T2 mapping定量分析健康青年人肩關(guān)節(jié)軟骨T2值

劉新峰，魏 琳，牟 俊，王榮品，曾憲春，劉遠(yuǎn)成，劉昌杰

(貴州省人民醫(yī)院放射科，貴州 貴陽 550002)

T2mapping定量分析健康青年人肩關(guān)節(jié)軟骨T2值

劉新峰，魏 琳，牟 俊*，王榮品，曾憲春，劉遠(yuǎn)成，劉昌杰

(貴州省人民醫(yī)院放射科，貴州 貴陽 550002)

目的探討T2 mapping成像評價(jià)青年健康志愿者肩關(guān)節(jié)軟骨構(gòu)成成分的可行性，并定量分析肩關(guān)節(jié)軟骨T2值。方法對16名青年健康志愿者行雙側(cè)肩關(guān)節(jié)斜冠狀位8回波T2 mapping成像，并經(jīng)后處理獲得偽彩圖，將肩關(guān)節(jié)軟骨三等分為外帶、中帶、內(nèi)帶，測量其T2值。比較外帶、中帶、內(nèi)帶間T2值的差異及不同性別間、左右側(cè)間T2值差異。結(jié)果肩關(guān)節(jié)軟骨外帶、中帶、內(nèi)帶T2值分別為(38.67±2.82)ms、(38.41±2.52)ms、(36.49±1.80)ms，總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=7.789，P=0.001)，肩關(guān)節(jié)外帶、中帶軟骨T2值均大于內(nèi)帶(P均<0.05)。肩關(guān)節(jié)軟骨外帶、中帶及內(nèi)帶的左側(cè)與右側(cè)T2值、不同性別間肩關(guān)節(jié)軟骨外帶、內(nèi)帶T2值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。不同性別間肩關(guān)節(jié)軟骨中帶T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論T2 mapping成像可用于評價(jià)肩關(guān)節(jié)軟骨構(gòu)成成分變化。

肩關(guān)節(jié)；軟骨；T2值；磁共振成像

隨著技術(shù)的快速發(fā)展，MR已從單純的解剖成像發(fā)展至復(fù)雜的功能成像技術(shù)，再到疾病的病理生理機(jī)制的研究[1]。目前，在關(guān)節(jié)軟骨成像方面，常規(guī)的平掃序列如三維雙重回波穩(wěn)態(tài)序列、穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動技術(shù)可觀察關(guān)節(jié)軟骨解剖結(jié)構(gòu)，延遲釓劑增強(qiáng)MRI可對關(guān)節(jié)軟骨病變的病理生理機(jī)制進(jìn)行探討，而近來一種新的無需注射對比劑的T2 mapping及T1ρ成像技術(shù)[2-4]已應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)軟骨成像。研究[5-6]報(bào)道，T2 mapping技術(shù)可直觀顯示軟骨內(nèi)部T2值，可早期診斷軟骨退變，但肩關(guān)節(jié)軟骨成像技術(shù)報(bào)道較少見[4,7]。本研究旨在探討T2 mapping成像技術(shù)評價(jià)肩關(guān)節(jié)軟骨的可行性及青年健康志愿者肩關(guān)節(jié)軟骨T2值的分布規(guī)律。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2016年10月—2016年12月期間招募健康志愿者16名，男女各8名，年齡20～27歲，平均(23.1±2.3)歲。所有受試者均自愿參加本研究，無急慢性肩關(guān)節(jié)疼痛史，無肩關(guān)節(jié)外傷及手術(shù)史，無肩關(guān)節(jié)先天性發(fā)育異常，無其他全身性疾病。排除從事重體力職業(yè)者、職業(yè)運(yùn)動員等肩關(guān)節(jié)有可能受損的人群。本研究經(jīng)我院倫理學(xué)委員會批準(zhǔn)，對入選志愿者均詳細(xì)告知本研究的目的及檢查注意事項(xiàng)，征得志愿者本人同意并簽字確認(rèn)。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery MR 750W 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀，包繞式表面線圈。檢查前，受檢者充分休息30 min以上以避免運(yùn)動對關(guān)節(jié)軟骨的影響，掃描時(shí)采用仰臥位頭先進(jìn)，肩關(guān)節(jié)置于掃描視野中心位置，保持與主磁場方向平行。對16名健康志愿者先行雙側(cè)肩關(guān)節(jié)軸位T1WI(FSE序列)、脂肪抑制T2WI(PROPELLER序列)掃描及斜矢狀位脂肪抑制T2WI(PROPELLER序列)掃描，觀察肩關(guān)節(jié)軟骨情況。常規(guī)掃描確定肩關(guān)節(jié)無明顯異常后再行斜冠狀位T2 mapping掃描[4]。掃描序列及參數(shù)見表1。

1.3 T2值的測量 掃描完成后數(shù)據(jù)自動傳入GE AW4.6后處理工作站，采用Functool軟件處理獲得T2 mapping偽彩圖。與斜冠狀位T2 mapping原始圖對照，選取能完全、清晰顯示肩關(guān)節(jié)軟骨的中心層面，參照既往測量膝關(guān)節(jié)分段方法及肩關(guān)節(jié)軟骨負(fù)重范圍[2]，將肩關(guān)節(jié)軟骨從肩峰端至關(guān)節(jié)盂處按照長度三等分，分別為外帶(負(fù)重區(qū))、中帶(輕度負(fù)重區(qū))和內(nèi)帶(非負(fù)重區(qū))，見圖1A；ROI選擇圓形且面積均為 1 mm2，放置于內(nèi)、中、外帶軟骨中心層面，測量各區(qū)帶T2值，每個(gè)區(qū)域測量3次取平均值(圖1B)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料以±s表示。采用單因素方差分析比較外帶、中帶、內(nèi)帶肩關(guān)節(jié)軟骨的T2值，兩兩比較采用LSD法；采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較男性與女性志愿者T2值的差異，采用配對t檢驗(yàn)比較左側(cè)與右側(cè)T2值的差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 肩關(guān)節(jié)軟骨外帶、中帶、內(nèi)帶T2值 青年健康志愿者肩關(guān)節(jié)軟骨外帶、中帶、內(nèi)帶T2值分別為(38.67±2.82)ms、(38.41±2.52)ms、(36.49±1.80)ms，總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=7.789，P=0.001)。軟骨外帶、中帶的T2值均大于內(nèi)帶，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；軟骨外帶與中帶間T2值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.676)。

脂肪抑制T2WI可清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨輪廓，呈均勻稍高信號，T1WI顯示關(guān)節(jié)軟骨呈均勻稍等信號。

T2 mapping偽彩圖顯示肩關(guān)節(jié)軟骨輪廓清晰，形態(tài)完整及連續(xù)性好，信號較均勻，色階分布從軟骨外帶肩峰端至軟骨中帶較一致，表現(xiàn)為綠色，至軟骨內(nèi)帶下1/2處色階過渡為黃綠色(圖1C)，T2值減低。

2.2 不同性別、側(cè)別肩關(guān)節(jié)軟骨T2值 志愿者左側(cè)與右側(cè)肩關(guān)節(jié)軟骨外帶、中帶、內(nèi)帶T2值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P均>0.05)，見表2。不同性別志愿者肩關(guān)節(jié)軟骨外帶、內(nèi)帶T2值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，肩關(guān)節(jié)軟骨中帶T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.280，P=0.030)，見表3。

表2 16名志愿者左側(cè)與右側(cè)肩關(guān)節(jié)軟骨不同區(qū)域T2值比較(ms，±s)

表2 16名志愿者左側(cè)與右側(cè)肩關(guān)節(jié)軟骨不同區(qū)域T2值比較(ms，±s)

側(cè)別外帶中帶內(nèi)帶左側(cè)38.79±2.9738.51±2.7236.74±2.01右側(cè)38.54±2.7538.32±2.3836.23±1.59t值0.4090.4301.065P值0.6880.6730.304

表3 不同性別志愿者肩關(guān)節(jié)軟骨不同區(qū)域T2值比較(ms，±s)

表3 不同性別志愿者肩關(guān)節(jié)軟骨不同區(qū)域T2值比較(ms，±s)

性別外帶中帶內(nèi)帶男38.06±3.4437.46±2.6136.34±1.91女39.27±1.9539.37±2.0936.63±1.73t值1.2222.2800.437P值0.2310.0300.665

3 討論

3.1 關(guān)節(jié)軟骨的組織學(xué)構(gòu)成及MRI進(jìn)展 關(guān)節(jié)軟骨又稱透明軟骨，覆蓋于骨性關(guān)節(jié)面上，厚約1～5 mm，主要由軟骨細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)組成。細(xì)胞外基質(zhì)主要由膠原、蛋白多糖和水分組成，其中水分為其主要組成部分，約占80%，軟骨中的水分子大部分為游離狀態(tài)，有利于軟骨形變及傳導(dǎo)負(fù)荷，但水分子的含量與活動受到軟骨基質(zhì)的影響。軟骨中的膠原主要為Ⅱ型膠原，約占15%。蛋白多糖為大分子聚合體狀態(tài)，其組成部分中蛋白多糖亞單位的葡萄糖氨基糖被硫酸化后帶負(fù)電荷，能夠吸附大量陽離子[8]。根據(jù)軟骨膠原纖維的走行方向?qū)④浌欠譃?層：表層、中間層、深層和鈣化層，深層膠原纖維厚度超過軟骨全層厚度的50%，細(xì)胞體積相對較大。軟骨中的水含量從表層至鈣化層逐漸降低；膠原含量從表層至深層逐漸降低，至鈣化層又升高；而蛋白多糖的含量從表層至深層逐漸增加，至鈣化層又有所減少。關(guān)節(jié)軟骨的組織成份是MR成像的基礎(chǔ)，MR常用掃描序列包括SE序列、FSE序列、GRE序列、三維擾相梯度回波(three dimensional spoiled gradient echo, 3D-SPGR)脂肪抑制序列等，但這些序列只能評價(jià)軟骨的形態(tài)改變，能夠評價(jià)關(guān)節(jié)軟骨的微觀結(jié)構(gòu)的技術(shù)目前主要有DWI、軟骨延遲動態(tài)增強(qiáng)成像、T2 mapping及T1ρ成像技術(shù)等。T2 mapping成像可獲得定量T2弛豫時(shí)間，通過測量不同回波時(shí)間的MRI信號強(qiáng)度從而反映組織間的特異性差異，T2值可反映組織的橫向磁化衰減從而有助于對軟骨內(nèi)生理和病理變化進(jìn)行觀察和分析[9]。軟骨退行性變早期主要表現(xiàn)為蛋白多糖丟失及膠原纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞、水含量增加，T2 mapping偽彩圖表現(xiàn)為色階的變化及T2值的增高[3,5-6]。T2 mapping技術(shù)已應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)、骶髂關(guān)節(jié)軟骨、腰椎間盤等的研究[6,10-11]，但對肩關(guān)節(jié)軟骨的相關(guān)研究較少[4,7]。

3.2 青年健康志愿者肩關(guān)節(jié)軟骨的T2 mapping分析 本研究對16名青年健康志愿者進(jìn)行肩關(guān)節(jié)軟骨T2 mapping掃描并獲得T2 mapping偽彩圖。通過T2 mapping偽彩圖可直接觀察到關(guān)節(jié)軟骨色階的改變，表現(xiàn)為由外帶的綠色階過渡至內(nèi)帶下1/2處的黃綠色階。定量分析結(jié)果顯示軟骨外帶、中帶T2值大于內(nèi)帶(P均<0.05)，軟骨外帶、中帶間T2值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.676)，分析其原因與外、中、內(nèi)帶軟骨構(gòu)成成分的含量不同及纖維走行不同有關(guān)。軟骨外帶、中帶纖維和水分含量較一致，膠原纖維較薄，排列緊密，各向異性顯著，周圍關(guān)節(jié)液的魔角效應(yīng)影響較小；而軟骨內(nèi)帶較外中帶水分含量少、蛋白多糖含量多，加之纖維走行及含量的影響，故其T2值較低。

本研究發(fā)現(xiàn)，左側(cè)與右側(cè)肩關(guān)節(jié)軟骨T2值和不同性別間肩關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)、外帶T2值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，提示雙側(cè)肩關(guān)節(jié)軟骨組織構(gòu)成無明顯差異，與既往研究結(jié)果一致[12-13]，而男性肩關(guān)節(jié)軟骨中帶T2值低于女性(t=2.280，P=0.030)，與唐艷華等[13-14]進(jìn)行膝關(guān)節(jié)軟骨T2 mapping研究報(bào)道健康青年男性和女性軟骨T2值無明顯差異的結(jié)果不同；分析原因可能為：①文獻(xiàn)顯示不同性別膝關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軟骨含水量基本相同，而肩關(guān)節(jié)未見報(bào)道；②研究發(fā)現(xiàn)[15]性激素(雌二醇和孕酮)存在于關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)，女性雌激素含量較多，雌激素可促進(jìn)軟骨細(xì)胞增殖，進(jìn)而造成不同性別間肩關(guān)節(jié)中帶T2值的差異；③本研究樣本量較少，結(jié)果可能存在偏倚，尚有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

本研究的不足之處在于樣本量較少且年齡局限，在今后的研究中將擴(kuò)大樣本量，進(jìn)一步分析年齡與T2值的相關(guān)性。本研究表明T2 mapping偽彩圖可直觀顯示肩關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)，且可定量分析軟骨T2值，間接反映關(guān)節(jié)的生理生化改變。本課題組下一步將把T2 mapping技術(shù)應(yīng)用于對肩關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軟骨退變病理生理機(jī)制的研究中，以反映肩關(guān)節(jié)病理變化的機(jī)制。

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QuantitativeanalysisofT2valueofshoulderjointcartilageinhealthyyoungadultusingT2mapping

LIUXinfeng,WEILin,MOUJun*,WANGRongpin,ZENGXianchun,LIUYuancheng,LIUChangjie

(DepartmentofRadiology,GuizhouProvincialPeople'sHospital,Guiyang550002,China)

ObjectiveTo investigate the feasibility of T2 mapping in evaluating the composition of shoulder cartilage， and to quantitatively analyze T2 values of articular cartilage in healthy young volunteers.MethodsOblique coronal T2 mapping imaging with 8 echo was performed in bilateral shoulder of 16 young healthy volunteers. The pseudo-color map was obtained with post-processing. The shoulder joint cartilage was equally divided into the external, central and internal zones, and T2 values were measured quantitatively. T2 values in the external, central and internal zones were analyzed and compared. T2 values of cartilage between male and female volunteers as well as between left and right sides were analyzed.ResultsT2 values in the external, central and internal zones of cartilage were (38.67±2.82)ms, (38.41±2.52)ms and (36.49±1.80)ms, respectively. The overall difference was statistically significant (F=7.789,P=0.001). T2 values in the external and central zones of cartilage were larger than those in the internal zone (bothP<0.05). T2 values of cartilage had no significant differences between the left and right sides in the external, central and internal zones (allP>0.05). There was significant difference of T2 value in the central zone (P<0.05), while no significant difference of T2 value in the external and internal zones between different genders was found (bothP>0.05).ConclusionT2 mapping imaging can be used to evaluate the composition of shoulder cartilage changes.

Shoulder joint; Cartilage; T2 values; Magnetic resonance imaging

劉新峰(1983—)，男，山東萊蕪人，碩士，主治醫(yī)師。研究方向：骨關(guān)節(jié)和心血管影像學(xué)。E-mail： 379771752@qq.com

牟俊，貴州省人民醫(yī)院放射科，550002。E-mail： 835084643@qq.com

2017-02-04

2017-09-29

R322.71; R445.2

A

1003-3289(2017)11-1688-04

10.13929/j.1003-3289.201702004