體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)彌散加權(quán)成像定量評(píng)價(jià)輕中度癥狀性膝骨關(guān)節(jié)炎患者髕下脂肪墊

譚 輝，王 斌，康武林，樊秋菊，袁普衛(wèi)*，李小群，王少彧

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，3.骨病科，陜西 咸陽 712000；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000；4.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司磁共振科研部，上海 201318)

膝骨關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis， KOA)是老年人最常見的慢性疾病之一，可造成明顯疼痛，嚴(yán)重降低患者生活質(zhì)量[1]。髕下脂肪墊(infrapatellar fat pad， IPFP)是位于膝關(guān)節(jié)囊內(nèi)、滑膜外的脂肪組織，其內(nèi)感覺神經(jīng)元豐富，是KOA患者感覺膝關(guān)節(jié)疼痛的主要原因之一[2]。KOA的重要影像學(xué)特征為質(zhì)子密度加權(quán)成像(proton density weighted image， PdWI)中IPFP內(nèi)出現(xiàn)高信號(hào)區(qū)[3]。目前相關(guān)研究多集中于觀察IPFP的形態(tài)學(xué)改變，或半定量描述其影像學(xué)特征[4-5]，針對(duì)IPFP信號(hào)的定量研究較少。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)彌散加權(quán)成像(intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging， IVIM-DWI)無需外源性對(duì)比劑即可獲得多種定量參數(shù)，包括真彌散系數(shù)(D)、假性彌散系數(shù)(D*)及灌注分?jǐn)?shù)(f)，已廣泛用于全身各系統(tǒng)疾病[6]。本研究觀察IVIM-DWI定量評(píng)價(jià)輕中度癥狀性KOA患者IPFP的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 納入2019年10月—2020年10月74例于陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院就診的輕中度癥狀性KOA患者，男20例，女54例；年齡45～71歲，平均(58.3±7.5)歲；平均身高(1.64±0.07)m，平均體質(zhì)量(65.55±10.75)kg，平均體質(zhì)量指數(shù)(body mass index， BMI)為(24.27±2.99)kg/m2；根據(jù)凱爾格倫-勞倫斯(Kellgren-Lawrence， K-L)放射學(xué)診斷分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，15例為Ⅰ級(jí)(輕度)、39例為Ⅱ級(jí)(輕度)、20例為Ⅲ級(jí)(中度)；西安大略和麥克馬斯特大學(xué)(Western Ontario and McMaster University， WOMAC)骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)[7]評(píng)分總分為(83.23±30.41)分，疼痛評(píng)分為(16.89±6.56)分。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡≥40歲，BMI<30 kg/m2；②符合骨關(guān)節(jié)炎診療指南(2018年版)[8]診斷KOA標(biāo)準(zhǔn)；③IPFP內(nèi)見PdWI高信號(hào)改變；④WOMAC疼痛評(píng)分中對(duì)至少一個(gè)問題的視覺模擬評(píng)分≥4分，且過去12個(gè)月內(nèi)在至少1個(gè)月中的大部分時(shí)間感膝關(guān)節(jié)不適。排除標(biāo)準(zhǔn)：①近6個(gè)月內(nèi)有膝關(guān)節(jié)急性創(chuàng)傷史、藥物治療史或關(guān)節(jié)內(nèi)注射史；②膝關(guān)節(jié)手術(shù)史；③合并結(jié)核性、痛風(fēng)性、化膿性及類風(fēng)濕性等炎癥性關(guān)節(jié)炎；④惡性腫瘤病史；⑤罹患其他影響骨、關(guān)節(jié)的代謝性疾病，如甲狀腺功能亢進(jìn)或腎衰竭等；⑥存在MR檢查禁忌證。同期招募30名年齡和性別匹配的健康志愿者作為對(duì)照組，男13例，女17例；年齡40～67歲，平均(55.5±6.7)歲；平均身高(1.68±0.07)m，平均體質(zhì)量(63.01±7.26)kg，平均BMI(22.30±2.05)kg/m2。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(編號(hào)：SZFYIEC-PJ-2019[3+])。檢查前受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T MR掃描儀，膝關(guān)節(jié)專用8通道線圈，囑患者仰臥，足先進(jìn)，采集膝關(guān)節(jié)矢狀位快速自旋回波(turbo spin echo， TSE)PdWI，TR 2340 ms，TE 40 ms，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，層厚4.0 mm，層間距0；以自旋回波-平面回波成像(spin echo-echo planar imaging， SE-EPI)采集IVIM-DWI，TR 3700 ms，TE 50 ms，b值=0、20、50、100、150、200、400及800 s/mm2，在3個(gè)方向上采集信號(hào)，NEX 6，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，層厚4.0 mm，層間距0，層數(shù)20，掃描時(shí)間6 min 23 s。

1.3 圖像分析 將圖像傳輸至Siemens Syngo.via工作站。由具有3年和8年骨骼肌肉系統(tǒng)診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師各1名以雙盲法閱片，觀察PdWI中IPFP是否存在高信號(hào)，意見分歧時(shí)經(jīng)討論達(dá)成一致。將IVIM圖像導(dǎo)入Body diffusion toolbox后處理軟件，避開IPFP中囊變、游離體及血管，分別在與KOA組IPFP內(nèi)PdWI高信號(hào)區(qū)對(duì)應(yīng)的IVIM參數(shù)圖上勾畫橢圓形ROI，存在多個(gè)高信號(hào)區(qū)時(shí)僅于最大區(qū)域進(jìn)行勾畫，同時(shí)選擇同層面最大正常信號(hào)區(qū)域勾畫鄰近正常信號(hào)區(qū)ROI；于對(duì)照組IPFP中盡可能勾畫最大橢圓形ROI；經(jīng)自動(dòng)計(jì)算得到ROI內(nèi)IVIM各參數(shù)值，即D、D*和f。每名醫(yī)師均測(cè)量3次，取平均值作為結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。行χ2檢驗(yàn)比較組間性別差異。以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，組間行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；比較KOA組PdWI高信號(hào)區(qū)、正常信號(hào)區(qū)及對(duì)照組間IVIM各參數(shù)，行單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。采用Pearson相關(guān)性分析評(píng)價(jià)KOA組PdWI高信號(hào)區(qū)IVIM各參數(shù)值與疼痛評(píng)分之間的相關(guān)性，|r|≥0.8為高度相關(guān)，0.5≤|r|<0.8為中度相關(guān)，0.3≤|r|<0.5為弱相關(guān)，|r|<0.3為無明顯相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本資料 KOA組與對(duì)照組性別(χ2=2.62，P=0.11)、年齡(t=1.76，P=0.08)及體質(zhì)量(t=1.19，P=0.25)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。KOA組患者身高顯著低于對(duì)照組(t=-2.82，P<0.01)，BMI顯著高于對(duì)照組(t=3.84，P<0.01)。

2.2 IVIM-DWI KOA組55例(55/74，74.32%)IPFP出現(xiàn)PdWI高信號(hào)區(qū)。KOA組IPFP內(nèi)PdWI高信號(hào)區(qū)的D、D*均明顯高于其正常信號(hào)區(qū)及對(duì)照組(P均<0.05)；KOA組PdWI正常信號(hào)區(qū)的D明顯高于對(duì)照組(P<0.05)；KOA組PdWI高信號(hào)區(qū)、正常信號(hào)區(qū)及對(duì)照組f差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見表1及圖1、2。

圖1 患者女，66歲，KOA(K-L Ⅱ級(jí)，WOMAC疼痛評(píng)分29分) A.膝關(guān)節(jié)矢狀位PdWI示IPFP內(nèi)高信號(hào)改變(箭)； B.于IVIM圖勾畫IPFP內(nèi)高信號(hào)區(qū)(上方紅圈)和正常信號(hào)區(qū)(下方紅圈)ROI； C.IVIM偽彩圖示IPFP內(nèi)PdWI高信號(hào)區(qū)呈高灌注(箭)

圖2 志愿者女，52歲 A.膝關(guān)節(jié)矢狀位PdWI示IPFP(箭)信號(hào)未見異常； B.于IVIM圖中IPFP內(nèi)勾畫ROI(紅圈)； C.IVIM偽彩圖IPFP內(nèi)灌注未見異常

表1 KOA組與對(duì)照組膝關(guān)節(jié)IVIM-DWI參數(shù)比較

2.3 相關(guān)性分析 KOA組IPFP高信號(hào)區(qū)D與疼痛評(píng)分呈中度正相關(guān)[r=0.770(0.595,0.889)，P<0.001]；D*與疼痛評(píng)分呈弱正相關(guān)[r=0.387(0.117,0.562)，P=0.047]；f與疼痛評(píng)分無明顯相關(guān)[r=-0.228(-0.471,0.037)，P=0.051]。

3 討論

KOA患者常存在持續(xù)性膝關(guān)節(jié)疼痛，約70%患者IPFP存在PdWI高信號(hào)改變[9]，且該區(qū)域存在慢性炎癥[10]。既往多基于膝骨關(guān)節(jié)炎MRI評(píng)分系統(tǒng)對(duì)IPFP內(nèi)是否存在高信號(hào)及其范圍進(jìn)行半定量評(píng)價(jià)[11]。本研究采用IVIM-DWI定量評(píng)估癥狀性KOA患者IPFP高信號(hào)改變。

IVIM采用雙指數(shù)模型，利用多b值DWI擬合得到多個(gè)定量參數(shù)，可在不使用對(duì)比劑的情況下同時(shí)獲得反映組織內(nèi)水分子彌散和灌注的信息。IPFP是膝關(guān)節(jié)內(nèi)最大的脂肪組織，又稱“Hoffa脂肪墊”，主要功能為穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)，生理情況下通過潤滑、緩沖震蕩以保護(hù)膝關(guān)節(jié)。本研究KOA組IPFP內(nèi)PdWI高信號(hào)區(qū)的D顯著高于鄰近正常信號(hào)區(qū)和對(duì)照組。D代表體素內(nèi)真實(shí)的水分子彌散運(yùn)動(dòng)，KOA患者IPFP內(nèi)高信號(hào)區(qū)D升高的原因可能在于受到長期生物力學(xué)影響，慢性機(jī)械摩擦或撞擊引起血管擴(kuò)張而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)水腫。WANG等[12]認(rèn)為可根據(jù)IPFP高信號(hào)強(qiáng)度改變預(yù)測(cè)KOA發(fā)生。本研究KOA組IPFP內(nèi)PdWI正常信號(hào)區(qū)的D高于對(duì)照組。IPFP具有內(nèi)分泌功能，細(xì)胞表型與皮下脂肪不同。FAVERO等[13]發(fā)現(xiàn)KOA患者IPFP中與炎癥浸潤相關(guān)的單核細(xì)胞趨化蛋白-1和白細(xì)胞介素-6顯著升高；據(jù)此推測(cè)KOA患者正常信號(hào)區(qū)PdWI雖無明顯改變，但可能已存在炎癥細(xì)胞浸潤，導(dǎo)致IPFP功能改變，而D可作為判斷IPFP早期炎癥改變的影像學(xué)參數(shù)。

D*代表體素內(nèi)微循環(huán)灌注相關(guān)彌散運(yùn)動(dòng)。IPFP與其他部位脂肪組織不同，內(nèi)含豐富血管網(wǎng)，可分泌血管內(nèi)皮生長因子引起小葉間隔膜增厚和血管化，導(dǎo)致微循環(huán)灌注發(fā)生改變。本研究發(fā)現(xiàn)KOA組IPFP內(nèi)PdWI高信號(hào)區(qū)的D*較鄰近正常信號(hào)區(qū)和正常對(duì)照組均顯著升高。MENEGHINI等[14]報(bào)道，切除IPFP后，KOA患者關(guān)節(jié)疼痛感提高2倍以上，故對(duì)KOA患者行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎切除IPFP，或至少保留其“密集血管區(qū)”。本研究KOA組PdWI高信號(hào)區(qū)、正常信號(hào)區(qū)及對(duì)照組f均無顯著差異，可能原因在于IPFP內(nèi)脂肪比例高，脂質(zhì)成分導(dǎo)致f被低估。

IPFP受脛后神經(jīng)分支支配，對(duì)疼痛較為敏感。ONUMA等[15]認(rèn)為IPFP的纖維化改變可形成新的血管和感覺神經(jīng)纖維末梢，與長期疼痛相關(guān)。PAN等[16]對(duì)1 100名社區(qū)人群進(jìn)行隊(duì)列研究，發(fā)現(xiàn)女性IPFP矢狀位最大面積與膝關(guān)節(jié)WOMAC疼痛評(píng)分呈負(fù)相關(guān)；但該研究僅描述了IPFP的形態(tài)學(xué)改變。本研究結(jié)果顯示，KOA患者IPFP高信號(hào)區(qū)的D與疼痛評(píng)分呈中度正相關(guān)，D*則與疼痛評(píng)分呈弱正相關(guān)，提示IVIM定量參數(shù)可在一定程度上反映該區(qū)域組織水腫和血管化，而這些變化可能是導(dǎo)致KOA患者膝關(guān)節(jié)疼痛的原因之一。

綜上所述，IVIM-DWI可無創(chuàng)、定量評(píng)估IPFP內(nèi)水分子彌散和微循環(huán)灌注改變，D或可作為評(píng)價(jià)癥狀性KOA嚴(yán)重病變程度的潛在生物學(xué)標(biāo)記物。但本研究為單中心回顧性研究，樣本數(shù)有限，且僅納入輕中度KOA患者，有待進(jìn)一步觀察。