李志剛，文 戈，杜立新，王 攀，趙云輝，蘭 鵬

1廣東醫(yī)科大學(xué)附屬龍華中心醫(yī)院（深圳市龍華區(qū)中心醫(yī)院）醫(yī)學(xué)影像科，廣東 深圳518110；2南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院影像教研室，廣東 廣州510515

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（OA）屬于膝關(guān)節(jié)軟骨損傷之一，近年來(lái)隨著我國(guó)居民生活方式的不斷改變以及人口老齡化問(wèn)題的日益加劇，膝關(guān)節(jié)OA的發(fā)病率正呈逐年升高趨勢(shì)［1］。針對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨損傷退變，早期準(zhǔn)確的診斷和治療顯得尤為重要，對(duì)改善患者預(yù)后具有極其重要的意義［2］。而關(guān)節(jié)軟骨的退變至OA是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)程，在分子水平上，先有生化成分的改變，之后才有結(jié)構(gòu)和形態(tài)的改變。針對(duì)關(guān)節(jié)軟骨退變的主要病理生理改變，MRI已成為膝關(guān)節(jié)OA的常規(guī)檢查方法，相較于既往常規(guī)檢查而言，該檢查方式具有無(wú)創(chuàng)、敏感、準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)是定量MR成像技術(shù)，主要有：T2 mapping、T2*mapping、DWI及DTI來(lái)評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨的水含量及滲透壓的改變；鈉磁共振成像、延遲釓增強(qiáng)磁共振軟骨成像來(lái)評(píng)估蛋白多糖的變化；以及DTI來(lái)評(píng)估膠原蛋白的變化等，但評(píng)估效果尚存爭(zhēng)議［3-4］。雖然T2 mapping在評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)軟骨退變方面文獻(xiàn)報(bào)道較多，主要是基于多回波自旋回波（MESE）序列的T2值來(lái)反映軟骨內(nèi)成分的改變，且對(duì)軟骨內(nèi)的水及膠原纖維的變化較敏感，能有效檢測(cè)關(guān)節(jié)軟骨早期退變或損傷區(qū)域，間接反映蛋白多糖含量，可提高對(duì)膝關(guān)節(jié)軟骨損傷檢測(cè)的敏感度。但其缺陷是存在特異度降低，應(yīng)用于早期膝關(guān)節(jié)軟骨損傷評(píng)價(jià)方面的效果仍不理想，T2值與膠原蛋白含量是否相關(guān)尚存在爭(zhēng)議［5-7］，且存在掃描時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)、圖像質(zhì)量較低及可重復(fù)性不強(qiáng)等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題和缺陷，我們嘗試選擇在3.0 T常規(guī)MRI掃描的基礎(chǔ)上選擇T2*mapping成像序列來(lái)對(duì)OA進(jìn)行研究，利用T2*mapping軟骨生化成像手段、成像速度快、圖像分辨率高、能進(jìn)行三維各向同性評(píng)價(jià)等優(yōu)勢(shì)。相對(duì)T2 mapping技術(shù)而言，在一定程度上縮短了成像時(shí)間，同時(shí)提高了空間分辨率［3,8］。通過(guò)分析T2*mapping輔助MRI診斷技術(shù)評(píng)價(jià)差異性膝關(guān)節(jié)OA軟骨損傷程度患者的作用并進(jìn)行分析，旨在為膝關(guān)節(jié)OA的早期診斷提供一種行之有效的手段。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我院2016年6月～2019年6月收治的膝關(guān)節(jié)OA患者46例作為病變組，其中男性32例，女性14例，年齡22～69歲（41.19±15.53歲）。納入標(biāo)準(zhǔn)：所有患者均存在不同程度的膝關(guān)節(jié)疼痛及功能障礙；年齡18周歲以上；入院前尚未接受任何相關(guān)治療；臨床病歷資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：存在急性外傷及骨折者；入院前便已有糖尿病和類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等其他內(nèi)科疾病者；既往有膝關(guān)節(jié)腫瘤或（和）手術(shù)病史者。另取正常健康志愿者7名作為對(duì)照組，其中男性5例，女性2例，年齡23～64歲（42.05±15.28歲）。兩組一般資料相比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。納入對(duì)象均在知情同意書(shū)上簽字，并有完善的醫(yī)院倫理委員會(huì)審批手續(xù)。

1.2 研究方法

使用Siemens Skyra 3.0 T超導(dǎo)磁共振成像儀。18通道膝關(guān)節(jié)線(xiàn)圈。檢查前要求患者靜坐30 min，隨后取仰臥位，保持膝關(guān)節(jié)自然伸直，先完成膝關(guān)節(jié)常規(guī)MRI掃描后，進(jìn)行基于FLASH（梯度回波）多回波序列的T2*mapping掃描，相關(guān)掃描參數(shù)如下：TR=784 ms，TE=4.84/12.37/19.91/27.48/34.99/42.53 ms，翻轉(zhuǎn)角60°，層厚3.0 mm，層間隔0.6 mm，F(xiàn)OV：160 mm×160 mm，矩陣：384×384，NEX：1，采集時(shí)間2min30s。

1.3 圖像分析

（1）將所獲取的圖像上傳至工作站，借助Mapit軟件包和PACS系統(tǒng)完成圖像的處理和分析。將融合TE=12.37 ms解剖圖以及T2*mapping圖像，適當(dāng)調(diào)節(jié)色階，以藍(lán)色表示T2*最低，紅色最高，綠色中等。以Siemens Syngo MMWMPver:1.8作為圖形工作站。由我院兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的MRI醫(yī)師采用雙盲法完成閱片；（2）選擇膝關(guān)節(jié)承重面，非承重面軟骨區(qū)放置ROI，重復(fù)測(cè)量3次，以平均值作為最終結(jié)果。其中承重面測(cè)量部位包括股骨內(nèi)、外側(cè)髁以及內(nèi)、外側(cè)脛骨平臺(tái)。以軟骨異常信號(hào)區(qū)作為ROI的放置部分，若無(wú)軟骨異常信號(hào)區(qū)，則隨機(jī)選取上述每個(gè)區(qū)域的任意3點(diǎn)，以平均值作為結(jié)果。非承重面測(cè)量部位涵蓋股前、股后及髕骨軟骨關(guān)節(jié)接觸面和非接觸面，上述各區(qū)域分別取3點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，以平均值作為結(jié)果。

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

膝關(guān)節(jié)OA病情評(píng)估主要是參照Kellgren-Lawrence放射學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)［9-10］完成：0級(jí)：無(wú)異常；Ⅰ級(jí)：關(guān)節(jié)間隙輕微變窄，伴或不伴骨贅；Ⅱ級(jí)：關(guān)節(jié)間隙輕微變窄，骨贅明顯；Ⅲ級(jí)：關(guān)節(jié)間隙變窄程度較明顯，且有中等量的骨贅以及硬化性改變；Ⅳ級(jí)：關(guān)節(jié)間隙變窄程度十分明顯，且有大量的骨贅以及硬化性改變或明顯畸形。將Ⅰ、Ⅱ級(jí)記為輕度OA，Ⅲ、Ⅳ級(jí)記為重度OA。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)數(shù)資料以率表示，行χ2檢驗(yàn)；計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，行t檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 病變組與對(duì)照組膝關(guān)節(jié)不同區(qū)域軟骨T2*值對(duì)比

病變組膝關(guān)節(jié)股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)、外側(cè)脛骨平臺(tái)T2*值均高于對(duì)照組（P＜0.05，表1、圖1A～F）。

表1 病變組與對(duì)照組膝關(guān)節(jié)不同區(qū)域軟骨T2*值對(duì)比（ms,Mean±SD）Tab.1 Comparison of the T2* values of cartilage in different areas of knee joint in lesion group and control group

圖1 典型的膝關(guān)節(jié)軟骨偽彩圖Fig.1 Typical pseudo-color image of knee cartilage

2.2 病變組不同嚴(yán)重程度OA不同區(qū)域軟骨T2*值對(duì)比

重度患者股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)、外側(cè)脛骨平臺(tái)T2*值均高于輕度患者（P＜0.05，表2）。

2.3 病變組OA各區(qū)域淺深層軟骨T2*值對(duì)比

病變組OA股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)、外側(cè)脛骨平臺(tái)淺層軟骨的T2*值均高于深層軟骨（P＜0.05，表3）。

2.4 病變組OA股骨內(nèi)側(cè)髁、外側(cè)髁負(fù)重區(qū)與非負(fù)重區(qū)的T2*值對(duì)比

病變組OA股骨內(nèi)側(cè)髁、外側(cè)髁負(fù)重區(qū)的T2*值均高于非負(fù)重區(qū)（P＜0.05，表4）。

表2 病變組不同嚴(yán)重程度OA不同區(qū)域軟骨T2*值對(duì)比（ms,Mean±SD）Tab.2 Comparison of the T2* values of cartilage in different areas of different severity OA in the lesion group

表3 病變組OA各區(qū)域淺深層軟骨T2*值對(duì)比（ms,Mean±SD,n=46）Tab.3 Comparison of the T2* values of shallow and deep cartilage in each region ofOAin the lesion group

表4 病變組OA股骨內(nèi)側(cè)髁、外側(cè)髁負(fù)重區(qū)與非負(fù)重區(qū)的T2*值對(duì)比(ms,Mean±SD,n=46)Tab.4 Comparison of the T2* values of loading zone and nonloading zone of the medial and lateral condyles of the femur of OA in the lesion group

3 討論

長(zhǎng)期重體力勞動(dòng)、負(fù)重以及自身免疫性因素等均可能引發(fā)膝關(guān)節(jié)軟骨上皮細(xì)胞的損傷，繼而引發(fā)OA的發(fā)生［11-12］。尤其是合并吸煙史的患者中，OA的發(fā)病率明顯更高，遠(yuǎn)期關(guān)節(jié)功能障礙的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較高［13］。相關(guān)研究報(bào)道表明，OA患者的關(guān)節(jié)功能喪失幾率在8%以上，需接受關(guān)節(jié)置換術(shù)治療的患者占比超過(guò)15%，由此可見(jiàn)，對(duì)于OA的早期診斷具有極其重要的意義［11,14-15］。早期準(zhǔn)確的診斷有利于指導(dǎo)OA的早期干預(yù)，為甾體類(lèi)抗炎藥物的應(yīng)用或軟骨保護(hù)劑類(lèi)藥物的早期治療提供參考依據(jù)。迄今為止，關(guān)節(jié)鏡檢查是國(guó)內(nèi)外所公認(rèn)的診斷OA的金標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)不同類(lèi)型以及損傷程度的OA實(shí)施診斷，然而，關(guān)節(jié)鏡檢查屬于有創(chuàng)檢查手段，且檢查費(fèi)用較高，不利于推廣，同時(shí)無(wú)法動(dòng)態(tài)檢查，難以對(duì)患者的病情進(jìn)行評(píng)估［16-17］。而隨著近年來(lái)膝關(guān)節(jié)MRI相關(guān)研究的日益深入，定量MRI成像技術(shù)在評(píng)估OA方面的應(yīng)用成為焦點(diǎn)，主要是在分子水平上，探討軟骨細(xì)胞、軟骨基質(zhì)及軟骨下骨三者代謝失衡，進(jìn)而發(fā)展軟骨退變的結(jié)果，發(fā)生的改變包括膠原纖維變性退化、蛋白多糖丟失、水含量降低以及水滲透改變。T2 mapping是目前研究較多評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨退變的定量MRI成像技術(shù)，關(guān)節(jié)軟骨的T2值反映了軟骨的水及膠原蛋白含量，關(guān)節(jié)軟骨的退變直接導(dǎo)致T2值異常升高。但存在掃描時(shí)間較長(zhǎng)、圖像質(zhì)量較低及可重復(fù)性不強(qiáng)、軟骨退變?cè)缙谠u(píng)價(jià)不理想、特異性不強(qiáng)等缺點(diǎn)［11,15-16］。

近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)獲得的T2*值實(shí)施圖像重構(gòu)，可借助不同的ROI值，進(jìn)一步對(duì)不同組織平面上的T2*值的評(píng)估，繼而定量分析軟骨組成成分，同時(shí)完成病變嚴(yán)重程度的評(píng)估［8,17］。且T2*mapping輔助MRI診斷技術(shù)可評(píng)估軟骨表面以及深部組織，從而對(duì)軟骨內(nèi)部骨微觀結(jié)構(gòu)變化情況實(shí)施診斷，研究表明T2*mapping技術(shù)對(duì)早期膝關(guān)節(jié)軟骨退變的陽(yáng)性率提高到63.7%［18］。相對(duì)于T2 mapping而言，T2*mapping具有成像速度快、圖像分辨率高、能進(jìn)行三維各向同性評(píng)價(jià)等優(yōu)勢(shì)。有關(guān)T2*mapping應(yīng)用于早期膝關(guān)節(jié)退變的研究報(bào)道不多，且MRI機(jī)器型號(hào)、場(chǎng)強(qiáng)不同、選擇序列缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)單一，以及僅僅對(duì)軟骨的T2*值量化，沒(méi)有進(jìn)一步分級(jí)分度研究等缺陷。正是基于上述情況，我們創(chuàng)新性地提出利用高場(chǎng)強(qiáng)（Siemens Skyra 3.0 T）測(cè)量關(guān)節(jié)軟骨的T2*值，并且根據(jù)OA的退變程度、軟骨的分層、負(fù)重與非負(fù)重區(qū)來(lái)分別測(cè)量對(duì)比，以觀察不同條件下T2*值的變化，從分子水平上反映OA的變化。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，病變組膝關(guān)節(jié)股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)、外側(cè)脛骨平臺(tái)T2*值均顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）。有研究結(jié)果顯示［19］：膝關(guān)節(jié)OA患者股骨內(nèi)側(cè)/外側(cè)軟骨、脛骨內(nèi)側(cè)/外側(cè)軟骨的磁共振T2*Mapping成像T2*值均顯著高于對(duì)照組。兩項(xiàng)研究高度一致，說(shuō)明T2*mapping輔助MRI診斷技術(shù)具有一定的診斷膝關(guān)節(jié)OA價(jià)值。分析原因，筆者認(rèn)為自由水質(zhì)子存在OA患者滑膜周?chē)M織的潤(rùn)滑液體內(nèi)，從而導(dǎo)致軟骨組織T2*值的顯著升高；與此同時(shí)，OA病變過(guò)程中細(xì)胞外基質(zhì)成分會(huì)出現(xiàn)代償性增加，加之軟骨細(xì)胞的不同程度減少，從而引起軟骨微觀結(jié)構(gòu)的改變，最終促進(jìn)了T2*值的升高。此外，重度組患者股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)、外側(cè)脛骨平臺(tái)T2*值均顯著高于輕度組（P＜0.05）。這表明T2*mapping輔助MRI診斷技術(shù)可能是評(píng)估膝關(guān)節(jié)OA患者病情嚴(yán)重程度的潛在指標(biāo)。究其原因，本研究認(rèn)為隨著病情的不斷加劇，其微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)的嵌合水分子以及折疊的蛋白質(zhì)糖分子濃度隨之升高，從而使得磁共振成像過(guò)程中的T2*回聲信號(hào)增強(qiáng)，T2*值越高。另有相關(guān)研究報(bào)道表明，隨著OA患者軟骨損傷程度的不斷加重，關(guān)節(jié)軟骨的基底膜軟骨組織纖維排列紊亂越明顯，且細(xì)胞外基質(zhì)的占比越重，從而使得T2*值受部分容積現(xiàn)象以及化學(xué)位移等因素的影響而升高［20-22］。另外，病變組患者股骨內(nèi)側(cè)髁、股骨外側(cè)髁、內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)、外側(cè)脛骨平臺(tái)淺層軟骨的T2*值均顯著高于深層軟骨（P＜0.05）。這和研究報(bào)道相一致［23］：膝關(guān)節(jié)OA患者股骨內(nèi)側(cè)/外側(cè)髁負(fù)重區(qū)的T2*值顯著高于非負(fù)重區(qū)。分析原因，可能和關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)生物化學(xué)成分以及生物力學(xué)的空間改變有關(guān)。本文結(jié)果還顯示了病變組OA股骨內(nèi)側(cè)髁、外側(cè)髁負(fù)重區(qū)的T2*值均顯著高于負(fù)重區(qū)（P＜0.05），導(dǎo)致該結(jié)果的主要原因可能在于：軟骨的特征在于區(qū)域解剖結(jié)構(gòu)由差異性膠原纖維組織產(chǎn)生，豐富的地帶性差異可能表示骨關(guān)節(jié)炎軟骨的成分以及結(jié)構(gòu)變化的多面性，T2*弛豫時(shí)間受含水量、水分子和膠原纖維相互作用的影響，T2*值越高，反映了含水量越高，水分子的遷移率越高［24-26］。

綜上所述，相比文獻(xiàn)中常用的T2 mapping，T2*mapping的主要優(yōu)勢(shì)在于：時(shí)間分辨率提高，成像速度快（采集時(shí)間T2*mapping為2 min 30 s，T2 mapping為2 min 36 s）；空間分辨率高，軟組織對(duì)比度好，膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)顯示清晰；中高信號(hào)的軟骨層與其下面低信號(hào)的骨質(zhì)對(duì)比鮮明，有利于病變的顯示。本研究顯示應(yīng)用T2*mapping輔助MRI診斷技術(shù)對(duì)差異性膝關(guān)節(jié)OA軟骨損傷程度患者的診斷價(jià)值較高，能有效為患者病情的評(píng)估提供可靠依據(jù)，具有較高的臨床推廣應(yīng)用價(jià)值，T2*值有望成為差異性膝關(guān)節(jié)OA診斷和監(jiān)測(cè)早期軟骨退變的無(wú)創(chuàng)性影像學(xué)檢查指標(biāo)。不過(guò)，由于樣本含量有限，還需要大數(shù)據(jù)、多中心等更多的科學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)確定T2*值評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨退變的可靠性、有效性和潛在機(jī)制。