T1ρ技術定量評估踝關節距骨骨軟骨損傷

高麗香，袁慧書

(北京大學第三醫院放射科，北京 100191)

踝關節距骨骨軟骨損傷(osteochondral lesion of talus, OLT)是常見的踝關節損傷，如不及時治療，可致關節持續疼痛及不穩，受到外力作用會加速骨關節炎的進展。早期診斷OLT并準確分級非常重要。MRI是診斷軟骨損傷的最佳影像學方法，可評估關節軟骨損傷，且能清晰顯示軟骨下骨質改變；定量MR技術可監測軟骨內生化成分改變，有助于診斷、治療OLT及預防和延緩骨關節炎的發生。本研究以關節鏡為“金標準”,探究采用T1ρ成像診斷OLT的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年1月—2018年8月40例于北京大學第三醫院診斷踝關節損傷、擬住院接受關節鏡檢查或手術治療患者，男22例，女18例，年齡20～52歲，平均(37.2±8.7)歲。納入標準：踝關節疼痛，臨床診斷為距骨骨軟骨損傷，踝關節韌帶損傷(≥6個月)，關節滑膜增生，關節游離體。排除標準：①除病變部位外軟骨明顯缺損；②既往踝關節手術史；③嚴重骨關節炎及類風濕性關節炎；④軟骨下骨囊腫形成。所有患者均接受MR檢查，并于其后1周內接受關節鏡檢查，且均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HdxT 3.0T MR掃描儀，8通道踝關節專用表面線圈。掃描序列及參數：①冠狀位快速自旋回波T1W，TR 660 ms，TE 12 ms；②冠狀位脂肪飽和自旋回波PDW，TR 2 660 ms，TE 38 ms；③矢狀位脂肪飽和自旋回波PDW，TR 2 120 ms，TE 38 ms；④橫斷位脂肪飽和自旋回波PDW，TR 2 080 ms，TE 36 ms；⑤橫斷位自旋回波T2W，TR 2 060 ms，TE 36 ms。以上序列FOV 16 cm×16 cm，層厚2.5 mm，層間距0.3 mm；⑥冠狀位T1ρ序列，TR 5.28 ms，4個回波鏈，TE分別為 1、10、40和80 ms，層厚3.5 mm， FOV 16 cm×16 cm，矩陣256×192，掃描時間4.5 min。

1.3 圖像分析 采用GE后處理軟件將所有T1ρ圖像重建為偽彩圖,正常軟骨設置為均勻一致的橙紅色階,可信區間為95%。由2名分別具有3年和6年骨關節影像學診斷經驗的主治醫師和副主任醫師及1名具有10年骨關節損傷診斷經驗的運動醫學科主任醫師觀察所有MRI和關節鏡結果，根據關節鏡、PDWI及T1ρ圖像所示踝關節OLT，依照Hepple改良分型標準[1]進行分型，意見不一致時經討論決定。Ⅰ型：僅有關節軟骨損傷；Ⅱ型：關節軟骨損傷，伴軟骨下骨隱匿性骨折，合并或不合并周圍骨髓水腫；Ⅲ型：存在與距骨體分離的骨軟骨片，未發生移位；Ⅳ型：存在與距骨體分離的骨軟骨塊并移位；Ⅴ型：軟骨下骨囊腫形成。本研究僅針對Ⅰ～Ⅳ型踝關節OLT病例進行分析，而未納入Ⅴ型OLT患者。

由上述2名影像科醫師分別測量T1ρ值。隨機選取20例患者的正常軟骨區域為正常對照組，勾畫3個ROI，測量T1ρ值；按照關節鏡下所示軟骨損傷最嚴重區域于T1ρ偽彩圖上相應區域勾畫3個ROI，測量T1ρ值；均取3個ROI的平均值作為最后結果。1個月后由上述2名影像科醫師再次測量同次T1ρ成像的軟骨T1ρ值。

1.4 統計學方法 采用SPSS 20.0統計分析軟件。計量資料以±s表示，計數資料以百分率表示。以單項隨機效應模型計算組內相關系數(intraclass correlation coefficient, ICC)評估2次測量T1ρ值結果的一致性，以單因素方差分析各型軟骨損傷(各型損傷分別為相對應各組)T1ρ值差異，兩兩比較采用LSD法。以關節鏡為“金標準”，采用Kappa檢驗比較PDWI評估OLT分型與關節鏡結果的一致性，Kappa>0.75為一致性良好，0.4

2 結果

2.1 各型OLT T1ρ值比較 40例中，24例左踝關節、16例右踝關節OLT；損傷位于距骨內側穹窿30例、外側8例，2例為彌漫性損傷。關節鏡、PDWI及T1ρ圖像分型結果見表1。T1ρ圖像清晰顯示正常踝關節距骨軟骨呈均勻一致的橙紅色階，軟骨損傷呈黃綠色階(圖1～4)。間隔1個月二次測量T1ρ值結果的一致性較好(ICC=0.97，P<0.01)，取2次測量的平均值作為最后結果。對照組(n=20)、Ⅰ型組(n=9)、Ⅱ型組(n=9)、Ⅲ型組(n=10)及Ⅳ型組(n=12)軟骨T1ρ值分別為(32.66±1.92) ms、(43.07±2.05) ms、(45.24±2.19) ms、(48.19±3.35) ms及(57.46±3.48) ms，各組間軟骨T1ρ值差異有統計學意義(F=41.68，P<0.01)。隨軟骨損傷程度加重，T1ρ值逐漸延長，Ⅱ型組軟骨T1ρ值較Ⅰ型組延長，但差異無統計學意義(P=0.12)，其余各組T1ρ值兩兩比較差異均具有統計學意義(P均<0.05)。40例OLT中，3例PDWI表現正常，而T1ρ成像提示Ⅰ型OLT，T1ρ值[(40.40～43.50) ms]延長，關節鏡結果證實為Ⅰ型OLT(圖1)。

圖1 患者男，35歲，關節鏡示左踝關節Ⅰ型OLT，偽彩圖T1ρ值45.05 ms(箭) 圖2 患者男，35歲，關節鏡示右踝關節Ⅱ型OLT，偽彩圖T1ρ值46.59 ms(箭) 圖3 患者女，36歲，關節鏡示右踝關節Ⅲ型OLT，偽彩圖T1ρ值50.43 ms(箭) 圖4 患者女，37歲，關節鏡示左踝關節Ⅳ型OLT，偽彩圖T1ρ值53.95 ms(箭)

2.2 PDWI評估OLT分型與關節鏡結果的一致性良好，Kappa=0.80，P<0.01。

3 討論

踝關節軟骨菲薄，平均厚度僅1.1 mm，且關節結構復雜，普通MRI難以清晰顯示，需采用高場強及高分辨率MR設備。踝關節受到機械應力后軟骨細胞新陳代謝活躍，可產生大量蛋白多糖和膠原，因此較少發生原發性骨關節病而多見骨軟骨損傷[2-3]。踝關節OLT多發生于青壯年，約占全身軟骨損傷的4%，一旦損傷，自我愈合能力差，如不及時干預易致軟骨彌漫性損傷，從而進展為繼發性骨關節炎[4-5]。

軟骨損傷后蛋白多糖合成受到抑制，膠原纖維網狀結構崩解、破壞及其排列方式改變，通透性增高[6-7]。人體直立行走時，踝關節軟骨承受的壓力達到人體重量的5倍，損傷后軟骨的抗壓能力減弱，易將壓力傳至軟骨下骨質結構而引起骨質改變，產生骨軟骨損傷，增加骨關節炎的風險[8]。OLT分型的依據即為軟骨和軟骨下骨質結構受累程度。

MRI是無創性評價OLT的最佳檢查方法，但早期病變信號及形態變化不明顯，常規MRI易漏診，且無法定量評估。目前T1ρ技術多用于膝關節軟骨相關研究[9-10]。本研究采用T1ρ技術評估踝關節OLT，結合關節鏡檢查，測量時將T1ρ圖放大4倍，選擇中間部分，以避免關節積液及軟骨下骨結構所致表面容積效應，使結果更可靠。

T1ρ偽彩圖中，正常軟骨呈現均勻的橙紅色階，損傷后呈現黃綠色。由于Hepple改良分型中的Ⅴ型OLT患者受損軟骨已大部分或完全缺損，且踝關節軟骨非常薄，難以準確測量其T1ρ值，本研究只針對Ⅰ～Ⅳ型踝關節OLT病例進行分析，而未納入Ⅴ型OLT病例。關節鏡下，踝關節損傷患者距骨軟骨完全正常者非常少見，且既往研究[11]發現患者軟骨正常區域的T2值與健康人差異無統計學意義(P=0.53)，故本研究以患者正常區域為正常對照組測量T1ρ值。

本研究結果顯示，隨損傷程度加重，T1ρ值逐漸延長，采用T1ρ技術可區分正常軟骨和Ⅰ型OLT，而Ⅱ型OLT軟骨T1ρ值雖較Ⅰ型延長，但差異無統計學意義(P=0.12)，提示二者間軟骨損傷程度差別并不大。Ⅰ型及Ⅱ型OLT的區別在于Ⅰ型損傷僅有關節軟骨損傷，而Ⅱ型損傷伴軟骨下骨質隱匿性骨折。T1ρ技術可清晰顯示關節軟骨，卻無法評估軟骨下骨質結構改變，故需結合常規MRI診斷Ⅰ型及Ⅱ型OLT。

本研究中Ⅱ型和Ⅲ型OLT軟骨T1ρ值差異具有統計學意義(P=0.03)，但差值不大，且存在少量重疊，提示此時須謹慎采用T1ρ技術評估OLT，應結合其他檢查方法進行判斷。Ⅳ型OLT軟骨T1ρ值較Ⅲ型延長(P<0.05)，可能由于常規MRI和T1ρ技術無法檢測Ⅳ型OLT骨軟骨塊與距骨體分離而發生的微小移位，而移位的間隙出現關節積液，使PDWI顯示信號明顯增高；T1ρ圖像中，軟骨損傷區域積液填充，導致局部蛋白多糖含量減少，使T1ρ值明顯延長，損傷部位色彩發生改變。

關節鏡可清晰顯示踝關節軟骨全層。本研究以關節鏡分級結果作為金標準，觀察T1ρ技術對于踝關節OLT的應用價值，發現PDWI診斷踝關節OLT與關節鏡的一致性較好，與既往研究[12]結果相符。常規MRI可觀察軟骨形態改變，卻無法顯示軟骨內大分子結構的變化及定量評估軟骨改變，而T1ρ技術可彌補這一不足。

本研究中3例關節鏡顯示踝關節Ⅰ型OLT患者PDWI表現為正常軟骨，而T1ρ值延長，同樣提示為Ⅰ型損傷。在軟骨病變早期，其內大分子結構變化尚不足以引起軟骨信號改變時，常規MRI仍表現為正常信號，而T1ρ技術卻可以敏感檢出。但本組病例數較少，未比較T1ρ技術與PDWI對診斷早期軟骨損傷的敏感度。

本研究的局限性：①樣本量較少；②T1ρ技術無法顯示軟骨下骨質結構改變，不足以充分評估踝關節OLT分型。

綜上所述，T1ρ成像可清晰顯示距骨軟骨，通過色階變化定量、測量軟骨T1ρ值，可客觀評價軟骨損傷程度。雖然T1ρ技術無法單獨評估踝關節OLT，但可彌補常規MRI診斷OLT的不足，尤其適用于早期軟骨損傷患者。