（包括修復厚度和組織生化構成）決定了軟骨修復術后的臨床療效，填充比例越高、修復組織與透明軟骨同源性越高，則臨床療效與遠期預后較好[11]，因此，OCD微骨折術后的評估需從這兩方面進行。

MRI具有多方位、多序列、多參數(shù)成像及組織分辨力高等優(yōu)點，是目前唯一能有效顯示關節(jié)軟骨的無創(chuàng)性檢查手段。脛距關節(jié)內(nèi)的關節(jié)軟骨較薄，厚度一般為0.4～2.1mm，因此，MRI在顯示踝關節(jié)軟骨時對其空間分辨力及信噪比的要求較高，成像時易產(chǎn)生部分容積效應，對運動偽影敏感，使觀察和測量軟骨形態(tài)學及生化信息存在一定的困難。對此，踝關節(jié)軟骨的MRI對軟硬件方面都提出了極高要求：需具備1.5T及以上高場強MR機，專用踝關節(jié)線圈（正交或相控陣線圈）或表面線圈，采用并行采集技術等。本研究中采用Siemens 3.0T高場強MR機相控陣頭顱線圈對踝關節(jié)微骨折術后隨訪患者進行MRI掃描。

傳統(tǒng)的顯示軟骨形態(tài)學改變的MRI序列如快速自旋回波（fast spin echo，F(xiàn)SE）序列、脂 肪抑制（fat suppression，F(xiàn)S）序列等，不能清晰顯示踝關節(jié)軟骨[12]。近年來，出現(xiàn)了很多新的優(yōu)異的軟骨3D成像序列，其中3D-DESS通過在穩(wěn)態(tài)中兩次回波的聯(lián)合作用，使關節(jié)軟骨成像具有各向同性和空間分辨力高的優(yōu)點，對踝關節(jié)軟骨的形態(tài)學改變非常敏感，能很好地顯示修復厚度[8]。軟骨在此序列圖像上表現(xiàn)為中等信號，與高信號的滑液和低信號的骨髓形成良好對比。本研究中采用該序列來測量術后修復組織的厚度。STIR即短反轉時間恢復序列，能抑制骨髓腔內(nèi)的脂肪信號，使脂肪信號明顯下降，而水腫信號不下降，從而使二者形成鮮明的對比。此序列是目前公認的判斷BME范圍、程度的最佳序列，因此，本研究中采用STIR圖像來測量修復區(qū)下BME的體積。

隨著MRI技術的發(fā)展，對關節(jié)軟骨的評估已從形態(tài)學發(fā)展為功能學，并開始對軟骨組織的生化構成進行定量研究[13]。T2-mapping序列就是最主要的代表之一，它能反映修復組織的橫向弛豫時間[14]。Ⅱ型膠原纖維由軟骨細胞生成，是軟骨基質(zhì)中重要的成分之一，T2值是反映Ⅱ型膠原含量、排列分布的一個功能指標[15]。T2-mapping是T2值的空間分布圖，能直觀形象地反映II型膠原纖維的排列分布情況。因此，本研究中采用T2-mapping序列來測量修復組織T2值并繪制T2-mapping圖來反映修復區(qū)II型膠原纖維的性狀[16]，并可間接反映組織生化構成情況。

2.術后不同隨訪時間修復組織的定量MRI參數(shù)的差異

微骨折術后，損傷區(qū)逐漸由修復組織填充，但在術后中期仍未達到完全填充。Lee等[10]對踝關節(jié)軟骨損傷微骨折術后12個月的患者進行二次關節(jié)鏡探查，發(fā)現(xiàn)損傷區(qū)未得到完全填充，這與本研究3D-DESS序列顯示的結果相似；Frisbie等[17]在馬軟骨損傷模型上進行微骨折術的研究結果顯示，術后損傷區(qū)填充約達三分之二。

術后早期損傷區(qū)血凝塊形成，骨髓間充質(zhì)細胞遷移，軟骨開始分化，修復組織不成熟[16]，生成的II型膠原纖維含量少，排列紊亂，易產(chǎn)生魔角效應[5]，此時期的T2值明顯大于正常軟骨，同時也說明微骨折術后1年內(nèi)是修復組織開始形成的關鍵時期，修復組織逐漸進入成熟階段，此期應嚴格按照康復方案進行關節(jié)訓練，避免劇烈負重運動。隨著時間的延長，修復組織的T2值逐漸減低，中期隨訪的T2指數(shù)低于早期，此期，修復組織逐漸成熟，生成的Ⅱ型膠原纖維增多、排列規(guī)整，相應的T2值可見明顯下降、接近甚至低于正常軟骨。我們[2]之前的動物實驗及其他學者[17]的實驗研究已證實，微骨折術后主要以纖維軟骨修復為主，修復區(qū)的T2值逐漸下降，最終低于正常軟骨；Domayer等[8]和Kreuz等[18]對膝關節(jié)微骨折術后的隨訪顯示，術后2年以上可見修復區(qū)的T2值低于周圍正常軟骨。此外，T2-mapping圖在膝關節(jié)微骨折術后隨訪中的應用價值也已經(jīng)被不少學者所證實[15]，同樣的技術應用到踝關節(jié)也得到了肯定[19]。軟骨基質(zhì)內(nèi)Ⅱ型膠原纖維有規(guī)律的排列是T2-mapping圖上軟骨出現(xiàn)分層現(xiàn)象的組織學基礎，本研究術后中期隨訪時T2-mapping圖上可見修復區(qū)大部分 呈綠色、混雜少許藍色，T2值接近正常軟骨，僅小部分呈藍色，并出現(xiàn)輕度分層現(xiàn)象，T2值略低于正常軟骨，這說明踝關節(jié)OCD微骨折術后1～2年內(nèi)，修復組織還處于逐漸成熟過程中，因此，臨床上應至少隨訪2年以才能準確判斷臨床療效。

綜上所述，踝關節(jié)OCD微骨折術后修復組織逐漸填充、逐漸成熟，在術后隨訪過程中，如果出現(xiàn)了修復區(qū)的塌陷或T2值較前增高，則反映了修復的異常，特別是T2值能在修復組織形態(tài)學發(fā)生改變前敏感地顯示膠原纖維的斷裂、排列紊亂，能早期發(fā)現(xiàn)修復異常，從而指導臨床及早采取治療措施。

此外，在微骨折術后隨訪患者中，我們發(fā)現(xiàn)修復區(qū)下均有不同程度的BME，BME的范圍和程度在個體間的差異較大，術后中期隨訪時修復區(qū)下BME范圍較術后早期縮小。很多學者曾發(fā)現(xiàn)軟骨下BME的出現(xiàn)和程度與軟骨異常存在一定的相關性。Kijowski等[20]報道，關節(jié)鏡證實的有軟骨損傷的患者中60%伴有軟骨下BME，并且軟骨損傷程度越高，BME出現(xiàn)的概率越大。也有研究也發(fā)現(xiàn)，軟骨下BME的范圍和程度與軟骨損傷的程度及臨床癥狀存在相關性，Ⅲ、Ⅳ級軟骨損傷往往伴有較大范圍的BME，手術或保守治療后隨訪過程中出現(xiàn)BME或BME加重者常表現(xiàn)為疼痛明顯、功能受損、日后需行關節(jié)置換術的概率高，而無BME或BME減輕者的手術療效較好[21]。OCD為軟骨及軟骨下骨的損傷，易引起B(yǎng)ME，而且微骨折術是一種骨髓刺激術，易于導致BME，這可以解釋為什么本研究中OCD微骨折術后伴有較明顯的BME。但隨著修復的進行，BME逐漸減輕。

3.術后不同隨訪時間臨床療效評分的差異

術后中期隨訪時患者的AOFAS評分較術后早期增高，85%的患者臨床療效顯著或良好，說明術后2年內(nèi)患者的臨床癥狀逐漸得到改善。Lee等[10]曾對20例踝關節(jié)微骨折術后12個月的患者進行隨訪，90%的患者AOFAS評分≥80，其他學者的研究也得到了相似的結果[3，22]。本研究中微骨折術后大多數(shù)患者的臨床癥狀得到了改善，獲得了較滿意的臨床療效，盡管部分患者的損傷區(qū)未得到完全填充；Gill和Macgillivray[23]曾用MRI隨訪（平均隨訪時間3年）19例膝關節(jié)微骨折術后患者，顯示患者均獲得了良好的主觀療效，但58%的患者MRI顯示僅0%～66%的損傷區(qū)可見新生軟骨修復再生。同樣，Lee等[10]對踝關節(jié)微骨折術后患者的關節(jié)鏡探查也顯示，損傷區(qū)并非完全為新生軟骨再生修復，但患者獲得了良好的臨床療效。

從相關性分析結果可知，修復組織厚度指數(shù)、T2指數(shù)、修復區(qū)下BME均與AOFAS評分存在相關性，提示修復厚度、組織生化構成、BME會影響術后臨床療效。

綜上所述，MR 3D-DESS、T2-mapping、T2STIR能從修復厚度、組織生化構成、修復區(qū)下BME方面全方位有效地評估踝關節(jié)OCD微骨折術后修復組織的情況，為臨床踝關節(jié)OCD微骨折術后的隨訪提供了一種無創(chuàng)、客觀準確的評估手段。本研究也存在諸多不足之處：雖然統(tǒng)計學方法適宜，但由于納入的病例數(shù)較少，樣本量偏小，可能會影響統(tǒng)計結果的穩(wěn)定性；另外，本研究只進行了術后早期和中期的隨訪，沒有進行遠期的隨訪，踝關節(jié)OCD微骨折術后2年以上修復組織的定量MRI和AOFAS評分如何變化還需進一步研究；此外，本研究缺乏關節(jié)鏡的組織學對照，也沒有與其它治療方法對比，定量MRI評估方法是否適用于其它治療方法，也是一個值得研究的命題。

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