多b值DWI及T2* mapping成像軟骨定量分析技術(shù)在診斷KOA中的應(yīng)用

孫偉偉， 黃部發(fā)， 李 蕾

1. 連云港市第一人民醫(yī)院影像科， 江蘇 連云港 222000； 2. 連云港市中醫(yī)院影像科， 江蘇 連云港 222000

膝骨關(guān)節(jié)炎(KOA)是非炎癥性慢性退行性疾病，主要特點(diǎn)為關(guān)節(jié)軟骨損傷及骨質(zhì)增生，目前，已成為中老年致殘的主要疾病之一[1,2]。關(guān)節(jié)軟骨自我修復(fù)能力有限，然而隨臨床藥理學(xué)及其他治療手段的進(jìn)步，修復(fù)已損傷軟骨、延緩軟骨退變，甚至自體軟骨移植已成為可能[3]。這依賴于可準(zhǔn)確、無創(chuàng)評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)軟骨生理狀況的技術(shù)手段。近年來，磁共振成像(MRI)技術(shù)飛速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨疾病評(píng)價(jià)[4]。3.0T MRI具有高分辨優(yōu)勢(shì)，可更清晰顯示變薄軟骨分層，利于精確發(fā)現(xiàn)損傷程度及損傷范圍，目前，國(guó)內(nèi)外研究主要集中于T1P、T2* mapping、磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)等技術(shù)，獲取慢速擴(kuò)散系數(shù)(SlowADC值)、快速擴(kuò)散系數(shù)(FastADC值)、T2* 值等定量參數(shù)，為臨床診斷提供參考依據(jù)[5,6]，但對(duì)多b值DWI及T2* mapping成像聯(lián)合分析KOA研究較少。本研究嘗試分析3.0T MRI定量檢查關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值在KOA診斷及病情程度評(píng)估中的聯(lián)合應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年6月至2020年10月連云港市第一人民醫(yī)院的60例KOA患者(92個(gè)膝關(guān)節(jié))作為觀察組，另選取60例同期健康體檢者(90個(gè)膝關(guān)節(jié))作為對(duì)照組。納入標(biāo)準(zhǔn)：KOA的診斷參照《膝骨關(guān)節(jié)炎中西醫(yī)結(jié)合診療指南》[7]診斷標(biāo)準(zhǔn)；體質(zhì)量指數(shù)(BMI)在18～25 kg/m2；研究對(duì)象均知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：膝關(guān)節(jié)手術(shù)、外傷、骨折史者；炎癥、腫瘤者。觀察組：男33例，女27例，年齡42～76歲，平均年齡(59.27±7.15)歲，平均BMI(21.49±1.14)kg/m2。對(duì)照組：男35例，女25例，年齡40～78歲，平均年齡(60.38±7.54)歲，平均BMI(21.71±1.26)kg/m2。兩組性別、年齡、BMI對(duì)比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)審批通過。

1.2 方法

采用美國(guó)GEMR750 3.0T MRI進(jìn)行MRI定量檢查，八通道線圈。常規(guī)序列：冠狀位T1WI及FS-T2WI、矢狀位T1WI及FS-T2WI、軸位FS-T2WI；多b值DWI：b值分別取20、50、100、150、200、400、800、1000、1200 s/mm2；T2* mapping序列：用8回波SE序列，TR 600.0 ms，TE 3.0、8.1、13.2、18.2、23.3、28.4、33.5、38.6 ms，層間距1.0 mm，層厚4.0 mm，F(xiàn)OV 18 cm×18 cm，掃描時(shí)間4.34 min。圖像均傳輸至ADW4.6工作站，由1位副主任醫(yī)師和1位主治醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行分析及測(cè)量，結(jié)果不一致時(shí)，協(xié)商一致。通過后處理界面進(jìn)入T2* MAP及MADC菜單，分別計(jì)算出膝關(guān)節(jié)內(nèi)、外側(cè)軟骨的SlowADC值、FastADC值、T2* 值。

1.3 觀察指標(biāo)

(1)兩組患者及觀察組不同病情程度患者關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值比較。病情程度：無任何骨關(guān)節(jié)炎征象為0級(jí)；輕微骨贅，關(guān)節(jié)間隙可疑變窄為I級(jí)；明顯骨贅，關(guān)節(jié)間隙可疑變窄為Ⅱ級(jí)；中等量骨贅，關(guān)節(jié)間隙中度變窄為Ⅲ級(jí)；大量骨贅，關(guān)節(jié)間隙明顯變窄，嚴(yán)重軟骨下骨硬化及明顯畸形為Ⅳ級(jí)。0～Ⅰ為輕度，Ⅱ級(jí)為中度，Ⅲ～Ⅳ級(jí)為重度。(2)關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值與KOA發(fā)生及病情程度的關(guān)系。(3)關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值對(duì)KOA的診斷價(jià)值，以及對(duì)病情程度的評(píng)估價(jià)值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 兩組SlowADC值、FastADC值、T2* 值

觀察組關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)側(cè)和外側(cè)SlowADC值、FastADC值、T2* 值均明顯高于對(duì)照組(P<0.05)。

見表1、圖1。

圖1 KOA患者關(guān)節(jié)軟骨DWI序列(a)及T2* mapping序列(b)掃描圖像

表1 兩組SlowADC值、FastADC值、T2* 值比較

2.2 觀察組不同病情程度患者SlowADC值、Fast-ADC值、T2* 值

觀察組不同病情程度患者關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)側(cè)和外側(cè)SlowADC值、FastADC值、T2* 值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；兩兩比較，重度患者>中度患者>輕度患者(P<0.05)。見表2。

表2 觀察組不同病情程度患者關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值比較

2.3 SlowADC值、FastADC值、T2* 值與KOA發(fā)生及病情程度的關(guān)系

Spearman相關(guān)性分析，關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)側(cè)和外側(cè)SlowADC值、FastADC值、T2* 值與KOA發(fā)生、病情程度呈正相關(guān)(P<0.05)。見表3。

表3 關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值與KOA發(fā)生及病情程度的關(guān)系

2.4 關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值對(duì)KOA的診斷價(jià)值

以觀察組為陽性樣本，以對(duì)照組為陰性樣本，ROC曲線分析結(jié)果顯示，關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)側(cè)SlowADC值、FastADC值、T2* 值診斷KOA的曲線下面積(AUC)分別為0.841、0.704、0.862；關(guān)節(jié)軟骨外側(cè)SlowADC值、FastADC值、T2* 值診斷KOA的AUC分別為0.786、0.765、0.716。上述6項(xiàng)聯(lián)合診斷KOA的AUC為0.900，高于各指標(biāo)單獨(dú)診斷(P<0.05)。見圖2。

圖2 關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值對(duì)KOA診斷價(jià)值

2.5 關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值對(duì)病情程度的評(píng)估價(jià)值

以重度KOA作為陽性樣本，輕中度KOA作為陰性樣本，ROC曲線分析結(jié)果顯示，關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)側(cè)SlowADC值、FastADC值、T2* 值評(píng)估病情程度的AUC分別為0.663、0.758、0.814；關(guān)節(jié)軟骨外側(cè)SlowADC值、FastADC值、T2* 值評(píng)估病情程度的AUC分別為0.639、0.778、0.666。上述6項(xiàng)聯(lián)合評(píng)估病情程度的AUC為0.881，高于各指標(biāo)單獨(dú)評(píng)估價(jià)值(P<0.05)。詳見圖3。

圖3 關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值對(duì)病情程度的評(píng)估價(jià)值

3 討論

目前，臨床多認(rèn)為KOA是炎癥和力學(xué)因素共同作用下，軟骨細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)及軟骨下骨合成和降解正常耦聯(lián)失衡所致[8,9]。隨臨床藥理學(xué)及分子生物學(xué)研究進(jìn)展，早期治療KOA成為可能。因此，如何早期、半定量或定量分析軟骨損傷顯得尤為重要。T2* mapping已被公認(rèn)為反映膠原軟骨改變的敏感技術(shù)，而T2* mapping成像時(shí)間更短、空間分辨率更高及完整覆蓋關(guān)節(jié)軟骨面，有望成為關(guān)節(jié)軟骨病變病情監(jiān)測(cè)的優(yōu)選影像學(xué)檢查方式[10]。有學(xué)者研究顯示，T2* mapping可定量評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)軟骨損傷，可顯示膠原排列方向及水分子含量變化，并以T2* 值定量反映出來[11]。本研究顯示，KOA患者關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)側(cè)、外側(cè)T2* 值高于健康體檢者，且T2* 值隨KOA病情惡化而增加。分析原因，主要是由于T2* 值影響因素主要為水分子含量、膠原纖維各向異性、膠原含量等。KOA早期，軟骨膠原網(wǎng)格損壞，蛋白聚糖散開，氨基葡聚糖側(cè)鏈暴露更多負(fù)電荷，吸引更多水分子，同時(shí)，膠原網(wǎng)格崩解，各向異性減小，導(dǎo)致T2* 值升高[12]。而關(guān)節(jié)軟骨由軟骨細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)(蛋白多糖、膠原纖維、水等)構(gòu)成，膝關(guān)節(jié)退變過程中，膠原蛋白流失，細(xì)胞外基質(zhì)降解及合成失衡，導(dǎo)致KOA發(fā)生[13]。由此可知，KOA患者未發(fā)生形態(tài)學(xué)改變時(shí)，T2* mapping成像即可發(fā)現(xiàn)軟骨組織成分變化，且能區(qū)別不同病情程度的病變，可作為評(píng)價(jià)早期軟骨損傷的敏感指標(biāo)。

DWI反映組織中水分子微觀擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。既往研究顯示，早期軟骨損傷患者ADC值顯著升高[14]。多b值DWI指應(yīng)用雙指數(shù)衰減模型-體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(IVIM)擬合DWI參數(shù)，已更好地反映水分子自由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與血流灌注信息，SlowADC值、Fast-ADC值分別表示水分子彌散運(yùn)動(dòng)、微血管灌注情況[15,16]。本研究顯示，關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)側(cè)、外側(cè)SlowADC值與KOA發(fā)生、病情程度呈正相關(guān)，與馬小芳等[16]的報(bào)道一致。關(guān)節(jié)軟骨組織損傷時(shí)，膠原蛋白減少，導(dǎo)致水含量增加，水分子擴(kuò)散速度加快，SlowADC值增加。本研究中，KOA患者關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)側(cè)、外側(cè)FastADC值明顯升高，且與病情程度有關(guān)。KOA患者滑膜中血管增生是導(dǎo)致滑膜炎、骨和軟骨破壞的重要因素[17]。KOA進(jìn)程中血管生成，血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)多種細(xì)胞因子與黏附分子，促使炎癥細(xì)胞不斷進(jìn)入炎癥滑膜，同時(shí)，隨病情進(jìn)展，侵蝕性病變侵入軟骨或骨組織，此處血管數(shù)量及滑膜細(xì)胞增加，在各種細(xì)胞因子與炎癥介質(zhì)介導(dǎo)下，導(dǎo)致關(guān)節(jié)和骨破壞[18,19]。筆者認(rèn)為滑膜血管增生與KOA發(fā)生及病情進(jìn)展密切相關(guān)，F(xiàn)astADC值可敏感評(píng)價(jià)軟骨損傷，而馬小芳等[16]發(fā)現(xiàn)，輕度KOA患者與重度KOA患者FastADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與本研究存在差異的原因可能與納入對(duì)象個(gè)體差異性、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不同等有關(guān)。此外，本研究采用ROC曲線評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)軟骨SlowADC值、FastADC值、T2* 值對(duì)KOA診斷及病情程度評(píng)估價(jià)值，數(shù)據(jù)顯示，關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)SlowADC值、FastADC值、T2* 值聯(lián)合應(yīng)用價(jià)值最高(診斷、病情程度評(píng)估AUC分別達(dá)0.900、0.881)，為臨床提供有效量化參考依據(jù)。

綜上可知，多b值DWI及T2* mapping成像軟骨定量分析技術(shù)可早期評(píng)價(jià)KOA軟骨損傷，并可區(qū)別不同時(shí)期KOA，為臨床診治提供理論參考。