T2弛豫時間圖在膝關(guān)節(jié)軟骨下骨髓水腫與軟骨損傷相關(guān)性研究中的應(yīng)用

方 舒，邢 偉

（蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院放射科，江蘇 常州 213000）

T2弛豫時間圖在膝關(guān)節(jié)軟骨下骨髓水腫與軟骨損傷相關(guān)性研究中的應(yīng)用

方 舒，邢 偉

（蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院放射科，江蘇 常州 213000）

目的：探討T2弛豫時間圖（T2mapping）在膝關(guān)節(jié)軟骨下骨髓水腫（bone marrow edema，BME）與軟骨損傷相關(guān)性研究中的應(yīng)用價值。方法：選擇因非外傷性膝關(guān)節(jié)疼痛行MRI檢查的BME患者42例作為患者組，另選擇10例健康志愿者作為對照組，測量BME被覆軟骨T2弛豫時間（T2RT）及對照組軟骨T2RT，并行獨立樣本t檢驗；測量BME體積，將BME體積與被覆軟骨T2RT值行Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果：患者組BME被覆軟骨的T2RT較對照組膝關(guān)節(jié)軟骨的T2RT值高（P＜0.05）；BME體積與其被覆軟骨的T2RT之間有相關(guān)性（P＜0.05）。結(jié)論：T2mapping在膝關(guān)節(jié)軟骨BME與軟骨損傷相關(guān)性研究中具有重要價值；膝關(guān)節(jié)軟骨下BME的存在提示相應(yīng)被覆軟骨的損傷，且BME范圍越大，軟骨損傷越嚴(yán)重。

T2弛豫時間；軟骨；骨髓；水腫；磁共振成像

隨著MRI技術(shù)的發(fā)展，對關(guān)節(jié)軟骨的評價已從形態(tài)學(xué)發(fā)展為形態(tài)-功能關(guān)系的評價。T2弛豫時間圖（T2mapping）技術(shù)即通過測量T2弛豫時間（T2RT）對軟骨內(nèi)早期生物大分子改變進行量化的評價方法。無明顯外傷膝關(guān)節(jié)疼痛是骨科常見的就診原因。耿曉鵬等［1］指出膝軟骨下骨髓水腫（bone marrow edema，BME）與膝關(guān)節(jié)疼痛有關(guān)，BME是MRI發(fā)現(xiàn)的具有典型信號特征、且在X線、CT及超聲檢查中均不易被發(fā)現(xiàn)的征象。本研究通過T2mapping技術(shù)來探討膝關(guān)節(jié)軟骨下BME與被覆軟骨損傷之間的關(guān)系，旨在早期提示臨床膝關(guān)節(jié)疼痛的本質(zhì)病因。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇我院2014年1—11月因膝關(guān)節(jié)疼痛行MRI檢查的BME患者42例作為患者組，其中男19例，女23例；年齡25～50歲，平均36歲。另選擇健康志愿者10例作為對照組，男6例，女4例；年齡20～35歲，平均29歲?；颊呓M納入標(biāo)準(zhǔn)：①膝關(guān)節(jié)有疼痛不適感，MRI檢查膝關(guān)節(jié)內(nèi)出現(xiàn)BME，根據(jù)全器官磁共振評分（whole-organ magnetic resonance imaging score，WORMS）［2］判斷局部BME被覆軟骨為0或1分者（0分：MRI顯示軟骨形態(tài)及信號無異常；1分：MRI顯示軟骨形態(tài)正常而在水敏感序列中可表現(xiàn)為信號增高）；②既往無膝關(guān)節(jié)手術(shù)史、外傷史、感染性病變、腫瘤、畸形，以及代謝性骨病等。對照組納入標(biāo)準(zhǔn)：①既往無膝部疼痛和僵硬、功能障礙等臨床癥狀；②MRI檢查及X線片無異常；③無膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎、外傷手術(shù)史、感染性病變、腫瘤、關(guān)節(jié)畸形，以及代謝性骨病等。

1.2 儀器與方法 采用 Siemens Verio 3.0 T MRI掃描儀，15通道膝關(guān)節(jié)專用線圈?；颊呷⊙雠P位。掃描序列包括T1WI、T2WI、質(zhì)子脂肪抑制序列（FS-PDW）、3D水激發(fā)穩(wěn)態(tài)進動快速成像序列（3D-we-trufi）及T2mapping。T1WI TR 650ms，TE 12ms，層厚4mm，F(xiàn)OV 160mm×160mm；T2WITR 3500ms，TE 112ms，層厚4 mm，F(xiàn)OV 160 mm×160 mm；FS-PDW TR 2500ms，TE 30ms，層厚3mm，F(xiàn)OV 200mm×200mm；3D-we-trufi TR 11ms，TE 5ms，層厚 0.7mm，F(xiàn)OV 150mm×150mm；T2mapping采用8回波SE序列，TR2 000ms，TE 15、30、45、60、75、90、105、130ms，層厚1mm，層距0.8mm，F(xiàn)OV 150mm×150mm，翻轉(zhuǎn)角90°。

1.3 圖像分析 將數(shù)據(jù)傳輸至 Siemens工作站生成T2mapping灰階圖，由2名有多年膝關(guān)節(jié)MRI診斷經(jīng)驗的副高以上職稱影像醫(yī)師閱片，將膝關(guān)節(jié)軟骨分為股骨內(nèi)、外側(cè)髁軟骨，脛骨平臺內(nèi)、外側(cè)髁軟骨及髕骨軟骨5個區(qū)。對照組分別對5個區(qū)中間部分軟骨的淺、深層各選3個ROI進行測量，ROI大小為1 mm2，測量后取平均值（圖1）；患者組確定BME形態(tài)及所在位置（圖2），在BME中央部分的被覆軟骨選擇ROI，ROI的大小及測量方法與對照組相同。BME體積測量方法：在矢狀位FS-PDW圖像上測量BME的最大前后徑和上下徑，在冠狀位FS-PDW圖像上測量BME的最大左右徑，然后根據(jù)最大徑算出半徑代入公式 4/3×π×r（前后徑）×r（上下徑）×r（左右徑）得出體積。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析，患者組BME被覆軟骨T2RT與對照組軟骨T2RT值比較采用獨立樣本t檢驗；BME體積與其被覆軟骨T2RT之間采用Pearson相關(guān)性分析。2名閱片者之間評分的一致性用Kappa檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 健康男性，22歲，T2mapping灰階圖ROI選取示例圖，1為軟骨淺層，2為軟骨深層，ROI大小1mm2圖2 男，42歲，膝關(guān)節(jié)疼痛 圖2a 質(zhì)子脂肪抑制序列（FS-PDW）上骨髓水腫樣變區(qū)（白箭） 圖2b 3D-we-trufi序列，骨髓水腫區(qū)域軟骨形態(tài)良好

2 結(jié)果

在5個軟骨分區(qū)內(nèi)，患者組軟骨下BME被覆軟骨的T2RT均較對照組相應(yīng)區(qū)域軟骨T2RT升高（P＜0.05）（表1）；軟骨下BME體積與被覆軟骨的T2RT值具有相關(guān)性（P＜0.05）（表2）。

表1 BME被覆軟骨與對照組膝關(guān)節(jié)軟骨T2RT比較（t/ms，±s）

表1 BME被覆軟骨與對照組膝關(guān)節(jié)軟骨T2RT比較（t/ms，±s）

注：BME，骨髓水腫；T2RT，T2弛豫時間。

組別 例數(shù)患者組 42對照組 10 t值P值髕骨軟骨 脛骨平臺內(nèi)側(cè)髁軟骨 脛骨平臺外側(cè)髁軟骨 股骨內(nèi)側(cè)髁軟骨 股骨外側(cè)髁軟骨50.64±7.01 53.07±6.61 51.42±4.23 52.09±4.53 49.06±5.12 40.11±5.06 39.09±3.92 41.01±1.92 40.15±4.06 38.76±2.81 4.777 7.889 5.938 6.859 7.345＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

表2 膝關(guān)節(jié)BME被覆軟骨T2RT值與相應(yīng)關(guān)節(jié)面下BME體積相關(guān)性分析

3 討論

膝關(guān)節(jié)軟骨T2mapping是多回波FSE序列的原始圖像經(jīng)計算機后處理形成不同的灰階或不同色階的圖像，通過測量不同ROI的T2RT可定量分析關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)組織成分的變化［4］。關(guān)節(jié)軟骨由軟骨細胞及軟骨基質(zhì)構(gòu)成，軟骨細胞的主要功能是產(chǎn)生和維持細胞外基質(zhì)，基質(zhì)主要成分是水、膠原纖維和蛋白多糖，水分是關(guān)節(jié)軟骨最豐富的成分，占軟骨濕重的65%～80%，從軟骨面到軟骨下骨逐層降低［5］。關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)T2RT與軟骨內(nèi)水分呈線性關(guān)系，且對膠原成分丟失和膠原纖維方向很敏感，軟骨早期退變時由于膠原纖維破壞、膠原組織含量減少及方向排列改變而導(dǎo)致軟骨組織中水分增加，從而引起T2RT增加［6］。關(guān)節(jié)軟骨的T2RT與軟骨退變程度有著明顯的相關(guān)性，隨著軟骨退變程度的加重，T2RT明顯升高，因此T2mapping是發(fā)現(xiàn)早期軟骨退變的敏感方法［7］。Kijowski等［8］指出與常規(guī)MRI序列相比，T2mapping技術(shù)能夠提高軟骨損傷檢出的敏感度和特異度，特異度可達97.8%。本研究中探討B(tài)ME與被覆軟骨的變化關(guān)系，以T2mapping作為定量標(biāo)準(zhǔn)，可發(fā)現(xiàn)軟骨的早期病變。

Zanetti等［9］研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致膝骨關(guān)節(jié)炎MRI圖像中軟骨下BME的主要病理改變包括骨髓壞死、骨髓纖維化及骨小梁結(jié)構(gòu)異常，而非真正意義上的BME。BME在T2WI及脂肪抑制像上表現(xiàn)為軟骨下骨髓內(nèi)邊緣不規(guī)則的明亮區(qū)域［10］。劉亞非等［11］指出BME與膝關(guān)節(jié)機械因素及應(yīng)力異常有關(guān)。體質(zhì)量指數(shù)、年齡是膝關(guān)節(jié)炎軟骨下BME的危險因素，與BME嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［12］。周自明等［13］發(fā)現(xiàn)，新發(fā)生骨髓病變組、骨髓病變范圍擴大組與病灶穩(wěn)定組相比，前者局部關(guān)節(jié)軟骨損害的風(fēng)險更明顯，而未見骨髓損害病灶組的軟骨損害風(fēng)險遠小于病灶穩(wěn)定不變組，說明BME與軟骨損害有關(guān)。徐勤光等［14］指出，BME可導(dǎo)致軟骨缺損退化，顯著增加局部關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)破壞的風(fēng)險。Bolbos等［15］研究發(fā)現(xiàn)，前交叉韌帶損傷患者軟骨下BME的被覆軟骨T1ρ值升高，說明BME的被覆軟骨存在損傷。本研究中，BME的被覆軟骨T2RT高于正常健康志愿者，提示BME被覆軟骨存在損傷，即使軟骨形態(tài)未發(fā)生明顯變化，BME被覆軟骨內(nèi)組織成分已發(fā)生明顯改變，此結(jié)論與以上研究一致。由于受經(jīng)濟及時間的限制，目前軟骨的一些MRI早期生化成像，如T1ρ弛豫時間圖（T1ρmapping）、Na譜成像技術(shù)（Na-MR）、延時增強MRI軟骨成像（dGEMRI）及T2mapping技術(shù)等并不能用于每一位膝關(guān)節(jié)檢查者中，因此，若在膝關(guān)節(jié)常規(guī)檢查中，發(fā)現(xiàn)軟骨下有BME存在，可認(rèn)為BME的被覆軟骨存在損傷，從而為臨床診斷提供重要參考依據(jù)。

BME體積與軟骨損傷程度是否相關(guān)一直以來存在爭議，Bining等［16］研究認(rèn)為兩者之間沒有聯(lián)系，而另有一些學(xué)者［17］則認(rèn)為兩者有相關(guān)性。本研究中膝關(guān)節(jié)軟骨下BME體積和被覆軟骨的T2RT之間具有相關(guān)性，BME被覆軟骨的T2RT隨著BME的體積增大而升高。因此，通過測量軟骨下BME體積可初步診斷軟骨損傷的程度。

目前臨床對BME的治療方法較多且效果較好，而膝關(guān)節(jié)軟骨損傷的治療方法及效果相對較差，借助于MRI常規(guī)檢查發(fā)現(xiàn)的BME可早期提示相應(yīng)軟骨的損傷，從而早期干預(yù)、及時治療，防止軟骨的進一步損傷，提高患者生活質(zhì)量。

［1］耿曉鵬，陳百成，王霞，等.軟骨下骨髓水腫與膝骨關(guān)節(jié)炎疼痛相關(guān)性的影像學(xué)研究［J］.中華骨科雜志，2005，25（11）：682-686.

［2］Peterfy CG，Guermazi A，Zaim S，et al.Whole-organ Magnetic Resonance Imaging Score（WORMS）of the knee in osteoarthritis［J］. Osteoarthritis Cartilage，2004，12：177-190.

［3］Driban JB，Lo GH，Lee JY，et al.Quantitative bone marrow lesion size in osteoarthritic knees correlates with cartilage damage and predicts longitudinal cartilage loss［J］.BMC Musculoskelet Disord，2011，12：217.

［4］王之平，吳偉，廖國政，等.磁共振T2-mapping成像在早期膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎診斷中的應(yīng)用價值［J］.中國計算機成像雜志，2014，20（1）：46-49.

［5］張麗娟，姚偉武.關(guān)節(jié)軟骨損傷的生化改變與影像學(xué)表現(xiàn)［J］.中國醫(yī)學(xué)計算機成像雜志，2010，16（1）：87-92.

［6］Lusse S，Claassen H，Gehrke T，et al.Evaluation of water content by spatially resolved transverse relaxation times of human articular cartilage［J］.Magn Reson Imaging，2000，18：423-430.

［7］王鶴翔，郝大鵬，徐文堅，等.3.0 T MRI T2-mapping對膝關(guān)節(jié)軟骨退變的評估價值［J］.磁共振成像，2012，3（4）：245-249.

［8］Kijowski R，Blankenbaker DG，Munoz Del Rio A，et al.Evaluation of the articular cartilage of the knee joint：value of adding a T2 mapping sequence to a routine MR imaging protocol［J］.Radiology，2013，267：503-513.

［9］Zanetti M，Bruder E，Romero J，et al.Bone marrow edema pattern in osteoarthritic knees：correlation between MR imaging and histologic findings［J］.Radiology，2000，215：835-840.

［10］Li X，Ma BC，Bolbos RI，et al.Quantitative assessment of bone marrow edema-like lesion and overlying cartilage in knees with osteoarthritis and anterior cruciate ligament tear using MR imaging and spectroscopic imaging at 3 Tesla［J］.J Magn Reson Imaging，2008，28：453-461.

［11］劉亞非，張兵，趙玉霞.軟骨下骨髓水腫與膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)骨密度的相關(guān)性研究［J］.中國醫(yī)師雜志，2009，12（11）：1692-1693，1701.

［12］熊江彪，陳靜，涂建新，等.膝骨關(guān)節(jié)炎軟骨下骨髓水腫樣病變的危險因素研究［J］.醫(yī)學(xué)研究雜志，2013，42（12）：108-110.

［13］周自明，常時新，田芳，等.膝骨關(guān)節(jié)炎軟骨下骨髓水腫樣及囊樣病變與軟骨病損的相關(guān)性研究［J］.中國醫(yī)學(xué)計算機成像雜志，2012，18（3）：243-248.

［14］徐勤光，顧新豐，鄭昱新，等.骨髓水腫與骨關(guān)節(jié)炎的臨床研究進展［J/CD］.中華關(guān)節(jié)外科雜志（電子版），2014，8（2）：93-96.

［15］Bolbos RI，Ma CB，Link TM，et al.In vivo T1ρquantitative assessment of knee cartilage after anterior cruciate ligament injury using 3 tesla magnetic resonance imaging［J］.Investigative Radiology，2008，43：782-788.

［16］Bining HJ，Santos R，Andrews G，et al.Can T2 relaxation values and color maps be used to detect chondral damage utilizing subchondral bone marrow edema as a marker［J］.Skeletal Radiol，2009，38：459-465.

［17］Kijowski R，Stanton P，F(xiàn)ine J，et al.Subchondral bone marrow edema in patients with degeneration of the articular cartilage of the knee jont［J］.Radiology，2006，238：943-949.

Application of T2mapping in study on the correlation between subchondral bone marrow edema and cartilage injury

FANG Shu，XING Wei.Department of Radiology，the Third Hospital Affiliated of Suzhou University，Changzhou，213000，China.

Objective：To discuss the application value of T2relaxation time diagram （T2mapping）in correlation analysis between the knee subchondral bone marrow edema（BME）and cartilage injury.M ethods：42 cases of non-traumatic knee pain were examined by MRI with BME as case group，another 10 healthy volunteers as control group.The T2relation time（T2RT）value of the cartilage of patients and volunteers were compared with the independent sample t-test.And the BME volume and the coating cartilage T2RT were performed by Pearson correlation analysis.Results：The case group of BME coated T2RT compared with the control group，the cartilage of knee articular cartilage T2RT value was high，with statistical significance between differences（P＜0.05），there was a significant correlation between BME volume and covered cartilage T2RT（P＜0.05）.Conclusion：The existing of BME is the tip to coated cartilage injury of the knee，and the BME range is larger，the more serious the cartilage injury.

T2relaxation time；Cartilage；Bone marrow；Edema；Magnetic resonance imaging

2014-12-26）

10.3969/j.issn.1672-0512.2015.04.005

邢偉，E-mail：suzhxingwei@126.com。