T2*mapping定量評估早期骨關節炎半月板與軟骨的相關性

梁學恒，楊全，余潔，文兵

(重慶醫科大學附屬永川醫院放射科，重慶402160)

T2*mapping定量評估早期骨關節炎半月板與軟骨的相關性

梁學恒，楊全，余潔，文兵

(重慶醫科大學附屬永川醫院放射科，重慶402160)

目的利用T2*mapping評估早期膝關節骨性關節炎(OA)的軟骨與半月板并分析半月板退變與軟骨損傷的相關性。方法收集2016年8～11月在重慶醫科大學附屬永川醫院骨科就診的65例早期OA患者，均行常規MR、多回波梯度回波T2*mapping掃描。并測量所有患者內、外側半月板損傷在Stoller分級中軟骨與半月板T2*值。結果內側半月板損傷中，MM 1級組T2*值[(10.33±2.82)ms]高于MM 0級[(8.95±1.73)ms]，MM 2、3級組T2*值[(13.31±2.27)ms]均高于MM 0級組、MM 1級組，差異均有統計學意義(P＜0.05)；外側半月板損傷中，MM 1級組T2*值[(10.63±2.58)ms]高于MM 0級[(8.65±2.61)ms]，MM 2、3級組T2*值[(13.59±2.41)ms]均高于MM 0級組、MM 1級組，差異均有統計學意義(P＜0.05)；內側半月板損傷中，2、3級組股骨內側踝(MFC)與脛骨內側(MT)的T2*值均高于0級組、1級組的T2*值，外側半月板損傷中，2、3級組脛骨外側(LT)高于0級、1級組軟骨單元T2*值，差異均有統計學意義(P＜0.05）；內側半月板T2*值與內側股骨髁、內側脛骨軟骨單元T2*值呈正相關（r=0.45，r= 0.56）；外側半月板T2*值與外側脛骨軟骨單元T2*值呈正相關(r=0.40)。結論T2*mapping能夠定量監測OA半月板退變，OA半月板損傷與鄰近軟骨損傷呈正相關。

T2*mapping；骨關節炎；軟骨；半月板

膝關節骨性關節炎(osteoarthritis，OA)是全世界中年老年人常見的引起膝關節疼痛以及功能障礙的疾病。研究表明膝關節半月板損傷或功能退變會進一步加速OA的進程，OA與半月板損傷有著密切的相關性[1]。因此，如何對早期OA進行診斷與及時的干預治療就尤為重要。T2*mapping是目前最新的軟骨生理磁共振成像技術，與其他成像技術相比，T2*mapping具有快速成像、高圖像分辨率以及能夠實現對軟骨各向同性的3D評估的優點，與T2 mapping一樣它也可以很容易的運用于臨床MRI系統中并通過相關軟件實現。本研究應用T2*mapping對膝關節半月板以及軟骨進行T2*值的測量，研究T2*mapping在早期OA中半月板與軟骨的定量評估以及OA半月板損傷與軟骨退變之間的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2016年8～11月到重慶醫科大學附屬永川醫院骨科就診的117例膝關節骨早期OA患者的臨床病史及影像學資料，納入標準為：膝關節疼痛及功能障礙時間大于2個月；X線片膝關節Kellgren-lawrence分級1～2級；關節活動有摩擦音；排除標準：外傷、骨折、腫瘤；有膝關節手術史；類風濕性關節炎及糖尿病患者。最后納入患者65例(共92個膝關節，140個損傷半月板)，其中男性39例，女性26例，年齡40～70歲，平均(57.20±12.57)歲，BMI平均(23.6± 2.43)kg/m2，在我院行3.0T膝關節MR常規檢查以及T2*mapping檢查。本研究經醫院倫理委員會討論并同意，受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法采用SIMENIS Verio 3.0T MR，膝關節8通道線圈，采集矢狀位T1W1(TR 619 ms，TE 11 ms，層厚4.0 mm，層間距2.5 mm，FOV 18 cm×18 cm，矩陣512×512，采集，激勵次數NEX1)，矢狀位和冠狀位脂肪抑制質子密度(fat suppressed proton density，FS-PD)像(TR 2 245 ms，TE 32 ms，層厚3 mm，層間距3.2 mm，FOV 18 cm×18 cm，矩陣512×512，NEX1)；矢狀位和冠狀位T2*mapping采用8回波GRE序列掃描，參數：TR 812 ms，TE為6.5 ms、15.6 ms、28.9 ms、35.4 ms、43.2 ms、52.7 ms、63.1 ms、72.8 ms，層厚5 mm，層間距2 mm，FOV 18 cm×18 cm，矩陣512×512，NEX2。

1.3 圖像處理所有圖像均傳輸至工作站PACS系統進行圖像融合，獲得的T2*mapping圖像與15.6 ms解剖像進行融合，調整色階，紅色表示T2*值高，藍色表示T2*值低，并將圖像導入Image J進行圖像感興趣區(ROI)的選取并測量T2*值。承重股脛關節根據Peterfy等[2]研究的方法劃分12個亞區：將股脛關節面分為股骨外側髁(lateral femoral condyle，LFC)、股骨內側髁(medial femoral condyle，MFC)、脛骨外側(lateral tibia，LT)、脛骨內側(medial tibia，MT)，在每一個矢狀位關節面又分為前、中、后三個亞區，并選取相應ROI；在內側半月板(medial meniscus，MM)與外側半月板(lateral meniscus，LM)前后角分別選取ROI；每個ROI測量三次取平均值，算出每個軟骨單元與半月板的平均值。

1.4 圖像評價由2名經驗豐富的骨關節影像專家在不知掃描技術及病情的情況下閱片，評價半月板的信號及形態。半月板退變依據Stoller[3]標準進行分級：0級：正常半月板，表現為均勻低信號，形態規則；1級：半月板內小片形或橢圓形高信號，病變為接觸半月板所對應的關節面；2級：半月板內高信號呈水平線狀，可達半月板關節囊邊緣，但不接觸半月板關節面；3級：半月板內高信號達半月板關節面。如果一側半月板存在2個或2個以上的Stoller分級，以最高級別為準。

1.5 統計學方法采用SPSS19.0統計軟件，計量資料以均數±標準差()表示，多組比較采用單因素方差分析，兩組間比較采用t檢驗；采用Pearson系數進行相關性分析。P＜0.05認為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 膝關節MRI半月板分級本研究納入92個膝關節184個內外側半月板。其中Stoller 0級44個，Stoller 1級35個，Stoller 2級63個，Stoller 3級42個，66.42%(93/140)的半月板損傷發生在內側半月板的前角或后角，見圖1、圖2。

2.2 內側半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值內側股骨、內側脛骨軟骨單元及內側半月板的T2*值在內側半月板損傷分級中差異有統計學意義(P＜0.05)，其中內側半月板損傷中，2、3級組MFC及MT的T2*值均高于0級組及1級組，且差異均有統計學意義(P＜0.05)(見表1)。MM 1級組T2*值高于MM 0級，MM 2、3級組T2*值高于MM 0級組、MM 1級組，差異均具有統計學意義(P＜0.05)，見表1。

2.3 外側半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值外側脛骨軟骨單元及外側半月板T2*值在外側半月板損傷分級中差異均有統計學意義(P＜0.05)，LT 2、3級組LT軟骨單元高于0級、1級組，MM 1級組T2*值高于MM 0級，MM 2、3級組T2*值均高于MM 0級組、MM 1級組，差異均具有統計學意義(P＜0.05)，見表2。

表1 內側半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值()

表1 內側半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值()

注：與MM 0級組比較，aP＜0.05；與MM 1級組比較，bP＜0.05。

組別MM 0級MM 1級MM 2、3級F值P值LFC(ms) 31.28±4.28 32.84±3.59 33.57±4.43 3.745 0.078 MFC(ms) 32.96±4.73 33.35±4.24 35.89±3.62ab5.362 0.006 LT(ms) 30.35±4.06 31.64±4.32 31.80±5.25 2.542 0.143 MT(ms) 30.68±4.21 32.16±3.39 36.55±5.07ab5.697 0.002 LM(ms) 8.73±2.53 9.12±2.84 9.20±2.45 2.341 0.162 MM(ms) 8.95±1.73 10.33±2.82a13.31±2.27ab6.413＜0.001

表2 外側半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值()

表2 外側半月板Stoller分級中軟骨單元與半月板T2*值()

注：與LM 0級組比較，aP＜0.05；與LM 1級組比較，bP＜0.05。

組別LM 0級LM 1級LM 2、3級F值P值MM(ms) 8.86±2.73 9.31±2.82 9.43±3.38 4.029 0.064 LFC(ms) 32.37±4.56 32.69±5.34 33.57±4.12 3.263 0.081 MFC(ms) 32.21±4.34 32.52±3.68 32.07±4.75 2.276 0.149 LT(ms) 30.35±4.06 31.64±4.32 33.57±4.65ab4.256 0.028 MT(ms) 31.12±3.78 32.16±4.81 32.35±4.20 3.523 0.073 LM(ms) 8.65±2.61 10.63±2.58a13.59±2.41ab6.368＜0.001

圖1 患者46歲，OA，女性

圖2 患者62歲，OA男性

2.4 軟骨單元T2*值與半月板T2*值的相關性內側半月板T2*值與內側股骨髁、內側脛骨軟骨單元T2*值呈正相關(r=0.45，P=0.028；r=0.56，P= 0.011)；外側半月板T2*值與外側脛骨軟骨單元T2*值呈正相關(r=0.40，P=0.036)。

3 討論

研究表明早期OA軟骨的組織與生理改變包含了膠原網格的破壞、蛋白多糖量減少以及水滲透性的增加[4]。在軟骨出現形態學改變之前，軟骨生理MRI成像技術能夠發現軟骨細胞外基質(extra cellular matrix，ECM)、氨基葡萄糖分子(glycosaminoglycans，GAGs)等生理方面的改變。諸多研究表明軟骨ECM中的膠原蛋白與GAG對于軟骨功能結構的穩定有著十分重要的作用，目前不斷發展的MRI技術定量檢測膠原蛋白與GAG等軟骨高分子物質含量的改變。

T2*mapping成像技術是在T2 mapping成像的基礎上開發出來的，與T2 mapping成像方式并不相同，T2*mapping采用的是多回波梯度序列，由于沒有180是聚相位脈沖，故T2*能夠反映自旋—自旋弛豫，并且具有成像較快的特點。T2*mapping與T2 mapping類似，T2值主要受水含量、膠原網格結構的影響，從而可用于定量評估軟骨的生理成分改變。Newbloud等[5]研究表明T2*值在早期OA患者膝關節軟骨較正常組T2*值升高，且差異有統計學意義。然而也有研究表明膝關節軟骨退變T2*值較正常人減少，這可能因為T2*mapping缺乏180聚相位脈沖，造成T2*弛豫時間對回波及磁化傳遞的敏感性降低[6]。

膝關節半月板是兩個月牙形的纖維軟骨，位于脛骨平臺內外側面。從半月板的形狀及部位來看，半月板的功能是為了穩定膝關節，傳遞膝關節負荷力以及保持關節內營養。由于半月板所起到的穩定載荷作用，維持了膝關節負重運動而不致損傷。半月板與關節軟骨類似，同樣含有膠原蛋白、蛋白多糖以及水分子組成的透明軟骨，但兩者成分組成比例并不一致[7]。國外研究表明半月板損傷與OA進程有相關性，當OA發生時，半月板也會進行性發生退變，導致半月板透明軟骨組成成分及形態發生相應的改變[8-9]。Rauscher等[10]在輕度OA、重度OA、健康者運用T1康與T2 mapping對半月板進行定量評估，證實了T1月、T2 mapping能夠監測出OA半月板退變的進程。T2*mapping機制可能是由于半月板中的膠原成分減少時，T2值隨之增加，同時半月板的水腫使得T2值進一步增加。半月板內部膠原成分的改變與膠原纖維的破壞均會造成水分子含量的增加，因此半月板早期變性與撕裂可被T2*mapping敏感的檢測出[11]。

本研究在Stoller 2、3級并未細分，原因在于2、3均為半月板線樣撕裂，其形態改變相似。T2*值在內外側半月板Stoller 0級，1級，2、3級均存在顯著差異(P＜0.05)。結果表明T2*mapping在半月板撕裂的2半月級與早期半月板退變能夠進行分辨。根據在OA患者中半月板中膠原纖維與含水量的改變，T2*mapping可定量檢測半月板變性到半月板撕裂的過程，可認為半月板早期退變是造半月板撕裂的重要因素。因此，在臨床上運用T2*mapping可能會成為診斷及檢測半月板退變的方法。定量MRI在評估半月板上較關節鏡更具有優勢，因為關節鏡只能在半月板表面觀察，而MR能夠檢查整個半月板的情況；此外膝關節半月板后角在關節鏡下難以觀察，會降低半月板損傷的檢出率[12]。最后，關節鏡僅能檢查出半月板損傷，但定量MRI能夠檢查出半月板早期的退變，早期檢測出可以通過內科治療干預患者后期進行外科手術的機會，大大減輕其負擔。

本研究為了排除重度OA KL 2～4級對于軟骨T2*值的影響，故納入輕度OA KL分級做為研究組。關于早期OA組中半月板與軟骨T2*值之間的關系見表1、2，在內側半月板Stoller 2、3級組內側股骨髁、內側脛骨軟骨單元T2*值顯著高于其余分級組相應的軟骨單元；而在外側半月板Stoller 2、3級組內側脛骨軟骨單元T2*顯著高于其余分級組。可能是因為半月板撕裂及承受的重力在身體力學上會對鄰近軟骨造成更大的重力作用從而導致T2*值的改變[13]。此外，本研究相關性分析也說明了半月板損傷的T2*值與鄰近軟骨損傷T2*值呈正相關。故本研究運用MRI的T2*mapping技術證實了半月板退變會對鄰近軟骨造成更嚴重的損傷，從而在臨床上對早期OA的診斷與治療策略提供了一定的幫助。

本研究樣本量較小，年齡跨度較大，未限定年齡范圍；且未設立健康對照組，不能較好地說明軟骨及半月板T2*值是否異常。未來我們會進一步增加樣本量，設立對照組，進一步完善研究。總之，T2*mapping MR成像技術可以對早期OA患者半月板退變進行定量評估，并可分析出半月板損傷與相鄰OA軟骨之間的關系，且兩者呈正相關。T2*mapping對于早期OA患者的臨床診斷、嚴重程度定量以及評估預后有著重要意義。

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Quantitative assessment of the correlation between meniscus and cartilage in early osteoarthritis with T2* mapping.

LIANG Xue-heng,YANG Quan,YU Jie,WEN Bin.Department of Radiology,Yongchuan Hospital of Chongqing Medical University,Yongchuan 402160,Chongqing,CHINA

ObjectiveTo assess the correlation between meniscus and cartilage in early osteoarthritis(OA) with T2*mapping.MethodsA total of 65 patients with early OA,who admitted to Department of Radiology of Yongchuan Hospital of Chongqing Medical University and underwent routine conventional MR sequences and mutil-echo gradient echo sequence for T2*mapping,were selected as the research subjects.The T2*values of menicus and cartilage in Stoller grade score system for internal and lateral meniscus injury of the patients were measured.ResultsFor medial meniscal tear,the T2*value of medial meniscus(MM)1 group was(10.33±2.82)ms,which was significantly higher than(8.95±1.73)ms of MM 0 group(P＜0.05).The T2*value of MM 2 and 3 group was(13.31±2.27)ms,which was significantly higher than the T2*value of MM 0 and MM 1 group(P＜0.05).For lateral meniscal tear,the T2*value of MM 1 group was(10.63±2.58)ms,which was significantly higher than(8.65±2.61)ms of MM 0 group(P＜0.05).The T2* value of MM 2 and 3 group was(13.59±2.41)ms,which was significantly higher than MM 0 and MM 1 group(P＜0.05). For medial meniscal tear,the T2*value of medial femoral condyle(MFC)and medial tibial(MT)in 2 and 3 grade was significantly higher than that in 0 grade and 1 grade;For lateral meniscal tear,the T2*value of lateral meniscus(LT)in 2 and 3 grade was significantly higher than that in 0 grade and 1 grade(P＜0.05).The T2*value of the medial meniscus was positively correlated with the T2*values of the MFC and MT(r=0.45,r=0.56);The T2*value of the lateral meniscus(LM) was positively correlated with the T2*value of the LT(r=0.40).ConclusionT2*mapping can quantitatively monitor the meniscal degeneration in early OA.There is a positive correlation between meniscal tear and adjacent to cartilage damage.

T2*mapping;Osteoarthritis(OA);Cartilage;Meniscus

R684.3

A

1003—6350（2017）16—2631—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.16.016

2017-02-08)

楊全。E-mail：2644738456@qq.com