早期膝骨關(guān)節(jié)炎軟骨 T₂ -mapping成像定量分析與滑液中IL-1含量的相關(guān)性

[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(guó)老齡人口增加，骨關(guān)節(jié)炎患者日益增多[1]，其主要癥狀為關(guān)節(jié)疼痛，而關(guān)節(jié)內(nèi)炎癥與臨床疼痛癥狀相關(guān)，如炎癥持續(xù)存在，會(huì)加快骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展[2]。目前，臨床評(píng)價(jià)骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度主要依靠影像學(xué)形態(tài)學(xué)改變；評(píng)價(jià)關(guān)節(jié)炎炎癥程度及活動(dòng)進(jìn)展依靠關(guān)節(jié)液實(shí)驗(yàn)室檢查，但其為有創(chuàng)性檢查。本研究探討早期膝骨關(guān)節(jié)炎MRI T₂ -mapping成像測(cè)量的 T₂ 值與滑液中白細(xì)胞介素1（IL-1）相關(guān)性，為骨關(guān)節(jié)炎的臨床診斷及治療提供影像學(xué)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(guān)節(jié)疼痛診斷為早期骨關(guān)節(jié)炎（早期關(guān)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)： ① 經(jīng)臨床或影像學(xué)檢查診斷為早期骨關(guān)節(jié)炎； ② 行 3.0T MRI檢查； ③ 經(jīng)關(guān)節(jié)鏡證實(shí)為關(guān)節(jié)軟骨損傷為 1～2A 級(jí)（軟骨損傷分級(jí)2：0級(jí)，正常軟骨。1級(jí)，軟骨形態(tài)正常，局部水腫或纖維化。2A級(jí)，軟骨損傷小于軟骨厚度的 50% 2B級(jí)，軟骨損傷大于軟骨厚度的 50% ，但未累及全層。3級(jí)，軟骨損傷累及軟骨全層）。排除標(biāo)準(zhǔn)：因外傷、類風(fēng)性關(guān)節(jié)炎、腫瘤、手術(shù)吏等其他原因?qū)е碌年P(guān)節(jié)炎或疼痛。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批號(hào)：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(guān)節(jié)專用線圈。患者取仰臥位，足先進(jìn)，膝關(guān)節(jié)伸直后外旋 15^° 。掃描參數(shù)： ① 矢狀位 T₁WI ，TR 595ms ，TE 20ms ，層厚3mm ，層距 1mm ，視野 160mm×160mm ，激勵(lì)次數(shù)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(lì)次數(shù)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(lì)次數(shù)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(lì)次數(shù)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(shù)20層，視野 160mm×160mm ，矩陣320×256 ，激勵(lì)次數(shù)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(guān)節(jié)軟骨的 T₂ -mapping偽彩圖，調(diào)節(jié)預(yù)設(shè)中窗寬、窗位，獲得膝關(guān)節(jié)軟骨最佳偽彩圖，清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨。如膝關(guān)節(jié)軟骨顯示不清，可參考膝關(guān)節(jié)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(yī)師測(cè)量數(shù)據(jù)，ROI大小為 4～5mm² ，分別測(cè)量股骨內(nèi)、外側(cè)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(nèi)外側(cè)髁關(guān)節(jié)軟骨的 T₂ 值，測(cè)量時(shí)負(fù)重區(qū)及非負(fù)重區(qū)各選取3個(gè)ROI，取其平均值作為相應(yīng)軟骨的 T₂ 值，測(cè)量時(shí)注意避開(kāi)關(guān)節(jié)軟骨外結(jié)構(gòu)的影響。

1.4IL-1含量測(cè)量方法

無(wú)菌條件下抽取關(guān)節(jié)腔積液約 1mL ，置于冰箱冷藏。IL-1含量采用化學(xué)發(fā)光法測(cè)定（試劑盒由四川沃文特生物科技有限公司生產(chǎn)），檢測(cè)須在3d內(nèi)完成。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，腔骨、股骨承重面及非承重面關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值與關(guān)節(jié)滑液中IL-1含量的相關(guān)性行Pearson相關(guān)分析。以 Plt;0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1膝關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值

股骨內(nèi)骨承重面關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值為 40.51～54.43ms ，平均（ （47.87±2.77）ms ；非承重面關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值為 43.01～47.71ms ，平均 （45.31±2.17）ms 。股骨外承重面關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值為 39.86～48.43ms ，平均 （44.87±3.27）ms ；非承重面關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值為44.31～48.91ms ，平均 （46.31±3.37）ms 。脛骨內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值為 39.49～51.21ms ，平均（ 46.31± 2.67）ms ;脛骨外髁關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值為 40.59～46.71ms ，平均 （43.19±2.67）ms 0

2.2 膝關(guān)節(jié)滑液中IL-1含量

膝關(guān)節(jié)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(guān)性分析

Pearson相關(guān)分析顯示，股骨內(nèi)髁承重面及脛骨內(nèi)髁關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值與滑液中IL-1含量呈正相關(guān)（ r= 0.848，0.849；均 Plt;0.001 （圖1，2）。股骨內(nèi)非承重面、腔骨外、股骨外髁承重面及非承重面、腔骨外關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值與滑液中IL-1含量均無(wú)相關(guān)性。

3討論

3.1 T₂ -mapping及關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值

骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)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(guān)節(jié)其他組織。目前影像學(xué)檢查僅能顯示骨關(guān)節(jié)炎的形態(tài)學(xué)改變，只有在軟骨發(fā)生水腫、缺損、軟骨下骨水腫等改變時(shí)才有影像學(xué)改變，無(wú)法行定量分析。 T₂ -mapping是一種較成熟的MRI技術(shù)，其利用多回波快速自旋回波序列進(jìn)行掃描，可在同一個(gè)TR內(nèi)給予不同TE進(jìn)行掃描，同時(shí)獲得多個(gè)TE的 T₂WI 圖像，將采集到的原始圖像傳至后處理軟件，可計(jì)算出關(guān)節(jié)軟骨每個(gè)體素的 T₂ 值，同時(shí)通過(guò)窗寬、窗位調(diào)節(jié)形成 T₂ 偽彩圖[4-6]關(guān)節(jié)軟骨屬于透明軟骨，由4層結(jié)構(gòu)組成[7]，當(dāng)關(guān)節(jié)軟骨損傷時(shí)，關(guān)節(jié)軟骨厚度、形態(tài)，以及內(nèi)部組織成分、含量、排列順序等發(fā)生改變，導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值變化。 T₂ -mapping可測(cè)量關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值，即使關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)未發(fā)生變化， T₂ 值變化也可反映內(nèi)部組織成分及含量、排列順序等改變，從而實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨量化分析[8-9]。骨關(guān)節(jié)炎時(shí)關(guān)節(jié)軟骨排列順序及結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，尤其是膠原網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的破壞，使關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)分子含量增加，從而使損傷區(qū)域的關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值增加，研究證明關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值增加程度與損傷程度相關(guān)，可通過(guò) T₂ 值改變區(qū)分正常關(guān)節(jié)軟骨與損傷關(guān)節(jié)軟骨及損傷程度[10]

3.2關(guān)節(jié)液IL-1含量與關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值的相關(guān)性

骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)軟骨損傷會(huì)導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)部結(jié)構(gòu)代謝異常，尤其是關(guān)節(jié)液內(nèi)炎性因子會(huì)干擾正常關(guān)節(jié)軟骨增殖及自我修復(fù)[1]。每種炎癥因子導(dǎo)致的骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)軟骨損傷加重機(jī)制不同，研究發(fā)現(xiàn)膝骨關(guān)節(jié)炎病變是否進(jìn)展及嚴(yán)重程度與關(guān)節(jié)液中炎癥因子的含量相關(guān)，其存在也預(yù)示骨關(guān)節(jié)炎會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，因此測(cè)量關(guān)節(jié)液中的炎癥因子可預(yù)測(cè)骨關(guān)節(jié)炎是否進(jìn)展及骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度[12]。研究表明，外周血漿中ⅡL-1水平與膝骨關(guān)節(jié)炎的嚴(yán)重程度及是否進(jìn)展呈正相關(guān)[13]。另有研究表明，膝骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)滑液中IL-1含量越高，關(guān)節(jié)軟骨的損傷程度越重[14]本研究中膝骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)滑液中IL-1含量與股骨內(nèi)負(fù)重區(qū)及脛骨內(nèi)側(cè)骨關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值呈正相關(guān)。依據(jù)膝骨關(guān)節(jié)炎關(guān)節(jié)滑液中IL-1含量與關(guān)節(jié)軟骨損傷呈正相關(guān)，推測(cè)骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度及是否進(jìn)展與股骨內(nèi)髁負(fù)重區(qū)及脛骨內(nèi)側(cè)髁關(guān)節(jié)軟骨損傷相關(guān)，因此可推測(cè)股骨內(nèi)負(fù)重區(qū)及腔骨內(nèi)髁軟骨損傷是骨關(guān)節(jié)炎進(jìn)展的主要原因，骨關(guān)節(jié)炎治療應(yīng)注重股骨內(nèi)髁負(fù)重區(qū)及脛骨內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)。關(guān)節(jié)滑液中IL-1含量可作為膝骨關(guān)節(jié)炎的生物標(biāo)志物評(píng)估其嚴(yán)重程度和治療效果。但I(xiàn)L-1含量的測(cè)定為有創(chuàng)檢查，限制了其在臨床的應(yīng)用。

隨著年齡增大，MRI示膝關(guān)節(jié)軟骨厚度降低明顯，其中以股骨內(nèi)側(cè)髁負(fù)重區(qū)及腔骨內(nèi)髁軟骨厚度下降最明顯，軟骨厚度的降低代表著關(guān)節(jié)軟骨損傷的程度，股骨內(nèi)側(cè)髁非負(fù)重區(qū)及脛骨外髁關(guān)節(jié)軟骨厚度變化輕微，損傷程度較輕，關(guān)節(jié)軟骨的 T₂ 值變化較小。本研究顯示，關(guān)節(jié)滑液中的IL-1含量與非負(fù)重區(qū)關(guān)節(jié)軟骨的 T₂ 值無(wú)相關(guān)性。

綜上所述，股骨內(nèi)髁負(fù)重區(qū)及脛骨內(nèi)髁關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值與滑液中IL-1含量呈正相關(guān)， T₂ 值變化反映骨關(guān)節(jié)炎炎性因子的活動(dòng)，可間接反映骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度及是否進(jìn)展。 T₂ -mapping成像可作預(yù)測(cè)骨關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度及活動(dòng)期的一種無(wú)創(chuàng)性檢查方法。

圖1股骨內(nèi)骨負(fù)重區(qū)關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值與滑液中白細(xì)胞介素-1（IL-1）含量的散點(diǎn)圖圖2脛骨內(nèi)骨關(guān)節(jié)軟骨 T₂ 值與滑液中IL-1含量的散點(diǎn)圖

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（收稿日期 2024-06-09）

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（收稿日期 2024-09-01）