髖關節軟骨生化MRI應用進展

魯 釗，魏 玲，潘詩農

(中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧 沈陽 110004)

髖關節是人體重要的負重關節。股骨頭及髖臼表面覆蓋的關節軟骨為透明軟骨，圓韌帶窩處無軟骨覆蓋；髖臼外圍是髖臼盂唇，由纖維軟骨構成，附著于髖臼前緣、外側緣及后緣。髖關節形態異常如發育性髖關節發育不良、髖關節撞擊綜合征(femoroacetabular impingement, FAI)等可致髖關節骨性關節炎。發育性髖關節發育不良(developmental dysplasia of hip, DDH)包括髖臼發育不良、髖關節半脫位及完全性脫位使髖關節正常機械負荷發生改變，最終導致髖關節炎。FAI是股骨頭及頸與髖臼盂唇解剖形態異常所致，分為凸輪型、鉗夾型及混合型。早期診斷髖關節軟骨異常并及時干預，可降低疾病進展風險及髖關節置換概率。軟骨生化MRI采用特殊MR序列成像，可觀察軟骨生化成分改變，有利于早期診斷、早期治療髖關節軟骨異常。本文對髖關節軟骨生化MRI研究進展進行綜述。

1 髖關節軟骨生化MRI技術

1.1 T2*mapping與T2 mapping成像 T2 mapping成像技術利用多回波自旋回波序列獲取軟骨原始圖像，經后處理生成T2偽彩圖；T2*mapping技術則采用多回波梯度回波序列采集軟骨圖像，掃描時間短，且對偽影更敏感。T2弛豫時間與細胞外基質的水分和膠原蛋白含量及結構相關。由于膠原纖維在軟骨內的排列方式不同，軟骨T2弛豫時間由深層至淺層逐漸增加[1]。軟骨受損后，膠原纖維失去正常結構，軟骨內水分子增加，導致T2弛豫時間增加[2]。另外，T2弛豫時間對膠原纖維排列方向與B0場方向所呈夾角敏感，此即魔角效應。

1.2 旋轉框架內自旋晶格弛豫技術 旋轉框架內自旋晶格弛豫(the spin-lattice relaxation in the rotating frame, T1ρ)成像技術主要針對信號衰減的時間常數T1ρ值進行檢測，通過在常規序列上提前施加自旋鎖定脈沖進行成像，評價糖胺聚糖含量的特異性比T2 mapping更高。T1ρ定量研究[3]發現自旋鎖定技術可減少偶極-偶極相互作用，降低弛豫時間常數對膠原纖維排列方式的依賴性；但也有學者認為T1ρ對蛋白多糖及膠原均甚敏感，軟骨基質破壞伴隨蛋白多糖丟失可致T1ρ值增高[4]。另一方面，T1ρ成像技術對磁場均勻度要求較高，且易出現圖像偽影，給常規臨床應用帶來很大困難。

1.3 軟骨延遲增強MRI 軟骨延遲增強MRI(delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage, dGEMRIC)指經靜脈或關節內注射對比劑(如Gd-DTPA)，待其彌散進入軟骨內，于靜脈注射30～90 min[5]、關節內注射15～30 min后行T1加權序列掃描，采集軟骨圖像[6]。蛋白聚糖及相關糖胺聚糖由帶負電荷的羧基和硫酸糖組成，靜脈注射帶負電荷的Gd-DTPA2-后，兩者相互排斥。正常軟骨富含糖胺聚糖，增強掃描呈Gd-DTPA2-呈低濃聚；軟骨破壞后糖胺聚糖含量減少，Gd-DTPA2-呈高濃聚[7]。dGEMRIC為有創檢查，目前尚無標準掃描方式，且對比劑不良反應較大。

2 軟骨生化MRI在髖關節疾病中的應用

2.1 骨性關節炎 骨性關節炎是由多種病理因素導致的關節代謝障礙，嚴重影響患者生活質量。BITTERSOHL等[8]分析不同Mankin分級骨性關節炎股骨頭標本，發現其T2*值與Mankin分級存在相關性，且隨骨性關節炎程度加重，T2*值逐漸下降。另有研究發現[9]賽艇運動員髖臼軟骨外上區T2*值降低，提示存在早期軟骨退變；而輕、中度骨性關節炎患者髖臼軟骨前上區T2值和T1ρ值增加，與骨性關節炎好發區域吻合[10]。根據T1ρ和T2值能預測髖關節骨性關節炎的進展。GALLO等[11]對54例髖關節骨性關節炎患者進行超過18個月的隨訪觀察，發現病情進展者T2值和T1ρ值較基線升高。此外，髖關節T2值與軟骨損傷區域dGEMRIC指數存在負相關，提示T2 mapping聯合dGEMRIC可用于診斷骨性關節炎[12]。

2.2 FAI FERRO等[13]觀察髖關節軟骨，發現FAI組與對照組間T2值差異無統計學意義；分為內、外側進行分析時，外側軟骨T2值低于內側軟骨，而FAI組內、外側T2值差異小于對照組，提示采用軟骨生化MRI觀察髖關節軟骨時，有必要進行分區觀察。FAI所致軟骨退變易發生于髖關節軟骨前外區和外上區，評估時應該考慮分區差異的影響。

既往研究[14-15]發現，無癥狀凸輪型FAI患者髖關節軟骨前外側T1ρ值升高，提示即使尚未出現臨床癥狀，FAI患者髖關節軟骨亦已發生退變。利用T1ρ技術亦能評估手術治療FAI的效果，凸輪型FAI關節鏡術后2年髖關節軟骨T1ρ值較基線下降，提示髖關節達到生物力學平衡及軟骨基質逐漸恢復正常[16]。GRAMMATOPOULOS等[17]對17例無癥狀凸輪型FAI患者進行平均為期4年的隨訪，發現軟骨后外區T1ρ值增高，提示該區可能是軟骨退變易感區。除具有區間差異之外，髖關節軟骨T1ρ值還存在層間差異，正常軟骨T1ρ值由深層至表層逐漸增加，而RAKHRA[18]等在FAI患者中未觀察到這一趨勢。

FAI分型不同，軟骨損傷部位亦不同。dGEMRIC可精準定位損傷部位。凸輪型FAI髖關節前區軟骨損傷顯著，而鉗夾型表現為髖關節軟骨廣泛損傷[19]。FAI髖臼軟骨整體T2和T1ρ值高于正常人，其軟骨前上區信號不均勻性增加是診斷軟骨撕裂的敏感指標[20]。PALMER等[21]隨訪34例FAI患者，發現可根據基線dGEMRIC指數預測骨性關節炎發生。FAI患者髖臼周圍截骨術后1年dGEMRIC指數低于基線，可能為軟骨炎癥級聯反應、醫源性損傷及生物力學改變所致[22]。

2.3 發育性髖關節發育不良 NISHII等[23]觀察15例DDH患者負重情況下負重區域髖臼軟骨T2值變化，發現其髖臼軟骨外上區域T2值降低程度大于正常人，提示DDH軟骨基質結構和成分已發生變化。除能早期發現軟骨異常外，T2 mapping還可用于評估DDH預后。SHOJI等[24]分析31例髖臼發育不良患者接受髖臼旋轉截骨術前及術后6個月、1年、2年髖臼及股骨頭的T2值，發現術后6個月髖臼及股骨頭軟骨T2值升高，提示生物力學對軟骨基質成分存在影響；術后1年、2年軟骨T2值降低，可能由于水分子在排列雜亂的膠原纖維中的流動性減低，且軟骨纖維修復導致硬度增加。T2 mapping成像可定量評價DDH患兒股骨頭及髖臼軟骨生長發育情況，股骨頭及髖臼軟骨各亞區T2值與年齡呈中度或高度負相關[25]。

HINGSAMMER等[26]縱向評估37例截骨術后FAI患者，發現術后1年髖臼軟骨淺層dGEMRIC指數降低，術后2年高于術后1年但仍低于術前，提示術后髖臼軟骨淺層存在一過性蛋白多糖減低，可能由于炎癥介導的蛋白多糖分解代謝增強；而上部分區髖臼軟骨深層dGEMRIC指數持續減低，可能是髖臼軟骨對截骨術后機械負荷恢復的正常反應。dGEMRIC指數還可用于評估髖關節髖臼軟骨自體細胞移植術的療效[27]。

2.4 其他疾病 軟骨生化MRI技術還可用于股骨頭壞死等其他疾病。冷曉明等[28]研究表明，T1ρ成像技術可用于定量評估股骨頭壞死所致軟骨損傷程度，該項研究中，國際骨循環研究會(Association Research Circulation Osseous, ARCO)分期Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期患者軟骨T1ρ值與對照組差異均有統計學意義。XU等[29]以T2 mapping 觀察股骨頭壞死術后軟骨標本，發現股骨頭壞死關節軟骨T2值不均勻增高，病理結果顯示軟骨內水分子增加及膠原纖維排列紊亂。無論是否塌陷型股骨頭壞死，激素治療后系統性紅斑狼瘡患者髖關節軟骨T2值均升高，提示激素治療及骨壞死是導致軟骨退變的獨立危險因素[30]。股骨頭骨骺滑脫原位固定術后髖關節軟骨dGEMRIC指數降低提示可能存在早期骨性關節炎[31]。對中重度股骨頭骨骺滑脫患者進行中期隨訪，結果顯示dGEMRIC未見關節間隙狹窄者亦存在關節軟骨退變[32]。FERRERO等[33]應用T2 mapping技術評估水楊酸治療軟骨疾病的療效，發現治療后T2值增高與疼痛減輕存在相關性。

總之，目前軟骨生化MRI技術的臨床應用雖受到諸多限制，如股骨頭和髖臼軟骨層呈球形且相對較薄，軟骨間隙狹窄，定量評估易受偽影及關節液影響，且掃描時間長、空間分辨率較低等，但提高了影像學對于關節軟骨疾病的診斷效能，可為臨床早期干預提供依據，具有廣闊的應用前景。