MRI 在距骨骨軟骨損傷中的應用進展

梁智博　尤壯志

MRI 在距骨骨軟骨損傷中的應用進展

梁智博尤壯志

距骨；軟骨，關(guān)節(jié)；足損傷；磁共振成像

距骨骨軟骨損傷 ( osteochondral lesions of the talus，OLT )在臨床上較為常見，往往引發(fā)關(guān)節(jié)疼痛、積液腫脹，導致關(guān)節(jié)功能障礙，嚴重者可致殘。OLT 好發(fā)于 20～30 歲之間的男性，約 10% 的患者雙側(cè)發(fā)病[1]。OLT 一般發(fā)生在距骨穹隆中部的內(nèi)側(cè)緣與外側(cè)緣，并且前者損傷的范圍、程度均比后者嚴重[2-3]。常規(guī) X 線、CT 均不能直觀地檢查軟骨，更不易判斷其損傷的范圍和程度，所以早期損傷往往被忽視。關(guān)節(jié)鏡雖可直觀地觀察損傷的軟骨，但卻是有創(chuàng)檢查，檢查軟骨時視野局限，對于軟骨下骨受損情況也無法觀察。MRI 擁有多序列、多平面、多參數(shù)成像、軟組織對比度及分辨率高等諸多特點，可以做到無創(chuàng)地檢查軟骨，并能對損傷進行分級。近年來，許多新興的軟骨磁共振技術(shù)得到應用，使得關(guān)節(jié)軟骨的研究方向發(fā)生改變，關(guān)節(jié)軟骨損傷的檢查和評價擁有了更多可選擇的方案[4]。

一、距骨骨軟骨生理及病理學

距骨關(guān)節(jié)軟骨是透明軟骨，其內(nèi)缺少血管及淋巴管，損傷后一般不會自愈[5]。關(guān)節(jié)軟骨由大量的細胞外基質(zhì)( extracellular matrix，ECM ) 和少量的軟骨細胞構(gòu)成，而前者主要成分是水、蛋白多糖 ( proteoglycans，PG ) 及膠原蛋白[6]。按照膠原纖維的排列方式不同，一般將關(guān)節(jié)軟骨由表及里分為 4 個區(qū)域：表淺區(qū) ( 切線層 )、中間區(qū) ( 過渡帶 )、深層區(qū) ( 放射帶 ) 及鈣化區(qū)[7]。精確的 OLT 病因仍然不是很清楚[1]，但是 Li 等[8]的研究提到退行性和創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)疾病導致了軟骨的損傷。關(guān)節(jié)軟骨發(fā)生退變或損傷時，膠原纖維網(wǎng)被破壞，引起 PG 流失，軟骨內(nèi)自由水增多[9]。退變早期主要表現(xiàn)為 PG 的大量流失、細胞外基質(zhì)的松軟；退變晚期軟骨形態(tài)發(fā)生改變，一般可以出現(xiàn)水腫、線樣改變等[10]。

二、OLT 的 MRI 分期

1991 年，Dipaola 等[11]提出了基于 MRI 的分期：I 期，關(guān)節(jié)軟骨增厚，信號減低；II 期，關(guān)節(jié)軟骨受損，軟骨碎片下見線樣低信號；III 期，軟骨改變與 II 期相同，軟骨碎片下信號增高；IV 期，軟骨碎片脫落。在此基礎(chǔ)上，Hepple 等[12]于 1999 年提出了新的分期系統(tǒng)：1 期，提示只有關(guān)節(jié)軟骨損傷；2a 期，提示伴有軟骨下骨折和骨髓水腫的關(guān)節(jié)軟骨損傷；2b 期，除無骨髓水腫外基本與 2a 期相同；3 期，軟骨碎片有分離，但無移位；4 期，骨軟骨碎片分離、移位；5 期，關(guān)節(jié)軟骨下囊腫形成。目前，Hepple 分期系統(tǒng)是接受及使用最廣泛的分期系統(tǒng)[13]。

三、距骨骨軟骨的常規(guī) MRI 成像序列

1. 自旋回波 ( spin echo，SE ) 及快速自旋回波 ( fast / turbo spin echo，F(xiàn)SE / TSE ) 序列：SE 序列信號較穩(wěn)定，是一個經(jīng)典的掃描序列，其中 T1WI、T2WI 是應用最廣泛的脈沖序列。T1WI 信噪比高，可展示軟骨的解剖細節(jié)，但受關(guān)節(jié)積液影響，其對軟骨局部缺損的顯示不佳[14]。T2WI 對于關(guān)節(jié)軟骨表面破損區(qū)，特別是有關(guān)節(jié)積液時顯示較好，但仍存在檢出率不高以及對軟骨下受損骨質(zhì)顯示欠佳的弱點[15]?？焖僮孕夭ㄐ蛄?( FSE / TSE ) 在一定程度上弱化了運動和磁化偽影對圖像的干擾，可較為清楚地顯示軟骨下骨、韌帶等結(jié)構(gòu)。FSE 序列圖像的空間分辨率高于 SE 序列[16]，掃描時間也比 SE 序列短。

2. 梯度回波 ( gradient recallde echo，GRE ) 序列：GRE序列使用容積掃描的方法來獲得連續(xù)薄層圖像及高信噪比圖像。一般常使用穩(wěn)態(tài)自由進動快速成像 ( fast imaging with steady state procession，F(xiàn)ISP ) 和三維擾相梯度回波( three-dimensional spoiled gradient recall echo，3D-SPGR )來顯示關(guān)節(jié)軟骨。3D-SPGR 序列對于軟骨破損的檢查可與關(guān)節(jié)鏡檢查相提并論[17]，是目前用來評價關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)學常采用的標準序列。將三維成像和脂肪抑制 ( fat suppression，F(xiàn)S ) 技術(shù)聯(lián)合起來就產(chǎn)生了脂肪抑制三維擾相梯度回波序列 ( three-dimensional fat suppressed spoiled gradient recall echo，3D-FS-SPGR )。目前 3D-FS-SPGR 應用較廣泛，在診斷骨性關(guān)節(jié)炎方面起著重要作用[18]。該序列使得軟骨、軟骨下骨以及關(guān)節(jié)液之間的對比噪聲比增加，關(guān)節(jié)軟骨同鄰近組織的分辨更加清晰。

四、關(guān)節(jié)軟骨新興的 MRI 掃描序列

1. 軟骨延遲增強磁共振成像 ( delayed gadolinium enhanced MRI of cartilage，dGEMRIC )：關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)主要成分含有 PG，而 PG 中含有許多帶負電荷的 GAG，導致PG 呈負電荷[6]。關(guān)節(jié)軟骨在退變早期，由于 PG 的崩解流失，受損關(guān)節(jié)軟骨表面會出現(xiàn)陰性電荷分布的減少，而經(jīng)靜脈注射的磁共振對比劑為陰離子對比劑，兩者同性相斥，最終引起對比劑在 PG 含量相對低的區(qū)域內(nèi)濃聚。目前很多研究已經(jīng)證實，利用 dGEMRIC 方法間接分析關(guān)節(jié)軟骨 PG 含量，可以對關(guān)節(jié)軟骨早期退變做出準確診斷。雖然 dGEMRIC 具有相當高的分辨率和敏感性等優(yōu)點，但一方面由于大量對比劑的使用，可能存在一定的安全隱患，如腎源性系統(tǒng)纖維化[10]；另一方面成像時間較長。目前此項技術(shù)在臨床中的應用并不廣泛[19]。

2. 旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)自旋晶格弛豫 ( spin lattice relaxation in the rotating frame，T1ρ )：T1ρ 與 dGEMRIC 類似，也是通過對軟骨 PG 含量的測定判斷軟骨受損情況，可對軟骨早期的損傷作出判斷[20]。Goto 等[21]的研究得出，早期退變的關(guān)節(jié)軟骨 T1ρ 值增高。T1ρ 在對關(guān)節(jié)軟骨早期損傷的檢查上要比 T2mapping 更加敏感，所以有必要對臨床應用采取進一步探討[22]。Zhou 等[23]采用 T1ρ 成像對椎間盤的纖維軟骨進行分析及評價。圖像采集時間短、不需要高磁場、不用造影劑使得 T1ρ 成像技術(shù)擁有一定優(yōu)勢，但是在施加高射頻能量時帶來的機體組織產(chǎn)生熱量成為其技術(shù)上的弊端。

3. T2mapping 圖像：T2mapping 是一項利用多回波 SE技術(shù)對組織橫向磁化衰減進行檢測來表達組織特異性的軟骨生理成像技術(shù)。T2mapping 圖像不僅可以顯示軟骨生化成分及軟骨微觀生化，還可以評估軟骨基質(zhì)狀態(tài)[24]。目前，T2mapping 主要應用于膝關(guān)節(jié)等大的承重關(guān)節(jié)軟骨的定量檢查，在踝關(guān)節(jié)主要用于對軟骨修復過程進行隨訪[25]。許多學者認為，將常規(guī) MRI 序列與 T2mapping 序列結(jié)合起來對關(guān)節(jié)軟骨損傷進行評估，可以明顯提高診斷的敏感性[26]。此項技術(shù)仍存在一些缺點，如產(chǎn)生“魔角效應”，T2值會受到年齡、體重、運動量等的影響。國外還有學者研究認為，利用 T2mapping 發(fā)現(xiàn)軟骨退變的時間較其它檢查方法略晚一些[6]。

4. 磁共振彌散張量成像 ( diffusion tensor imaging，DTI )：DTI 與 DWI 成像原理一致，是通過對水分子彌散方向特征描述的新興磁共振技術(shù)，它通過量化的表觀彌散系數(shù) ( apparent diffusion coefficient，ADC ) 和彌散各向異性的參數(shù) ( fractional anisotropy，F(xiàn)A ) 進一步對關(guān)節(jié)軟骨的微觀結(jié)構(gòu)及功能改變情況進行研究。Raya 等[27]利用 7.0 T 磁共振的研究證實 DTI 有助于軟骨損傷的分級。雖然 DTI 具有不被“魔角效應”所干擾、測量數(shù)值干擾因素較小等優(yōu)點，但目前此項技術(shù)還不成熟，如軟骨膠原纖維走向的各向異性以及彌散率等仍需更深入的研究，并且此項技術(shù)還需要高場強和專用線圈來實現(xiàn)對信噪比的提升。

5. 化學交換飽和傳遞 ( chemical exchange saturation transfer，CEST )：CEST 是一項利用磁化傳遞和化學交換原理發(fā)展而來，能在非創(chuàng)傷檢查下對關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)成分變化進行檢測的磁共振三維梯度回波序列。CEST 已有在3.0 T 和 7.0 T 磁共振上展開應用的研究[9]。但是 CEST 仍存在技術(shù)復雜性和需要復雜的后處理工具等缺點。在臨床研究中，此項技術(shù)更多的是在膝關(guān)節(jié)軟骨修復策略的影響方面進行[28]。Schmitt 等[29]最近采用尸體研究并提出了CEST 在踝關(guān)節(jié)應用的可行性。目前，CEST 成像評估關(guān)節(jié)軟骨的臨床應用尚不明確。

6. 超短回波時間脈沖序列 ( ultrashort echo time，UTE )：骨骼肌肉重要的組織如骨皮質(zhì)、肌腱、韌帶、半月板及關(guān)節(jié)軟骨的最深層在 T2很少產(chǎn)生或沒有信號產(chǎn)生，UTE 成像能對此類組織進行檢測并獲得圖像。在 UTE 成像中，軟骨呈中等至高信號，軟骨深層以及鈣化層呈低信號，在高低信號的對比下異常區(qū)域得以突出顯示。UTE 成像可以對骨端的病灶是否侵犯到軟骨深層進行判斷，還可以對軟骨深層和鈣化層進行評價[30]。采集時間偏長、層面選擇困難等一些技術(shù)難題使得此項檢查技術(shù)的應用受到了一定限制，但 UTE 成像仍是迄今為止用來顯示鈣化軟骨區(qū)令人滿意的一種成像方式。

7. 鈉成像 (23Na-MRI )：正常透明軟骨富含23Na，23Na帶有正電荷，前面已經(jīng)分析過軟骨內(nèi) PG 呈負電荷，根據(jù)電中性原理，23Na 的含量與 PG 的含量呈正相關(guān)。當關(guān)節(jié)軟骨受損時在 PG 瓦解流失的范圍內(nèi)，23Na 的含量隨之減少。Madelin 等[31]證明了此項技術(shù)在骨性關(guān)節(jié)炎軟骨病變中的診斷價值。Newbould 等[32]也通過研究證明了鈉成像在 3 T 條件下的可重復性。由于鈉成像信噪比較低，需要高配置的 MRI 設(shè)備，此外還要配備專業(yè)的接收線圈和特殊的傳輸設(shè)備，并且掃描時間長，所以此項技術(shù)仍處于研究階段。

五、小結(jié)與展望

綜上所述，磁共振在關(guān)節(jié)軟骨的檢查上具有獨特的優(yōu)勢。近些年，更多的研究放在對軟骨早期病變的生理磁共振檢查上。隨著關(guān)節(jié)軟骨 MRI 技術(shù)的不斷成熟，將逐步提高骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)影像診斷水平，為骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)特別是距骨軟骨損傷或退變的早期發(fā)現(xiàn)開辟新的途徑。

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( 本文編輯：王萌 )

Application progress on MRI of osteochondral lesions of the talus

LIANG Zhi-bo, YOU Zhuang-zhi. Graduate School of Inner Mongolia Medical University, Hohhot, Inner Mongolia, 010059, PRC Corresponding author: YOU Zhuang-zhi, Email: yzhuangzhi99@163.com

Osteochondral lesions of the talus are common, but the scope and depth of the injury are difficult to be determined by conventional X-ray and CT scan. Lesions can be directly observed under the arthroscope, but it is invasive. MRI has excellent contrast to soft tissues, not only can display the cartilage in the non-invasive condition, but also provide imaging diagnosis and classification for cartilage damage. In addition to spin echo and gradient echo, many new MRI techniques have been applied for articular cartilage examination, such as delayed gadolinium enhanced magnetic resonance imaging, T1ρ and T2mapping, and more options are provided for the examination and evaluation of the early damage of the articular cartilage.

Talus; Cartilage, articular; Foot injuries; Magnetic resonance imaging

10.3969/j.issn.2095-252X.2016.11.011

R683.4, R445.2

內(nèi)蒙古自然科學基金項目 ( 2013MS1182 )；內(nèi)蒙古自治區(qū)應用技術(shù)研究與開發(fā)資金計劃項目 ( 20130407 )

010059 呼和浩特，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學研究生學院 ( 梁智博 )；010030 呼和浩特，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院影像科 ( 尤壯志 )

尤壯志，Email: yzhuangzhi99@163.com

2016-06-27 )