CT成像技術(shù)對(duì)犬膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的評(píng)估

王佳堯 ， 謝富強(qiáng)

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)院 ， 北京 海淀 100193)

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎是伴隨滑膜邊緣骨生成及膝關(guān)節(jié)周圍軟組織纖維變性的一種非感染性關(guān)節(jié)軟骨退化疾病，過去也被稱為退行性關(guān)節(jié)病。犬的膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎作為一種老年性疾病，隨著寵物犬壽命增長而越來越受到重視。目前對(duì)于骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制研究尚不全面，且治療方案均不能完全治愈，因此對(duì)骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷對(duì)于后期的治療有很高的指導(dǎo)意義。

本試驗(yàn)使用木瓜蛋白酶建立犬膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎病理模型，并在造模期使用CT掃描及CT關(guān)節(jié)造影技術(shù)定期監(jiān)測(cè)。旨在探討CT成像技術(shù)在膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎病程早期的診斷價(jià)值與意義，希望能為臨床病例的診斷提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 本試驗(yàn)使用共計(jì)6只比格犬，年齡分布范圍為3～5歲。實(shí)驗(yàn)犬四肢均無明顯異常，無其他健康問題，飼喂1周后開展試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)儀器及藥品 16排螺旋X線計(jì)算機(jī)體層攝影設(shè)備，儀器型號(hào)MX16-slice,飛利浦醫(yī)療(蘇州)有限公司。碘海醇注射液，350 mg I/mL(以碘濃度計(jì))，福安藥業(yè)集團(tuán)寧波天衡制藥有限公司，批號(hào)：180701B04；舒泰50，5 mL：250 mg，法國維克制藥集團(tuán)，批號(hào)：6 WL3；新速眠注射液，2 mL：0.2 g，吉林華牧動(dòng)物保健品有限公司，批號(hào)：180126；木瓜蛋白酶：P3125-100 mg，西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司，批號(hào)：SLBX6066；左旋半胱氨酸：C7352-10 mg，西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司，批號(hào)：SLBT7674V。

1.3 膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎病理模型的建立 使用舒泰與新速眠混合液對(duì)犬進(jìn)行化學(xué)保定，膝關(guān)節(jié)進(jìn)行剃毛與消毒。用生理鹽水稀釋木瓜蛋白酶原液至2%濃度，并與5 mmol/L左旋半胱氨酸制成混合液進(jìn)行膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射。雙側(cè)膝關(guān)節(jié)分批造模，共計(jì)12個(gè)膝關(guān)節(jié)。每批分別在第1、4、7天進(jìn)行膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射0.5 mL混合液。3次注射全部完成后，每天強(qiáng)制牽遛2次，每次活動(dòng)時(shí)間為20～30 min。觀察至第5周膝關(guān)節(jié)恢復(fù)負(fù)重后，進(jìn)行下一批造模。

1.4 CT掃描監(jiān)測(cè) 造模前均進(jìn)行CT掃描，造模后每周進(jìn)行CT掃描至第5周。CT掃描流程包括平掃、關(guān)節(jié)造影、仰臥位及側(cè)臥位掃描。關(guān)節(jié)造影使用100 mg I/mL濃度碘海醇作為造影劑。

仰臥位掃描時(shí)，使用凹型槽，犬雙后肢向后伸展。掃描協(xié)議如下：掃描范圍從股骨遠(yuǎn)端1/3處至脛骨近端1/5處；140 kVp；200 mAs；旋轉(zhuǎn)時(shí)間1 s；層厚0.75 mm；像素矩陣1 024×1 024。側(cè)臥位掃描擺位時(shí)，犬前半身適當(dāng)上仰，使得膝關(guān)節(jié)與骨盆在射線穿透方向上錯(cuò)開來避免過度衰減[1]。掃描協(xié)議如下：掃描范圍從股骨腓腸豆后至脛骨粗隆前；電壓140 kVp；350～450 mAs；旋轉(zhuǎn)時(shí)間1 s；層厚0.75 mm；像素矩陣1 024×1 024。

1.5 圖像對(duì)比分析 CT平掃：對(duì)比造模前圖像，重點(diǎn)評(píng)估脛骨平臺(tái)、股骨髁、滑車嵴及各籽骨是否出現(xiàn)骨溶解或骨贅生成，詳細(xì)記錄病變的發(fā)生位點(diǎn)及首次出現(xiàn)時(shí)間。CT關(guān)節(jié)造影掃描：對(duì)比造模前關(guān)節(jié)造影圖像，重點(diǎn)評(píng)估關(guān)節(jié)囊是否出現(xiàn)增厚或者破損、各韌帶是否出現(xiàn)損傷、半月板是否出現(xiàn)撕裂及可評(píng)估范圍內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨情況，詳細(xì)記錄病變的發(fā)生位點(diǎn)及首次出現(xiàn)時(shí)間。

1.6 股骨髁關(guān)節(jié)軟骨損傷分布統(tǒng)計(jì) 根據(jù)造模后第5周CT關(guān)節(jié)造影圖像統(tǒng)計(jì)股骨髁關(guān)節(jié)軟骨損傷分布。為了便于評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨的表面細(xì)微病變，本次試驗(yàn)參照文獻(xiàn)[2]將股骨髁表面按網(wǎng)格劃分方法進(jìn)行評(píng)估。將內(nèi)外股骨髁表面如圖1所示分別劃分為網(wǎng)格，以網(wǎng)格為單位評(píng)估是否出現(xiàn)病變。如圖1A，在矢狀面中對(duì)股骨髁表面擬合做圓，以30°為間隔等分為6個(gè)區(qū)塊，依次編號(hào)。如圖1B，連接股骨內(nèi)外側(cè)髁做一直線，稱為股骨髁后軸(圖中短劃線)。垂直于股骨髁后軸，由內(nèi)向外分別將每側(cè)股骨髁關(guān)節(jié)面等分為4個(gè)區(qū)塊，依次編號(hào)。最終將每側(cè)股骨髁劃分24個(gè)網(wǎng)格。仔細(xì)評(píng)估單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)全部軟骨表面，以網(wǎng)格為單位記錄損傷區(qū)域。

圖1 股骨髁劃分示意圖A:縱向劃分; B:橫向劃分

軟骨損傷判定標(biāo)準(zhǔn)：若造影劑在軟骨表面平滑且連續(xù)分布則為正常軟骨；若造影劑在軟骨表面粗糙且呈不規(guī)則界面或進(jìn)入到軟骨應(yīng)在的邊界以下則為異常關(guān)節(jié)軟骨；若造影劑未能充盈導(dǎo)致無法評(píng)估則不納入統(tǒng)計(jì)[3]。

2 結(jié)果

2.1 CT平掃檢查監(jiān)測(cè) 對(duì)比造模前CT圖像(圖2A、2B)，造模過程中膝關(guān)節(jié)均出現(xiàn)不同程度的骨贅增生、骨質(zhì)溶解(圖2C、2D)。病灶分布基本涵蓋整個(gè)膝關(guān)節(jié)，以髕骨、股骨滑車嵴與股骨髁為主，但同樣可發(fā)生于脛骨平臺(tái)及腓腸豆。典型征象可見髕骨前側(cè)出現(xiàn)“犄角樣”骨贅生成，并在矢狀面向近端延伸。

圖2 正常及造模后膝關(guān)節(jié)CT平掃圖像A:正常矢狀面(髁間窩水平); B:正常橫斷面(腓腸豆水平); C:造模后橫斷面; D:C圖的重建矢狀面

以周為單位對(duì)膝關(guān)節(jié)病變過程做記錄，結(jié)果如表1所示，造模后第1周內(nèi)均未見退行性病變，平均在(3.08±0.64)周出現(xiàn)骨贅生成，在(3.18±0.94)周出現(xiàn)骨質(zhì)溶解。

表1 病變首次出現(xiàn)時(shí)間點(diǎn) (周)

2.2 CT關(guān)節(jié)造影掃描監(jiān)測(cè) 對(duì)比造模前CT關(guān)節(jié)造影圖像(圖3A)，評(píng)估矢狀面中髕骨與滑車接觸點(diǎn)，以清晰度下降為評(píng)價(jià)軟骨判定標(biāo)準(zhǔn)(圖3B)；以關(guān)節(jié)囊內(nèi)造影劑分布邊界不規(guī)則且出現(xiàn)褶皺作為滑膜炎判定標(biāo)準(zhǔn)(圖3B)，記錄損傷首次出現(xiàn)時(shí)間點(diǎn)。所有造模膝關(guān)節(jié)均未發(fā)現(xiàn)韌帶及半月板損傷。

圖3 CT關(guān)節(jié)造影下滑車溝軟骨損傷及滑膜炎判定標(biāo)準(zhǔn)A:正常軟骨及關(guān)節(jié)囊; B:異常軟骨及關(guān)節(jié)囊

以周為間隔，記錄關(guān)節(jié)損傷評(píng)估結(jié)果見表1。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，造模膝關(guān)節(jié)平均在(2.08±0.28)周出現(xiàn)滑膜炎，在(2.42±0.76)周出現(xiàn)軟骨損傷。

2.3 軟骨損傷分布 造模后木瓜蛋白酶誘發(fā)關(guān)節(jié)軟骨退行性病變，同時(shí)受關(guān)節(jié)活動(dòng)影響局部受力處發(fā)生磨損，在CT關(guān)節(jié)造影圖像中表現(xiàn)為關(guān)節(jié)軟骨表面不連續(xù)/不平滑或造影劑進(jìn)入關(guān)節(jié)軟骨表面以下。每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)數(shù)字，第1行為該網(wǎng)格出現(xiàn)損傷數(shù)/該網(wǎng)格總顯影數(shù)，第2行為該網(wǎng)格在顯影情況下出現(xiàn)軟骨損傷概率。評(píng)估第5周的關(guān)節(jié)造影圖像，所得結(jié)果如圖4(外側(cè)髁的1D區(qū)域?yàn)橹洪L伸肌肌腱起始點(diǎn)，不納入統(tǒng)計(jì))。可見股骨髁中最常發(fā)生軟骨損傷的部位在于股骨內(nèi)側(cè)髁內(nèi)側(cè)面及外側(cè)髁中部。

圖4 股骨髁軟骨損傷分布示意圖

3 討論

木瓜蛋白酶是一種特異性廣泛的半胱氨酸蛋白酶，可切斷氨基酸之間的肽鍵。目前，已有在犬、兔及豚鼠中使用木瓜蛋白酶成功誘發(fā)骨關(guān)節(jié)炎的研究，且具備造模時(shí)間短、可重復(fù)性高的特點(diǎn)。木瓜蛋白酶在關(guān)節(jié)腔內(nèi)作用于軟骨基質(zhì)，通過切斷肽鍵作用分解蛋白多糖，最終引起關(guān)節(jié)軟骨的退行性變化。目前使用木瓜蛋白酶進(jìn)行犬膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎造模的注射方案尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。為提高造模成功率并縮短造模時(shí)間，本試驗(yàn)選用了較高濃度的商業(yè)化木瓜蛋白酶(≥16 units/mg)，而Havdrup等的研究表明，在兔膝關(guān)節(jié)中注射濃度較低的木瓜蛋白酶，可誘發(fā)更貼近于人類患者臨床病例的骨關(guān)節(jié)炎病變[4]。后續(xù)研究中，可設(shè)定不同木瓜蛋白酶濃度梯度進(jìn)行分組造模，對(duì)比病程差異及影像學(xué)變化，以便于尋找更貼近于犬臨床骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病的造模方案。

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎是涉及全關(guān)節(jié)的退行性病變，關(guān)節(jié)囊、關(guān)節(jié)軟骨、關(guān)節(jié)液及軟骨下骨均會(huì)發(fā)生相應(yīng)病理變化。關(guān)節(jié)囊內(nèi)發(fā)生廣泛性滑膜炎，主要表現(xiàn)為絨毛膜性反應(yīng)、滑膜細(xì)胞增生及炎性細(xì)胞浸潤。軟骨損傷在關(guān)節(jié)內(nèi)分布情況多變，蛋白多糖總量的丟失與結(jié)合水分能力下降導(dǎo)致軟骨軟化使得膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)線性凹槽損傷。軟骨軟化后發(fā)生異常磨損與淺表侵蝕，隨著侵蝕加劇軟骨愈發(fā)變薄并出現(xiàn)磨損。若關(guān)節(jié)軟骨出現(xiàn)潰瘍病灶后仍進(jìn)行常規(guī)活動(dòng)，暴露處軟骨下骨會(huì)發(fā)展成平滑磨光的象牙化骨。此外還可見軟骨下骨囊腫，即出現(xiàn)滑膜樣邊界的腔性結(jié)構(gòu)并伴隨周圍骨溶解。

本試驗(yàn)中膝關(guān)節(jié)CT掃描包括平掃及關(guān)節(jié)造影，平掃主要評(píng)估膝關(guān)節(jié)相關(guān)骨骼的密度變化；關(guān)節(jié)造影評(píng)估關(guān)節(jié)囊內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨損傷，并一定程度上反映滑膜炎性變化。通過多平面重建技術(shù)，本次造模中通過CT平掃可診斷出直徑為1～2 mm的骨贅與骨溶解。CT關(guān)節(jié)造影中，造影劑分布具有隨機(jī)性，故單次掃描中存在軟骨成像盲區(qū)，但重復(fù)檢查可評(píng)估大部分軟骨。軟骨損傷在圖像中表現(xiàn)為軟骨邊界清晰度下降，本次造模中發(fā)現(xiàn)股髕關(guān)節(jié)面可作為評(píng)估重點(diǎn)，滑車溝與髕骨間的軟骨接觸點(diǎn)清晰度變化可在骨關(guān)節(jié)炎病程中被快速診斷。由于木瓜蛋白酶在膝關(guān)節(jié)內(nèi)造成軟骨損傷呈廣泛性分布，大部分軟骨的厚度變化無法精確監(jiān)測(cè)，但關(guān)節(jié)受力面造成的軟骨損傷可在CT關(guān)節(jié)造影掃描中被快速監(jiān)測(cè)。本次造模中未出現(xiàn)十字韌帶及半月板損傷，故無法評(píng)估CT檢查對(duì)其診斷價(jià)值，在已有的研究中可推測(cè)CT關(guān)節(jié)造影掃描同樣具有較高的敏感性[4-6]。

綜上所述，CT掃描在早期骨關(guān)節(jié)炎病程中可快速診斷出骨贅及骨溶解，且可通過關(guān)節(jié)造影掃查全面評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨損傷，但對(duì)于關(guān)節(jié)積液的評(píng)估仍需要結(jié)合X線或超聲檢查。