髖關(guān)節(jié)軟骨生化MRI應(yīng)用進(jìn)展

魯 釗，魏 玲，潘詩農(nóng)

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004)

髖關(guān)節(jié)是人體重要的負(fù)重關(guān)節(jié)。股骨頭及髖臼表面覆蓋的關(guān)節(jié)軟骨為透明軟骨，圓韌帶窩處無軟骨覆蓋；髖臼外圍是髖臼盂唇，由纖維軟骨構(gòu)成，附著于髖臼前緣、外側(cè)緣及后緣。髖關(guān)節(jié)形態(tài)異常如發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良、髖關(guān)節(jié)撞擊綜合征(femoroacetabular impingement, FAI)等可致髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎。發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良(developmental dysplasia of hip, DDH)包括髖臼發(fā)育不良、髖關(guān)節(jié)半脫位及完全性脫位使髖關(guān)節(jié)正常機械負(fù)荷發(fā)生改變，最終導(dǎo)致髖關(guān)節(jié)炎。FAI是股骨頭及頸與髖臼盂唇解剖形態(tài)異常所致，分為凸輪型、鉗夾型及混合型。早期診斷髖關(guān)節(jié)軟骨異常并及時干預(yù)，可降低疾病進(jìn)展風(fēng)險及髖關(guān)節(jié)置換概率。軟骨生化MRI采用特殊MR序列成像，可觀察軟骨生化成分改變，有利于早期診斷、早期治療髖關(guān)節(jié)軟骨異常。本文對髖關(guān)節(jié)軟骨生化MRI研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 髖關(guān)節(jié)軟骨生化MRI技術(shù)

1.1 T2*mapping與T2 mapping成像 T2 mapping成像技術(shù)利用多回波自旋回波序列獲取軟骨原始圖像，經(jīng)后處理生成T2偽彩圖；T2*mapping技術(shù)則采用多回波梯度回波序列采集軟骨圖像，掃描時間短，且對偽影更敏感。T2弛豫時間與細(xì)胞外基質(zhì)的水分和膠原蛋白含量及結(jié)構(gòu)相關(guān)。由于膠原纖維在軟骨內(nèi)的排列方式不同，軟骨T2弛豫時間由深層至淺層逐漸增加[1]。軟骨受損后，膠原纖維失去正常結(jié)構(gòu)，軟骨內(nèi)水分子增加，導(dǎo)致T2弛豫時間增加[2]。另外，T2弛豫時間對膠原纖維排列方向與B0場方向所呈夾角敏感，此即魔角效應(yīng)。

1.2 旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)自旋晶格弛豫技術(shù) 旋轉(zhuǎn)框架內(nèi)自旋晶格弛豫(the spin-lattice relaxation in the rotating frame, T1ρ)成像技術(shù)主要針對信號衰減的時間常數(shù)T1ρ值進(jìn)行檢測，通過在常規(guī)序列上提前施加自旋鎖定脈沖進(jìn)行成像，評價糖胺聚糖含量的特異性比T2 mapping更高。T1ρ定量研究[3]發(fā)現(xiàn)自旋鎖定技術(shù)可減少偶極-偶極相互作用，降低弛豫時間常數(shù)對膠原纖維排列方式的依賴性；但也有學(xué)者認(rèn)為T1ρ對蛋白多糖及膠原均甚敏感，軟骨基質(zhì)破壞伴隨蛋白多糖丟失可致T1ρ值增高[4]。另一方面，T1ρ成像技術(shù)對磁場均勻度要求較高，且易出現(xiàn)圖像偽影，給常規(guī)臨床應(yīng)用帶來很大困難。

1.3 軟骨延遲增強MRI 軟骨延遲增強MRI(delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage, dGEMRIC)指經(jīng)靜脈或關(guān)節(jié)內(nèi)注射對比劑(如Gd-DTPA)，待其彌散進(jìn)入軟骨內(nèi)，于靜脈注射30～90 min[5]、關(guān)節(jié)內(nèi)注射15～30 min后行T1加權(quán)序列掃描，采集軟骨圖像[6]。蛋白聚糖及相關(guān)糖胺聚糖由帶負(fù)電荷的羧基和硫酸糖組成，靜脈注射帶負(fù)電荷的Gd-DTPA2-后，兩者相互排斥。正常軟骨富含糖胺聚糖，增強掃描呈Gd-DTPA2-呈低濃聚；軟骨破壞后糖胺聚糖含量減少，Gd-DTPA2-呈高濃聚[7]。dGEMRIC為有創(chuàng)檢查，目前尚無標(biāo)準(zhǔn)掃描方式，且對比劑不良反應(yīng)較大。

2 軟骨生化MRI在髖關(guān)節(jié)疾病中的應(yīng)用

2.1 骨性關(guān)節(jié)炎 骨性關(guān)節(jié)炎是由多種病理因素導(dǎo)致的關(guān)節(jié)代謝障礙，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。BITTERSOHL等[8]分析不同Mankin分級骨性關(guān)節(jié)炎股骨頭標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)其T2*值與Mankin分級存在相關(guān)性，且隨骨性關(guān)節(jié)炎程度加重，T2*值逐漸下降。另有研究發(fā)現(xiàn)[9]賽艇運動員髖臼軟骨外上區(qū)T2*值降低，提示存在早期軟骨退變；而輕、中度骨性關(guān)節(jié)炎患者髖臼軟骨前上區(qū)T2值和T1ρ值增加，與骨性關(guān)節(jié)炎好發(fā)區(qū)域吻合[10]。根據(jù)T1ρ和T2值能預(yù)測髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展。GALLO等[11]對54例髖關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者進(jìn)行超過18個月的隨訪觀察，發(fā)現(xiàn)病情進(jìn)展者T2值和T1ρ值較基線升高。此外，髖關(guān)節(jié)T2值與軟骨損傷區(qū)域dGEMRIC指數(shù)存在負(fù)相關(guān)，提示T2 mapping聯(lián)合dGEMRIC可用于診斷骨性關(guān)節(jié)炎[12]。

2.2 FAI FERRO等[13]觀察髖關(guān)節(jié)軟骨，發(fā)現(xiàn)FAI組與對照組間T2值差異無統(tǒng)計學(xué)意義；分為內(nèi)、外側(cè)進(jìn)行分析時，外側(cè)軟骨T2值低于內(nèi)側(cè)軟骨，而FAI組內(nèi)、外側(cè)T2值差異小于對照組，提示采用軟骨生化MRI觀察髖關(guān)節(jié)軟骨時，有必要進(jìn)行分區(qū)觀察。FAI所致軟骨退變易發(fā)生于髖關(guān)節(jié)軟骨前外區(qū)和外上區(qū)，評估時應(yīng)該考慮分區(qū)差異的影響。

既往研究[14-15]發(fā)現(xiàn)，無癥狀凸輪型FAI患者髖關(guān)節(jié)軟骨前外側(cè)T1ρ值升高，提示即使尚未出現(xiàn)臨床癥狀，F(xiàn)AI患者髖關(guān)節(jié)軟骨亦已發(fā)生退變。利用T1ρ技術(shù)亦能評估手術(shù)治療FAI的效果，凸輪型FAI關(guān)節(jié)鏡術(shù)后2年髖關(guān)節(jié)軟骨T1ρ值較基線下降，提示髖關(guān)節(jié)達(dá)到生物力學(xué)平衡及軟骨基質(zhì)逐漸恢復(fù)正常[16]。GRAMMATOPOULOS等[17]對17例無癥狀凸輪型FAI患者進(jìn)行平均為期4年的隨訪，發(fā)現(xiàn)軟骨后外區(qū)T1ρ值增高，提示該區(qū)可能是軟骨退變易感區(qū)。除具有區(qū)間差異之外，髖關(guān)節(jié)軟骨T1ρ值還存在層間差異，正常軟骨T1ρ值由深層至表層逐漸增加，而RAKHRA[18]等在FAI患者中未觀察到這一趨勢。

FAI分型不同，軟骨損傷部位亦不同。dGEMRIC可精準(zhǔn)定位損傷部位。凸輪型FAI髖關(guān)節(jié)前區(qū)軟骨損傷顯著，而鉗夾型表現(xiàn)為髖關(guān)節(jié)軟骨廣泛損傷[19]。FAI髖臼軟骨整體T2和T1ρ值高于正常人，其軟骨前上區(qū)信號不均勻性增加是診斷軟骨撕裂的敏感指標(biāo)[20]。PALMER等[21]隨訪34例FAI患者，發(fā)現(xiàn)可根據(jù)基線dGEMRIC指數(shù)預(yù)測骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生。FAI患者髖臼周圍截骨術(shù)后1年dGEMRIC指數(shù)低于基線，可能為軟骨炎癥級聯(lián)反應(yīng)、醫(yī)源性損傷及生物力學(xué)改變所致[22]。

2.3 發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良 NISHII等[23]觀察15例DDH患者負(fù)重情況下負(fù)重區(qū)域髖臼軟骨T2值變化，發(fā)現(xiàn)其髖臼軟骨外上區(qū)域T2值降低程度大于正常人，提示DDH軟骨基質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分已發(fā)生變化。除能早期發(fā)現(xiàn)軟骨異常外，T2 mapping還可用于評估DDH預(yù)后。SHOJI等[24]分析31例髖臼發(fā)育不良患者接受髖臼旋轉(zhuǎn)截骨術(shù)前及術(shù)后6個月、1年、2年髖臼及股骨頭的T2值，發(fā)現(xiàn)術(shù)后6個月髖臼及股骨頭軟骨T2值升高，提示生物力學(xué)對軟骨基質(zhì)成分存在影響；術(shù)后1年、2年軟骨T2值降低，可能由于水分子在排列雜亂的膠原纖維中的流動性減低，且軟骨纖維修復(fù)導(dǎo)致硬度增加。T2 mapping成像可定量評價DDH患兒股骨頭及髖臼軟骨生長發(fā)育情況，股骨頭及髖臼軟骨各亞區(qū)T2值與年齡呈中度或高度負(fù)相關(guān)[25]。

HINGSAMMER等[26]縱向評估37例截骨術(shù)后FAI患者，發(fā)現(xiàn)術(shù)后1年髖臼軟骨淺層dGEMRIC指數(shù)降低，術(shù)后2年高于術(shù)后1年但仍低于術(shù)前，提示術(shù)后髖臼軟骨淺層存在一過性蛋白多糖減低，可能由于炎癥介導(dǎo)的蛋白多糖分解代謝增強；而上部分區(qū)髖臼軟骨深層dGEMRIC指數(shù)持續(xù)減低，可能是髖臼軟骨對截骨術(shù)后機械負(fù)荷恢復(fù)的正常反應(yīng)。dGEMRIC指數(shù)還可用于評估髖關(guān)節(jié)髖臼軟骨自體細(xì)胞移植術(shù)的療效[27]。

2.4 其他疾病 軟骨生化MRI技術(shù)還可用于股骨頭壞死等其他疾病。冷曉明等[28]研究表明，T1ρ成像技術(shù)可用于定量評估股骨頭壞死所致軟骨損傷程度，該項研究中，國際骨循環(huán)研究會(Association Research Circulation Osseous, ARCO)分期Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期患者軟骨T1ρ值與對照組差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。XU等[29]以T2 mapping 觀察股骨頭壞死術(shù)后軟骨標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)股骨頭壞死關(guān)節(jié)軟骨T2值不均勻增高，病理結(jié)果顯示軟骨內(nèi)水分子增加及膠原纖維排列紊亂。無論是否塌陷型股骨頭壞死，激素治療后系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者髖關(guān)節(jié)軟骨T2值均升高，提示激素治療及骨壞死是導(dǎo)致軟骨退變的獨立危險因素[30]。股骨頭骨骺滑脫原位固定術(shù)后髖關(guān)節(jié)軟骨dGEMRIC指數(shù)降低提示可能存在早期骨性關(guān)節(jié)炎[31]。對中重度股骨頭骨骺滑脫患者進(jìn)行中期隨訪，結(jié)果顯示dGEMRIC未見關(guān)節(jié)間隙狹窄者亦存在關(guān)節(jié)軟骨退變[32]。FERRERO等[33]應(yīng)用T2 mapping技術(shù)評估水楊酸治療軟骨疾病的療效，發(fā)現(xiàn)治療后T2值增高與疼痛減輕存在相關(guān)性。

總之，目前軟骨生化MRI技術(shù)的臨床應(yīng)用雖受到諸多限制，如股骨頭和髖臼軟骨層呈球形且相對較薄，軟骨間隙狹窄，定量評估易受偽影及關(guān)節(jié)液影響，且掃描時間長、空間分辨率較低等，但提高了影像學(xué)對于關(guān)節(jié)軟骨疾病的診斷效能，可為臨床早期干預(yù)提供依據(jù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。