早期膝骨關節炎軟骨 T2 -mapping成像定量分析與滑液中IL-1含量的相關性
2025-11-13 00:00:00師范黃文亮
中國中西醫結合影像學雜志 2025年5期
[Abstract] Objective：To explore the correlation between the articular cartilage T2 value measured by T2-mapping and IL-1 of synovialfluidinearlykneeosteoarthritis.Methods：Fortysixpatientswithearlykneeosteoarthritisunderwentconventional MRI and T2-mapping examinations. T2 values of cartilage on the load-bearing and non-load-bearing surfaces of the femur and themedialandlateralcondylesofthetibiawerecalculatedafterimagepost-processing.IL-1levelinsynovialfluidwas measured. The correlation between T2 value and IL-1level was analyzed.Results：Tvalues of cartilage on the load-bearing surfaces of the internal condyle of the femur were 40.51-54.43 ms，average of （47.87±2.77）ms，th ose on the non-load-bearing surfaces were 43.01-47.71 ms，average of （45.31±2.17）ms .T2values of cartilage on the load-bearing surfaces of the external condyle of the femur were 39.86-48.43 ms，average of （44.87±3.27）ms，th ose on the non-load-bearing surfaces were 44.31- （204 48.91 ms，average of （46.31±3.37）ms T2 values of cartilage of the medial condyle of the tibia were 39.49-51.21 ms，average of （46.31±2.67）ms， thoseof the lateral condyle of the tibia were 4O.59-46.71 ms，averageof （43.19±2.67）ms . IL-1 levels were36.66-72.82pg/mL，average of （54.76±30.05）pg/mL .T2values of cartilage on the load-bearing surfaces of the internal condyleofthefemurandTvaluesofcartilageofthemedialcondyleofthetibiawerepositivelycorrelatedwithIL-1 level in synovial fluid （r=0.849，O.848，both Plt;0.001 ），while other T2 values were not correlated with IL-1 （all Pgt;0.05 ）. Conclusions ： The cartilage T2 value of articular on the load-bearing surfaces of the internal condyle of the femur and the medialcondyleofthetibiaarepositivelycorelatedwithIL-1levelinsynovialfluidT-mappingcanbeusedasa non-invasive test to predict the inflammatory degree and active stage of early osteoarthritis.
[Key words]Osteoarthritis，knee; T2 mapping;Interleukin-1;Magnetic resonance imaging
隨著我國老齡人口增加，骨關節炎患者日益增多[1]，其主要癥狀為關節疼痛，而關節內炎癥與臨床疼痛癥狀相關，如炎癥持續存在，會加快骨關節炎進展[2]。目前，臨床評價骨關節炎嚴重程度主要依靠影像學形態學改變；評價關節炎炎癥程度及活動進展依靠關節液實驗室檢查，但其為有創性檢查。本研究探討早期膝骨關節炎MRI T2 -mapping成像測量的 T2 值與滑液中白細胞介素1（IL-1）相關性，為骨關節炎的臨床診斷及治療提供影像學參考。
1資料與方法
1.1一般資料
收集我院2018年1月至2021年6月間因膝關節疼痛診斷為早期骨關節炎（早期關節軟骨損傷）患者46例，其中男16例，女30例；年齡 49～78 歲，平均（ 54.6±9.5） 歲。納入標準： ① 經臨床或影像學檢查診斷為早期骨關節炎； ② 行 3.0T MRI檢查； ③ 經關節鏡證實為關節軟骨損傷為 1～2A 級（軟骨損傷分級2：0級，正常軟骨。1級，軟骨形態正常，局部水腫或纖維化。2A級，軟骨損傷小于軟骨厚度的 50% 2B級，軟骨損傷大于軟骨厚度的 50% ，但未累及全層。3級，軟骨損傷累及軟骨全層）。排除標準：因外傷、類風性關節炎、腫瘤、手術吏等其他原因導致的關節炎或疼痛。本研究經醫院倫理委員會批準（批號：2025-002-02）。
1.2儀器與方法
患者休息1d后均行MRI檢查。采用GE Discovery750w 3.0T MRI掃描儀，16通道膝關節專用線圈。患者取仰臥位，足先進，膝關節伸直后外旋 15° 。掃描參數： ① 矢狀位 T1WI ，TR 595ms ，TE 20ms ，層厚3mm ，層距 1mm ，視野 160mm×160mm ，激勵次數1，矩陣 672×672 ② 矢狀位PDWI，TR 3200ms ，TE30ms ，層厚 3mm ，層距 1mm ，視野 160mm×160mm 激勵次數1，矩陣 480×480 ： ③ 冠狀位PDWI，TR2500ms ，TE 50ms ，層厚 5mm ，層距 0.5mm ，視野160mm×160mm ，激勵次數1，矩陣 432×432 5 ④ 橫軸位PDWI，TR 2800ms ，TE 30ms ，層厚 3mm ，層距 1mm ，視野 160mm×160mm ，激勵次數1，矩陣480×480 ⑤ 矢狀位 T2 -mapping，TR 820ms ，TE 5.1、10，20.1，30.1，40.1，50.2，60.2，70.2ms ，層厚 3mm ，層距 0.6mm ，層數20層，視野 160mm×160mm ，矩陣320×256 ，激勵次數1。
1.3 圖像后處理
將 T2 -mapping原始圖像傳至GEADW4.7工作站，使用后處理軟件Funtool中的 T2 -mapping功能獲得矢狀位膝關節軟骨的 T2 -mapping偽彩圖，調節預設中窗寬、窗位，獲得膝關節軟骨最佳偽彩圖，清晰顯示關節軟骨。如膝關節軟骨顯示不清，可參考膝關節矢狀位PDWI圖像，并與 T2 -mapping偽彩圖匹配。由2位工作20年以上的影像醫師測量數據，ROI大小為 4～5mm2 ，分別測量股骨內、外側承重面（矢狀位股骨前 2/3[3] ）及非承重面（矢狀位股骨后1/3[3] ）、脛骨內外側髁關節軟骨的 T2 值，測量時負重區及非負重區各選取3個ROI，取其平均值作為相應軟骨的 T2 值，測量時注意避開關節軟骨外結構的影響。
1.4IL-1含量測量方法
無菌條件下抽取關節腔積液約 1mL ，置于冰箱冷藏。IL-1含量采用化學發光法測定（試劑盒由四川沃文特生物科技有限公司生產），檢測須在3d內完成。
1.5統計學分析
采用SPSS22.0軟件進行統計分析，腔骨、股骨承重面及非承重面關節軟骨 T2 值與關節滑液中IL-1含量的相關性行Pearson相關分析。以 Plt;0.05 為差異有統計學意義。
2結果
2.1膝關節軟骨 T2 值
股骨內骨承重面關節軟骨 T2 值為 40.51～54.43ms ，平均（ （47.87±2.77）ms ；非承重面關節軟骨 T2 值為 43.01～47.71ms ，平均 （45.31±2.17）ms 。股骨外承重面關節軟骨 T2 值為 39.86～48.43ms ，平均 （44.87±3.27）ms ；非承重面關節軟骨 T2 值為44.31～48.91ms ，平均 （46.31±3.37）ms 。脛骨內關節軟骨 T2 值為 39.49～51.21ms ，平均（ 46.31± 2.67）ms ;脛骨外髁關節軟骨 T2 值為 40.59～46.71ms ，平均 （43.19±2.67）ms 0
2.2 膝關節滑液中IL-1含量
膝關節滑液中IL-1含量為 36.66-72.82pg/mL 平均 （54.76±30.05）pg/mL 2
2.3 T2 值與IL-1含量相關性分析
Pearson相關分析顯示，股骨內髁承重面及脛骨內髁關節軟骨 T2 值與滑液中IL-1含量呈正相關（ r= 0.848，0.849；均 Plt;0.001 （圖1，2）。股骨內非承重面、腔骨外、股骨外髁承重面及非承重面、腔骨外關節軟骨 T2 值與滑液中IL-1含量均無相關性。
3討論
3.1 T2 -mapping及關節軟骨 T2 值
骨關節炎的發生最早始于軟骨損傷，隨著軟骨損傷的加重，最終累及軟骨下骨及關節其他組織。目前影像學檢查僅能顯示骨關節炎的形態學改變，只有在軟骨發生水腫、缺損、軟骨下骨水腫等改變時才有影像學改變，無法行定量分析。 T2 -mapping是一種較成熟的MRI技術，其利用多回波快速自旋回波序列進行掃描，可在同一個TR內給予不同TE進行掃描，同時獲得多個TE的 T2WI 圖像，將采集到的原始圖像傳至后處理軟件，可計算出關節軟骨每個體素的 T2 值，同時通過窗寬、窗位調節形成 T2 偽彩圖[4-6]關節軟骨屬于透明軟骨，由4層結構組成[7]，當關節軟骨損傷時，關節軟骨厚度、形態，以及內部組織成分、含量、排列順序等發生改變，導致關節軟骨 T2 值變化。 T2 -mapping可測量關節軟骨 T2 值，即使關節軟骨形態未發生變化， T2 值變化也可反映內部組織成分及含量、排列順序等改變，從而實現關節軟骨量化分析[8-9]。骨關節炎時關節軟骨排列順序及結構形態發生變化，尤其是膠原網狀結構的破壞，使關節軟骨內分子含量增加，從而使損傷區域的關節軟骨 T2 值增加，研究證明關節軟骨 T2 值增加程度與損傷程度相關，可通過 T2 值改變區分正常關節軟骨與損傷關節軟骨及損傷程度[10]
3.2關節液IL-1含量與關節軟骨 T2 值的相關性
骨關節炎關節軟骨損傷會導致關節軟骨內部結構代謝異常，尤其是關節液內炎性因子會干擾正常關節軟骨增殖及自我修復[1]。每種炎癥因子導致的骨關節炎關節軟骨損傷加重機制不同，研究發現膝骨關節炎病變是否進展及嚴重程度與關節液中炎癥因子的含量相關，其存在也預示骨關節炎會進一步發展，因此測量關節液中的炎癥因子可預測骨關節炎是否進展及骨關節炎嚴重程度[12]。研究表明，外周血漿中ⅡL-1水平與膝骨關節炎的嚴重程度及是否進展呈正相關[13]。另有研究表明，膝骨關節炎關節滑液中IL-1含量越高，關節軟骨的損傷程度越重[14]本研究中膝骨關節炎關節滑液中IL-1含量與股骨內負重區及脛骨內側骨關節軟骨 T2 值呈正相關。依據膝骨關節炎關節滑液中IL-1含量與關節軟骨損傷呈正相關，推測骨關節炎嚴重程度及是否進展與股骨內髁負重區及脛骨內側髁關節軟骨損傷相關，因此可推測股骨內負重區及腔骨內髁軟骨損傷是骨關節炎進展的主要原因，骨關節炎治療應注重股骨內髁負重區及脛骨內關節軟骨修復。關節滑液中IL-1含量可作為膝骨關節炎的生物標志物評估其嚴重程度和治療效果。但IL-1含量的測定為有創檢查，限制了其在臨床的應用。
隨著年齡增大，MRI示膝關節軟骨厚度降低明顯，其中以股骨內側髁負重區及腔骨內髁軟骨厚度下降最明顯，軟骨厚度的降低代表著關節軟骨損傷的程度，股骨內側髁非負重區及脛骨外髁關節軟骨厚度變化輕微，損傷程度較輕，關節軟骨的 T2 值變化較小。本研究顯示，關節滑液中的IL-1含量與非負重區關節軟骨的 T2 值無相關性。
綜上所述，股骨內髁負重區及脛骨內髁關節軟骨 T2 值與滑液中IL-1含量呈正相關， T2 值變化反映骨關節炎炎性因子的活動，可間接反映骨關節炎嚴重程度及是否進展。 T2 -mapping成像可作預測骨關節炎嚴重程度及活動期的一種無創性檢查方法。
圖1股骨內骨負重區關節軟骨 T2 值與滑液中白細胞介素-1（IL-1）含量的散點圖圖2脛骨內骨關節軟骨 T2 值與滑液中IL-1含量的散點圖
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（收稿日期 2024-06-09）
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（收稿日期 2024-09-01）
