MR T2*mapping 診斷關節軟骨早期病變的臨床價值

姜艷麗令瀟張靜

·醫學影像·

MR T2*mapping 診斷關節軟骨早期病變的臨床價值

姜艷麗1令瀟2張靜1

關節軟骨損傷是一類臨床常見病變，其早期病理表現為軟骨基質生化成分的改變，在軟骨發生病變的早期對其進行診斷和干預尤為重要。隨著磁共振各種功能成像技術快速發展，使關節軟骨形態學改變得以明確顯示；同時，也可定量分析軟骨內生化成分的變化。T2*mapping是近年來MR量化分析軟骨生化成分改變的一項新技術，可在病變關節軟骨形態未發生改變之前即對其進行定量分析，對關節軟骨早期病變的診斷有很好的臨床應用價值。本文就T2*mapping在關節軟骨病變早期診斷方面的臨床應用價值做一綜述。

磁共振成像； 軟骨, 關節； 早期診斷； T2*mapping

關節疾病是包括骨性關節炎、創傷性關節炎、風濕性關節炎等在內的一大類疾病，是導致運動障礙甚至致殘的主要原因。其最早期病理改變為軟骨退變，多項研究表明，在軟骨病變早期可通過細胞保護劑、生長因子治療，同時可通過物理治療、減重等手段來逆轉軟骨的病理改變，從而有效阻止疾病進展[1-2]，故在軟骨病變早期對其進行診斷和干預非常重要。MRI作為一種無創、可重復的檢查手段，對軟骨病變的早期診斷具有較高的敏感性。隨著各種功能磁共振成像技術的發展，使關節軟骨形態學改變得以明確顯示。T2*mapping是近年來MR量化分析軟骨生化成分改變的一項新技術，可在病變關節軟骨形態未發生改變之前即對其定量分析，對關節軟骨早期病變的診斷有很好的臨床應用價值。本研究就不同磁共振生理成像技術，尤其T2*mapping在關節軟骨病變早期診斷方面的臨床應用價值做一綜述。

一、關節軟骨正常解剖

關節軟骨由少量軟骨細胞（占1%～4%）和細胞外基質構成，細胞外基質包括水、膠原纖維及蛋白多糖。其中水占60%～85%；膠原纖維占10%～20%，以Ⅱ型膠原纖維為主；蛋白多糖占5%～10%，由1個核心蛋白和黏多糖（GAG）側鏈組成，三者有機結合，使關節軟骨具有承受負荷、抵抗應力和減少摩擦的作用。按照膠原纖維排列方向和生化成分的不同，將關節軟骨分4層：（1）淺層。約占軟骨厚度的5%～15%，該層纖維排列方向與軟骨表面平行，細胞數最多，膠原和水含量也較高，蛋白多糖含量相對較低；（2）過渡層。約占軟骨厚度的60%，該層纖維呈斜行交錯排列，膠原和水含量少于淺層，蛋白多糖含量高于淺層；（3）深層。約占軟骨厚度的25%，該層纖維的排列方向與軟骨表面垂直，膠原和水含量均較低，蛋白多糖含量最高；（4）鈣化層。為軟骨和軟骨下骨的分界，其內纖維交錯排列，利用軟骨下骨將軟骨固定其中。

二、關節疾病早期軟骨改變

早期關節軟骨退變表現為蛋白多糖濃度下降，水含量增加，膠原纖維網狀結構崩解。隨病情發展，軟骨局部表面潰瘍形成，蛋白多糖進一步丟失，隨蛋白多糖丟失程度加重，軟骨內水含量降低到正常以下[3]，軟骨彈性、抗壓強度和對關節的保護能力下降。而后可表現為軟骨淺層磨損，并向軟骨下骨延伸形成裂縫，釋放的纖維軟骨碎片使軟骨厚度降低，隨疾病進展致全層受累。

三、MRI生理成像技術

MRI是多方位、多參數的成像技術，軟組織對比度及空間分辨率均較高。但傳統MRI對關節軟骨損傷的診斷敏感性較低，只能顯示軟骨損傷達一定程度時造成的形態學改變，如厚度變薄、表面缺損及信號改變等，且缺乏特異性。

目前，MRI生理成像技術可對軟骨構成的不同成分進行成像，來觀察軟骨基質的改變，反映軟骨的病理生理狀態。包括T2 mapping、釓延遲增強MR軟骨成像（delayed gadolinium enhanced magnetic resonance imaging of cartilage，dGEMRIC）、自旋鎖定（T1ρ）成像、鈉（Na）譜成像、磁化傳遞技術（ magnetization transfer constrast，MTC）以及T2*mapping等。

1. T2 mapping成像：T2 mapping采用多回波自旋回波序列，經后處理形成偽彩圖，通過測量感興趣區得出T2值，繼而形成其空間分布圖，反映軟骨內水含量及水分子和膠原纖維的相互關系。有研究表明，由于軟骨深層纖維走形垂直，且蛋白多糖含量較高，限制了水分子的運動，從而促進T2值衰減，因此，正常軟骨T2值從軟骨表層向深層逐漸遞減[4]。另有研究顯示骨性關節炎關節軟骨內膠原纖維和蛋白多糖含量減少，水含量增多，致軟骨T2值升高，關節軟骨T2值與軟骨退變程度有關，退變等級越高，T2值升高越明顯[5]。該成像技術研究較成熟，已部分應用于臨床，但局限性在于：（1）成像時間較長；（2）對早期軟骨退變敏感性較低；（3）魔角效應，軟骨組織中膠原纖維排列方向與水分子分布平行，而不同軟骨層膠原纖維排列不盡相同，當膠原蛋白排列方向與基線（B0）夾角成55°時，導致T2值增加[6]。

2. MR T2*mapping成像：T2*mapping采用多回波梯度回波序列，對軟骨內水含量和膠原纖維網狀結構敏感。三維快速擾相梯度回波序列（3D rapid phase gradient echo sequence，3D-SPGR）抑制了骨髓內脂肪組織的高信號；且該序列回波時間（echo time，TE）較短，使關節軟骨的短T1得到較好顯示，從而提高組織對比度[7]；對比T2 mapping，T2*mapping成像速度快、圖像分辨率高，顯示軟骨疾病的敏感性更高。Newbould等[8]研究表明，3T MRI T2*mapping在區分骨性關節炎（osteoarthritis，OA）患者和正常人膝關節軟骨方面具有很好的可重復性。Bittersohl等[9]研究表明，隨著退變級別加深，軟骨全層的平均T2*值下降越明顯。

超短回波時間（ultrashort echo time，UTE）-T2*mapping是一種發展中的MR成像技術。Chu等[10]研究表明，前交叉韌帶撕裂重建后，UTE-T2* mapping對內側半月板、股骨內側髁和脛骨內側平臺深層組織基質的變化很敏感。該研究結果顯示，前交叉韌帶損傷患者的UTE-T2*值要高于正常對照組。另有Williams等[11]研究也表明UTE-T2*mapping對關節軟骨的基質退變及發現短T2信號（＜10 ms）很敏感，尤其對不能被標準T2 mapping探測的深部組織內的短T2信號更加敏感。

總之，相比MR其他生理成像技術，T2*mapping（包括UTE-T2*mapping）的潛在優勢在于成像時間更短、空間分辨率更高以及可行三維采集，從而實現軟骨全覆蓋，有望代替T2 mapping成為關節軟骨病變早期診斷的敏感性指標。國外已有軟骨T2*mapping相關的研究，目前國內研究報道較少。

四、T2*mapping在骨骼肌肉系統的臨床應用

1. 用于軟骨疾病的診斷：2009年，Bittersohl等[12]第1次對髖關節軟骨行1.5T MRI T2*mapping研究，研究對象是33例有可疑關節軟骨退變的股骨髖臼撞擊綜合征（femoro-acetabular impingement，FAI）患者和10例正常受試者，研究表明軟骨損傷級別不同，所測T2*值也不同，正常人T2*值較高（32.4 ms），而伴有軟骨厚度損失者T2*值較低（29.4 ms）。Morgan等[13]對1例FAI患者行T2*mapping研究，結果表明，T2*mapping可以為臨床提供準確診斷。Miese等[14]研究了33例股骨頭骨骺滑脫（slipped capital femoral epiphysis，SCFE）患者，結果表明其髖關節內外側軟骨的T2*值均較對照組有所下降；隨軟骨形態破壞加重，其T2*值呈下降趨勢，并在軟骨發生早期形態學改變時，T2*值的下降幅度最大。Marik等[15]對10例距骨剝脫性骨關節炎（osteochondritis dissecans，OCD）患者和9例健康受試者行T2和T2*mapping研究，該研究發現，OCD患者T2和T2*值在數值上均高于健康受試者，2組T2值差異有統計學意義，T2*值差異無統計學意義。

Buchbender等[16]研究了16例掌指關節類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）患者和20例正常受試者的T2*值，結果表明RA患者T2*值在數值上較受試者低，但二者差異無統計學意義。

2. 用于修復軟骨的監測：由于軟骨內缺乏血管、淋巴及神經，故損傷后其自我修復的能力較差?；|誘導的自體軟骨細胞移植技術（matrix-associated autologous chondrocyte transplantation，MACT）可使損傷軟骨修復到接近正常軟骨的程度。Welsch等[17]對4例股骨內側髁行MACT患者和12例健康受試者行T2*mapping研究，結果表明健康軟骨從深層到淺層T2*值逐漸增加，但MACT區域無此變化。此后，Welsch等[18]又對30例行MACT的患者進行T2和T2*mapping研究，發現正常軟骨T2*值高于修復軟骨，同時發現T2*值在軟骨各層間的這種變化較T2值更敏感。

3. 應用于運動醫學：長距離或超長距離競賽等運動方式會導致越來越多關節軟骨的急性損傷和過度使用綜合征[19]。Schueller-Weidekamm等[20]研究了長距離運動員膝關節損傷的發生率與運動量的關系，結果表明，較大的運動量是長距離運動員膝關節損傷的危險因素。Schütz等[21]對22例跨歐洲越野賽參與者的踝關節行1.5T MR T2*mapping研究，目的是研究超長距離競賽對人體踝關節的損傷情況。結果表明，在比賽的前2 000～2 500 km賽段，T2*值降低，之后賽段T2*值增加，說明在經受了超馬拉松負荷后，踝關節正常軟骨基質開始發生退變。

五、結論

T2*mapping采用多回波梯度回波序列，該序列中缺少180°重聚焦脈沖，受到磁場不均勻性的影響大，易產生磁敏感性偽影。此外，由于技術尚不成熟、研究成果尚不確切，目前T2*mapping技術還處在臨床研究階段，尚未應用于臨床實踐。但是，T2*mapping作為一項新興MRI生理成像技術，既具備常規MRI技術多方位成像、無創檢查的優勢，也具備快速成像、圖像分辨率高及三維立體成像的獨特優勢，可觀察到關節軟骨早期退變的生化改變，從而為臨床開展早期干預和治療提供更加明確的依據，最終避免關節疾病晚期致畸致殘后果的發生，隨著MRI技術的發展，T2*mapping有望成為一項具有遠大應用前景的成像技術。

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The application value of MR T2＊ mapping in diagnosis of early pathological changes of articular cartilage

Jiang Yanli1, Ling Xiao2, Zhang Jing1.

1Department of Magnetic Resonance Imaging, the Second Hospital of Lanzhou University, Lanzhou 730030, China;2Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710061, China

Zhang Jing, Email: lztong2001@163.com

Articular cartilage injury is a common problem in clinics. The early pathological manifestations are the changes in the cartilage matrix of biochemical ingredient content. With the rapid development of functional magnetic resonance imaging, the morphological changes of articular cartilage can be demonstrated clearly, and at the same time, the changes in the cartilage matrix of biochemical ingredient content can be quantitatively analyzed. This is important for clinical evaluation in terms of early diagnosis and prompt treatment of cartilage lesions. This article will reviewe the clinical application of different sequences of MR T2* imaging in early diagnosis of articular cartilage disease.

Magnetic resonance imaging; Cartilage, articular; Early diagnosis; T2*mapping

2016-11-23）

（本文編輯：黃強）

10.3877/cma.j.issn.2095-5782.2017.01.006

730030 甘肅蘭州，蘭州大學第二醫院核磁共振科1；710061 陜西西安，西安交通大學第一附屬醫院醫學影像科2

張靜，Email: lztong2001@163.com

姜艷麗，令瀟，張靜. MR T2*mapping診斷關節軟骨早期病變的臨床價值[J/CD].中華介入放射學電子雜志，2017,5（1）：20-23.