3.0T MR T1及T2 mapping評價肩關節軟骨退變

高樹波，王 翔，王 曦

(華中科技大學同濟醫學院附屬武漢中心醫院磁共振室，湖北 武漢 430014)

關節軟骨修復能力有限，一旦損傷不可再生。關節軟骨退變是骨關節炎早期主要病理生理變化，早期發現關節軟骨退變對治療骨關節炎具有重要意義。T2 mapping等定量技術已用于膝關節軟骨[1-2]，但針對肩關節軟骨的報道較少[3-6]。本研究對比肩關節軟骨退變與正常肩關節軟骨T1及T2 mapping值，觀察3.0T MR T1及T2 mapping在肩關節軟骨退變中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2018年12月—2019年8月30例肩關節疼痛(患者組)，男8例，女22例，年齡32～80歲，平均(55.5±2.5)歲；共34肩，左側15肩，右側19肩；均符合骨關節炎診療指南(中華醫學會骨科學分會，2018年)診斷標準，排除關節軟骨重度退變導致圖像質量不佳者。健康志愿者30名(正常組)，男10名、女20名，年齡31～70歲，平均(54.0±2.9)歲；共30肩，左側13肩、右側17肩；無急、慢性肩關節疼痛史，無肩關節外傷、手術史，無肩關節先天發育異常；排除重體力勞動者、職業運動員及圖像質量不佳者。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T超導MR儀，包繞式表面線圈，囑受檢者仰臥，頭先進，待其靜息30 min后行肩部掃描。將肩關節置于視野中心，平行于主磁場方向，先采集肩關節軸位質子加權成像(proton density weighted imaging, PDWI)、矢狀位脂肪抑制T2WI、冠狀位T1WI及脂肪抑制T2WI，再行冠狀位T1及T2 mapping掃描。掃描參數見表1。

表1 肩關節MR掃描序列及參數

1.3 數據后處理及測量 計算機自動獲得T1及T2 mapping偽彩圖。調整窗寬、窗位，清晰顯示軟骨后，以處理工作站(Syngo workplace)測量軟件直接于偽彩圖上勾畫ROI，測量T1及T2 mapping值。對比冠狀位T1及T2 mapping原始圖，選擇完整清晰顯示肩關節軟骨的中心層面。參照文獻[5]方法，從肩峰端到關節盂處將肩關節軟骨(盂肱軟骨)按長度三等分，分為外帶(負重區)、中帶(輕度負重區)及內帶(非負重區)，見圖1A。將面積為1 mm2的圓形ROI分別置于外、中、內帶軟骨中心(圖1B)，測量T1及T2 mapping值(圖1C、1D)，測量3次，取平均值。由2名影像科副主任醫師采用國際軟骨修復協會(International Cartilage Regeneration & Joint Preservation Society，ICRS)分級標準對肩關節軟骨進行分級(表2)，若外、中、內帶級別不同時，取其中最高級別[7]；意見分歧時先行協商，仍不一致時由1名主任醫師確定；以0級為正常，Ⅰ～Ⅱ級為輕度退變(輕度退變亞組)，Ⅲ～Ⅳ級為重度退變(重度退變亞組)，見圖2～4。

圖1 志愿者男，35歲(正常組)，左肩關節MRI A.冠狀位脂肪抑制T2WI； B.冠狀位T2 mapping原始圖示ROI位置； C、D.分別為T1、T2 mapping偽彩圖示ROI位置和T1、T2 mapping值

圖2 志愿者男，31歲(正常組) A～C.依次為左肩關節冠狀位脂肪抑制T2WI，T1、T2 mapping偽彩圖示ROI及 T1、T2 mapping值

圖3 患者女，44歲(輕度退變組) A～C.依次為右肩關節冠狀位脂肪抑制T2WI，T1、T2 mapping偽彩圖示ROI及 T1、T2 mapping值

圖4 患者女，80歲(重度退變組) A～C.依次為右肩關節冠狀位脂肪抑制T2WI，T1、T2 mapping偽彩圖示ROI及 T1、T2 mapping值

表2 肩關節軟骨ICRS分級及相應MRI表現

1.4 統計學分析 采用SPSS 22.0統計分析軟件。T1、T2 mapping值及年齡均符合正態分布，以±s表示，采用方差分析行多組間比較，以獨立樣本t檢驗行組間比較。采用Spearman相關分析觀察T1及T2 mapping值與ICRS分級及年齡的相關性。|r|<0.5為低度相關，|r|≥0.5為中高度相關。采用Bonferroni分析比較組間退變分級。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 分級及T1及T2 mapping值 患者組34肩中，24肩關節軟骨ICRSⅠ～Ⅱ級(輕度退變亞組)，占70.59%(24/34)；10肩Ⅲ～Ⅳ級(重度退變亞組)，占29.41%(10/34)。正常組30肩，關節軟骨均為ICRS 0級。不同ICRS分級肩關節軟骨外、中、內帶平均T1及T2 mapping值差異均有統計學意義(P均<0.05)，見表3。

表3 不同ICRS分級肩關節軟骨外、中、內帶T1和T2 mapping值(ms，±s)

表3 不同ICRS分級肩關節軟骨外、中、內帶T1和T2 mapping值(ms，±s)

ICRS分級T1 mapping值外帶中帶內帶T2 mapping值外帶中帶內帶0級(n=30)813.81±210.11898.66±222.101 007.64±63.7542.05±13.6540.62±11.1333.63±15.12Ⅰ級(n=13)886.63±59.72963.43±74.041 034.42±34.2443.48±30.8441.65±31.0328.49±4.71Ⅱ級(n=11)993.21±186.821 026.86±172.331 037.65±120.9146.82±9.2460.22±6.4537.63±8.54Ⅲ級(n=6)1 001.01±230.901 147.84±247.801 186.01±196.5048.85±6.3145.88±11.9140.82±14.73Ⅳ級(n=4)1 214.42±174.731 283.45±169.781 411.05±278.2156.67±14.4356.45±11.6248.28±23.05F值17.16314.32312.96983.76374.24250.374P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

2.2 分級診斷肩關節軟骨退變 患者組T1及T2 mapping值均高于正常組(P均<0.05)，見表4。病變組2亞組肩關節軟骨T1、T2 mapping值見表5；Bonferroni分析顯示重度退變亞組T1 mapping值高于輕度退變亞組及正常組(P均<0.05)，輕度退變亞組與正常組間差異無統計學意義(P=0.333)。

表4 組間各ROI T1、T2 mapping值及比較(ms,±s)

表4 組間各ROI T1、T2 mapping值及比較(ms,±s)

組別T1 mapping值外帶中帶內帶T2 mapping值外帶中帶內帶患者組(n=30)1 091.05±64.021 108.63±157.211 161.29±163.5549.29±6.3447.22±5.3034.88±7.74正常組(n=30)813.81±210.11898.66±222.101 007.64±63.7542.05±13.6540.62±11.1333.63±15.12t值5.3634.3353.8245.5974.9684.659P值0.0000.0000.0000.0000.0000.000

表5 不同程度退變肩關節軟骨T1、T2 mapping值(ms,±s)

表5 不同程度退變肩關節軟骨T1、T2 mapping值(ms,±s)

組別T1 mapping值外帶中帶內帶T2 mapping值外帶中帶內帶重度退變亞組1107.72±202.221215.65±208.811298.57±237.3352.76±10.7351.39±11.7844.56±19.89輕度退變亞組939.94±123.25995.15±123.191036.04±78.0045.10±21.0150.91±18.7133.06±6.64OR(95%CI)0.711(0.568-0.891)1.500(1.140-1.980)1.370(1.100-1.710)1.018(0.847-1.224)1.480(1.100-1.980)0.991(0.805-1.221)P值0.0150.0200.0260.0380.0050.007

2.3 肩關節軟骨各帶T1及T2 mapping值與ICRS分級相關性 肩關節軟骨外、中、內帶T1 mapping值與ICRS分級均呈低度正相關(r=0.282、0.449、0.343，P均<0.05)；T2 mapping值與ICRS分級呈中高度正相關(r=0.635、0.739、0.746，P均<0.05)。隨軟骨退變程度加重，T1及T2 mapping值呈上升趨勢；外、中、內帶T1 mapping值呈上升、T2 mapping值呈下降趨勢，見表3。

2.4 肩關節軟骨ICRS分級、T1及T2 mapping值與年齡的相關性 肩關節軟骨ICRS分級與年齡呈中高度正相關(r=0.678，P<0.05)。T1及T2 mapping值均與年齡呈低度正相關(r=0.393、0.438，P均<0.05)。

3 討論

相比延遲Gd增強MR軟骨成像(dGEMRIC)、鈉成像等軟骨成像技術，T1及T2 mapping可操作性強，應用更廣[8-9]。對比低場強設備，3.0T MR關節軟骨成像質量較高[2]。本研究以3.0T MR儀T1及T2 mapping觀察肩關節軟骨退變，發現肩關節軟骨外、中、內帶T1 mapping值與ICRS分級呈低度正相關，T2 mapping值與ICRS分級呈中高度正相關，與BITTERSOHL等[3]的結果一致，提示T2 mapping值對定量分析肩關節軟骨退變具有重要意義。

不同于傳統MR成像方法，T1及T2 mapping不僅可直觀顯示關節軟骨形態和信號變換，還能定量評價關節軟骨內不同生化成分含量變化，更有望在關節軟骨尚未出現形態學改變之前發現其生化成分改變，為臨床早期干預、治療、預防關節軟骨退變和延緩其發展甚至逆轉早期軟骨退變提供了可能。本研究中，不同ICRS分級肩關節軟骨外、中、內帶平均T1及T2 mapping值存在明顯差異，隨軟骨退變程度加重，T1及T2 mapping值呈上升趨勢，與既往研究[10-11]一致。關節軟骨退變微觀表現為膠原纖維結構紊亂、破壞，蛋白多糖損耗及自由水含量增加，且多個階段和等級并存[12]。T1及T2 mapping能分別定量分析軟骨中蛋白多糖和水含量變化。隨軟骨退變程度加重，膠原及蛋白多糖含量減少，水含量增加，T1及T2 mapping值升高。為避免水含量隨負荷及晝夜時間變化而對T1、T2 mapping值產生影響，本研究均于同一時間段進行，受試者靜息30 min后接受檢查。本研究發現肩關節軟骨ICRS分級與年齡呈顯著正相關，符合退變規律；T1及T2 mapping值均與年齡呈低度正相關，與GOTO等[13]的結果一致；且T1及T2 mapping序列均可鑒別肩關節軟骨退變，患者組T1及T2 mapping值均高于正常組，與既往研究[1,14]相符。T2 mapping值能區分各級軟骨退變。本研究重度退變亞組T1 mapping值高于輕度退變亞組和正常組，但輕度退變亞組與正常組間差異無統計學意義，提示T2 mapping值診斷早期軟骨退變的能力更佳。水含量增高是關節軟骨退變最早出現的改變之一。關節軟骨的T1、T2 mapping值主要受水含量影響，而不受或較少受膠原及蛋白多糖含量的影響。T1 mapping可較為精確地測量軟骨水含量，或可幫助臨床準確評估軟骨退變時的水腫情況，而與T2 mapping等關節軟骨生化成像方法形成互補；但關節軟骨退變時其內水含量增幅較小，影響T1 mapping早期診斷的準確性，而關節軟骨所受壓力對軟骨水含量的影響也會對其形成干擾。T2 mapping不僅可反映關節軟骨水含量，還能監測軟骨微觀結構、即膠原網絡的完整性，現已用于臨床并成為較為成熟的關節軟骨生化成像技術，這些優勢是T1 mapping所不具備的。

本研究的主要不足之處：依據ICRS分級診斷軟骨退變可能存在主觀性；缺乏與關節鏡結果對照，診斷早期軟骨退變有一定局限性；選擇研究對象及ROI時亦難免存在主觀性，且僅分析T1及T2 mapping值，有待完善。

總之，T1及T2 mapping值可量化肩關節軟骨退變，T1及T2 mapping值與年齡相關，可作為MR評估肩關節軟骨退變的重要補充序列。