半月板損傷程度與膝關節軟骨T2值的相關性研究

徐基磐，胡鐵成，徐文麗，王 倩，高德雙，譚 威，馬賀驥

遼寧醫學院附屬第一醫院 放射科，遼寧錦州 121001

隨著人口的老齡化，骨性關節炎(osteoarthritis，OA)發病率逐年上升，已成為下肢關節失用的主要病因。OA的早期表現主要為關節軟骨的損傷，晚期可表現為關節形態學的改變。Lange等[1]認為半月板的損傷與關節軟骨的退變有關。目前，MRI為評價關節軟骨及半月板的首選檢查手段，T2-mapping成像是一種新的MRI生理性成像技術，通過測量T2弛豫時間定量分析關節軟骨內組織成分的變化。本文旨在探討T2-mapping成像技術在膝關節軟骨損傷中的應用及OA患者關節軟骨損傷與半月板退變之間的關系。

資料和方法

1 資料 收集遼寧醫學院附屬第一醫院2011年3月-2012年7月間90例行常規MRI序列及T2-mapping序列檢查的OA患者(左膝49例右膝41例)；其中男35例，女55例，年齡45~70(62.1±5.7)歲。所有病例既往無膝關節手術、外傷，無骨代謝疾病，無骨感染、骨梗死、腫瘤病史。參照中華醫學會骨科學分會2007年修訂的《骨關節炎診治指南》中關于膝關節OA的診斷標準：1)近1個月內反復膝關節疼痛；2)站立或負重位X線片示關節間隙變窄、軟骨下骨硬化和(或)囊性變、關節緣骨贅形成；3)關節液(至少2次)清亮、黏稠，WBC＜2 000個/ml；4)中老年患者(≥40歲)；5)晨僵≤3 min；6)活動時有骨摩擦音(感)。符合1)+2)條或1)+3)+5)+6)條或1)+4)+5)+6)條，可診斷為OA。運動或負重能導致關節軟骨T2值的改變，因此要保證入選患者在行MRI檢查前無劇烈運動。由于半月板前角的解剖學變異較大，因此為了減小假陽性率本研究只選擇半月板后角進行研究[2]。

2 儀器與方法 采用GE 1.5T MRI掃描儀(signa HDxt)及8通道膝關節專用線圈(HD TRknee)完成檢查。常規MRI序列包括：矢狀位T1WI，TR/TE=540/12.1 ms，層厚4.0 mm，層距0.5 mm，FOV 18 cm×18 cm，矩陣320×224，NEX 2；矢狀位脂肪抑制質子密度像(fast suppressed protondensity，FS-PD)，TR/TE=2 640/30 ms，層厚4.0 mm，層距0.5 mm，FOV 18 cm×18 cm，矩陣320×224，NEX 4；冠狀位T2WI脂肪抑制像，TR/TE=2 800/70.6 ms，層厚4.0 mm，層距1.0 mm，FOV 18 cm×18 cm，矩陣320×224，NEX 2。矢狀位T2-mapping采用8回波SE序列掃描，TR 1 000 ms，TE分別為8.8、17.5、26.3、35.1、43.8、52.6、61.4、70.1 ms， 層厚4.0 mm，層間距0.5 mm，FOV 18 cm×18 cm，矩陣320×224，NEX 2。

3 T2值測定 利用GE AW4.5工作站，應用functool軟件對圖像進行處理。在鄰近半月板后角中心處的關節軟骨選取4個大小為1 mm2的感興趣區(ROI)(見圖1A、B)，并取平均值作為該處軟骨T2值。所測關節軟骨區域包括股骨內側髁、股骨外側髁、脛骨內側髁、脛骨外側髁。

4 圖像分析 半月板的損傷分級標準參照Stoller等[3]制訂的關于半月板損傷標準。0級：表現為半月板在所有序列信號均勻，形態規整，為正常半月板，并設為對照組；Ⅰ級：表現為半月板內局限性圓形或不規則狀高信號，范圍未達到半月板關節面；Ⅱ級：表現為半月板內線狀、水平狀高信號并延伸至半月板的關節囊緣，但未延及半月板的關節面緣；Ⅲ級：表現為半月板內的高信號到達關節邊緣。采用雙盲法由兩名具有10年以上工作經驗的放射醫師獨立對病例MRI常規序列圖像進行診斷分級。依據半月板的分級標準分為4組：0級組、Ⅰ級組、Ⅱ級組、Ⅲ級組，半月板信號0級組設為對照組，其他3組為病例組。

5 統計學分析 所有數據采用SPSS17.0軟件進行統計學分析，計量數據以-x±s表示。兩獨立樣本的t檢驗用于各病例組組內半月板后角所對應軟骨T2值之間差異的比較。單因素方差分析用于病例組與對照組之間軟骨T2值差異的比較。P＜0.05為差異有統計學意義。

圖 1 (A)于股骨內側髁鄰近半月板后角中心處關節軟骨選取4個大小為1 mm2的感興趣區(ROIs)(B)利用T2-mapping偽彩圖測量所取ROIs的T2值Fig. 1 Four 1 mm2 ROIs in medial femoral condyle cartilages adjacent to the center of the medial meniscus posterior horn(A) and T2 values measured by T2-mapping (B)

結 果

按Stoller分級，本研究共納入168個半月板，其中內側半月板93個，外側半月板75個。內側半月板0級20個(20/93，21.51%)，Ⅰ級21個(21/93，22.58%)，Ⅱ級23個(23/93，24.73%)，Ⅲ級29個(29/93，31.18)；外側半月板后角信號0級31個(31/75，41.33%)，Ⅰ級15個(15/75，20.00%)，Ⅱ級11個(11/75，14.67%)，Ⅲ級18個(18/75，24.00%)。損傷Ⅰ、Ⅱ級組之間無統計學差異(P=0.33)，與對照組關節軟骨T2值相比無增高(P=0.53、0.99)。損傷Ⅲ級組關節軟骨T2值高于Ⅰ、Ⅱ級組(P＜0.05)。損傷Ⅲ級組軟骨T2值明顯高于對照組(P＜0.01)。Ⅲ級組61.7%的Ⅲ級信號見于內側半月板后角(29/47)。Ⅲ級組脛骨及股骨內側髁軟骨T2值高于脛骨及股骨外側髁軟骨(P＜0.05)(見表1)。

表1 不同組半月板對應軟骨T2值Tab. 1 T2 values of knee joint cartilages in different groups(-x±s, ms)

討 論

關節軟骨的T2弛豫時間反映了軟骨的結構和生物化學特征。OA發生時可引起關節軟骨中膠原丟失從而導致膠原網狀結構的破壞及膠原纖維排列的改變，這些改變可導致水通透性的增加，從而使軟骨T2值升高，膠原纖維具有短T2效應，T2-mapping可以通過測量組織T2弛豫時間來定量分析關節軟骨內組織結構的變化[4]。

半月板損傷與關節軟骨的缺失有關，并且半月板損傷是OA患者軟骨損傷的危險因素[5-6]。本研究利用T2-mapping成像定量分析半月板損傷與關節軟骨T2值變化之間的關系。研究發現Ⅰ、Ⅱ級組關節軟骨T2值之間差異無統計學意義(P=0.33)，并且與對照組相比Ⅰ、Ⅱ級組關節軟骨T2值無增高(P=0.53，P=0.99)。半月板的Ⅰ、Ⅱ級損傷是一個連續的病理過程，在病理上表現為半月板的黏液樣變性，其生化基礎為半月板軟骨基質內的黏多糖產物的增加。Stoller等[3]通過4年的隨訪研究發現Ⅰ、Ⅱ級半月板損傷的信號改變并沒有進一步的發展，即Ⅰ、Ⅱ級過程并不是Ⅲ級改變的中間過程。大體標本中Ⅰ、Ⅱ級信號改變中沒有明顯的裂隙或撕裂，因此可以推測Ⅰ、Ⅱ級損傷時半月板對軟骨的保護功能尚未喪失。

本研究發現，損傷Ⅲ級組軟骨T2值明顯高于對照組(P＜0.01)，這與國外的研究結果類似[7]。Henry等[8]的研究發現半月板的撕裂與軟骨損傷的發生率有很強的相關性。半月板襯墊于脛骨與股骨之間，在負重時有約70%在半月板上，這就大大降低了脛骨平臺上的應力，從而起到保護軟骨的作用。所有Ⅲ級信號的半月板均可以看到半月板的分離或撕裂，因此可以推測半月板發生Ⅲ級損傷時，其對軟骨保護的功能明顯降低。此外Englund等[9]的研究也證實了半月板的撕裂和脫出與OA的進展有關，因此半月板發生Ⅲ級信號改變的OA患者，需要相關治療以防止關節軟骨的進一步破壞。

本研究發現，病例組股骨及脛骨內側髁軟骨的T2值均高于外側軟骨。Pelletier等[10]的研究發現OA患者股骨及脛骨內外側髁軟骨的丟失是有差別的，此外Biswal等[11]通過研究也發現在OA患者中，內側軟骨丟失的速度快于外側軟骨。有關生物力學的相關研究已經證明，膝關節在承重時，力的分布是不對稱的，股骨及脛骨內側髁承重更多。因此這些區域的關節軟骨損傷更快。此外，本研究發現66.7%的Ⅲ級信號見于內側半月板后角，這可能與膝關節活動，脛骨、股骨間扭轉時使內側半月板后角下方所受的張力和應力增加有關。

本研究的局限性在于未將體重、藥物治療等可能影響軟骨T2值的因素考慮在內。盡管MRI診斷內外側半月板撕裂的準確率分別為86%、89%，本研究未采用“金標準”關節鏡對半月板及軟骨的損傷進行評價，因而實驗結果可能產生偏倚[12]。

總之，本研究通過應用T2-mapping技術發現在OA患者中Ⅰ、Ⅱ級半月板損傷時對應處關節軟骨T2值沒有升高，半月板Ⅲ級損傷時對應處軟骨T2值明顯升高，從而揭示半月板撕裂處的關節軟骨在發生形態學改變之前微結構及組織成分的變化，為臨床早期診斷、早期治療提供可靠依據。

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