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        膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者關(guān)節(jié)軟骨 T1 rho 的影響因素分析

        2023-11-05 11:53:28盧世鑫張格日樂付慶鵬
        中國骨與關(guān)節(jié)雜志 2023年10期
        關(guān)鍵詞:髕骨軟骨多糖

        盧世鑫 張格日樂 付慶鵬

        膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎[1](knee osteoarthritis,KOA) 是一種以關(guān)節(jié)軟骨退變損傷和繼發(fā)性骨質(zhì)增生為主要特點的慢性退行性疾病,病理類型主要包括膝關(guān)節(jié)軟骨病變、滑膜病變、骨贅、半月板損傷、韌帶損傷和關(guān)節(jié)積液等[2]。臨床癥狀主要為關(guān)節(jié)局部疼痛、僵硬、活動受限,晚期可使患者下肢癱瘓,嚴重影響患者的生活質(zhì)量。目前,中國 40 歲以上人群 KOA的發(fā)病率約為 17%,其中 60 歲女性約占 50%[3],如能在 KOA 發(fā)生早期進行診斷和干預(yù)治療,對患者預(yù)后具有重大意義。臨床治療 KOA 主要以保護和修復(fù)受損關(guān)節(jié)軟骨為主。磁共振生理學(xué)成像 (magnetic resonance imaging,MRI) 方法已經(jīng)成為膝骨關(guān)節(jié)炎早期診斷和定量評估的重要研究方法之一[4],其中自旋晶格弛豫時間 (the spin lattice relaxation in the rotating frame,T1 rho) 成像技術(shù)可以對軟骨的生化改變進行定量分析,對運動受限的水分子質(zhì)子及正常關(guān)節(jié)軟骨細胞外基質(zhì)中的蛋白多糖大分子間的相互作用比較敏感。T1 rho 值隨著水分子與蛋白聚糖結(jié)合而增加,不僅能提供量化蛋白多糖丟失的方法,還能判斷關(guān)節(jié)軟骨是否進入不可逆的 KOA 后期階段,具有設(shè)備簡單易操作、成像時間短、圖像分辨率高等優(yōu)點[5],廣泛應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨退變和膝關(guān)節(jié)半月板等纖維軟骨的結(jié)構(gòu)上,是目前研究的重點關(guān)注對象。因此,本研究通過比較分析影響 KOA 患者T1 rho 值變化的危險因素,并探討關(guān)節(jié)軟骨 T1 rho值與 KOA 患者臨床癥狀、關(guān)節(jié)軟骨缺損和骨髓病變之間的關(guān)系,以期為臨床診療提供理論依據(jù)。

        資料與方法

        一、實驗組納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

        1.納入標(biāo)準(zhǔn):(1) 2019 年 3 月至 2021 年 5 月,因關(guān)節(jié)疼痛、腫脹來院就診的 KOA 患者;(2) 年齡 ≥ 50 歲者;(3) 近 1 個月內(nèi)膝關(guān)節(jié)反復(fù)疼痛者;(4) 站立或負重位 X 線片顯示關(guān)節(jié)間隙變窄、關(guān)節(jié)緣骨贅形成和軟骨下骨囊性變者;(5) 晨僵 ≤30 min 者;(6) 活動時有骨摩擦音者;(7) 關(guān)節(jié)液(至少 2 次) 清亮、黏稠,WBC <2000 個/ ml,符合(1)+(2、3、4、5、6 條中的任意兩條) 可診斷為KOA 者。

        2.排除標(biāo)準(zhǔn):(1) 使用過影響軟骨藥物的慢性疾病史者;(2) 膝關(guān)節(jié)先天或后天畸形者;(3) 存在膝關(guān)節(jié)外傷及手術(shù)史者;(4) 急性或慢性傳染性疾病者;(5) 精神疾病者;(6) BMI ≥ 28 者。

        二、研究對象

        本研究實驗組共納入 160 例均符合《骨關(guān)節(jié)炎診治指南》[6]的 KOA 診斷標(biāo)準(zhǔn)。其中男 83 例,女77 例,年齡 52~75 歲,平均 (54.11±6.38) 歲;對照組 (來院體檢的健康成人) 165 例,男 80 例,女85 例,年齡 50~65 歲,平均 (52.38±5.11) 歲。兩組患者在性別、年齡、體質(zhì)量指數(shù) (body mass index,BMI) 等方面比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義 (P>0.05)。

        本研究經(jīng)我院倫理委員會審核批準(zhǔn)通過,所有患者及其家屬對本研究知情同意并簽署知情同意書。

        三、方法

        1.一般資料的收集:通過醫(yī)院電子病歷單收集患者一般資料,包括年齡、性別、BMI。

        2.MRI 檢查儀器與方法:采用 GE Discovery MR750 3.0 T MRI 設(shè)備及膝關(guān)節(jié)專用線圈 (HD TR knee)進行 KOA 患者膝蓋 MRI 檢查,檢查前 3 h 患者無明顯劇烈運動。以髕骨下方作為掃描中心,掃描參數(shù)設(shè)置為:矢狀位 T1 rho,TR 80 ms,TE 4.0 ms,層厚3.0 mm,層距 1.5 mm,視野 180 mm×180 mm,重建矩陣 512×512,自旋鎖定頻率 (the frequence of SL,F(xiàn)SL) 500 Hz,延遲 1700 ms,掃描時間 10 min。

        3.圖像處理方法:由 2 位影像學(xué)診斷醫(yī)師對MRI 圖形進行評估,意見一致為標(biāo)準(zhǔn)。將掃描圖像傳至 GE ADW4.6 工作站 Functool 軟件,經(jīng)處理分析生成 T1 rho 偽彩圖。繼而勾畫 4 個大小為 1 mm2的感興趣區(qū) (region of interest,ROI),ROI 鄰近半月板后角中心的關(guān)節(jié)軟骨處,將髕骨分為內(nèi)、外、中3 部分,股骨分為內(nèi)外 2 部分,脛骨分為內(nèi)外 2 部分,共 7 部分,在研究過程中按照軟骨厚度分區(qū)方法將其分為深、淺兩層。

        4.具體操作方法:于原始圖像上找出髕骨、股骨和脛骨的最大顯示面,由臨床經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)師勾畫出膝關(guān)節(jié)軟骨邊緣,計算中軸線及中軸線法線,沿法線區(qū)域方向等間距分為深、淺層,根據(jù)中軸線長度選擇兩條合適法線將軟骨區(qū)域分為內(nèi)、中、外 3 部分,股骨和脛骨各選一條法線將其分為內(nèi)外 2 部分 (圖1)。將分層后的圖像傳入 Image J 軟件,軟件自動計算各位置 T1 rho 值。

        圖1 a:膝關(guān)節(jié)軟骨正常成人 T1 rho 圖;b:膝關(guān)節(jié)軟骨正常成人 T1 rho 后處理偽彩圖;c:KOA 患者 T1 rho 圖;d:KOA 患者 T1 rho 后處理偽彩圖 (箭頭為患者病變部位)Fig.1 a: T1 rho of adults with normal knee cartilage;b: Pseudo-color T1 rho post-processing for adults with normal knee cartilage;c: T1 rho chart of patients with knee osteoarthritis;d: Pseudo-color T1 rho post-treatment for patients with knee osteoarthritis

        四、評分標(biāo)準(zhǔn)

        由 2 位具有 5 年以上,在骨關(guān)節(jié)科工作經(jīng)驗的醫(yī)師根據(jù)影像學(xué)資料確定患者病變位置并對軟骨缺損程度和病變程度進行評分。

        1.加拿大西安大略和麥克瑪斯特大學(xué) OA 指數(shù)(Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index,WOMAC)[7]:利用 WOMAC 量表進行自我評定,包括 5 項疼痛、2 項僵硬及 17 項關(guān)節(jié)功能,評分均采用視覺模擬評分 (visual analogue scale,VAS)[8](表1)。

        表1 WOMAC 量表評分Tab.1 WOMAC scale score

        2.國際關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)協(xié)會 (the International Cartilage Repair Society,ICRS) 評分[9]:按照 ICRS分級標(biāo)準(zhǔn)將軟骨病變分為 5 級 (表2)。

        表2 軟骨病變的 ICRS 分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 ICRS grading criteria for cartilage lesions

        3.全膝關(guān)節(jié)磁共振成像積分 (Whole organ magnetic resonance imaging score,WORMS)[2]:髕骨病變依據(jù) WORMS 標(biāo)準(zhǔn)共分為 3 級,0 級:未發(fā)現(xiàn)骨髓病變;1 級:髕骨病變累計面積 <25%;2 級:髕骨病變累計面積 25%~50%;3 級:髕骨病變累計面積 >50%。

        五、治療方法

        所有入組患者均由同一組醫(yī)師進行全膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù)治療。入室后采用腰硬聯(lián)合麻醉法對仰臥位患者進行麻醉,在膝正中作 1 個長約 15 cm 的切口,髕骨旁內(nèi)側(cè)入路切開關(guān)節(jié)囊,暴露關(guān)節(jié)腔后,電灼去神經(jīng)化處理并將關(guān)節(jié)周圍增生骨贅、脂肪墊和交叉韌帶進行切除,顯露脛骨面,選擇合適假體用骨水泥進行固體,置入襯墊并止血,放置引流管屈曲位進行加壓包扎。

        六、觀察指標(biāo)

        選取人工膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù)截取下來的軟骨組織,利用咬骨鉗將磨損部位裁剪成 1.0 cm×0.5 cm×0.5 cm 的組織塊,經(jīng)生理鹽水沖洗多次,直至表面血液和髓核組織去除干凈,將其放入 4% 甲醛溶液中,常溫下固定 12 h 進行脫鈣處理,石蠟包埋切片,采用阿爾新藍染色觀察蛋白多糖的含量變化 (圖2)。

        圖2 紅色箭頭所指為陽性異常部分,多糖含量在不斷增加 (阿爾新藍染色×400) a:細胞培養(yǎng)第 3 天;b:細胞培養(yǎng)第 5 天;c:細胞培養(yǎng)第 7 天;d:細胞培養(yǎng)第 9 天Fig.2 Alcian blue staining (Bar=50 μm) a: Cell culture at day three;b: Cell culture at day five;c: Cell culture at day seven;d: Cell culture at day nine

        七、隨訪

        1.隨訪時間及方式:所有入組患者于出院后6 個月內(nèi),以門診隨訪的方式運用 Shahariarre 評分標(biāo)準(zhǔn)進行評估,至少由 1 名家屬陪同并協(xié)助完成監(jiān)督量表。

        2.Shahariarre 評分標(biāo)準(zhǔn)[10]:按照 Shahariarre 評分標(biāo)準(zhǔn)將患者分為優(yōu):疼痛感消失,腫脹消退,關(guān)節(jié)功能正常;良:疼痛和腫脹明顯減輕,無壓痛,關(guān)節(jié)功能基本正常;差:疼痛、腫脹及關(guān)節(jié)功能均無明顯改善。預(yù)后良好為:Shahariarre 評分優(yōu) +良;預(yù)后不良為:Shahariarre 評分差。

        八、統(tǒng)計學(xué)處理

        采用 SPSS 22.0 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。計數(shù)資料以例數(shù)和率 (%) 表示,組間比較采用χ2檢驗;符合正態(tài)分布的計量資料采用±s表示,組間比較采用兩獨立樣本組間t檢驗,組內(nèi)比較采用配對t檢驗;采用多因素 Logistic 回歸方法分析影響 T1 rho值增加的危險因素;SPSS 22.0 軟件構(gòu)建箱式圖分析關(guān)節(jié)軟骨 T1 rho 值與患者軟骨缺損及骨髓病變的關(guān)系;Kaplan-Meier 法繪制生存曲線分析 T1 rho 值與患者預(yù)后的關(guān)系,并采用 Log-Rank 檢驗比較組間差異。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

        結(jié)果

        一、實驗組和對照組 T1 rho 值的比較

        實驗組患者股骨前內(nèi)側(cè)、股骨前外側(cè)、股骨后內(nèi)側(cè)、股骨后外側(cè)、髕骨內(nèi)側(cè)、髕骨中部、髕骨外側(cè)、脛骨外側(cè)和脛骨內(nèi)側(cè)平均 T1 rho 值均明顯高于對照組,兩組比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P<0.05) (表3)。

        表3 兩組患者各區(qū)域 T1 rho 值比較Tab.3 Comparison of T1 rho values in different areas between the two groups

        二、不同 T1 rho 值的 KOA 患者臨床資料比較

        實驗組 160 例按照 T1 rho 值的中位數(shù) (45.50 ms)分為 T1 rho 值 >45.50 ms 組 (75 例) 和 T1 rho 值 ≤45.50 ms 組 (85 例),兩組患者性別、年齡、BMI、病變位置、WOMAC 疼痛、僵硬、功能障礙評分比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義 (P>0.05);T1 rho 值 >45.50 ms組蛋白多糖含量明顯低于 T1 rho 值 ≤ 45.50 ms 組,而 ICRS 分級 ≥ 2 級、WORMS 分級 >1 級明顯高于 T1 rho 值 ≤ 45.50 ms 組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P<0.05) (表4)。

        表4 兩組患者指標(biāo)的單因素分析 [n (%)]Tab.4 Univariate analysis of patient indicators between the two groups [n (%)]

        三、多因素 Logistic 回歸分析影響患者關(guān)節(jié)軟骨 T1 rho 值增加的因素

        將蛋白多糖含量、ICRS 分級、WORMS 分級作為自變量,T1 值是否高于中位數(shù) (T1 rho 值 ≤45.50 ms=0,T1 rho 值 >45.50 ms=1) 為因變量納入多因素 Logistic 回歸分析中,結(jié)果表明,蛋白多糖含量低、ICRS 分級 ≥ 2 級、WORMS 分級 >1 級是影響 KOA 患者 T1 rho 值升高的獨立危險因素 (P<0.05) (圖3)。

        圖3 影響 T1 rho 值升高危險因素的多因素分析森林圖Fig.3 Forest map of multifactor analysis of risk factors affecting T1 rho value elevation

        四、關(guān)節(jié)軟骨 T1 rho 值與患者軟骨缺損及骨髓病變的關(guān)系

        將 ICRS 級別和 WORMS 級別作為自變量,160 例患者 T1 rho 值作為因變量,繪制成箱式圖,結(jié)果顯示,隨著 ICRS 級別和 WORMS 級別的升高加重,T1 rho 值也在逐漸增加 (P均 <0.001) (圖4)。

        圖4 T1 rho 值與軟骨缺損及骨髓病變間的箱式圖圖5 T1 rho 值對患者預(yù)后的預(yù)后評估價值Fig.4 Box diagram of the relationship between T1 rho values and cartilage defects and myelopathyFig.5 Prognostic value of T1 rho on prognosis

        五、生存曲線分析 T1 rho 值對患者預(yù)后的影響

        建立生存曲線分析 T1 rho 值對患者的預(yù)后評估價值,隨訪 6 個月發(fā)現(xiàn),T1 rho 值 >45.50 ms 的患者預(yù)后不良率為 66.67% (50/ 75),明顯高于 T1 rho 值 ≤45.50 ms 患者 41.18% (35/ 85),差異有統(tǒng)計學(xué)意義(Log-Rankχ2=10.396,P=0.001) (圖5)。

        討論

        KOA 是一種中老年人多發(fā)的慢性骨關(guān)節(jié)病,已成為除骨質(zhì)疏松外最常見的骨代謝疾病。過度肥胖、機體衰老、外界創(chuàng)傷、勞損過度都可能造成 KOA 的發(fā)生[11]。KOA 發(fā)展到晚期,臨床治療常采用關(guān)節(jié)鏡下自體骨軟骨移植及人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)[12],但手術(shù)費昂貴,患者承受痛苦大,因此 KOA早期發(fā)現(xiàn)和診斷非常重要。KOA 的標(biāo)志是關(guān)節(jié)軟骨退化改變,關(guān)節(jié)軟骨是一種能降低關(guān)節(jié)間摩擦力的結(jié)構(gòu),主要由少量細胞、水、膠原纖維和蛋白質(zhì)多糖組成[13]。關(guān)節(jié)軟骨退變早期主要體現(xiàn)為蛋白多糖含量降低、水含量增加、Ⅱ 型膠原纖維缺失及排列方式紊亂,使關(guān)節(jié)軟骨腫脹變性;晚期關(guān)節(jié)軟骨中的大部分結(jié)構(gòu)消失,致使關(guān)節(jié)活動受限,嚴重時可能喪失行動能力[14]。這些生化指標(biāo)的改變無法通過常規(guī)的 MRI 圖像檢測,是一種軟骨成像技術(shù),主要評價處于射頻脈沖磁場中組織的自旋弛豫值。其在診斷蛋白多糖含量時具有較高的特異性和敏感性[15],提示 T1 rho 成像技術(shù)可以用于早期骨關(guān)節(jié)炎的診斷和監(jiān)測疾病進展過程。T2 mapping 是軟骨橫向弛豫時間 T2 值的空間分布圖,T2 值主要受軟骨水含量和周圍膠原排列的影響,可以作為軟骨退變的無創(chuàng)檢測方法,但由于軟骨組織蛋白多糖的消耗早于水含量和膠原纖維的改變,故 T1 rho 較T2 mapping 能更早的反應(yīng)膝骨關(guān)節(jié)炎的生化改變,且相較于延遲對比增強計數(shù)和鈉 MRI 成像技術(shù),其不需要靜脈注射造影劑,屬于非侵入性操作,具有更廣泛的應(yīng)用價值。

        本研究通過對正常人群和 KOA 患者群進行T1 rho 值分析比較,發(fā)現(xiàn)實驗組患者 T1 rho 值明顯高于正常人群,提示 T1 rho 成像技術(shù)可以客觀評價軟骨的病損程度。再對實驗組 160 例進行單因素分析時發(fā)現(xiàn),年齡與 T1 rho 值增加無明顯相關(guān)性,這與陳玲等[16]的研究不符,可能是因為本研究納入的樣本量有限,還需擴大樣本量繼續(xù)研究。Nissinen等[17]研究表明,T1 rho 值受蛋白多糖側(cè)鏈羥基和氨基影響,蛋白含量丟失,T1 rho 值增加,這與本研究的結(jié)果一致,可能的解釋為:蛋白多糖能吸引組織液中的陽離子和自由水進入軟骨基質(zhì),增加軟骨基質(zhì)的彈性和抗壓能力,當(dāng)軟骨中蛋白多糖含量大量丟失,使細胞外基質(zhì)系統(tǒng)紊亂,導(dǎo)致白介素-6、腫瘤壞死因子和白血病抑制因子大量生成,加快了蛋白多糖的降解速率,導(dǎo)致軟骨表面出現(xiàn)裂痕、潰瘍,加速 KOA 嚴重程度,使 T1 rho 值增加。Soellner等[18]研究表明,隨著關(guān)節(jié)軟骨缺損等級的增高,T1 rho 值也在逐漸升高,方舒等[19]研究表明,T1 rho 值增高可能伴隨骨髓病變的發(fā)生,以上 2 個研究結(jié)果均與本研究相符,提示 T1 rho 值增加與軟骨損傷和骨髓病變存在一定的相關(guān)性。本研究的生存曲線顯示,T1 rho 值 >45.50 ms 組預(yù)后不良率明顯高于 T1 rho 值 ≤ 45.50 ms 組,提示 T1 rho 值與 KOA患者預(yù)后存在相關(guān)性。

        本研究的不足:(1) 病例數(shù)較少;(2) 回顧性研究,可能導(dǎo)致實驗結(jié)果出現(xiàn)偏倚;(3) 本研究采用的 ICRS 評分屬于一種半定量指標(biāo),在評分過程中會存在一定的主觀誤差。

        目前 T1 rho 值的測量仍然是以分區(qū)內(nèi)的整體均值作為測量結(jié)果,無法反映更微觀分區(qū)內(nèi)的具體變化,后續(xù)研究將致力于更多數(shù)據(jù)的收集,做到細致分區(qū)并匹配更加先進的生物力學(xué)檢測。

        綜上所述,T1 rho 值隨著軟骨缺損程度和骨髓病變程度的升高而加重,T1 rho 值可作為早期診斷與監(jiān)測 KOA 病情發(fā)展的良好指標(biāo)。

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