膝关节骨关节炎软骨磁共振T2 mapping成像与X线分级的对照研究

作者单位 : 430030 　武汉 ,华中科技大学同济医学院附属同济医院 放射科 作者简介 :杨海涛 (1977 - ) ,男 ,湖北襄樊人 ,博士研究生 ,主要从 事骨骼肌肉系统影像诊断及介入治疗工作。 ·研究生展版 · 膝关节骨关节炎软骨磁共振 T22mapping 成像与 X 线分级的对照 研究 杨海涛 , 王仁法 , 李锋 , 张海栋 , 夏黎明 , 王承缘 【摘要】　目的 :测量不同程度膝关节骨关节炎 (OA)患者和正常关节软骨的 T2 弛豫时间并比较其差异性 ,探讨磁共 振 T22mapping 成像在 OA 中的应用价值。方法 :48 例受检者共 66 个膝关节分为正常组 (n = 15) 、轻度 OA 组 (n = 19) 和 重度 OA 组 (n = 14) 。采用 4 回波 SE 序列扫描形成 T22mapping ,分别测量胫骨内侧髁、外侧髁 ,股骨内侧髁、外侧髁和髌 骨这 5 处软骨的 T2 值并对各组间的差异进行统计学分析。结果 :正常组 5 个部位膝关节软骨 T2 均值为 (34. 8 ± 1. 9) ms～ (36. 7 ±1. 4) ms ;轻度和重度 OA 组 5 个部位膝关节软骨的 T2 均值分别为 (42. 2 ±2. 3) ms～ (44. 7 ±3. 5) ms 和 (44. 5 ±3. 0) ms～ (46. 0 ±4. 0) ms。所有 OA 患者膝关节周围各处软骨 T2 弛豫时间均比正常组显著增高 ( P < 0. 01) , 但轻度 OA 组与重度 OA 组之间差异没有显著性 ( P > 0. 05) 。结论 :膝关节 OA 患者关节软骨的 T2 弛豫时间比正常者明 显增加 ,磁共振 T22mapping 成像在早期 OA 的诊断和监测方面具有很高的临床应用价值。 【关键词】　磁共振成像 ; 软骨 ,关节 ; 骨关节炎 ; 膝关节 【中图分类号】R814. 41 ; R445. 2 ; R684. 3 　【文献标识码】A 　【文章编号】100020313 (2007) 1121158203 Comparative Study between MR T22mapping of Cartilage and Severe Classif ication of Plain Film in Knee Osteoarthritis 　 YAN G Hai2tao , WAN G Ren2fa , L I Feng , et al. Department of Radiology , Tongji Hospital , Huangzhong University of Science and Technology ,Wuhan 430030 ,P. R. China 【Abstract】　Objective :To measure T2 relaxation time of knee cartilage in patient s with varying degrees of knee osteo2 arthritis (OA ) compared with healthy subject s , and to evaluate the clinical value of the T22mapping imaging in OA. Methods :48 subject s divided to 3 groups ,healthy (n = 15) ,mild OA (n = 19) and severe OA (n = 14) . A four echo spin2echo was used to form T22mapping , respectively measure T2 value in five knee cartilage compartment s (condylus medialis and condylus lateralis tibiae ,condylus medialis and condylus lateralis femoris and patella) . Differences in healthy and mild OA and severe OA group s were analyzed with statistical analysis. Results : Healthy group had mean T2 value of ( 34. 8 ± 1. 9) ms～ (36. 7 ±1. 4) ms ,while mild OA and severe OA group had mean T2 value of (42. 2 ±2. 3) ms～ (44. 7 ±3. 5) ms and (44. 5 ±3. 0) ms～ (46. 0 ±4. 0) ms. All knee cartilage compartment s showed significant ( P < 0. 01) increases in T2 relaxation time between healthy and OA ;however ,no significance was found between mild OA and severe OA group ( P > 0. 05) . Conclusion :T2 relaxation time of knee cartilage in patient s with OA had significant increase compared healthy sub2 ject s. MR T22mapping imaging has a high value in early diagnosis and tracking of OA. 【Key words】　Magnetic resonance imaging ; Cartilage ,articular ; Osteoarthritis ; Knee joint 　　膝关节骨关节炎 (osteoart hritis ,OA) 是老年人常 见病 ,并且是引起老年人活动障碍的主要原因之一。 OA 发病机制与关节软骨变化密切相关 ,其病理特征 是位于负重区域中心的灶性关节软骨损害。磁共振 T2 弛豫时间可以用来定量分析软骨内成分的变化和 长期监测 OA [ 1 ] 。笔者通过对正常和不同程度膝关节 OA 患者关节软骨 T2 弛豫时间的测量并比较其差异 性 ,旨在探讨 T2 弛豫时间在 OA 中的价值。 材料与方法 选择 15 例健康志愿者 (共 22 个膝关节受检) ,既 往无膝关节不适、外伤和手术史 ;其中男 7 例 ,女 8 例 , 年龄 26～48 岁 ,平均 36 岁。33 例膝关节 OA 患者 , 其 OA 诊断按照中华医学会风湿病学分会 2003 年颁 布的骨关节炎诊治指南中膝关节 OA 的诊断进 行[2 ] 。对所有受检者共 66 个膝关节行正侧位 CR 平 片。请两位骨放射专家阅片 ,使用 Kellgren2Lawrence 分级系统对所有受检膝关节分级 :0 级为没有阳性发 现 ;1 级为 (可疑)微小骨赘 ;2 级为有明确的轻度骨赘 但没有关节间隙狭窄 ;3 级为中度骨赘形成和 (或) 关 节间隙明显狭窄 ;4级为重度骨赘形成、关节间隙明显 8511 放射学实践 2007 年 11 月第 22 卷第 11 期　Radiol Practice ,Nov 2007 ,Vol 22 ,No . 11 表 1 　各组膝关节各处软骨的 T2 值测量结果 (ms) 部位 正常组 轻度 OA 组 重度 OA 组 P1 值 P2 值 P3 值 股骨内髁 35. 1 ±2. 2 44. 7 ±3. 5 46. 4 ±2. 6 < 0. 05 < 0. 05 0. 376 股骨外髁 36. 7 ±1. 4 42. 2 ±2. 3 45. 0 ±4. 1 < 0. 05 < 0. 05 0. 178 胫骨内髁 35. 6 ±0. 7 44. 6 ±4. 1 46. 0 ±4. 0 < 0. 05 < 0. 05 0. 575 胫骨外髁 36. 5 ±1. 1 43. 6 ±3. 0 45. 6 ±1. 3 < 0. 05 < 0. 05 0. 162 髌骨 34. 8 ±1. 9 42. 3 ±3. 1 44. 5 ±3. 0 < 0. 05 < 0. 05 0. 253 注 : P1 值为正常组与轻度 OA 组比较 ; P2 值为正常组与重度 OA 组比较 ; P3 值为轻度组与重度 OA 组比较。 狭窄和 (或) 软骨下骨质硬化[1 ] 。将 0 级者划为正常 组 ;1～2 级者划为轻度 OA 组 ; 3～4 级者划为重度 OA 组。轻度组 19 例 (26 个膝关节) ,男 7 例 ,女 12 例 ,年龄 34～56 岁 ,平均 47 岁 ;重度组 14 例 (18 个膝 关节) ,男 6 例 ,女 8 例 ,年龄 50～66 岁 ,平均 59 岁。 所有受检者均行 MR 扫描 ,使用 GE Signa 1. 5 T Propeller HD MR 系统。采用膝关节线圈行矢状面扫 描 ,先行常规 T1 WI、T2 WI 和 3D 稳态毁损梯度回波序 列扫描 , T22mapping 序列采用 4 回波 SE 序列一次扫 描 ,参数 : TR 2400 ms , TE 40 ms、60、80 和 100 ms ,层 厚 5 mm ,间隔 1 mm ,视野 16 cm ,矩阵 288 ×160 ,激励 次数 2 ,扫描时间 6 min 16 s。 将扫描图像传递到工作站 GE ADW 4. 2 ,应用 Functool 中 Research 软件生成 T22mapping 伪彩图 , 分别测量胫骨内侧髁、外侧髁 ,股骨内侧髁、外侧髁和 髌骨共 5 处软骨的 T2 值 ,每处软骨自前向后 (髌骨自 上向下)平均分为 3 部分 ,至少测量 6 次取其平均值。 数据统计分析使用 SPSS 12. 0 软件包 ,各组间比较采 用单因素方差分析 ,然后用 q 检验 ( SN K法) 对 3 组间 进行两两比较 , P < 0. 05 为差异有显著性。 结 　果 正常组、轻度和重度 OA 组膝关节各处软骨的 T2 值测量结果及比较见表 1。结果显示 ,轻度 OA 和重 度 OA 患者膝关节各处软骨的 T2 值均比正常人明显 增高 ,3 组间差异有极显著性意义 ( P < 0. 01) 。对三组 进行两两比较 ,可见正常组与轻度 OA 和重度 OA 组 之间膝关节各处软骨的 T2 值差异均有显著性意义 ( P < 0. 05) ,但是轻度 OA 组与重度 OA 组之间差异 无显著性意义 ( P > 0. 05) 。 所有受检者膝关节 MR 图像经后处理均可得到 T22mapping 图。正常组膝关节 T22mapping 图可见膝 关节软骨连续完整 , 色阶呈绿色 , 信号均匀一致 (图 1) 。轻、重度 OA 组膝关节 T22mapping 图可见关 节软骨的色阶不同程度增高 ,内部信号混杂不均 ,重度 者还可见软骨缺损 (图 2、3) 。 讨 　论 关节软骨由少量的软骨细胞和大量的细胞外基质 组成。基质的主要成分为水、大分子胶原和蛋白多糖 等。胶原成分主要为 Ⅱ型胶原 ,相互交叉形成网络构 成软骨的支架 ,大量折叠的糖蛋白分子嵌在胶原网内。 软骨中的水分主要存在于胶原网眼间的空隙内。OA 发病机制与关节软骨变化密切相关。在 OA 早期 ,关 节软骨表层中的 Ⅱ型胶原首先退变 ,增加了关节表面 的摩擦作用和对水的通透性。软骨内水分在承重作用 下迅速流出、网架损伤和蛋白多糖的丢失 ,都将严重削 弱软骨的液压机制作用 ,减弱其负重能力[3 ] ,导致软骨 早期的形态学改变 ———软骨表面纤维化、裂缝形成 , 随后软骨体积减小。随着 OA 进一步发展 ,在关节边 缘出现骨赘 ,软骨赘疣骨化 ,主要病理变化是血管分布 和软骨下骨的改变。 运用磁共振成像反映软骨内结构变化一直是研究 热点 , T22mapping 成像是国外应用较为广泛的软骨磁 共振生理性成像技术。T2 弛豫时间通过描述组织横 向磁化衰减来反映组织的特异性 ,其值临床上常采用 CPM G多回波序列测量不同回波时间的 MR 信号强 度并通过计算得出[4 ] 。 T22mapping 成像一般采用多回波 SE 序列通过工 作站后处理形成伪彩图 ,通过兴趣区测量得出组织的 T2 值。国外已有文献[427 ] 报道关节软骨的 T2 值与软 骨内胶原的排列方向及胶原、蛋白多糖和水的含量有 关 ,能够定量的反映软骨内成分的变化。有作者[5 ] 认 为软骨的 T2 值主要由胶原的含量和排列方向决定 , 从软骨表层到最深层 T2 值有逐渐递减的趋势 ,这主 要由于各层胶原纤维排列和含量不同 ;亦有作者[6 ,7 ] 通过人和动物试验证明 ,软骨 T2 值与软骨内蛋白多 糖和水的含量直接有关 , T2 值的增加与软骨内蛋白多 糖的分布呈反比 ,与水的分布呈正比。因此可以用 T22mapping 成像测定 T2 弛豫时间 ,对 OA 不同时期 软骨内变化进行定量分析和监测 ,目前国内尚未见有 关软骨 T22mapping 成像的正式报道。 9511放射学实践 2007 年 11 月第 22 卷第 11 期　Radiol Practice ,Nov 2007 ,Vol 22 ,No . 11 图 1 　正常膝关节。a) 常规 T2 WI示膝关节周围骨质和软骨连续 ,未见异常信号 ; b) T22mapping 图像示股骨、胫骨和髌软 骨连续均匀 ,色阶呈绿色。　图 2 　轻度 OA。a) CR 平片胫骨髁间突及内髁骨质稍变尖 ; b) T22mapping 像示关节软骨变 薄 ,内部信号增高、混杂不均 (箭) ; c) 髌骨横轴面 T22mapping 像示髌软骨内见斑块状高 T2 值区 (箭) 。　图 3 　重度 OA。 a) 平片示关节周缘骨质增生明显 ,软骨下骨质硬化 ; b) 常规 T2 WI示股骨后缘关节软骨缺如 ; c) T22mapping 图像示股骨 前缘和髌软骨变薄 ,内部信号混杂不均匀 , T2 值增高 ,色阶明显增高呈黄色 (箭) 。 　　本组中轻度 OA 患者 T2 弛豫时间比正常组有明 显升高 ,提示 OA 早期在关节软骨和骨质形态没有发 生明显变化之前 ,软骨内成分已经发生改变。OA 早 期时 ,胶原网断裂使积聚的蛋白多糖分散展开 ,并暴露 出更多的阴离子 ,从而增加了软骨内水分的含量 ;当蛋 白多糖进一步丢失时 ,残存的蛋白多糖就具有更大的 伸展空间 ,也可增加水的含量 ,导致软骨 T2 值升高。 轻度 OA 组关节软骨的 T2 值和重度 OA 组之间没有 明显差异性 ,笔者认为一方面可能是由于 OA 早期关 节软骨内基质成分已经发生明显变化 ,但随着 OA 发 展主要是软骨下骨的改变如骨质水肿、硬化等 ,而软骨 内部的变化不大 ;另一方面可能是 Kellgren2Lawrence 分级的局限性 ,平片定义为早期 OA 也是通过观察软 骨下骨质的变化而此时软骨的改变可能已经很明显 ; 平片虽然能发现明显骨赘和关节间隙狭窄 ,但它反映 的是大面积的软骨形态变化 ,而 T2 弛豫时间则反映 的是局部很小面积 (几十个象素) 的软骨内部成分变 化。 综上所述 ,膝关节 OA 患者关节软骨 T2 弛豫时 间比正常者明显增加。磁共振 T22mapping 成像在早 期 OA 的诊断和监测方面具有很高的临床价值。 参考文献 : [ 1 ] 　Timot hy CD , Ying L u , Hua Jin ,et al . 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(收稿日期 :2007205212 　修回日期 :2007207230) 0611 放射学实践 2007 年 11 月第 22 卷第 11 期　Radiol Practice ,Nov 2007 ,Vol 22 ,No . 11