許 華，曾自三，丁 浩

（廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，南寧 530021）

由于關(guān)節(jié)軟骨的自體修復(fù)能力有限，軟骨缺損不能得到及時(shí)修復(fù)，長(zhǎng)期進(jìn)展易導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨退行性變，發(fā)展為骨性關(guān)節(jié)炎，最終導(dǎo)致殘疾[1]。隨著軟骨修復(fù)及再生技術(shù)的發(fā)展與豐富，并取得一定的療效[2-3]，尋求監(jiān)測(cè)軟骨修復(fù)過(guò)程，評(píng)估臨床療效的技術(shù)需求日益增加。作為一項(xiàng)無(wú)創(chuàng)、可重復(fù)及多序列技術(shù)，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI）在評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)與功能上敏感性高。國(guó)際軟骨修復(fù)協(xié)會(huì)（international cartilage regeneration and joint preservation society，ICRS）將常規(guī)磁共振序列[T1WI、T2WI、質(zhì)子加權(quán)序列（PDWI）]作為評(píng)估軟骨的標(biāo)準(zhǔn)序列[4]，隨著3.0T 高場(chǎng)強(qiáng)磁共振的廣泛應(yīng)用及多序列軟骨成像技術(shù)的開(kāi)發(fā)，功能磁共振及3D 磁共振軟骨成像研究日益豐富，并成為研究熱點(diǎn)。T2 加權(quán)雙穩(wěn)態(tài)3D 成像序列（3D-T2-DESS）和T1 加權(quán)三維梯度回波容積內(nèi)插屏氣呼吸序列（3D-T1-VIBE）在軟骨形態(tài)學(xué)評(píng)估上具有更高的軟組織分辨率，3D成像的各向同性特性可以對(duì)軟骨進(jìn)行三維重建。功能磁共振成像評(píng)估軟骨組織的生化指標(biāo)，更準(zhǔn)確的提供軟骨修復(fù)過(guò)程中的生化信息。有研究表明，家兔小范圍軟骨缺損能自主修復(fù)[5]，本研究通過(guò)建立新西蘭大白兔雙側(cè)股骨內(nèi)側(cè)髁關(guān)節(jié)軟骨全層缺損模型，比較不同形態(tài)磁共振序列監(jiān)測(cè)軟骨修復(fù)效果；連續(xù)觀察功能磁共振測(cè)值變化，總結(jié)功能磁共振在評(píng)估軟骨修復(fù)中的價(jià)值。現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物模型制備 6～10個(gè)月齡健康新西蘭大白兔15只，雌雄不限，體重2.0～2.5 kg（廣西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心）。術(shù)前8 h禁食禁飲，經(jīng)耳緣靜脈注射戊巴比妥鈉1 mL/kg（3 g/100 mL）麻醉。雙側(cè)膝關(guān)節(jié)髕骨外側(cè)脫位，經(jīng)髕骨內(nèi)側(cè)旁皮膚切口暴露膝關(guān)節(jié)，用鉆頭在股骨內(nèi)側(cè)髁制作全層軟骨缺損（直徑5 mm，深3 mm），術(shù)前術(shù)后預(yù)防性使用抗生素（青霉素2×105U/kg，四川省精華動(dòng)物藥業(yè)有限公司，四川）。

1.2 術(shù)后磁共振評(píng)估 術(shù)后2～8 周，每周固定5 只行膝關(guān)節(jié)定量磁共振掃描，第8 周15 只行形態(tài)磁共振檢查。使用西門子Prisam 3.0T磁共振，采用8通道小動(dòng)物專用線圈（蘇州眾志醫(yī)療有限公司，江蘇）線圈結(jié)構(gòu)：相控陣結(jié)構(gòu)。取頭先進(jìn)、仰臥位。掃描序列如下：（1）3D-T1-VIBE-WE-SAG，TR：13.60 ms，TE：6.79 ms，Average：1，F(xiàn)OV：60，矩陣：256×256，層厚：0.2 mm，層數(shù)：144；（2）3D-T2-DESS-WESAG，TR：37.0 ms，TE：21.0 ms，Average：1，F(xiàn)OV：60，矩陣：256×256，層厚：0.2 mm，層數(shù)：144；（3）PDWI-TSE-SAG-FS，TR：3 000.0 ms，TE：13.0 ms，Average：6，F(xiàn)OV：60，矩陣：192×192，層厚：1.0 mm，層數(shù)：22；（4）T1 mapping，TR：15.0 ms，TE：2.24 ms，Average：1，F(xiàn)OV：60，矩陣：192×192，層厚：3.0 mm，層數(shù)：22；（5）T2 mapping，TR：1 000.0 ms，TE：13.8 ms、27.6 ms、41.4 ms、55.2 ms、69.0 ms，Average：1，F(xiàn)OV：60，矩陣：192×192，層厚：3.0 mm，層數(shù)：22；（6）T2* mapping，TR：445.0 ms，TE：4.36 ms、11.90 ms、19.44 ms、26.98 ms、34.52 ms，Average：1，F(xiàn)OV：60，矩陣：192×192，層厚：3.0 mm，層數(shù)：22。掃描時(shí)間約23 min每只膝關(guān)節(jié)。MR評(píng)分采用國(guó)際軟骨修復(fù)協(xié)會(huì)(ICRS)推薦軟骨修復(fù)磁共振評(píng)分（the magnetic resonance observation of cartilage repair tissue，MOCART2.0）[6]。

1.3 大體評(píng)估 術(shù)后8 周完成MRI 檢查后注射過(guò)量戊巴比妥鈉處死兔子，解剖分離雙側(cè)股骨遠(yuǎn)端。根據(jù)ICRS大體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[7]對(duì)各樣本軟骨修復(fù)評(píng)分。

1.4 病理學(xué)評(píng)分 軟骨標(biāo)本經(jīng)中性福爾馬林固定、EDTA 脫鈣、石蠟包埋后連續(xù)矢狀切片，并經(jīng)蘇木精－伊紅（HE）、番紅O染色。采用Wakitani軟組織損傷修復(fù)組織學(xué)評(píng)分行病理評(píng)分[8]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS20.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，兩組均數(shù)比較采用t檢驗(yàn)或配對(duì)t檢驗(yàn)，多組間比較采用單因素方差分析，進(jìn)一步兩組間比較行SNK-q檢驗(yàn)，相關(guān)性分析采用Pearson 相關(guān)性分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 15 只大白兔3.0T 磁共振各序列MOCART 評(píng)分情況 剔除1 只于術(shù)后3 d 死亡，1 只左側(cè)膝關(guān)節(jié)嚴(yán)重粘連樣本，其余納入統(tǒng)計(jì)分析，磁共振評(píng)分見(jiàn)表1。

2.2 3D-T1-VIBE 與3D-T2-DESS 序列相關(guān)性分析及總體評(píng)分比較 術(shù)后第8 周磁共振圖像見(jiàn)圖1，3D-T1-VIBE 與3D-T2-DESS 序列總體MOCART 評(píng)分具有較好的相關(guān)性（r=0.722，P＜0.01）。然而，相關(guān)性并不代表一致性，兩者總體評(píng)分比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.017），見(jiàn)表2。

表1 15只大白兔3.0T磁共振各序列MOCART評(píng)分情況 分，

表1 15只大白兔3.0T磁共振各序列MOCART評(píng)分情況 分，

圖1 術(shù)后8周3D-T1-VIBE與3D-T2-DESS磁共振圖像

表2 3D-T1-VIBE序列與3D-T2-DESS序列MOCART評(píng)分比較 分，

表2 3D-T1-VIBE序列與3D-T2-DESS序列MOCART評(píng)分比較 分，

2.3 形態(tài)MRI 與大體、病理相關(guān)性比較 PDWI、3D-T1-VIBE 和3D-T2-DESS 的MOCART 評(píng)分分別于ICRS大體及Wakitani組織病理評(píng)分比較，見(jiàn)表3。不同序列的磁共振圖像上均能明顯的觀察軟骨缺損修復(fù)區(qū)域以及修復(fù)軟骨的形態(tài)、信號(hào)，且與大體和組織病理相關(guān)性好，見(jiàn)圖2。

圖2 形態(tài)磁共振成像與大體、組織病理對(duì)照

表3 磁共振MOCART評(píng)分與組織病理、大體評(píng)分相關(guān)性

2.4 功能MRI 各時(shí)段方差分析及兩兩比較2～8 周各時(shí)間段T1 mapping 值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且T1 值與復(fù)查時(shí)間相關(guān)性差（P＞0.05）。T2 mapping與T2*mapping各時(shí)間段比較，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），進(jìn)一步兩兩分析顯示，T2 值：第2、第3 周，第3、第4、第5 周，第4、第5、第6、第7 周，第4、第6、第7、第8周比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；T2*值：第2、第3 周，第3、第4 周，第4、第5周，第6、第7、第8 周比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），其余時(shí)點(diǎn)之間比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表4、圖3。同時(shí)，與復(fù)查時(shí)間具有明顯相關(guān)性（T2 值與復(fù)查時(shí)間r=-0.787，P＜0.01；T2*值與復(fù)查時(shí)間r=-0.84，P＜0.01）。

表4 功能磁共振測(cè)值統(tǒng)計(jì)描述 分，

表4 功能磁共振測(cè)值統(tǒng)計(jì)描述 分，

與第2周比較，aP＜0.05；與第3周比較，bP＜0.05；與第4周比較，cP＜0.05；與第5周比較，dP＜0.05。

圖3 功能磁共振測(cè)值隨時(shí)間變化情況

3 討論

MRI 能無(wú)創(chuàng)觀察軟骨病變，因此，在骨性關(guān)節(jié)炎（OA）和關(guān)節(jié)軟骨損傷診斷上應(yīng)用廣泛[9]。近年來(lái)，磁共振硬件、軟件以及相控陣線圈的不斷革新，新興的磁共振序列具有更好的成像效果。

3D 序列圖像偽影少，信噪比高，且采用容積掃描，能夠清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨及其修復(fù)組織[10]。本研究中兩個(gè)3D 序列（3D-T1-VIBE 與3D-T2-DESS）用于軟骨的形態(tài)學(xué)評(píng)估具有較好的相關(guān)性，然而兩者差異具有顯著性。分析具體評(píng)分顯示，兩序列在修復(fù)體積、邊緣整合、表面光滑及軟骨下骨改變的評(píng)分上，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），但在軟骨信號(hào)均一性、強(qiáng)度及骨缺損或增生3項(xiàng)評(píng)分上，卻有明顯差異（P＜0.05）。兩序列在軟骨單純的形態(tài)成像上結(jié)果相似，但在軟骨與周圍組織信號(hào)對(duì)比度上，3DT2-DESS序列有更強(qiáng)的對(duì)比性。比較3種形態(tài)學(xué)磁共振（PDWI、T1-VIBE、T2-DESS）評(píng)分與大體、組織病理相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，PDWI的相關(guān)性較差，考慮由于家兔膝關(guān)節(jié)軟骨層厚較薄，相關(guān)研究表明大約為0.44 mm[11]，2D 序列不足以顯示其細(xì)微結(jié)構(gòu)。3DT1-VIBE 和3D-T2-DESS 在軟骨成像上明顯優(yōu)于PDWI，由于其各向同性特點(diǎn)，后處理重建時(shí)，可以得到任意方向的重建圖像，從而多方位評(píng)估軟骨修復(fù)情況。

定量磁共振技術(shù)能夠早于形態(tài)變化反應(yīng)關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)部成分變化情況，從而更早評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)情況。有研究表明，原始T1值與軟骨基質(zhì)中的水分子有關(guān)，軟骨的破壞導(dǎo)致的細(xì)胞外基質(zhì)的變化可以反應(yīng)在T1測(cè)值中[12]。然而本研究發(fā)現(xiàn)，軟骨缺損的修復(fù)前期（8周）原始T1值變化無(wú)意義，考慮軟骨修復(fù)前期，T1 值的評(píng)估穩(wěn)定性差，單純依靠軟骨基質(zhì)中水含量來(lái)評(píng)估軟骨修復(fù)情況不可靠。但有更進(jìn)一步的研究表明釓延遲增強(qiáng)磁共振成像的T1 值評(píng)估軟骨修復(fù)效果顯著[13-14]。因?yàn)獒徳鰪?qiáng)后的T1值不僅僅反應(yīng)水分子，更主要的反應(yīng)軟骨基質(zhì)中氨基多糖含量[15]。因此原始T1 值不能單獨(dú)作為軟骨修復(fù)評(píng)估的可靠指標(biāo)，還應(yīng)結(jié)合增強(qiáng)掃描。T2、T2*mapping 與軟骨中的膠原含量、膠原網(wǎng)排布及水含量有關(guān)[16]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，T2 和T2*值隨時(shí)間變化明顯，但T2 mapping應(yīng)間隔1～3周，T2*mapping應(yīng)間隔1周檢查。

綜上所述，3D-T1-VIBE和3D-T2-DESS序列具有良好的形態(tài)學(xué)成像效果，評(píng)估軟骨缺損修復(fù)準(zhǔn)確性高。T2、T2*mapping評(píng)估軟骨的生化指標(biāo)敏感，適合用于監(jiān)測(cè)軟骨修復(fù)情況。