MR T2* mapping定量評估膝關節前交叉韌帶重建術后移植物成熟度

范廣濤，施政良，黃益龍，張振光，陳佳鑫，杞天付，楊麗竹，李彥林，何 波*

(1.昆明醫科大學第一附屬醫院醫學影像科，2.運動醫學科，云南 昆明 650032)

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament, ACL)損傷占膝關節損傷半數以上[1]，肌腱移植ACL重建(ACL reconstruction, ACLR)術為常見及有效治療方式，術后移植物成熟度與康復治療決策及患者遠期生活質量密切相關。目前評估移植物成熟度的方法主要包括病理學檢查、臨床功能評分及常規MRI。病理學檢查是評價移植物成熟度的金標準，但有創。臨床功能評分及患者報告結局量表(patient-reported outcome measures, PROMS)與膝關節穩定性相關，但主觀性強而敏感性不足?；谛螒B學的常規MRI難以定量評價移植物、反映移植物組織成分及微觀結構變化。MR T2*mapping可定量評估組織T2*弛豫時間，反映組織含水量及膠原纖維結構的各向異性，已用于評估ACL黏液樣變性和運動后半月板變化[2]。本研究觀察T2*mapping定量評估ACLR術后移植物成熟度的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2021年2月—8月26例因ACL損傷于昆明醫科大學第一附屬醫院接受ACLR患者(ACLR組)，男10例、女16例，年齡19～44歲、平均(27.7±8.0)歲。納入標準：①年齡18～45歲；②因單側ACL損傷接受關節鏡下自體腘繩肌腱(包括半腱肌和股薄肌)移植ACLR。排除標準：①膝關節手術史；②罹患痛風、類風濕性關節炎等膝關節炎癥；③膝關節多發性韌帶損傷、合并骨折；④MR檢查禁忌證。同期招募26名正常成人志愿者為對照組，男12名、女14名，年齡18～40歲、平均(30.3±7.0)歲。本研究經院倫理委員會批準(2018-L-21)，受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery 750W 3.0T MR掃描儀及膝關節專用16通道線圈對ACLR組于術后1、3、6個月及對照組行膝關節MR掃描，獲取常規軸位、冠狀位及矢狀位脂肪抑制質子密度加權像(proton density weighted imaging, PDWI)和矢狀位快速自旋回波(fast spin echo, FSE)-T1WI、三維穩態采集快速成像(three dimensional fast imaging employing steady state acquisition, 3D-FIESTA)及T2*mapping，使3D-FIESTA及T2*mapping掃描定位線平行于ACL走行。參數：3D-FIESTA，TR 7.8 ms，TE 3.8 ms，FOV 16 cm×16 cm，FA 12°，帶寬 62.5 kHz，矩陣320×320，層厚1 mm，層間距0，激勵次數1；T2*mapping，TR 100 ms，TE 1.8、5.2、8.6、11.9、15.3、18.7、22.1、25.5 ms，FOV 16 cm×16 cm，FA 25°，帶寬83.3 kHz，矩陣288×192，層厚3 mm，層間距0，NEX 2。

1.3 圖像分析 將3D-FIESTA與T2*mapping圖像融合。由具有3及10年骨骼肌肉系統影像學診斷經驗的住院醫師及副主任醫師各1名采用盲法獨立閱片，于融合圖像顯示移植物或ACL面積最大層面沿其輪廓勾畫ROI(圖1、2)，盡量避開關節軟骨、關節腔液體、骨組織等，測量其T2*值；重復3次，取平均值，以2名醫師測量均值作為結果。

圖1 ACLR組患者，男，33歲，因左側ACL損傷而接受ACLR A.術前左膝關節矢狀位PDWI示ACL正常結構消失，走行區結構紊亂并見片絮狀稍高信號； B.術后1個月左膝關節矢狀位PDWI示移植肌腱走行連續、髕上囊區少許積液； C.術后6個月左膝關節矢狀位PDWI示移植肌腱形態信號正常，關節積液基本吸收； D～F.術后1(D)、3(E)、6(F)個月左膝關節矢狀位3D-FIESTAR與T2* mapping融合圖(偽彩區域為移植物ROI)示移植物T2*值分別為15.86、16.24、19.72 ms (色帶代表T2*值)

1.4 臨床功能評分 由1名具有20年工作經驗的運動醫學科主任醫師于術后6個月以國際膝關節文獻委員會膝關節評估表(International Knee Documentation Committee knee evaluation form, IKDC)[3]對ACLR組進行臨床功能評分：IKDC共19項，分數0～100，0分表示日常活動和體育活動非常受限，100分表示功能正常[4]。

1.5 統計學分析 采用SPSS 24.0統計分析軟件。以Shapiro-Wilk法對計量資料行正態性檢驗，采用Levene法行方差齊性檢驗。以±s表示符合正態分布的計量資料，以單因素方差分析觀察ACLR組術后各時間點間及其與對照組間臨床資料及T2*值的差異，采用LSD-t法行兩兩比較。以組內相關系數(intra-class correlation coefficient, ICC)評估觀察者間測量結果的一致性：ICC>0.75為一致性好，0.4≤ICC≤0.75為一致性較好，ICC<0.4為一致性差。采用χ2檢驗比較計數資料。以Pearson相關分析觀察ACLR組術后6個月移植物T2*值與IKDC評分的相關性：r≥0.7為高度相關，0.4≤r<0.7為中度相關，r<0.4為低度相關。P<0.05為差異有統計學意義。

圖2 對照組受檢者，男，30歲 A.右膝關節矢狀位PDWI示ACL走行連續； B.右膝關節矢狀位T2* mapping； C.右膝關節矢狀位3D-FIESTAR與T2* mapping融合圖(偽彩區域為ACL ROI)示T2*值為19.36 ms

2 結果

2.1 一般資料 ACLR組術后3、6個月分別有3例、2例失訪。術后1、3、6個月ACLR組及與對照組受檢者年齡、性別、身高、體質量及掃描膝關節側別差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表1。

表1 ACLR組與對照組一般資料比較

2.2 T2*值及其與IKDC評分的相關性 測量ACL及移植物T2*值的觀察者間一致性好(ICC=0.817，P<0.001)。術后1、3、6個月ACLR組移植物T2*值及對照組ACL的T2*值總體差異有統計學意義(F=11.739，P<0.001)。兩兩比較，術后1、3個月ACLR組移植物T2*值低于對照組ACL，術后6個月ACLR組移植物T2*值高于術后1、3個月(P均<0.01)；ACLR組術后6個月移植物與對照組ACL、ACLR組術后1與3個月移植物T2*值差異均無統計學意義(P均>0.05)。見圖3。

圖3 ACLR組術后各時間點間及其與對照組間T2*值比較柱狀圖 (注：**：P<0.01；***：P<0.001)

ACLR組術后6個月移植物T2*值與IKDC評分呈中度負相關(r=-0.525，P=0.008，圖4)。

圖4 ACLR組患者術后6個月移植物T2*值與IKDC評分的相關性散點圖

3 討論

ACLR術后移植物在關節內重塑、成熟的過程被稱為“韌帶化”，是肌腱樣移植物逐漸成熟向韌帶樣移植物轉化的過程[5-6]，期間移植物細胞數量、血管密度和細胞外基質成分，如膠原蛋白含量、膠原纖維等的排列方向等均發生一定變化。既往研究[5-7]認為ACLR術后移植物愈合常須經歷早期、重塑及成熟3個階段。

對于ACLR術后移植物成熟期目前尚存爭議。CLAES等[5]觀察組織學層面的細胞排列、膠原束結構和血管化，提出ACLR術后移植物成熟早期發生于ACLR術后前6個月，術后3～12個月為移植物重塑階段，成熟期始于術后9個月。T2*mapping可通過測量質子的自旋-自旋作用獲得活體組織T2*值，進一步反映組織水含量、膠原蛋白含量和膠原纖維在基質內的取向等變化[8]。本研究采用T2*mapping定量評估ACLR術后移植物T2*弛豫時間變化，進而定量分析移植物成熟度，結果顯示術后1與3個月間移植物T2*值差異無統計學意義，術后6個月移植物T2*值高于術后1、3個月，與既往針對ACL修復的組織學評估[9]所見時間進程相符合；ACLR組術后6個月移植物T2*值與對照組差異無統計學意義，提示術后6個月移植物狀態與正常ACL類似。CHU等[10]報道，ACLR術后6個月內移植物超短TE成像-T2*及T2*值持續升高，并達到正常ACL水平，本研究結果與之相符。 van GRONINGEN等[9]根據信噪比(signal to noise quotient, SNQ)變化評估ACLR術后移植物成熟度，發現移植物SNQ于術后約6個月時達峰，隨后逐漸下降；但HOFBAUER等[11]報道，ACLR術后6個月移植物SNQ并不同于健康ACL，術后6個月移植物尚未成熟或未完全愈合。

本研究結果提示，ACLR術后6個月內，移植物處于韌帶化早期階段，其T2*值增加可能與含水量增加及膠原基質紊亂有關；術后1個月及3個月內移植物可能多處于早期炎癥壞死階段，T2*值差異無統計學意義；術后6個月，部分移植物進入重塑階段，其T2*值與處于炎癥壞死階段的1、3個月存在顯著差異。本研究ACLR組術后6個月移植物T2*值與患者IKDC評分呈中度負相關，即術后6個月移植物T2*值越低，則IKDC評分越高，提示術后6個月移植物T2*值可能反映患者膝關節功能狀態，與van GRONINGEN等[9]基于SNQ的研究結果相悖，后者認為移植物SNQ與膝關節穩定性結果評分之間無明顯相關。也有研究[12]結果顯示ACLR術后6個月移植物SNQ與術后2年IKDC評分呈負相關。上述研究結果不同的原因可能在于T2*值與SNQ反映ACLR術后移植物特性有所差異：SNQ反映移植物信號強度，依賴于掃描設備及參數，且易受血管信號影響，而T2*值反映活體組織成分及微觀結構等內在特性，能提供組織水及膠原纖維含量、膠原纖維排列方式及其他基質結構等信息。T2*值是否較SNQ更能反映ACLR術后患者膝關節功能狀態尚待開展多中心、大樣本研究進一步證實。

綜上所述，MR T2*mapping有助于動態監測ACLR術后早期移植物韌帶化，對無創定量評估ACLR術后移植物成熟度具有一定價值。但本研究樣本量較小，且隨訪時間較短，有待擴大樣本量進一步觀察。