T1ρ和T2 mapping成像觀察青少年尺橈骨遠端骺板

張慈慈，梁治平，劉 瓊，馮友珍，鐘敏之，曾旭文*

(1.暨南大學附屬廣州紅十字會醫院放射科，廣東 廣州 510220； 2.暨南大學附屬第一醫院影像中心，廣東 廣州 510632)

骺板又稱生長板，指骨骺與干骺端之間的波浪狀透明軟骨組織，為兒童及青少年所特有，具有縱向生長功能，是生長期骨骼的生長發育部位。多種病理因素可影響骺板軟骨細胞活動，進而影響骨骼發育。了解骺板影像學表現及其演變規律，對于判斷骨骼發育異常、診斷骺板病變具有重要意義。MRI軟骨成像能力優越，能顯示軟骨形態和信號變化；采用定量技術T1ρ及T2 mapping成像可測量軟骨的組織學參數(T1ρ、T2值)，獲取其生化信息，并已用于診斷關節軟骨損傷退變[1-2]。本研究觀察青少年尺、橈骨遠端骺板T1ρ及T2 mapping成像表現，分析其可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2018年6月—12月于廣州市紅十字會醫院前瞻性招募20名健康青少年志愿者，男11名、女9名，年齡10～17歲，平均(12.6±2.0)歲；體質量38～64 kg，平均(48.35±10.52)kg；身高140～173 cm，平均(156.07±8.11)cm；體質量指數15.8～23.8 kg/m2，平均(19.54±1.91)kg/m2。納入標準：身體發育正常，無肥胖、腫瘤及代謝性或營養不良等可影響骨骼發育的疾??；無腕關節損傷、疼痛或不適。排除存在MR檢查禁忌證者。本研究獲醫院倫理委員會批準(批準號：穗紅院醫倫審2018-058-01)，檢查前監護人均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa 1.5T HD MR儀、腕關節線圈行雙側腕關節掃描。囑受試者俯臥，頭先進，前臂伸直、掌心向下，使腕關節位于線圈中央；以海綿墊填塞手腕周圍加以固定。依次采集右腕關節及左腕關節圖像，參數：冠狀位/矢狀位T1WI，TR 280 ms，TE 13.9 ms，FOV 14 cm×14 cm，矩陣320×224，層厚2.0 mm，層間距0.5 mm，回波鏈長度 8，NEX 2，帶寬16.67 kHz；脂肪抑制T2WI，TR 2 640 ms，TE 71.3 ms，FOV 14 cm×14 cm，矩陣320×256，層厚2.0 mm，層間距0.5 mm，NEX 2，帶寬31.25 kHz；冠狀位三維擾相脂肪抑制梯度回波序列(three dimensional-fat suppressed-spoiled gradient recalled echo, 3D-FS-SPGR)，TR 21.2 ms，TE 4.0 ms，FOV 14 cm×14 cm，矩陣256×192，層厚1.0 cm，FA 15°，回波鏈長度8，NEX 1，帶寬11.36 kHz；冠狀位T1ρ，TR 0、10、40、80 ms，TE 8.8 ms，FOV 14 cm×14 cm，矩陣256×128，層厚3.0 mm，NEX 1，帶寬41.67 kHz，自旋鎖定頻率500 Hz，T1恢復時間 1 200 ms；冠狀位T2 mapping，TR 1 700 ms，TE 8.9、26.7、44.5、71.2 ms，FOV 14 cm×14 cm，矩陣256×128，層厚3.0 mm，NEX 1，帶寬41.67 kHz。

1.3 圖像分析 將T1ρ和T2 mapping原始圖像導入后處理工作站，獲得T1ρ及T2 mapping偽彩圖。由1名具有6年骨關節影像學診斷經驗的主治醫師觀察圖像并測量各相關參數：調節T1ρ及T2閾值范圍，以清晰顯示尺、橈骨遠端骺板，觀察其形態，按長度將尺骨遠端骺板等分為內、外側區，將橈骨遠端骺板三等分為內側區、中間區及外側區，并分別于各域放置面積為1～3 mm2的ROI(圖1)，盡量避開骨骺、干骺端及骨皮質，測量T1ρ及T2值，分別取其平均值，以之作為該尺、橈骨遠端骺板的總體T1ρ及T2值；并于1個月后采用相同方法再次進行測量。

1.4 統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。以±s表示符合正態分布的計量資料，以獨立樣本t檢驗行2組間比較，以單因素方差分析行3組間比較。采用組內相關系數(intra-class correlation coefficient, ICC)分析觀察者內測量T1ρ和T2值結果的一致性：ICC<0.40一致性較差，0.40～0.75一致性一般，>0.75一致性良好。采用線性相關分析觀察T1ρ及T2值與年齡的相關性。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

尺、橈骨遠端骺板于T1WI均呈板狀等信號，脂肪抑制T2WI均呈層狀高信號；3D-FS-SPGR圖中均呈與骨骺及干骺端分界清晰的均勻高信號；在T1ρ及T2 mapping原始圖中均呈板狀高信號，偽彩圖上均呈均勻綠色。見圖1。

觀察者內測量尺、橈骨遠端骺板T1ρ和T2值的一致性均良好(ICC=0.97、0.84、0.96、0.87)，故以首次測得的兩側均值作為尺、橈骨遠端骺板的最終結果進行分析。左、右側尺、橈骨及骨遠端骺板總體T1ρ和T2值差異均無統計學意義(P均>0.05，表1)，不同區域T1ρ及T2值差異亦均無統計學意義(P均>0.05，表2、3)，且不同性別橈骨及尺骨遠端骺板T1ρ和T2值差異均無統計學差異(P均>0.05，表4)。

圖1 志愿者女，11歲 A.T1WI； B.FS-T2WI； C.3D-FS-SPGR圖； D.T1ρ原始圖； E.T1ρ偽彩圖； F.T2 mapping原始圖； G.T2 mapping偽彩圖 (色帶代表T1ρ及T2值，1、2、3、4、5分別為橈骨遠端骺板外側區、中間區及內側區和尺骨遠端骺板內、外側區)

橈骨遠端骺板T1ρ值與年齡呈正相關(r=0.596，P=0.006)，而尺骨遠端骺板T1ρ值、橈骨及尺骨遠端骺板T2值與年齡均無明顯相關(r=0.312、-0.061、-0.115，P=0.181、0.800、0.629)。

表1 左、右側尺骨及橈骨遠端骺板 T1ρ及T2值比較(ms)

表2 尺骨遠端骺板內、外側區域 T1ρ及T2值比較(ms)

表3 橈骨遠端骺板各區域 T1ρ及T2值比較(ms)

3 討論

MRI可直接顯示骺板形態和信號改變，是診斷骺板疾病的最佳影像學方法之一。骺板MRI表現隨年齡不同而存在差異。既往研究[3]針對年齡和發育情況回顧性分析193名正常人膝關節周圍長骨骺板MRI表現，并分為4個年齡段進行觀察：①<2歲，未出現骨化中心；② 2～12歲，骨化中心逐漸擴大，骺板變薄，呈現波浪狀改變；③13～16歲，骺板逐漸骨化、變薄，板狀結構逐漸變薄為線樣斷續改變；④ 17～21歲，多數骺板基本閉合，成年后可消失或終生存在。不同部位出現二次骨化中心和骺板閉合時間存在生理性差別。本組受試者年齡為10～17歲，尺橈骨遠端骨骺均已出現，骺板呈雙波浪狀，邊界清晰，T1WI均呈板狀等信號，脂肪抑制T2WI均呈高信號，稍低于關節液，而3D-FS-SPGR呈高信號，與關節軟骨信號相似。本組2名17歲受試者(男、女各1名)雙側橈骨遠端骺板處于閉合后期，T1WI呈連續低信號，3D-FS-SPGR表現為局限性信號中斷，提示其生理性閉合已開始啟動。

T1ρ及T2 mapping成像可反映軟骨細胞基質內水分子與周圍大分子之間的相互作用，監測軟骨細胞蛋白多糖和膠原纖維改變，發現組織超微結構和生化成分的細微變化，已廣泛用于評估關節軟骨退變及損傷。既往研究[4]表明，T1ρ值對蛋白多糖變化具有較高敏感性和特異性，而T2值對軟骨中膠原含量和膠原纖維各向異性及水含量的敏感性較高；二者均受應力負載、采集圖像時受試者的體位等多種因素影響。本組20名青少年的尺、橈骨遠端骺板于T1ρ和T2 mapping原始圖上均呈板狀高信號，偽彩圖上均呈相對均勻的綠色，其T1ρ和T2值為60～70 ms。骺板由軟骨細胞組成，細胞外基質含豐富軟骨基質和膠原纖維(蛋白多糖、Ⅱ型膠原纖維和非膠原蛋白)。骺板與關節軟骨均為透明軟骨組織，由軟骨細胞和細胞外基質組成，但骺板中的黏多糖和血管成分較關節軟骨更豐富、結構更疏松，其細胞持續增殖、分化，而關節軟骨的細胞已分化成熟。青少年階段，骺板中的軟骨細胞持續增殖、分化，最終在青春后期骨化，在此過程中黏多糖不斷降解、減少，骺板肥厚層軟骨細胞不斷減少，致結合水減少，使其T2WI信號增高[5-6]。COBB等[7]指出，青少年股骨遠端骺板T1ρ值與年齡有關。本組僅橈骨遠端骺板T1ρ值與年齡呈正相關，其余參數與年齡均無明顯相關，可能與樣本量過小有關，有待多中心、大樣本量研究進一步觀察。

本研究結果顯示，不同側別、性別健康青少年的尺、橈骨遠端骺板T1ρ及T2值差異均無統計學意義。正常人群中，雙側腕部出現骨化中心、干骺融合完全對稱者占53.3%～99.3%，臨床對于雙側腕部骨骺發育差異可忽略不計[8]。既往研究[9]報道，青少年左、右側肩關節軟骨T2值及關節軟骨內、外帶T2值差異均無統計學意義；健康男性與女性青年膝關節軟骨T2值無明顯差異[10]；而T2 mapping及彌散加權成像可用于監測骺板狀態[11]。劉新峰等[9]認為男性肩關節軟骨中帶的T2值低于女性，而其內、外帶T2值差異無統計學意義，原因主要在于關節軟骨內存在性激素，女性雌激素含量較多，促進軟骨細胞增殖。本組尺、橈骨遠端骺板不同區域T1ρ和T2值差異無統計學意義，與COBB等[7]的結果相似。

綜上，T1ρ及T2 mapping成像可直觀顯示青少年尺、橈骨遠端骺板形態、定量分析骺板生化改變，具有可行性，有望成為骺板相關研究的影像學新方法。但本研究樣本量小，且年齡階段較窄，有待增加樣本量進一步觀察。