T2Mapping对早期膝关节骨性关节炎软骨损伤的诊断价值

T2Mapping对早期膝关节骨性关节炎软骨损伤的诊断价值作者：陈望顾红梅来源：《中外医学研究》2015年第31期【摘要】目的：研究T2 Mapping成像技术及其伪彩图对早期膝关节骨性关节炎（osteoarthritis，OA）患者软骨损伤的诊断价值。

方法：利用3.0T高场强MR扫描仪对10例健康志愿者和42例早期OA患者的膝关节行矢状位T2 Mapping成像检查。

根据膝关节股胫关节解剖结构分别选择股骨内、外侧髁，胫骨内、外侧平台共4组关节软骨，股骨髁分为中部承重区（c）和后部非承重区（p），胫骨平台分前部非承重区（a）、中部承重区（c）和后部非承重区（p），将股胫关节软骨分成10个分区，分别测量各分区软骨T2值。

比较早期OA患者与健康志愿者组内不同区域间软骨T2值的差异。

结果：早期OA患者组股胫关节各分区软骨T2值均较健康志愿者组明显升高，两组比较差异均有统计学意义（P【关键词】骨性关节炎；膝关节；软骨；早期诊断； T2 Mapping中图分类号 R681.3 文献标识码 B 文章编号 1674-6805（2015）31-0074-04doi：10.14033/ki.cfmr.2015.31.036骨性关节炎是最常见的慢性肌肉骨骼疾病，膝关节最为好发，以中老年患者多见。

该病的致残率可高达53%[1]。

OA作为中老年最常见的疾病之一，OA晚期所导致的疼痛、致残，不但严重影响患者的生活质量，而且加重了家庭及社会的经济负担。

本研究利用T2 Mapping成像技术对早期膝关节骨性关节炎患者的股胫关节软骨进行定量检测，研究T2 Mapping成像技术检测软骨损伤的可行性，评价T2 Mapping成像及其伪彩图对膝关节软骨早期损伤的诊断价值，现报告如下。

1 资料与方法1.1 一般资料收集南通大学附属医院2014年10月-2015年3月临床诊断为早期OA患者42例，女31例，男11例，年龄40～68岁，平均（52.9±9.2）岁，共48个膝关节。

纳入标准：（1）无明确外伤、手术史，无骨感染、梗死、肿瘤病史，无骨代谢疾病患者等；（2）依据中华医学会风湿病学分会颁布的《骨关节炎诊治指南》（2007年）中膝关节OA的诊断标准[1]及Kellgren-Lawrence评估分级为0～Ⅱ级者为早期OA。

排除标准：（1）常规磁共振序列检查中发现软骨形态明显异常者；（2）关节腔大量积液者；（3）图像伪影较重者。

48个膝关节中4个因以上因素被剔除，余44个膝关节（左膝21例，右膝23例）纳入本次研究。

招募10名健康志愿者，男5名，女5名，年龄36～56岁，平均（46.6±6.0）岁，共20个膝关节。

选择标准：（1）身高体重指数（Body Mass Index，BMI）18～25 kg/m2；（2）既往身体健康，无明确膝关节疼痛、外伤史；（3）查体无膝关节畸形及红肿症状；（4）近1个月内无镇痛药、激素类药物使用史。

所有志愿者12 h内避免剧烈运动，保持下肢静息状态30 min后行磁共振检查。

两组一般资料比较差异均无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

1.2 扫描仪器与序列使用美国GE公司Singna HDXT 3.0T超导磁共振成像仪，对膝关节分别行矢状位T1加权（OSaq FSE T1）扫描：（TR 500 ms，TE 10.464 ms，层厚4 mm，层间距1 mm，FOV 16cm×16 cm，矩阵256×256，扫描需时约1′25″）；矢状位脂肪抑制质子密度加权（OSaq fs PD）扫描：（TR 2180 ms，TE 24.61 ms，层厚4 mm，层间距1 mm，FOV 16 cm×16 cm，矩阵256×256，扫描需时约1′49″）；冠状位脂肪抑制T2加权（OCor fs T2）扫描：（TR 2200 ms，TE 45 ms，层厚4 mm，层间距5 mm，矩阵256×256，扫描需时约1′33″）；矢状位T2 Mapping参照美国GE公司《磁共振规范化扫描方案》中T2 Mapping扫描规范，要求层间隔是层厚的50%，以避免层间干扰，采用8回波SE序列扫描（TR 1000 ms，TE为8.9、17.8、26.7、35.6、44.5、53.4、62.3、71.2 ms，层厚4 mm，层间距2 mm，FOV 16 cm×16 cm，矩阵256×256），扫描需时约4′13″。

1.3 图像处理与方法应用GE-AW 4.5后处理工作站中T2 Mapping后处理模块，获得膝关节软骨T2值伪彩图，根据膝关节中股胫关节解剖结构分别选择股骨内侧髁（medial femoral condyle，MFC）、股骨外侧髁（lateral femoral condyle，LFC）、胫骨内侧平台（medial tibial plateau，MTP）、胫骨外侧平台（lateral tibial plateau，LTP）共4组，股骨髁软骨以半月板前角前缘与半月板后角后缘为界，将软骨分为中部承重区（c）、后部非承重区（p），胫骨平台以半月板前、后角内侧边缘为界限，分前部非承重区（a）、中部承重区（c）、后部非承重区（p）分别选取相应的ROI进行T2值绘测。

（1）正常志愿者组膝关节软骨各分区使用不规则ROI勾勒软骨边界，注意避开软骨下骨组织、关节腔滑液，测量目标区软骨T2平均值。

（2）早期OA患者组：选取3个垂直于关节面的长方形面积约1 mm2 ROI，使其包含软骨全程结构，调整ROI位置，使其位于病变区（黄绿、绿色区域），避开软骨缺损区，取3个ROI平均值；测量由一人完成，共测量3次，间隔1周，取平均值纳入数据。

1.4 统计学处理采用SPSS 21.0软件对所得数据进行统计分析，计量资料用均数±标准差（x±s）表示，比较采用t检验。

P2 结果早期OA患者膝关节软骨T2 Mapping伪彩图与健康志愿者差别明显。

健康志愿者T2 Mapping伪彩图显示膝关节诸软骨厚度均匀、轮廓连续、光滑，色阶均匀一致逐渐变化；早期OA患者膝关节诸软骨无或不同程度变薄，轮廓欠光整，可伴有局部软骨轻度缺损，软骨色阶信号不均，可见散在斑片状或不规则绿色色阶。

早期OA患者膝关节各组各分区处软骨T2值均较健康对照组明显增高，比较差异均有统计学意义（P3 讨论3.1 T2 Mapping成像原理及T2 Mapping伪彩图T2 Mapping成像是在多层面多回波自旋回波序列中，用固定TR时间和多组TE时间对目标进行扫描，图像中每个像素在不同T2上的信号强度值与其组织T2弛豫时间的指数曲线一致，分析该曲线的特性，利用计算机将各体素T2值进行重构，最终获得可以进行定量检测和快速分析的灰阶或伪彩色T2弛豫时间图。

从而量化评估软骨组织T2值的变化，并推断其微观结构的变化[2]。

3.2 关节软骨结构与OA软骨退变的病理生理变化正常关节软骨为透明软骨，由少量的软骨细胞及大量的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）构成。

ECM主要成分为水、大分子结构（胶原蛋白、蛋白多糖及非胶原蛋白等）及很少量的钙盐。

其中水占基质的60%～80%，大部分处于游离状态，主要分布于骨架空隙内。

软骨细胞介导了关节软骨中胶原蛋白的流失，而软骨细胞又受到多种因素的影响，如多肽生长因子、细胞因子、组织结构及物理刺激等。

细胞外基质成份的降解与合成间失去动态平衡性，会导致OA的发生[3]。

OA过程中，关节软骨细胞外基质的合成与降解能力失衡，软骨细胞外基质结构破坏，导致胶原纤维排列方向改变、胶原网状结构破坏，使软骨对游离水分子通透性增加；同时更多的阴离子由于胶原网状结构破坏后蛋白多糖的分散被释放出，进一步增加了软骨中游离水分子的含量，软骨T2值随之增高。

3.3 T2 Mapping成像技术对膝关节OA的临床应用价值关节软骨有包括减少摩擦运动、分散压力负荷和减震等多个重要功能。

关节软骨早期损伤的无创性检查对临床早期、及时干预及治疗极其重要。

目前临床广泛使用的检测手段主要依赖软骨形态学变化[4]。

但是传统的MR成像及关节镜对于软骨细微结构及成分的变化不敏感，不能用于评估潜在的或存在变性风险及不可逆转的软骨变性[5]。

无创性且基于软骨成分定性评价检测的手段对于软骨功能的评估非常重要，能够检测软骨损伤及监测软骨保护疗效。

目前，利用磁共振的敏感性及软骨生物物理特性的T2 Mapping成像技术已被证实可以在生化层面评估软骨细胞细胞外基质的组成和结构[6]。

T2 Mapping成像技术可以敏感地反应软骨化学成分和结构变化[5]，并可为软骨变性作出伪彩图空间定位，是一种能够定性、定量、定位评估关节透明软骨损伤的成像技术。

软骨损伤是骨性关节炎中的重要因素之一，早期骨性关节炎患者关节软骨未发生明显形态学改变，仅内部细微胶原结构发生变化，关节软骨定量磁共振能够反映早期软骨局限于软骨细胞外基质的组成和结构变化水平的损伤，并定量测量其数值，适用于软骨损伤的诊断、软骨药物治疗修复过程的监测[7]。

国外已利用T2 Mapping成像技术对全身多处关节软骨进行扫描，与传统MR检查序列进行比对研究，肯定了T2 Mapping成像技术对关节软骨损伤的诊断价值[8-12]。

本研究通过比对发现，早期OA患者膝关节各组各分区处软骨T2值均较健康对照组明显增高，比较差异均有统计学意义（P膝关节OA软骨T2值实际测绘过程中发现，T2 Mapping伪彩图可通过软骨整体色阶的变化帮助我们快速判断OA患者软骨退变区分布及针对性测量其T2值的变化，从而对软骨损伤区作出快速定位、提示。

T2 Mapping成像序列扫描时间仅需3′14″，扫描需时较短，符合我国影像学检查需求量大，需在不影响检查效率情况下对早期软骨损伤提供诊断依据的要求。

虽然软骨T2值定量测量潜在的临床作用是巨大的，但由于各种因素导致T2值并无“标准参考值”，故在进一步推广此检测方法前，应研究、探讨其诊断标准。

由于研究对象为早期膝关节OA，临床并未对其进行外科治疗，无法将研究结果与患者关节镜表现及手术病理结果进行对照，未能证明膝关节软骨T2值的升高与软骨结构变化间的直接关联。

同时关节软骨的损伤在每个区域都有可能发生，由于层间距的存在，会导致检查层面未能覆盖软骨损伤区域；且分区间并无精确界限，影响T2值测量的精确性。

总之，T2 Mapping成像及其伪彩图可通过色阶的变化帮助判断软骨退变区分布并测量其相对T2值的变化，可为OA的早期诊断提供重要参考依据，值得临床推广应用。

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