T2-mapping成像對髕軟骨病損分期的探討

陸 薇 楊 軍 朱才松 諸 瑛

軟骨的再生修復能力有限，不危及生命易被忽視[1]，分子生物學及運動康復的發(fā)展能對軟骨病損早期治療及干預[2]。

磁共振T2-mapping成像間接反映軟骨內(nèi)部生化成分和膠原網(wǎng)絡的變化[3-4]，通過色階的改變及橫向弛豫時間T2值的定量測定，發(fā)現(xiàn)早期的軟骨改變。

方 法

1.臨床資料

2013年12月到2014年8月在上海市同仁醫(yī)院進行膝關節(jié)MRI檢查的801名檢查者進行的前瞻性研究（除外骨折、關節(jié)脫位、手術(shù)、腫瘤或者炎癥感染者），其中男性347例，女性454例。

2.MR掃描方法與序列

采用Siemens3.0T高場強磁共振掃描儀，8通道膝關節(jié)表面線圈。成像序列包括自旋回波(SE)、二維脂肪抑制質(zhì)子密度加權(quán)像(FS-PD)、三維雙重回波穩(wěn)態(tài)(3D-DESS)序列。SE成像參數(shù)： TR 500ms，TE14ms， 層 厚 4mm， 間 隔 1mm， 視 野(FOV)150mm，矩陣256×256，激勵次數(shù)(NEX)2，掃 描 時 間 75s；FS-PD 成 像 參 數(shù) ： TR3500ms，TE32ms，層厚4mm，間隔1mm，F(xiàn)OV150mm，矩陣320×320，NEX1，掃描時間121s；3D-DESS成像參數(shù)： TR14.1ms，TE5ms，層厚0.6mm，間隔0.12mm，F(xiàn)OV150mm，矩陣256×256，NEX1，掃描時間358s；成像平面包括矢狀位，橫斷位和冠狀位。關節(jié)軟骨生理成像T2-mapping： 患者取水平臥位，足先進。采用5回波SE序列T2-mapping一次掃描，參數(shù)： TR1000ms，TE13.8ms、27.6ms、41.4ms、55.2ms、69.0ms，5回波，層厚3mm，間隔0.6mm，F(xiàn)OV160mm，矩陣 384×384，NEX1，掃描時間5min48s，矢狀位掃描。

3.Rose分期標準：

I期表現(xiàn)為軟骨出現(xiàn)局灶性信號強度異常，II期表現(xiàn)為軟骨變薄或輕度不規(guī)則，III期表現(xiàn)為軟骨毛刷樣變或明顯變薄或軟骨缺損，IV期表現(xiàn)為軟骨缺損并軟骨下骨暴露、信號異常。

4.圖像后處理及統(tǒng)計分析：

掃描圖像傳輸至西門子工作站，利用VB17分析軟件生成T2-mapping偽彩圖，利用西門子Sigvia工作站軟件選取感興趣區(qū)，將偽彩圖重疊在3D-DESS圖中，生成髕軟骨色階圖。利用軟件的自定義區(qū)域描畫并測量髕軟骨顯示最清晰的三個連續(xù)矢狀位中間層面髕軟骨T2值，利用Excel及Stata15.0軟件處理測量的數(shù)據(jù)，測量結(jié)果用均數(shù)±標準誤表示，利用單因素方差分析，當P＜0.05時，差異具有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

將所有檢查者按照性別及Rose分期分組，圖像利用西門子3.0T MR進行T2-mapping掃描，通過西門子sigvia后處理軟件對軟骨進行色階處理，得到髕軟骨偽彩圖。

正常組297例，男性173例，女性124例；病例組504例，男性174例，女性330例；Ⅰ期175例，男性85例，女性90例；Ⅱ期66例，男性23例，女性43例；Ⅲ期76例，男性19例，女性57例；Ⅳ期187例，男性47例，女性140例。

MR正常組297例髕軟骨T2值為(38.12±7.96)ms，男性正常組173例髕軟骨T2值為(38.76±8.06)ms，女性正常組124例髕軟骨T2值為（37.24±7.76）ms，男性正常組與女性正常組T2值差異無統(tǒng)計學意義（t=1.6277，P＞0.05）。

MR正常組297例髕軟骨的T2值為(38.12±7.96) ms，病例組504例髕軟骨的T2值為（53.16±18.74）ms，差異具有統(tǒng)計學意義（t=-13.15，P＜0.001)。Ⅰ～Ⅳ期軟骨病損的T2值如表1所示，各期T2值均明顯高于正常組T2值，差異具有統(tǒng)計學意義。隨著從Ⅰ期到Ⅳ期軟骨病損的加重，T2值也隨之升高，差異也具有統(tǒng)計學意義，Ⅱ期較Ⅰ期T2值升高（t=-2.89，P＜0.01)；Ⅲ期較Ⅱ期升高（t=-5.79，P＜0.001），Ⅳ期較Ⅲ期升高（t=-3.00，P＜0.01）。

圖1 正常膝關節(jié)T2-mapping色階圖上可以看到正常髕軟骨呈現(xiàn)均勻藍色區(qū)域。

圖2 早期髕軟骨病損發(fā)生時，MRI圖像上髕軟骨內(nèi)信號欠均勻，在T2-mapping色階圖上可以清晰地看到均勻的藍色區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)點狀紅色及綠色區(qū)域，提示T2值的升高。

圖3 晚期髕軟骨病損發(fā)生時，MRI圖像上軟骨明顯變薄，信號不均勻，軟骨下骨暴露，軟骨下骨呈現(xiàn)囊狀缺損，在T2-mapping色階圖上，藍色區(qū)域明顯減少，綠色及紅色區(qū)域增多，大片紅色區(qū)域的出現(xiàn)，提示軟骨T2值明顯升高。

MR男性正常組173例髕軟骨T2值為(38.76±8.06)ms，男性病例組174例髕軟骨T2值為（50.56±18.12）ms，差異具有統(tǒng)計學意義（t=-7.83，P＜0.001）；女性正常組124例髕軟骨T2值為（37.24±7.76）ms；女性病例組330例髕軟骨T2值為（54.54±18.94）ms，差異具有統(tǒng)計學意義（t=-9.86，P＜0.001）。男女性別分組，正常組T2值差異不顯著（t=1.6277，P＞0.05）。

表1 不同MR分期軟骨損傷病例的髕軟骨T2值(ms)

表2 不同性別組MR分期軟骨損傷病例的髕軟骨T2 值(ms)

男女性別組各分期的軟骨病損見表2，可見Ⅰ～Ⅳ期軟骨病損無論男女性別組與正常組差異均具有顯著性。從Ⅰ～Ⅳ期，男性組Ⅱ較Ⅰ期升高（t=-2.12，P＜0.05），Ⅲ期較Ⅱ期升高（t=-3.27，P＜0.01），IV期與Ⅲ期差異不顯著（t=-0.84，P＞0.05），女性組Ⅱ期較Ⅰ期升高（t=-2.13，P＜0.05），Ⅲ期較Ⅱ期升高（t=-4.88，P＜0.001），IV期較Ⅲ期升高（t=-2.99，P＜0.01）。Ⅰ期男女性別組T2值差異不顯著（t=0.4236，P＞0.05），Ⅱ期男女性別組T2值差異不顯著（t=0.8779，P＞0.05），Ⅲ期男女性別組T2值差異不顯著（t=0.9330，P＞0.05），Ⅳ期男女性別組T2值差異不顯著（t=0.1508，P＞0.05），由此可見Ⅰ～Ⅳ期T2值男女性別不存在差異。

利用T2-mapping色階圖對髕骨軟化癥進行分期研究：正常組髕軟骨呈均勻的藍色；Ⅰ期顯示點狀異常色點；Ⅱ期出現(xiàn)紅綠色異常色點；Ⅲ期可見到出現(xiàn)較大區(qū)域的紅色及綠色，藍色區(qū)域減少；Ⅳ期可以看到明顯的紅色綠色區(qū)域，藍色區(qū)域少，甚至消失。

討 論

髕軟骨病損的發(fā)生率很高，在各個年齡及性別均顯示出了高發(fā)病率，其中，女性發(fā)病率高于男性。本研究正常髕軟骨T2值為(38.12±7.96)ms，與國內(nèi)外相關報道[5-6]髕軟骨的弛豫時間測定值相近。髕軟骨T2值不同性別差異不顯著。

軟骨病損發(fā)生時，3.0TMRI上軟骨的T2值顯著增高[7]，并且髕軟骨的T2值隨軟骨病損嚴重程度增加而升高。在本研究中，軟骨病損病例組的T2值明顯高于正常組T2值，從Ⅰ期到Ⅳ期病變，T2值均明顯高于正常組T2值，并且從Ⅰ期到Ⅳ期，隨著病損嚴重程度的增加，髕軟骨的T2值也隨之升高，晚期病例（Ⅲ期及Ⅳ期）T2值明顯高于早期病例（Ⅰ期及Ⅱ期），這與國內(nèi)外其他研究結(jié)果一致[8-9]。部分研究認為髕軟骨在Ⅰ期與Ⅱ期病例時T2值差異不顯著，也有研究認為軟骨病損發(fā)生時T2值與病損的嚴重程度無相關性，即晚期的軟骨病損與早期的軟骨病損的T2值差異無顯著性[10]，這可能與樣本量有關，本研究采用了大樣本量研究，收集了801例膝關節(jié)檢查，正常組297例，病例組504例，盡量避免小樣本量造成的誤差，另外采用的X線Kellgren-Lawrence分級標準不能直觀地觀察軟骨形態(tài)，本研究采用的是Rose等[11]的磁共振分期標準，磁共振是目前公認的診斷軟骨病變的重要方法。

本研究通過男女性別分組，進一步深入研究T2值對于Rose分期的意義，正常組中男女性別T2值無顯著差異，Ⅰ～Ⅳ期男女性別之間T2值亦不存在差異。Ⅰ～Ⅳ期軟骨病損無論男女性別組與正常組差異均具有顯著性，無論男女性別組，從Ⅰ～Ⅳ期（除男性Ⅲ期與Ⅳ期差異不顯著，Ⅲ期病例較少，病損較為嚴重），從Ⅰ期到Ⅳ期病變，T2值均明顯高于正常組T2值，隨著病損嚴重程度的增加，髕軟骨的T2值也隨之升高。這在以往的小樣本研究中很難得到印證。

在測量T2值的方法上，以往的研究一般集中于對于髕軟骨各點測量取平均值的方法，但往往存在誤差，本研究利用了西門子sigvia工作站選取軟骨感興趣區(qū)，通過后處理軟件直接測量出整個層面的軟骨的T2值，減小了測量誤差，并利用髕軟骨顯示最佳的三個連續(xù)層面進行測量取平均值。

本研究利用后處理工作站軟骨偽彩圖重建，并疊加解剖圖，僅髕軟骨感興趣區(qū)域產(chǎn)生偽彩圖，髕軟骨色階顯示更為清晰，檢查結(jié)果一目了然，這也更有利于顯示早期病變。本研究將髕軟骨病損的T2-mapping成像結(jié)合Rose分期，可以對髕軟骨病損進行更有效地分期，更加有利于髕軟骨病損的早期診斷與評估。正常組髕軟骨信號均勻，色階圖上呈均勻的藍色；Ⅰ期髕軟骨出現(xiàn)局灶性信號強度異常，色階圖顯示點狀綠色異常色點；Ⅱ期軟骨變薄或輕度不規(guī)則，信號不均勻，色階圖區(qū)域變薄或不規(guī)則，并出現(xiàn)紅綠色異常色點；Ⅲ期軟骨毛刷樣變或明顯變薄或軟骨缺損，信號明顯異常，色階圖不光滑，出現(xiàn)鋸齒樣改變或缺損，呈現(xiàn)出較大區(qū)域的紅色及綠色，藍色區(qū)域明顯減少；Ⅳ期軟骨缺損并軟骨下骨暴露、信號異常，在脂肪抑制序列可見到囊樣高信號區(qū)，色階圖上軟骨正常形態(tài)消失，出現(xiàn)明顯的紅色綠色區(qū)域，藍色區(qū)域少，甚至消失。

綜上所述，T2-mapping成像在Rose分期基礎上，通過色階圖及T2值更直觀地揭示病變，甚至是形態(tài)學上不易發(fā)現(xiàn)的早期病變，對髕軟骨病損的診斷、分期與評估具有重要的臨床意義。