T2*mapping定量評估早期骨關(guān)節(jié)炎半月板與軟骨的相關(guān)性

梁學(xué)恒，楊全，余潔，文兵

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院放射科，重慶402160)

T2*mapping定量評估早期骨關(guān)節(jié)炎半月板與軟骨的相關(guān)性

梁學(xué)恒，楊全，余潔，文兵

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院放射科，重慶402160)

目的利用T2*mapping評估早期膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(OA)的軟骨與半月板并分析半月板退變與軟骨損傷的相關(guān)性。方法收集2016年8～11月在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院骨科就診的65例早期OA患者，均行常規(guī)MR、多回波梯度回波T2*mapping掃描。并測量所有患者內(nèi)、外側(cè)半月板損傷在Stoller分級中軟骨與半月板T2*值。結(jié)果內(nèi)側(cè)半月板損傷中，MM 1級組T2*值[(10.33±2.82)ms]高于MM 0級[(8.95±1.73)ms]，MM 2、3級組T2*值[(13.31±2.27)ms]均高于MM 0級組、MM 1級組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)；外側(cè)半月板損傷中，MM 1級組T2*值[(10.63±2.58)ms]高于MM 0級[(8.65±2.61)ms]，MM 2、3級組T2*值[(13.59±2.41)ms]均高于MM 0級組、MM 1級組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)；內(nèi)側(cè)半月板損傷中，2、3級組股骨內(nèi)側(cè)踝(MFC)與脛骨內(nèi)側(cè)(MT)的T2*值均高于0級組、1級組的T2*值，外側(cè)半月板損傷中，2、3級組脛骨外側(cè)(LT)高于0級、1級組軟骨單元T2*值，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05）；內(nèi)側(cè)半月板T2*值與內(nèi)側(cè)股骨髁、內(nèi)側(cè)脛骨軟骨單元T2*值呈正相關(guān)（r=0.45，r= 0.56）；外側(cè)半月板T2*值與外側(cè)脛骨軟骨單元T2*值呈正相關(guān)(r=0.40)。結(jié)論T2*mapping能夠定量監(jiān)測OA半月板退變，OA半月板損傷與鄰近軟骨損傷呈正相關(guān)。

T2*mapping；骨關(guān)節(jié)炎；軟骨；半月板

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是全世界中年老年人常見的引起膝關(guān)節(jié)疼痛以及功能障礙的疾病。研究表明膝關(guān)節(jié)半月板損傷或功能退變會進(jìn)一步加速OA的進(jìn)程，OA與半月板損傷有著密切的相關(guān)性[1]。因此，如何對早期OA進(jìn)行診斷與及時的干預(yù)治療就尤為重要。T2*mapping是目前最新的軟骨生理磁共振成像技術(shù)，與其他成像技術(shù)相比，T2*mapping具有快速成像、高圖像分辨率以及能夠?qū)崿F(xiàn)對軟骨各向同性的3D評估的優(yōu)點(diǎn)，與T2 mapping一樣它也可以很容易的運(yùn)用于臨床MRI系統(tǒng)中并通過相關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)。本研究應(yīng)用T2*mapping對膝關(guān)節(jié)半月板以及軟骨進(jìn)行T2*值的測量，研究T2*mapping在早期OA中半月板與軟骨的定量評估以及OA半月板損傷與軟骨退變之間的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2016年8～11月到重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院骨科就診的117例膝關(guān)節(jié)骨早期OA患者的臨床病史及影像學(xué)資料，納入標(biāo)準(zhǔn)為：膝關(guān)節(jié)疼痛及功能障礙時間大于2個月；X線片膝關(guān)節(jié)Kellgren-lawrence分級1～2級；關(guān)節(jié)活動有摩擦音；排除標(biāo)準(zhǔn)：外傷、骨折、腫瘤；有膝關(guān)節(jié)手術(shù)史；類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及糖尿病患者。最后納入患者65例(共92個膝關(guān)節(jié)，140個損傷半月板)，其中男性39例，女性26例，年齡40～70歲，平均(57.20±12.57)歲，BMI平均(23.6± 2.43)kg/m2，在我院行3.0T膝關(guān)節(jié)MR常規(guī)檢查以及T2*mapping檢查。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會討論并同意，受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法采用SIMENIS Verio 3.0T MR，膝關(guān)節(jié)8通道線圈，采集矢狀位T1W1(TR 619 ms，TE 11 ms，層厚4.0 mm，層間距2.5 mm，F(xiàn)OV 18 cm×18 cm，矩陣512×512，采集，激勵次數(shù)NEX1)，矢狀位和冠狀位脂肪抑制質(zhì)子密度(fat suppressed proton density，F(xiàn)S-PD)像(TR 2 245 ms，TE 32 ms，層厚3 mm，層間距3.2 mm，F(xiàn)OV 18 cm×18 cm，矩陣512×512，NEX1)；矢狀位和冠狀位T2*mapping采用8回波GRE序列掃描，參數(shù)：TR 812 ms，TE為6.5 ms、15.6 ms、28.9 ms、35.4 ms、43.2 ms、52.7 ms、63.1 ms、72.8 ms，層厚5 mm，層間距2 mm，F(xiàn)OV 18 cm×18 cm，矩陣512×512，NEX2。

1.3 圖像處理所有圖像均傳輸至工作站PACS系統(tǒng)進(jìn)行圖像融合，獲得的T2*mapping圖像與15.6 ms解剖像進(jìn)行融合，調(diào)整色階，紅色表示T2*值高，藍(lán)色表示T2*值低，并將圖像導(dǎo)入Image J進(jìn)行圖像感興趣區(qū)(ROI)的選取并測量T2*值。承重股脛關(guān)節(jié)根據(jù)Peterfy等[2]研究的方法劃分12個亞區(qū)：將股脛關(guān)節(jié)面分為股骨外側(cè)髁(lateral femoral condyle，LFC)、股骨內(nèi)側(cè)髁(medial femoral condyle，MFC)、脛骨外側(cè)(lateral tibia，LT)、脛骨內(nèi)側(cè)(medial tibia，MT)，在每一個矢狀位關(guān)節(jié)面又分為前、中、后三個亞區(qū)，并選取相應(yīng)ROI；在內(nèi)側(cè)半月板(medial meniscus，MM)與外側(cè)半月板(lateral meniscus，LM)前后角分別選取ROI；每個ROI測量三次取平均值，算出每個軟骨單元與半月板的平均值。

1.4 圖像評價由2名經(jīng)驗(yàn)豐富的骨關(guān)節(jié)影像專家在不知掃描技術(shù)及病情的情況下閱片，評價半月板的信號及形態(tài)。半月板退變依據(jù)Stoller[3]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級：0級：正常半月板，表現(xiàn)為均勻低信號，形態(tài)規(guī)則；1級：半月板內(nèi)小片形或橢圓形高信號，病變?yōu)榻佑|半月板所對應(yīng)的關(guān)節(jié)面；2級：半月板內(nèi)高信號呈水平線狀，可達(dá)半月板關(guān)節(jié)囊邊緣，但不接觸半月板關(guān)節(jié)面；3級：半月板內(nèi)高信號達(dá)半月板關(guān)節(jié)面。如果一側(cè)半月板存在2個或2個以上的Stoller分級，以最高級別為準(zhǔn)。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，多組比較采用單因素方差分析，兩組間比較采用t檢驗(yàn)；采用Pearson系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 膝關(guān)節(jié)MRI半月板分級本研究納入92個膝關(guān)節(jié)184個內(nèi)外側(cè)半月板。其中Stoller 0級44個，Stoller 1級35個，Stoller 2級63個，Stoller 3級42個，66.42%(93/140)的半月板損傷發(fā)生在內(nèi)側(cè)半月板的前角或后角，見圖1、圖2。

2.2 內(nèi)側(cè)半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值內(nèi)側(cè)股骨、內(nèi)側(cè)脛骨軟骨單元及內(nèi)側(cè)半月板的T2*值在內(nèi)側(cè)半月板損傷分級中差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，其中內(nèi)側(cè)半月板損傷中，2、3級組MFC及MT的T2*值均高于0級組及1級組，且差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)(見表1)。MM 1級組T2*值高于MM 0級，MM 2、3級組T2*值高于MM 0級組、MM 1級組，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，見表1。

2.3 外側(cè)半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值外側(cè)脛骨軟骨單元及外側(cè)半月板T2*值在外側(cè)半月板損傷分級中差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，LT 2、3級組LT軟骨單元高于0級、1級組，MM 1級組T2*值高于MM 0級，MM 2、3級組T2*值均高于MM 0級組、MM 1級組，差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，見表2。

表1 內(nèi)側(cè)半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值()

表1 內(nèi)側(cè)半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值()

注：與MM 0級組比較，aP＜0.05；與MM 1級組比較，bP＜0.05。

組別MM 0級MM 1級MM 2、3級F值P值LFC(ms) 31.28±4.28 32.84±3.59 33.57±4.43 3.745 0.078 MFC(ms) 32.96±4.73 33.35±4.24 35.89±3.62ab5.362 0.006 LT(ms) 30.35±4.06 31.64±4.32 31.80±5.25 2.542 0.143 MT(ms) 30.68±4.21 32.16±3.39 36.55±5.07ab5.697 0.002 LM(ms) 8.73±2.53 9.12±2.84 9.20±2.45 2.341 0.162 MM(ms) 8.95±1.73 10.33±2.82a13.31±2.27ab6.413＜0.001

表2 外側(cè)半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值()

表2 外側(cè)半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值()

注：與LM 0級組比較，aP＜0.05；與LM 1級組比較，bP＜0.05。

組別LM 0級LM 1級LM 2、3級F值P值MM(ms) 8.86±2.73 9.31±2.82 9.43±3.38 4.029 0.064 LFC(ms) 32.37±4.56 32.69±5.34 33.57±4.12 3.263 0.081 MFC(ms) 32.21±4.34 32.52±3.68 32.07±4.75 2.276 0.149 LT(ms) 30.35±4.06 31.64±4.32 33.57±4.65ab4.256 0.028 MT(ms) 31.12±3.78 32.16±4.81 32.35±4.20 3.523 0.073 LM(ms) 8.65±2.61 10.63±2.58a13.59±2.41ab6.368＜0.001

圖1 患者46歲，OA，女性

圖2 患者62歲，OA男性

2.4 軟骨單元T2*值與半月板T2*值的相關(guān)性內(nèi)側(cè)半月板T2*值與內(nèi)側(cè)股骨髁、內(nèi)側(cè)脛骨軟骨單元T2*值呈正相關(guān)(r=0.45，P=0.028；r=0.56，P= 0.011)；外側(cè)半月板T2*值與外側(cè)脛骨軟骨單元T2*值呈正相關(guān)(r=0.40，P=0.036)。

3 討論

研究表明早期OA軟骨的組織與生理改變包含了膠原網(wǎng)格的破壞、蛋白多糖量減少以及水滲透性的增加[4]。在軟骨出現(xiàn)形態(tài)學(xué)改變之前，軟骨生理MRI成像技術(shù)能夠發(fā)現(xiàn)軟骨細(xì)胞外基質(zhì)(extra cellular matrix，ECM)、氨基葡萄糖分子(glycosaminoglycans，GAGs)等生理方面的改變。諸多研究表明軟骨ECM中的膠原蛋白與GAG對于軟骨功能結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有著十分重要的作用，目前不斷發(fā)展的MRI技術(shù)定量檢測膠原蛋白與GAG等軟骨高分子物質(zhì)含量的改變。

T2*mapping成像技術(shù)是在T2 mapping成像的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，與T2 mapping成像方式并不相同，T2*mapping采用的是多回波梯度序列，由于沒有180是聚相位脈沖，故T2*能夠反映自旋—自旋弛豫，并且具有成像較快的特點(diǎn)。T2*mapping與T2 mapping類似，T2值主要受水含量、膠原網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的影響，從而可用于定量評估軟骨的生理成分改變。Newbloud等[5]研究表明T2*值在早期OA患者膝關(guān)節(jié)軟骨較正常組T2*值升高，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義。然而也有研究表明膝關(guān)節(jié)軟骨退變T2*值較正常人減少，這可能因?yàn)門2*mapping缺乏180聚相位脈沖，造成T2*弛豫時間對回波及磁化傳遞的敏感性降低[6]。

膝關(guān)節(jié)半月板是兩個月牙形的纖維軟骨，位于脛骨平臺內(nèi)外側(cè)面。從半月板的形狀及部位來看，半月板的功能是為了穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)，傳遞膝關(guān)節(jié)負(fù)荷力以及保持關(guān)節(jié)內(nèi)營養(yǎng)。由于半月板所起到的穩(wěn)定載荷作用，維持了膝關(guān)節(jié)負(fù)重運(yùn)動而不致?lián)p傷。半月板與關(guān)節(jié)軟骨類似，同樣含有膠原蛋白、蛋白多糖以及水分子組成的透明軟骨，但兩者成分組成比例并不一致[7]。國外研究表明半月板損傷與OA進(jìn)程有相關(guān)性，當(dāng)OA發(fā)生時，半月板也會進(jìn)行性發(fā)生退變，導(dǎo)致半月板透明軟骨組成成分及形態(tài)發(fā)生相應(yīng)的改變[8-9]。Rauscher等[10]在輕度OA、重度OA、健康者運(yùn)用T1康與T2 mapping對半月板進(jìn)行定量評估，證實(shí)了T1月、T2 mapping能夠監(jiān)測出OA半月板退變的進(jìn)程。T2*mapping機(jī)制可能是由于半月板中的膠原成分減少時，T2值隨之增加，同時半月板的水腫使得T2值進(jìn)一步增加。半月板內(nèi)部膠原成分的改變與膠原纖維的破壞均會造成水分子含量的增加，因此半月板早期變性與撕裂可被T2*mapping敏感的檢測出[11]。

本研究在Stoller 2、3級并未細(xì)分，原因在于2、3均為半月板線樣撕裂，其形態(tài)改變相似。T2*值在內(nèi)外側(cè)半月板Stoller 0級，1級，2、3級均存在顯著差異(P＜0.05)。結(jié)果表明T2*mapping在半月板撕裂的2半月級與早期半月板退變能夠進(jìn)行分辨。根據(jù)在OA患者中半月板中膠原纖維與含水量的改變，T2*mapping可定量檢測半月板變性到半月板撕裂的過程，可認(rèn)為半月板早期退變是造半月板撕裂的重要因素。因此，在臨床上運(yùn)用T2*mapping可能會成為診斷及檢測半月板退變的方法。定量MRI在評估半月板上較關(guān)節(jié)鏡更具有優(yōu)勢，因?yàn)殛P(guān)節(jié)鏡只能在半月板表面觀察，而MR能夠檢查整個半月板的情況；此外膝關(guān)節(jié)半月板后角在關(guān)節(jié)鏡下難以觀察，會降低半月板損傷的檢出率[12]。最后，關(guān)節(jié)鏡僅能檢查出半月板損傷，但定量MRI能夠檢查出半月板早期的退變，早期檢測出可以通過內(nèi)科治療干預(yù)患者后期進(jìn)行外科手術(shù)的機(jī)會，大大減輕其負(fù)擔(dān)。

本研究為了排除重度OA KL 2～4級對于軟骨T2*值的影響，故納入輕度OA KL分級做為研究組。關(guān)于早期OA組中半月板與軟骨T2*值之間的關(guān)系見表1、2，在內(nèi)側(cè)半月板Stoller 2、3級組內(nèi)側(cè)股骨髁、內(nèi)側(cè)脛骨軟骨單元T2*值顯著高于其余分級組相應(yīng)的軟骨單元；而在外側(cè)半月板Stoller 2、3級組內(nèi)側(cè)脛骨軟骨單元T2*顯著高于其余分級組。可能是因?yàn)榘朐掳逅毫鸭俺惺艿闹亓υ谏眢w力學(xué)上會對鄰近軟骨造成更大的重力作用從而導(dǎo)致T2*值的改變[13]。此外，本研究相關(guān)性分析也說明了半月板損傷的T2*值與鄰近軟骨損傷T2*值呈正相關(guān)。故本研究運(yùn)用MRI的T2*mapping技術(shù)證實(shí)了半月板退變會對鄰近軟骨造成更嚴(yán)重的損傷，從而在臨床上對早期OA的診斷與治療策略提供了一定的幫助。

本研究樣本量較小，年齡跨度較大，未限定年齡范圍；且未設(shè)立健康對照組，不能較好地說明軟骨及半月板T2*值是否異常。未來我們會進(jìn)一步增加樣本量，設(shè)立對照組，進(jìn)一步完善研究。總之，T2*mapping MR成像技術(shù)可以對早期OA患者半月板退變進(jìn)行定量評估，并可分析出半月板損傷與相鄰OA軟骨之間的關(guān)系，且兩者呈正相關(guān)。T2*mapping對于早期OA患者的臨床診斷、嚴(yán)重程度定量以及評估預(yù)后有著重要意義。

[1]Collins JE,Losina E,Nevitt MC,et al.Semiquantitative imaging biomarkers of knee osteoarthritis progression:data from the foundation for the national institutes of health osteoarthritis biomarkers consortium[J].Arthritis Rheumatol,2016,68(10):2422-2431.

[2]Peterfy CG,Guermazi A,Zaim S,et al.Whole-Organ Magnetic Resonance Imaging Score(WORMS)of the knee in osteoarthritis.Osteoarthritis Cartilage,2004,12(3):177-190.

[3]Stoller DW,Martin C,Crues JV 3rd,et al.Meniscal tears:pathologic correlation with MR imaging[J].Radiology,1987,163(3):731-735.

[4]Binks DA,Hodgson RJ,Ries ME,et al.Quantitative parametric MRI of articular cartilage:a review of progress and open challenges[J]. Br J Radiol,2013,86(1023):20120163.

[5]Newbould RD,Miller SR,Toms LD,et al.T2 measurement of the knee articular cartilage in osteoarthritis at 3T[J].J Magn Reson Imaging,2012,35(6):1422-1429.

[6]Mamisch TC,Hughes T,Mosher TJ,et al.T2 star relaxation times for assessment of articular cartilage at 3 T:a feasibility study[J].Skeletal Radiol,2012,41(3):287-292.

[7]Gallo MC,Wyatt C,Pedoia V,et al.T1ρ and T2 relaxation times are associated with progression of hip osteoarthritis[J].Osteoarthritis Cartilage,2016,24(8):1399-1407.

[8]Ding C,Martel-Pelletier J,Pelletier JP,et al.Meniscal tear as an osteoarthritis risk factor in a largely non-osteoarthritic cohort:a cross-sectional study[J].J Rheumatol,2007,34(4):776-784.

[9]Englund M,Guermazi A,Roemer FW,et al.Meniscal tear in knees without surgery and the development of radiographic osteoarthritis among middle-aged and elderly persons:The Multicenter Osteoarthritis Study[J].Arthritis Rheum,2009,60(3):831-839.

[10]Rauscher I,Stahl R,Cheng J,et al.Meniscal measurements of T1rho and T2 at MR imaging in healthy subjects and patients with osteoarthritis[J].Radiology,2008,249(2):591-600.

[11]陳鵬翅,宋玲玲,聶紅昉,等.定量T2-mapping對半月板損傷的評估[J].臨床放射學(xué)雜志,2016,35(9):1411-1414.

[12]Baum T,Joseph GB,Arulanandan A,et al.Association of magnetic resonance imaging-based knee cartilage T2 measurements and focal knee lesions with knee pain:data from the Osteoarthritis Initiative [J].Arthritis Care Res(Hoboken),2012,64(2):248-255.

[13]Rowbotham EL,Grainger AJ.Magnetic resonance imaging of arthritis of the knee[J].Semin Musculoskelet Radiol,2017,21(2): 113-121.

Quantitative assessment of the correlation between meniscus and cartilage in early osteoarthritis with T2* mapping.

LIANG Xue-heng,YANG Quan,YU Jie,WEN Bin.Department of Radiology,Yongchuan Hospital of Chongqing Medical University,Yongchuan 402160,Chongqing,CHINA

ObjectiveTo assess the correlation between meniscus and cartilage in early osteoarthritis(OA) with T2*mapping.MethodsA total of 65 patients with early OA,who admitted to Department of Radiology of Yongchuan Hospital of Chongqing Medical University and underwent routine conventional MR sequences and mutil-echo gradient echo sequence for T2*mapping,were selected as the research subjects.The T2*values of menicus and cartilage in Stoller grade score system for internal and lateral meniscus injury of the patients were measured.ResultsFor medial meniscal tear,the T2*value of medial meniscus(MM)1 group was(10.33±2.82)ms,which was significantly higher than(8.95±1.73)ms of MM 0 group(P＜0.05).The T2*value of MM 2 and 3 group was(13.31±2.27)ms,which was significantly higher than the T2*value of MM 0 and MM 1 group(P＜0.05).For lateral meniscal tear,the T2*value of MM 1 group was(10.63±2.58)ms,which was significantly higher than(8.65±2.61)ms of MM 0 group(P＜0.05).The T2* value of MM 2 and 3 group was(13.59±2.41)ms,which was significantly higher than MM 0 and MM 1 group(P＜0.05). For medial meniscal tear,the T2*value of medial femoral condyle(MFC)and medial tibial(MT)in 2 and 3 grade was significantly higher than that in 0 grade and 1 grade;For lateral meniscal tear,the T2*value of lateral meniscus(LT)in 2 and 3 grade was significantly higher than that in 0 grade and 1 grade(P＜0.05).The T2*value of the medial meniscus was positively correlated with the T2*values of the MFC and MT(r=0.45,r=0.56);The T2*value of the lateral meniscus(LM) was positively correlated with the T2*value of the LT(r=0.40).ConclusionT2*mapping can quantitatively monitor the meniscal degeneration in early OA.There is a positive correlation between meniscal tear and adjacent to cartilage damage.

T2*mapping;Osteoarthritis(OA);Cartilage;Meniscus

R684.3

A

1003—6350（2017）16—2631—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.16.016

2017-02-08)

楊全。E-mail：2644738456@qq.com