老年性骨关节病影像学研究的现状与进展

王嵩 赵秋枫

王嵩 教授

我国已进入老龄化快速发展阶段，老年人中骨关节病的发病非常广泛，严重影响了老年患者的生活自理和行动能力，并使多种老年病如心脑血管疾病、代谢障碍疾病等易于进展加重。影像学检查在骨关节病变的诊断及治疗中不可或缺，现将影像学在常见老年性骨关节病研究的现状及进展总结如下。

1 退行性骨关节病

退行性骨关节病又称肥大性骨关节炎、骨关节炎或增生性关节炎等。是一种慢性进行性、非炎性关节病变。在老年人的下肢负重关节，特别是髋、膝关节最常见。病变以进行性关节软骨丧失为特点，伴有软骨修复反应、软骨下骨重塑和硬化，可形成软骨下骨囊肿和关节边缘性骨赘。

X线平片检查目前仍为首选的、最基本的检查方法，常用来了解病变的进展情况及疗效评价。可见关节间隙狭窄、软骨下骨密度增高和骨赘形成、关节面下囊肿、关节内游离体及晚期的半脱位改变。CT软组织分辨率高，较X线平片显示更细微的变化，能显示较复杂及深部的关节结构。同时，多层螺旋CT各向同性扫描，三维重组图像可用于假体的计算机辅助设计和制作，为关节置换术提供重要信息。X线平片及CT检查，主要显示软骨病损后骨质增生等的继发改变。核磁共振成像(MRI)是目前唯一能直接显示关节软骨的无创性手段，随着技术的发展，对关节软骨的评价已经从形态学发展为功能学，甚至是形态-功能关系的评价，便于早期发现病变。

MRI显示软骨损伤是依据软骨损伤的深度、损伤处残留软骨组织的量及软骨下骨损伤的程度。按照MRI上软骨表面是否光滑、软骨丢失程度将软骨病变分为5级(Recht标准)［1］:0 级，正常关节软骨;Ⅰ级，软骨分层结构消失，软骨内出现局灶性低信号区，软骨表面光滑;Ⅱ级，软骨表面轮廓轻至中度不规则，软骨缺损深度未及全层厚度的50%;Ⅲ级，软骨表面轮廓中度至重度不规则，软骨缺损深度达全层厚度50%以上，但未完全脱落;Ⅳ级，软骨全层缺损，软骨下骨质暴露伴或不伴软骨下骨质信号异常。三维双重回波稳态序列、稳态自由进动等新技术的发展，提高了软骨的分辨率及对比度，更清晰地显示软骨的厚度，便于对软骨的厚度及体积进行半定量或定量分析。

近年来，关节软骨MRI生理性成像技术的发展，可根据软骨中不同成分构成(水、蛋白多糖及胶原)进行成像，用于评价软骨基质成分的变化，反映软骨的病理生理状态。生理性成像包括T2图、T1ρ成像、延迟对比增强成像、弥散加权成像、磁化传递成像等。T2值受到关节软骨的水含量和胶原纤维方向的影响［2-3］。研究表明，关节软骨中水分的增加是软骨退变的一个早期表现，由于胶原纤维破坏和胶原成分改变及排列方式改变，导致了软骨组织中水分的增加，进而T2值延长［2］。Dunn 等［4］对比研究正常人和轻重度骨性关节炎病人膝关节软骨的T2值后发现，软骨的T2值随骨性关节炎的严重程度而升高。David-Vaudey等［5］认为监测关节软骨的早期退变，便要关注T2值差异最为显著的局部“活跃”的关节软骨。新近研究认为T2图能显示关节软骨生化成分的变化，能提供客观、定量指标去监测疾病进展并能潜在地指导治疗［6-7］。T1ρ成像主要评价处于射频脉冲磁场中的组织自旋驰豫值，该参数对蛋白多糖丢失具有非常高的敏感性和特异性。关节软骨的蛋白多糖丢失可以导致T1ρ值的增加，且两者间存在较强的相关性。静脉注射Gd-DTPA延迟扫描，对比剂进入关节软骨，使用多个反转恢复序列采集软骨T1图，反应软骨内蛋白多糖分布。软骨退变早期蛋白糖原减少，负电荷螯合物进入异常软骨的量增加，并在退化区域浓集［8-9］。Nojiri 等［10］研究表明，延迟对比增强成像能够显示关节软骨蛋白多糖的减少，有助于关节退变的诊断。通过监测软骨修复部位蛋白多糖含量，对评价修复后软骨生理状态很有帮助。弥散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)通过测量水分子的自由扩散程度，从而在分子水平评价其组织结构改变。骨关节炎时关节软骨内蛋白多糖及胶原崩解，水分子扩散明显加快，软骨的表观扩散系数增加，通过探测表观扩散率增加可判断是否有基质改变。磁化传递成像是依靠组织水质子与大分子内质子的磁化传递率不同而产生软组织对比，胶原基质结构及其含量变化是关节软骨磁化传递成像的基础，另外软骨磁化传递率值的空间分布也是有效反映软骨内胶原纤维结构情况的重要指标［11］。

同时，MRI可显示早期软骨下骨质增生硬化、小囊性变及软骨损伤下方的骨髓水肿、韧带及半月板损伤、关节积液、滑膜增厚等情况。软骨下方骨髓水肿在临床上有重要原因，其意味着骨关节炎处于快速进展期。韧带、半月板损伤及滑膜增厚仅能通过MRI显示。

2 骨质疏松症(osteoporosis，OP)

OP是一种全身性代谢性骨病，以单位体积内骨量减少和骨组织微结构破坏为特征，骨脆性增加，易发生骨折。主要原因是雌激素缺乏和钙质摄入不足，导致骨吸收大于形成，多见于中、老年人，尤其是绝经期女性。

在OP的诊断中，多数医院常规X线平片仍是最常用、首选的检查方法。其简单易行，且费用低，能观察骨骼形状、密度、骨小梁数量、形状、分布及皮质厚度，显示是否合并骨折、骨质增生及骨骼变形。但对OP诊断的准确度和敏感度均不高，X线平片只有当骨量减少 ＞30%时才有异常表现。CT扫描图像具有密度分辨率高和断面成像的特点，可显示OP的形态和密度改变，多排螺旋CT多平面重组的应用，可从多个角度观察OP引起的椎体变形、退变及邻近椎间盘膨出或突出，并在复杂或深部骨骼的骨折显示方面具有优势。

在OP的骨密度(bone mineral density，BMD)测定方面，世界卫生组织将双能X线吸收(dual energy X-ray absoptiometry，DEXA)测定BMD作为OP诊断的金标准。由于DEXA采用前后位投照，所测BMD值容易受到主动脉钙化、骨质增生和韧带钙化等因素的干扰，因此其敏感性受到了限制;同时其测量结果不是真正物理学上的BMD，而是骨皮质和骨松质的总和。定量CT(quantitative CT，QCT)是唯一可选择性测量骨皮质或骨松质骨矿含量的方法，对骨丢失多少和对治疗的反应更加敏感。但QCT的辐射剂量高，诊断软件还不普及，费用也相对较高，从而限制了QCT在临床的广泛应用。近年来，MRI随着其软硬件技术的发展，以安全无放射性、序列参数灵活多样性、多方位扫描、反映组织特异性、敏感性和分辨率高的优势，在OP的评价中逐渐受到学者的关注。

定量磁共振(quantitative magnetic resonance，QMR)，是通过其弛豫参数如T2、T2*及R2*值来研究骨小梁与骨髓交界面磁场梯度，以间接评价骨小梁空间排列的新方法［12］。Strolka 等［13］研究指出，跟骨的T2*值与BMD呈显著负相关，T2*值能预测骨折的危险性。Lammentausta等［14］研究表明骨髓磁敏感成像(T2*、R2*)结合骨容积分数，可更好预测骨小梁的生物力学强度和骨矿密度。随着MRI场强、线圈等软硬件技术不断提高发展，高分辨率MRI扫描矩阵达微米级，可对骨小梁结构立体结构进行定量分析，计算骨小梁数目、容积和间隔等定量指标，评价骨质量的变化。Krug等［15］分别应用 1.5T 及 3.0T MRI对6例正常青年人股骨近端骨小梁结构进行高分辨率扫描，发现3.0T与1.5T MRI测定结果有较好的相关性，虽然存在空间分辨率不足以及部分容积效应的影响，高分辨率MRI测定的表观结构参数仍与组织形态学测定结果存在高度相关。Chesnut等［16］对 91名绝经后OP女性分为降钙素鼻腔喷雾治疗组和安慰剂治疗组，高分辨率MRI测量桡骨远端和跟骨的骨小梁微结构，经2年随访观察发现治疗组桡骨远端的骨小梁没有明显丢失，而安慰剂组则显示有明显丢失，二者有显著性差异。动态增强MRI扫描，可显示局部组织的微循环灌注特点及血流动力学改变。Savvopoulou 等［17］利用动态增强 MRI研究不同年龄、性别和解剖部位(腰椎节段)对正常腰椎骨髓灌注参数的影响，发现上段腰椎(L1、L2)灌注参数明显高于下段腰椎(L3～L5)，且＜50岁人群的腰椎灌注明显高于≥50岁人群;女性腰椎灌注明显高于相同年龄的男性。Shin等［18］对69名女性的腰椎骨髓用动态增强MRI评价骨髓灌注并与BMD进行相关性分析发现，绝经后女性腰椎骨髓的峰值强化率与BMD显著性相关，而在绝经前女性，二者间没有相关性。磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)，利用MRI现象和化学位移作用，在体检测组织器官内部的生化成分和能量代谢的变化。随着MRI软硬件的发展，MRS也在不断扩展其临床应用，近来已有文献报道1H-MRS可在体无创检测出椎体骨髓内脂肪和水的含量。Yeung等［19］研究正常组、骨量减少组和OP组不同BMD人群1H-MRS，发现OP组和骨量减少组椎体脂肪含量与正常组均明显增多，而不饱和脂肪酸指数则明显减少;脂肪含量和不饱和脂肪酸指数呈显著性负相关。Griffith等［20-22］运用动态增强MRI、1H-MRS和DUXA分别研究健康男性和OP男性患者之间、不同BMD女性受检者之间，腰椎和近段股骨骨髓灌注、脂肪含量和BMD关系，结果显示OP组腰椎和股骨的骨髓灌注指数与正常组相比均明显下降，而相应的脂肪含量则较正常组均有明显增高。DWI利用水分子的扩散运动进行成像，反映人体组织病理生理状态下各组织成分的细胞内外水分子交换情况。Griffith等［21］研究表明在正常骨量、骨量减少和OP组之间表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)值没有显著性差异，ADC值和 BMD之间、ADC值和骨髓灌注指数之间均没有显著相关性，但ADC值和脂肪含量之间呈轻度正相关，这可能是由于椎体骨髓脂肪含量增加后导致扩散下降。

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