T1ρ技術(shù)定量評(píng)估踝關(guān)節(jié)距骨骨軟骨損傷

高麗香，袁慧書

(北京大學(xué)第三醫(yī)院放射科，北京 100191)

踝關(guān)節(jié)距骨骨軟骨損傷(osteochondral lesion of talus, OLT)是常見的踝關(guān)節(jié)損傷，如不及時(shí)治療，可致關(guān)節(jié)持續(xù)疼痛及不穩(wěn)，受到外力作用會(huì)加速骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展。早期診斷OLT并準(zhǔn)確分級(jí)非常重要。MRI是診斷軟骨損傷的最佳影像學(xué)方法，可評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨損傷，且能清晰顯示軟骨下骨質(zhì)改變；定量MR技術(shù)可監(jiān)測(cè)軟骨內(nèi)生化成分改變，有助于診斷、治療OLT及預(yù)防和延緩骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。本研究以關(guān)節(jié)鏡為“金標(biāo)準(zhǔn)”,探究采用T1ρ成像診斷OLT的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年1月—2018年8月40例于北京大學(xué)第三醫(yī)院診斷踝關(guān)節(jié)損傷、擬住院接受關(guān)節(jié)鏡檢查或手術(shù)治療患者，男22例，女18例，年齡20～52歲，平均(37.2±8.7)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：踝關(guān)節(jié)疼痛，臨床診斷為距骨骨軟骨損傷，踝關(guān)節(jié)韌帶損傷(≥6個(gè)月)，關(guān)節(jié)滑膜增生，關(guān)節(jié)游離體。排除標(biāo)準(zhǔn)：①除病變部位外軟骨明顯缺損；②既往踝關(guān)節(jié)手術(shù)史；③嚴(yán)重骨關(guān)節(jié)炎及類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎；④軟骨下骨囊腫形成。所有患者均接受MR檢查，并于其后1周內(nèi)接受關(guān)節(jié)鏡檢查，且均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HdxT 3.0T MR掃描儀，8通道踝關(guān)節(jié)專用表面線圈。掃描序列及參數(shù)：①冠狀位快速自旋回波T1W，TR 660 ms，TE 12 ms；②冠狀位脂肪飽和自旋回波PDW，TR 2 660 ms，TE 38 ms；③矢狀位脂肪飽和自旋回波PDW，TR 2 120 ms，TE 38 ms；④橫斷位脂肪飽和自旋回波PDW，TR 2 080 ms，TE 36 ms；⑤橫斷位自旋回波T2W，TR 2 060 ms，TE 36 ms。以上序列FOV 16 cm×16 cm，層厚2.5 mm，層間距0.3 mm；⑥冠狀位T1ρ序列，TR 5.28 ms，4個(gè)回波鏈，TE分別為 1、10、40和80 ms，層厚3.5 mm， FOV 16 cm×16 cm，矩陣256×192，掃描時(shí)間4.5 min。

1.3 圖像分析 采用GE后處理軟件將所有T1ρ圖像重建為偽彩圖,正常軟骨設(shè)置為均勻一致的橙紅色階,可信區(qū)間為95%。由2名分別具有3年和6年骨關(guān)節(jié)影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師和副主任醫(yī)師及1名具有10年骨關(guān)節(jié)損傷診斷經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)科主任醫(yī)師觀察所有MRI和關(guān)節(jié)鏡結(jié)果，根據(jù)關(guān)節(jié)鏡、PDWI及T1ρ圖像所示踝關(guān)節(jié)OLT，依照Hepple改良分型標(biāo)準(zhǔn)[1]進(jìn)行分型，意見不一致時(shí)經(jīng)討論決定。Ⅰ型：僅有關(guān)節(jié)軟骨損傷；Ⅱ型：關(guān)節(jié)軟骨損傷，伴軟骨下骨隱匿性骨折，合并或不合并周圍骨髓水腫；Ⅲ型：存在與距骨體分離的骨軟骨片，未發(fā)生移位；Ⅳ型：存在與距骨體分離的骨軟骨塊并移位；Ⅴ型：軟骨下骨囊腫形成。本研究?jī)H針對(duì)Ⅰ～Ⅳ型踝關(guān)節(jié)OLT病例進(jìn)行分析，而未納入Ⅴ型OLT患者。

由上述2名影像科醫(yī)師分別測(cè)量T1ρ值。隨機(jī)選取20例患者的正常軟骨區(qū)域?yàn)檎?duì)照組，勾畫3個(gè)ROI，測(cè)量T1ρ值；按照關(guān)節(jié)鏡下所示軟骨損傷最嚴(yán)重區(qū)域于T1ρ偽彩圖上相應(yīng)區(qū)域勾畫3個(gè)ROI，測(cè)量T1ρ值；均取3個(gè)ROI的平均值作為最后結(jié)果。1個(gè)月后由上述2名影像科醫(yī)師再次測(cè)量同次T1ρ成像的軟骨T1ρ值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示，計(jì)數(shù)資料以百分率表示。以單項(xiàng)隨機(jī)效應(yīng)模型計(jì)算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient, ICC)評(píng)估2次測(cè)量T1ρ值結(jié)果的一致性，以單因素方差分析各型軟骨損傷(各型損傷分別為相對(duì)應(yīng)各組)T1ρ值差異，兩兩比較采用LSD法。以關(guān)節(jié)鏡為“金標(biāo)準(zhǔn)”，采用Kappa檢驗(yàn)比較PDWI評(píng)估OLT分型與關(guān)節(jié)鏡結(jié)果的一致性，Kappa>0.75為一致性良好，0.4

2 結(jié)果

2.1 各型OLT T1ρ值比較 40例中，24例左踝關(guān)節(jié)、16例右踝關(guān)節(jié)OLT；損傷位于距骨內(nèi)側(cè)穹窿30例、外側(cè)8例，2例為彌漫性損傷。關(guān)節(jié)鏡、PDWI及T1ρ圖像分型結(jié)果見表1。T1ρ圖像清晰顯示正常踝關(guān)節(jié)距骨軟骨呈均勻一致的橙紅色階，軟骨損傷呈黃綠色階(圖1～4)。間隔1個(gè)月二次測(cè)量T1ρ值結(jié)果的一致性較好(ICC=0.97，P<0.01)，取2次測(cè)量的平均值作為最后結(jié)果。對(duì)照組(n=20)、Ⅰ型組(n=9)、Ⅱ型組(n=9)、Ⅲ型組(n=10)及Ⅳ型組(n=12)軟骨T1ρ值分別為(32.66±1.92) ms、(43.07±2.05) ms、(45.24±2.19) ms、(48.19±3.35) ms及(57.46±3.48) ms，各組間軟骨T1ρ值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=41.68，P<0.01)。隨軟骨損傷程度加重，T1ρ值逐漸延長(zhǎng)，Ⅱ型組軟骨T1ρ值較Ⅰ型組延長(zhǎng)，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.12)，其余各組T1ρ值兩兩比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。40例OLT中，3例PDWI表現(xiàn)正常，而T1ρ成像提示Ⅰ型OLT，T1ρ值[(40.40～43.50) ms]延長(zhǎng)，關(guān)節(jié)鏡結(jié)果證實(shí)為Ⅰ型OLT(圖1)。

圖1 患者男，35歲，關(guān)節(jié)鏡示左踝關(guān)節(jié)Ⅰ型OLT，偽彩圖T1ρ值45.05 ms(箭) 圖2 患者男，35歲，關(guān)節(jié)鏡示右踝關(guān)節(jié)Ⅱ型OLT，偽彩圖T1ρ值46.59 ms(箭) 圖3 患者女，36歲，關(guān)節(jié)鏡示右踝關(guān)節(jié)Ⅲ型OLT，偽彩圖T1ρ值50.43 ms(箭) 圖4 患者女，37歲，關(guān)節(jié)鏡示左踝關(guān)節(jié)Ⅳ型OLT，偽彩圖T1ρ值53.95 ms(箭)

2.2 PDWI評(píng)估OLT分型與關(guān)節(jié)鏡結(jié)果的一致性良好，Kappa=0.80，P<0.01。

3 討論

踝關(guān)節(jié)軟骨菲薄，平均厚度僅1.1 mm，且關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，普通MRI難以清晰顯示，需采用高場(chǎng)強(qiáng)及高分辨率MR設(shè)備。踝關(guān)節(jié)受到機(jī)械應(yīng)力后軟骨細(xì)胞新陳代謝活躍，可產(chǎn)生大量蛋白多糖和膠原，因此較少發(fā)生原發(fā)性骨關(guān)節(jié)病而多見骨軟骨損傷[2-3]。踝關(guān)節(jié)OLT多發(fā)生于青壯年，約占全身軟骨損傷的4%，一旦損傷，自我愈合能力差，如不及時(shí)干預(yù)易致軟骨彌漫性損傷，從而進(jìn)展為繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎[4-5]。

軟骨損傷后蛋白多糖合成受到抑制，膠原纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)崩解、破壞及其排列方式改變，通透性增高[6-7]。人體直立行走時(shí)，踝關(guān)節(jié)軟骨承受的壓力達(dá)到人體重量的5倍，損傷后軟骨的抗壓能力減弱，易將壓力傳至軟骨下骨質(zhì)結(jié)構(gòu)而引起骨質(zhì)改變，產(chǎn)生骨軟骨損傷，增加骨關(guān)節(jié)炎的風(fēng)險(xiǎn)[8]。OLT分型的依據(jù)即為軟骨和軟骨下骨質(zhì)結(jié)構(gòu)受累程度。

MRI是無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)OLT的最佳檢查方法，但早期病變信號(hào)及形態(tài)變化不明顯，常規(guī)MRI易漏診，且無(wú)法定量評(píng)估。目前T1ρ技術(shù)多用于膝關(guān)節(jié)軟骨相關(guān)研究[9-10]。本研究采用T1ρ技術(shù)評(píng)估踝關(guān)節(jié)OLT，結(jié)合關(guān)節(jié)鏡檢查，測(cè)量時(shí)將T1ρ圖放大4倍，選擇中間部分，以避免關(guān)節(jié)積液及軟骨下骨結(jié)構(gòu)所致表面容積效應(yīng)，使結(jié)果更可靠。

T1ρ偽彩圖中，正常軟骨呈現(xiàn)均勻的橙紅色階，損傷后呈現(xiàn)黃綠色。由于Hepple改良分型中的Ⅴ型OLT患者受損軟骨已大部分或完全缺損，且踝關(guān)節(jié)軟骨非常薄，難以準(zhǔn)確測(cè)量其T1ρ值，本研究只針對(duì)Ⅰ～Ⅳ型踝關(guān)節(jié)OLT病例進(jìn)行分析，而未納入Ⅴ型OLT病例。關(guān)節(jié)鏡下，踝關(guān)節(jié)損傷患者距骨軟骨完全正常者非常少見，且既往研究[11]發(fā)現(xiàn)患者軟骨正常區(qū)域的T2值與健康人差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.53)，故本研究以患者正常區(qū)域?yàn)檎?duì)照組測(cè)量T1ρ值。

本研究結(jié)果顯示，隨損傷程度加重，T1ρ值逐漸延長(zhǎng)，采用T1ρ技術(shù)可區(qū)分正常軟骨和Ⅰ型OLT，而Ⅱ型OLT軟骨T1ρ值雖較Ⅰ型延長(zhǎng)，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.12)，提示二者間軟骨損傷程度差別并不大。Ⅰ型及Ⅱ型OLT的區(qū)別在于Ⅰ型損傷僅有關(guān)節(jié)軟骨損傷，而Ⅱ型損傷伴軟骨下骨質(zhì)隱匿性骨折。T1ρ技術(shù)可清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨，卻無(wú)法評(píng)估軟骨下骨質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，故需結(jié)合常規(guī)MRI診斷Ⅰ型及Ⅱ型OLT。

本研究中Ⅱ型和Ⅲ型OLT軟骨T1ρ值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.03)，但差值不大，且存在少量重疊，提示此時(shí)須謹(jǐn)慎采用T1ρ技術(shù)評(píng)估OLT，應(yīng)結(jié)合其他檢查方法進(jìn)行判斷。Ⅳ型OLT軟骨T1ρ值較Ⅲ型延長(zhǎng)(P<0.05)，可能由于常規(guī)MRI和T1ρ技術(shù)無(wú)法檢測(cè)Ⅳ型OLT骨軟骨塊與距骨體分離而發(fā)生的微小移位，而移位的間隙出現(xiàn)關(guān)節(jié)積液，使PDWI顯示信號(hào)明顯增高；T1ρ圖像中，軟骨損傷區(qū)域積液填充，導(dǎo)致局部蛋白多糖含量減少，使T1ρ值明顯延長(zhǎng)，損傷部位色彩發(fā)生改變。

關(guān)節(jié)鏡可清晰顯示踝關(guān)節(jié)軟骨全層。本研究以關(guān)節(jié)鏡分級(jí)結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，觀察T1ρ技術(shù)對(duì)于踝關(guān)節(jié)OLT的應(yīng)用價(jià)值，發(fā)現(xiàn)PDWI診斷踝關(guān)節(jié)OLT與關(guān)節(jié)鏡的一致性較好，與既往研究[12]結(jié)果相符。常規(guī)MRI可觀察軟骨形態(tài)改變，卻無(wú)法顯示軟骨內(nèi)大分子結(jié)構(gòu)的變化及定量評(píng)估軟骨改變，而T1ρ技術(shù)可彌補(bǔ)這一不足。

本研究中3例關(guān)節(jié)鏡顯示踝關(guān)節(jié)Ⅰ型OLT患者PDWI表現(xiàn)為正常軟骨，而T1ρ值延長(zhǎng)，同樣提示為Ⅰ型損傷。在軟骨病變?cè)缙冢鋬?nèi)大分子結(jié)構(gòu)變化尚不足以引起軟骨信號(hào)改變時(shí)，常規(guī)MRI仍表現(xiàn)為正常信號(hào)，而T1ρ技術(shù)卻可以敏感檢出。但本組病例數(shù)較少，未比較T1ρ技術(shù)與PDWI對(duì)診斷早期軟骨損傷的敏感度。

本研究的局限性：①樣本量較少；②T1ρ技術(shù)無(wú)法顯示軟骨下骨質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，不足以充分評(píng)估踝關(guān)節(jié)OLT分型。

綜上所述，T1ρ成像可清晰顯示距骨軟骨，通過(guò)色階變化定量、測(cè)量軟骨T1ρ值，可客觀評(píng)價(jià)軟骨損傷程度。雖然T1ρ技術(shù)無(wú)法單獨(dú)評(píng)估踝關(guān)節(jié)OLT，但可彌補(bǔ)常規(guī)MRI診斷OLT的不足，尤其適用于早期軟骨損傷患者。