磁共振T1mapping與T2mapping序列在類風濕關節炎兔模型骨髓水腫中的定量研究*

丁 浩，袁文昭，莫志青，龍嬌玲，許 華，曾自三

（廣西醫科大學第一附屬醫院放射科，南寧 530021）

類風濕關節炎（rheumatoid arthritis，RA）是一種以關節侵蝕為主要臨床表現的慢性自身免疫性疾病，可發生于任何年齡并以30～50 歲為其發病高峰，常以小關節受累為主的對稱性、持續性且多發性的關節炎。RA 在病理上表現為滑膜炎、血管翳形成，并逐漸出現關節軟骨和骨質破壞，其結局最終是導致關節畸形和功能喪失[1]。有研究表明骨破壞起始于骨髓水腫（bone marrow edema，BME），并且BME是早期診斷RA重要指標之一[2-3]。此外，國內、外類風濕專家認為BME是早期RA影像學上進展的強有力的獨立預測因素之一，并且可以作為預后判斷的指標[2,4-5]。因此，對BME監測、評價及治療顯得尤為重要。在治療方面，有學者提出RA 的治療以影像緩解為目標，而且通過影像可以準確地判斷疾病低活躍度或緩解狀態[6]。目前磁共振常規的序列雖然可以評估BME情況，但其只是半定量或定性的評價。Mapping技術是一種核磁共振弛豫時間的定量測定技術，主要包括T1maping、T2mapping、T2*mapping及T1ρmapping等，T1mapping及T2mapping分別測定縱向弛豫時間、橫向弛豫時間[7]。目前T1mapping 及T2mapping 序列已應用于心臟、關節軟骨等部位成像研究[8-9]。俞順等[10]研究認為T1mapping、T2mapping可以定量評價骶髂關節BME，并且有較高的診斷效能。因此，本研究擬在動物模型上運用T1mapping 及T2mapping 序列探索其在BME治療過程中定量評估的可能性，以期在疾病監測或治療過程方面對臨床有一定的幫助。

1 材料與方法

1.1 試劑

雞卵蛋白粉、完全弗氏佐劑（美國，Sigma），甲醛溶液，石蠟、蘇木精—伊紅（HE）染色劑、乙醇溶液、戊巴比妥鈉（上海源葉生物科技有限公司）。

1.2 動物及其分組

購買6個月齡雌雄不限新西蘭大白兔16只，體重約2.5～3.0 kg，專人單籠飼養，喂養于廣西醫科大學實驗動物中心。實驗動物分為對照組及模型組，對照組行假造模而不治療，模型組用于治療。實驗最后獲得6 只兔/12 例膝關節（對照組）、10 只兔/20 例膝關節（模型組）納入本研究。本研究方案經廣西醫科大學第一附屬醫院倫理委員審核通過（No.2021-KY-E-316）。

1.3 方法

1.3.1 RA模型組及對照組制備 根據雞卵蛋白誘導兔關節炎造模方案[11]，將卵蛋白干粉用生理鹽水配置成濃度為20 mg/mL 的溶液后，與等量完全弗氏佐劑進行乳化，反復震蕩攪拌混勻，至二者不再分層形成乳白色膠狀液體。用注射器抽取1 mL 雞卵蛋白乳濁液于家兔肩胛背部皮下分5個注射點注入，每周1次，連續4周，隨后1周分別于雙膝關節腔內注射0.4～0.5 mL雞卵蛋白溶液作關節誘發，并在隨后2～4周行膝關節掃描，評判有無BME，如無則重復造模流程直至出現BME并納入模型組，對照組則采用等量的生理鹽水行假造模，而不作治療。

1.3.2 RA 模型組治療方案 參考國內RA 治療指南用藥方案[4]對RA 兔模型進行治療。將醋酸潑尼松龍（PA）粉末用生理鹽水配置成濃度為10 mg/mL混懸液，甲氨蝶呤（MTX）粉末用生理鹽水配置成濃度為30 mg/mL 混懸液，每千克體重劑量10 mg；PA連續14 d 經兔耳緣靜脈靜推1 mL（10 mg/mL），而MTX 于第1 天及第14 天臀部肌注1 mL/次（30 mg/mL），共2次，如磁共振BME監測未能達標，則再重復治療流程，直至獲得滿意的磁共振圖像。

1.4 MR掃描方案

掃描前將線圈放置于掃描床的頭側中央部，使線圈中心線與掃描床中心線相重合。兔麻醉后，將兔以頭先進位、仰臥位放置于線圈平托內并固定好，雙膝并攏屈曲約30～45°，髕骨正面朝上行磁共振掃描。

1.5 掃描儀器、線圈與掃描序列

西門子磁共振3.0T Prisma magneton，8 通道動物專用線圈（蘇州眾志醫療有限公司，江蘇）；掃描序列包括FS-TSE-T2WI、T1mapping 與T2mapping序列，各序列掃描方位均為矢狀位。T2WI-TSE-FS相關參數：TR=3 810 ms，TE=76 ms，averages=4，層厚=2 mm，層間距=0 mm，矢狀位FOV=60 mm×80 mm。T1mapping 圖由B1Map-T1-mapping、T1Mapanatomical 序列掃描組合計算后產生，其序列參數分別為：B1Map-T1-mapping：TR=5 310 ms，TE=1.83 ms，FOV=200 mm×200 mm，層厚8.0 mm，間隔4.0 mm；T1Map-anatomical：TR=15 ms，TE=2.27 ms，翻轉角分別為5°、14°、22°、30°，FOV=60 mm×80 mm，層厚=2.0 mm，層間距=0 mm。T2mapping偽彩圖由T2Map-anatomical 序列掃描產生，掃描序列參數為：FOV=60 mm×80 mm，層厚=2.0 mm，層間距=0 mm，TR=1 000 ms，TE=13.8 ms、27.6 ms、41.4 ms、55.2 ms、69.0 ms。

1.6 影像數據后處理

將FS-TSE-T2WI、T1mapping、T2mapping 矢狀位圖像上傳至西門子后處理工作站。利用西門子后處理軟件在FS-TSE-T2WI序列上從右側至左側、由外及內側依次觀察兔股骨遠端骨骺區及勾畫感興趣區（ROI），勾畫的范圍為股骨骨骺皮質下部分，盡量避開骨皮質及干骺線，并將ROI 區復制至T1mapping、T2mapping 圖相同定位層面上，即測量出相應ROI的T1mapping、T2mapping值。

1.7 BME影像評分標準

根據FS-TSE-T2WI 序列圖像，參照RA 磁共振成像評分系統（rheumatoid arthritis magnetic resonance image scoring system，RAMRIS）對模型組動物治療前、后的股骨遠端干骺區進行半定量評分[12-13]：根據水腫占骨體積的比例分為0～3 分，0 分代表無水腫；1分代表體積小于33%的BME；2分代表34%～66% 的BME；3 分代表67%～100%的BME；評分示例圖見圖1。

圖1 兔膝股骨遠端干骺區BME模型RAMRIS評分示例圖

1.8 標本處理及病理學評估

對獲取的兔股骨遠端標本脫鈣、脫水、組織包埋、蠟塊制作，并對蠟塊矢狀位切片處理及蘇木精—伊紅染色等。病理學評分參考學國內者孟祥虹等[14]病理切片的分析方法來進行評估。據病理異常表現所占面積與切片面積的比例分為0～3 分，具體如下：病理學表現無異常，為0 分；比例＜1/3，為1 分；比例在1/3～2/3間為2分；比例＞2/3，為3 分。炎性細胞與破骨細胞浸潤為BME 評估異常病理表現的主要內容。

1.9 統計學方法

采用SPSS 25.0軟件進行數據統計分析，正態分布資料以均數±標準差（±s）表示，組間比較采用t檢驗；偏態分布資料以中位數（四分位數間距）表示，組間比較采用非參數檢驗；相關性檢驗采用Spearman相關性分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組T1mapping、T2mapping 值比較及其病理情況

對照組（6 只兔/12 例膝關節）、模型組（10 只兔/20 例膝關節）的T1mapping 和T2mapping 定量值見表1。模型組T1mapping 值治療前高于對照組（P＜0.05），且模型組T1mapping值治療前、后比較，差異具有統計學意義（P＜0.05）。模型組治療前的T2mapping值低于對照組（P＜0.05），且模型組治療后的T2mapping值高于治療前（P＜0.05）。

表1 兩組治療前、后T1mapping、T2mapping值比較ms，±s

表1 兩組治療前、后T1mapping、T2mapping值比較ms，±s

RA 模型治療前、后的T1mapping、T2mapping及其病理示例圖見圖2，T1mapping 值治療后（圖2D）較治療前（圖2A）降低，T2mapping值治療后（圖2E）較治療前（圖2B）升高；模型組治療前破骨細胞、淋巴B細胞浸潤（圖2C），治療后破骨細胞及淋巴細胞減少（圖2F）。

圖2 RA模型治療前、后的T1mapping、T2mapping及其病理示例圖

2.2 模型組治療前、后RAMRIS評分及其比較

模型組治療前、后的RAMRIS 評分，分別為治療前1分1例，2分10例，3分9例。治療后1分11例，2分8例，3分1例，模型組治療前、后比較，差異具有統計學意義（Z=-3.45，P=0.001）。

2.3 模型組治療后BME病理評分

模型組治療后（8 只兔/16 例膝關節）HE 染色病理骨髓評分：0分3例，1分5例，2分5例，3分3例，其中位數和四分位數間距為1.5（1，2）。

2.4 T1mapping、T2mapping值與模型組BME的RAMRIS評分、病理評分相關性分析

模型組治療前、后的T1mapping 值與RAMRIS評分呈正相關關系（r=0.56，r=0.75，均P＜0.05），而T2mapping值與RAMRIS評分無相關性（P＞0.05）；模型組治療后的T1mapping 值與BME 病理評分呈正相關關系（r=0.67，P＜0.05），模型組治療后的T2mapping值與BME病理評分呈負相關關系（r=-0.57，P＜0.05），見表2。

表2 T1mapping、T2mapping 值與模型組BME 的RAMRIS評分、病理評分相關性分析

3 討論

在以往的RA影像研究方面主要是側重于早期診斷[15]或者療效評價上[16]，而在BME上的全定量研究并不多。有學者認為骨髓可能是觀察RA病理變化的重要部位，而且BME 關系到軟骨損傷、骨侵蝕及RA預后，甚至有些還可以影響炎癥表型[2,17]。雖然引起BME 的原因有創傷、骨折、感染、血管源性、關節炎、廢用或過度使用等[2,5]，但RA 的BME 在病理上有其自身的特點，RA 中磁共振所顯示的BME又稱為骨炎，BME在自身免疫作用下通過局部釋放炎性細胞因子，使富含脂肪的骨髓被淋巴細胞和血管內聚集物所替代[18]，從而引起破骨細胞增生、軟骨下骨破壞[14,19]。

本研究中RA 動物模型組治療前的BME 區域相對于對照組T1mapping值升高，經治療后T1mapping降低（P＜0.05），本課題組認為這跟骨髓的主要成分為水與脂肪有關，且由于骨髓中水的T1mapping值明顯高于脂肪，當BME區域因存在炎性細胞浸潤時，血管通透性增加，水分增多、脂肪細胞被擠占，因而導致T1mapping值升高，經治療后炎性反應減輕，血管通透性減弱、水分減少，因此T1mapping值降低。在T2mapping值方面，模型組BME區域的T2mapping 值較對照組低，主要是由于在骨髓中水的T2mapping 值較脂肪小[20]，當合并水腫時則會導致骨髓區的T2mapping 值相對減少，因此T2mapping 值降低。同時，本研究中模型組治療后的病理切片中也印證了其中的炎性反應變化。RAMRIS作為業界公認的RA評分系統，T1mapping值與其呈正相關關系，充分說明了T1mapping 序列具有一定的可靠性及臨床價值。而T2mapping值雖然在治療前、后存在差異，但與RAMRIS評分無明顯相關性，本課題組認為這可能跟RAMRIS 評分的滯后性和（或）與脂肪、水的T2mapping 值相差不大有關。在模型組治療后的T1mapping、T2mapping 值與病理評分相關性分析中，2 只兔模型因意外死亡而未能獲得其病理組織，故納入病理相關分析中的模型為8 只/16 例膝，經相關分析結果提示具有相關性，本課題組認為T1mapping及T2mapping值可以定量反映骨髓中水分含量的變化，而且水腫常伴隨炎癥產生，因而可以間接地反映炎癥變化。

本研究運用3.0T 磁共振T1mapping 及T2mapping 序列定量研究了RA 的BME 動物模型治療過程中療效評價的可行性，同時獲取治療后的BME病理相互驗證。本研究的不足在于模型數量較少，難免會出現抽樣誤差，且RA 兔模型并不能完全真正地反應人類的RA。

綜上，磁共振T1mapping 及T2mapping 序列可以定量評價RA 兔模型的BME，T1mapping 序列可應用于動物RA模型療效的定量評價。