踝关节剥脱性骨软骨炎微骨折术后修复组织的MRI定量评估

鹿蓉，乔洋，陶虹月，尚西亮，冯晓源，陈爽

剥脱性骨软骨炎（osteochondritis dissecans，OCD）是一种关节软骨及软骨下骨的特发性病变，好发于青年男性，常累及负重关节[1]。目前，临床常用的治疗OCD的方法包括关节镜下灌洗术、关节清理术、软骨下钻孔术、微骨折术、自体或异体骨软骨移植术和软骨细胞移植术等[2]。其中，微骨折术的术后随访结果显示临床疗效显著，患者能及早恢复运动状态，因此这种方法目前是踝关节OCD的一线治疗方案[3]。然而，目前临床上对踝关节OCD微骨折术后修复情况的评估主要依据临床疗效评分，这种评估方式的主观性强，缺乏客观、准确的评估体系。关节镜检查虽然是金标准，但属有创操作，并且只能评估修复组织表面的情况，无法了解内部的构成，限制了其在术后随访中的应用，而MRI具有多方位、多序列、多参数成像及组织分辨率高等优点，是目前唯一能有效显示关节软骨的无创性检查手段。近几年来关节软骨的MRI研究及应用受到各国学者的重视，但几乎所有的临床研究都是针对膝关节的，对踝关节微骨折术后修复组织进行MRI评估，尤其是MRI定量评估的更是为数不多。本研究中将踝关节OCD微骨折术后的随访分为两个时间段，采用MR形态学成像序列即3D双回波稳态进动 序 列（double echo steady state sequence，3DDESS）来测量修复组织的厚度，功能学序列T2-mapping来测量修复组织的T2值，同时增加了对骨髓水肿（bone marrow edema，BME）敏感的T2STIR序列来测量修复区下BME的体积，通过修复厚度、组织生化构成、BME三个定量指标来评估微骨折术后软骨修复情况以及修复组织随着时间的变化情况，并结合临床疗效评分，对踝关节OCD微骨折术后软骨修复进行全面评估。

材料与方法

1.研究对象

2010-2012年在本院运动医学科行微骨折术治疗的踝关节OCD患者20例，患者在术后3～12个月（早期）及12～24个月（中期）分别进行两次踝关节MRI扫描及临床疗效评分[4]。病例纳入选标准：①临床诊断为踝关节OCD的患者；②符合微骨折治疗的适应证，软骨缺损直径＜1.5cm[5]；③年龄＜50岁；④身体质量指数（body mass index，BMI）＜24kg／m2；⑤病史不超过12个月。排除标准：①合并严重肌腱、韧带损伤；②踝关节畸形、内外翻力线不良；③全身性骨软骨炎；④踝关节局部多发损伤；⑤骨髓基础病变；⑥有同侧踝关节手术史；⑦术后未按常规进行康复治疗；⑧随访过程中出现再次损伤、过度运动、新生骨髓病变及使用激素类药物。

2.手术操作方法

关节镜下找到软骨损伤区域，用刨刀和刮匙清理松动变形的软骨碎片和游离软骨，使损伤区周围的正常软骨边缘光整，然后用刮匙刮除损伤区残留的软骨钙化层，暴露软骨下骨板[6]。使用关节镜手锥在软骨下骨板上打孔，制造微骨折，孔径约1～2mm，孔间间隔约2～3mm，孔深度约3～4mm，以见脂肪滴或孔中渗血为度，孔间彼此必须是独立的，不能损坏其间支撑的软骨下骨板[4]。术后，患者手术侧踝关节固定7天，之后进行为期8周的小范围、非负重康复训练，在术后6个月内不能进行剧烈的负重运动。

3.MRI扫描方法

使用Siemens Verio 3.0T高场MR仪及后处理工作站（VB17软件），选用8通道相控阵头颅线圈。患者踝关节取伸直位，仰卧位足先进，以矢状面作为主要观察平面，扫描序列及参数见表1。

表1 MR扫描序列及参数

4.MR定量测量方法

修复厚度指数：在3D-DESS矢状面图像上取修复区最大截面所在层面，采用5点法（中心区、两侧边缘区、两侧直径的1／4区）测量软骨下骨板至修复组织上缘的厚度，取平均值，同时测量周围正常软骨的平均厚度，计算修复厚度与正常软骨厚度之比，即厚度指数[7]。

T2指数：在T2-mapping图像上取修复区所在层面（3～4层），在修复区勾画感兴趣区（region of interest，ROI），测量修复组织的平均T2值；在相同层面测量修复区两侧正常软骨的T2值，求平均值；计算修复区T2值与周围正常软骨T2值的比值，即为T2指数[8]。

绘制T2值空间分布色阶图（T2-mapping图）：应用Siemens工作站上的VB17软件，在T2-mapping修复区最大层面，在修复区域勾画ROI，设定色阶图各参数值，绘制软骨的T2-mapping图。

BME体积：在T2STIR矢状面图像上测量修复区下BME区域的上下径和前后径，在T2STIR冠状面图像上测量BME的左右径，采用椭球体体积公式计算BME体积[9]。

5.临床疗效评分

临床疗效采用 美国矫形外科学会足部及踝关节协会（American Orthopaedic Foot and Ankle Society，AOFAS）评分系统进行评估，AOFAS评分≥90为临床疗效显著，80～89为疗效良好，70～79为疗效一般，＜70为疗效不佳[10]。

6.统计学方法

使用SPSS 19.0软件进行统计学分析。采用配对t检验比较术后早期和中期的MRI定量参数（厚度指数、T2指数、BME体积）及AOFAS评分的差异，用Pearson相关分析评估定量MRI参数与AOFAS评分的相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

本研究中20例患者术后早期的平均随访时间为（8.5±2.6）个月，术后中期为（19.4±3.0）个月。两次随访的MRI定量参数及AOFAS评分结果见表2。

表2 术后早中期MRI各测量值及AOFAS评分

微骨折术后中期的骨修复组织的厚度指数大于早期（图1、2），差异有统计学意义（P＜0.05）。但是，修复厚度低于正常软骨厚度，说明大部分病例损伤软骨仍未得到完全填充。术后中期修复组织的T2指数小于早期，差异有统计学意义（P＜0.05）；术后早期T2指数明显大于1.000，即修复组织的T2值显著高于正常软骨；术后中期T2指数接近1.000，即修复组织的T2值接近或略大于正常软骨，说明多数修复组织逐渐成熟，接近于正常软骨。在T2-mapping图上可以看到，术后早期修复区相对于周围正常软骨主要呈现红黄色，颜色分布不规律，看不到分层现象，而术后中期修复区主要以绿色为主、混杂有少许蓝色，部分病例以蓝色为主，出现轻度分层现象（图1b、2b）。术后中期修复区下BME范围小于早期（图1d、2d），差异有统计意义（P＜0.05），说明随着修复的进行，损伤区下骨髓水肿的范围逐渐缩小。

术后中期患者的AOFAS评分大于术后早期，差异有统计学意义（P＜0.05），提示微骨折术后中期患者的临床症状较早期有明显改善。术后早期，有2例（10%）患者的AOFAS评分低于70，提示临床疗效不佳；7例（35%）的临床疗效显著或良好，11例（55%）的疗效一般；术后中期，所有患者的AOFAS评分均高于70，其中17例（85%）临床疗效良好或显著，3例（15%）疗效一般。

图1 踝关节OCD微骨折术后3D-DESS序列矢状面图像。a）术后早期图像，示踝关节损伤修复区软骨较薄且表面不平整（箭）；b）术后中期图像，示踝关节损伤修复区软骨表面稍欠光整（箭）。

图2 踝关节OCD微骨折术后T2-mapping序列矢状面图像。a）术后早期图像，示踝关节损伤修复区软骨主要呈现红黄色，颜色分布不规律，无明显分层现象（箭）；b）术后中期图像，示踝关节损伤修复区软骨主要为绿色与蓝色，出现轻度分层现象（箭）。

图3 踝关节OCD微骨折术后T2-STIR序列图像。a）术后早期矢状面图像，示踝关节损伤修复区下BME范围较大，明显呈高信号（箭）；b）术后中期矢状面图像，示踝关节损伤修复区下BME范围较小，呈稍高信号（箭）；c）术后早期冠状面图像，示踝关节损伤修复区下BME范围较大，局部明显呈高信号（箭）；d）术后中期冠状面图像，示踝关节损伤修复区下BME范围较小，呈稍高信号（箭）。

对所有患者的三个MR定量参数与患者的AOFAS评分分别进行相关性分析（图3～5），结果显示：修复组织的厚度指数、T2指数及修复区下BME体积与AOFAS评分均存在相关关系（r＝0.412、-0.531和-0.357，P＜0.05）。上述结果表明，踝关节OCD微骨折术后，随着损伤区逐渐填充和修复组织逐渐成熟，BME范围逐渐缩小，患者临床症状得到改善。

讨 论

1.踝关节OCD治疗与术后评估的研究背景

OCD是关节软骨及软骨下骨的特发性病变，好发于青年男性，常累及负重关节[1]。其具体发病机制不明，运动损伤等机械性因素以及退行性骨性关节炎等可能是关节OCD的主要病因。目前，OCD临床常用的治疗方法包括关节镜下灌洗术、关节清理术、软骨下钻孔术、微骨折术、自体或异体骨软骨移植术和软骨细胞移植术等[2]。微骨折术是骨髓刺激技术的一种，主要方法是在关节软骨缺损区裸露的软骨下骨进行钻孔，依靠骨髓血间充质干细胞的分化以及软骨下骨的血供来完成软骨缺损修复过程。作为修复关节软骨损伤的关节镜下技术，其操作较简单、无需特殊器械、创伤小、并发症少、且保留了进一步进行其它手术治疗的机会，是目前临床修复踝关节OCD的一线治疗方案[3]。损伤区的修复情况（包括修复厚度和组织生化构成）决定了软骨修复术后的临床疗效，填充比例越高、修复组织与透明软骨同源性越高，则临床疗效与远期预后较好[11]，因此，OCD微骨折术后的评估需从这两方面进行。

MRI具有多方位、多序列、多参数成像及组织分辨力高等优点，是目前唯一能有效显示关节软骨的无创性检查手段。胫距关节内的关节软骨较薄，厚度一般为0.4～2.1mm，因此，MRI在显示踝关节软骨时对其空间分辨力及信噪比的要求较高，成像时易产生部分容积效应，对运动伪影敏感，使观察和测量软骨形态学及生化信息存在一定的困难。对此，踝关节软骨的MRI对软硬件方面都提出了极高要求：需具备1.5T及以上高场强MR机，专用踝关节线圈（正交或相控阵线圈）或表面线圈，采用并行采集技术等。本研究中采用Siemens 3.0T高场强MR机相控阵头颅线圈对踝关节微骨折术后随访患者进行MRI扫描。

传统的显示软骨形态学改变的MRI序列如快速自旋回波（fast spin echo，FSE）序列、脂 肪抑制（fat suppression，FS）序列等，不能清晰显示踝关节软骨[12]。近年来，出现了很多新的优异的软骨3D成像序列，其中3D-DESS通过在稳态中两次回波的联合作用，使关节软骨成像具有各向同性和空间分辨力高的优点，对踝关节软骨的形态学改变非常敏感，能很好地显示修复厚度[8]。软骨在此序列图像上表现为中等信号，与高信号的滑液和低信号的骨髓形成良好对比。本研究中采用该序列来测量术后修复组织的厚度。STIR即短反转时间恢复序列，能抑制骨髓腔内的脂肪信号，使脂肪信号明显下降，而水肿信号不下降，从而使二者形成鲜明的对比。此序列是目前公认的判断BME范围、程度的最佳序列，因此，本研究中采用STIR图像来测量修复区下BME的体积。

随着MRI技术的发展，对关节软骨的评估已从形态学发展为功能学，并开始对软骨组织的生化构成进行定量研究[13]。T2-mapping序列就是最主要的代表之一，它能反映修复组织的横向弛豫时间[14]。Ⅱ型胶原纤维由软骨细胞生成，是软骨基质中重要的成分之一，T2值是反映Ⅱ型胶原含量、排列分布的一个功能指标[15]。T2-mapping是T2值的空间分布图，能直观形象地反映II型胶原纤维的排列分布情况。因此，本研究中采用T2-mapping序列来测量修复组织T2值并绘制T2-mapping图来反映修复区II型胶原纤维的性状[16]，并可间接反映组织生化构成情况。

2.术后不同随访时间修复组织的定量MRI参数的差异

微骨折术后，损伤区逐渐由修复组织填充，但在术后中期仍未达到完全填充。Lee等[10]对踝关节软骨损伤微骨折术后12个月的患者进行二次关节镜探查，发现损伤区未得到完全填充，这与本研究3D-DESS序列显示的结果相似；Frisbie等[17]在马软骨损伤模型上进行微骨折术的研究结果显示，术后损伤区填充约达三分之二。

术后早期损伤区血凝块形成，骨髓间充质细胞迁移，软骨开始分化，修复组织不成熟[16]，生成的II型胶原纤维含量少，排列紊乱，易产生魔角效应[5]，此时期的T2值明显大于正常软骨，同时也说明微骨折术后1年内是修复组织开始形成的关键时期，修复组织逐渐进入成熟阶段，此期应严格按照康复方案进行关节训练，避免剧烈负重运动。随着时间的延长，修复组织的T2值逐渐减低，中期随访的T2指数低于早期，此期，修复组织逐渐成熟，生成的Ⅱ型胶原纤维增多、排列规整，相应的T2值可见明显下降、接近甚至低于正常软骨。我们[2]之前的动物实验及其他学者[17]的实验研究已证实，微骨折术后主要以纤维软骨修复为主，修复区的T2值逐渐下降，最终低于正常软骨；Domayer等[8]和Kreuz等[18]对膝关节微骨折术后的随访显示，术后2年以上可见修复区的T2值低于周围正常软骨。此外，T2-mapping图在膝关节微骨折术后随访中的应用价值也已经被不少学者所证实[15]，同样的技术应用到踝关节也得到了肯定[19]。软骨基质内Ⅱ型胶原纤维有规律的排列是T2-mapping图上软骨出现分层现象的组织学基础，本研究术后中期随访时T2-mapping图上可见修复区大部分 呈绿色、混杂少许蓝色，T2值接近正常软骨，仅小部分呈蓝色，并出现轻度分层现象，T2值略低于正常软骨，这说明踝关节OCD微骨折术后1～2年内，修复组织还处于逐渐成熟过程中，因此，临床上应至少随访2年以才能准确判断临床疗效。

综上所述，踝关节OCD微骨折术后修复组织逐渐填充、逐渐成熟，在术后随访过程中，如果出现了修复区的塌陷或T2值较前增高，则反映了修复的异常，特别是T2值能在修复组织形态学发生改变前敏感地显示胶原纤维的断裂、排列紊乱，能早期发现修复异常，从而指导临床及早采取治疗措施。

此外，在微骨折术后随访患者中，我们发现修复区下均有不同程度的BME，BME的范围和程度在个体间的差异较大，术后中期随访时修复区下BME范围较术后早期缩小。很多学者曾发现软骨下BME的出现和程度与软骨异常存在一定的相关性。Kijowski等[20]报道，关节镜证实的有软骨损伤的患者中60%伴有软骨下BME，并且软骨损伤程度越高，BME出现的概率越大。也有研究也发现，软骨下BME的范围和程度与软骨损伤的程度及临床症状存在相关性，Ⅲ、Ⅳ级软骨损伤往往伴有较大范围的BME，手术或保守治疗后随访过程中出现BME或BME加重者常表现为疼痛明显、功能受损、日后需行关节置换术的概率高，而无BME或BME减轻者的手术疗效较好[21]。OCD为软骨及软骨下骨的损伤，易引起BME，而且微骨折术是一种骨髓刺激术，易于导致BME，这可以解释为什么本研究中OCD微骨折术后伴有较明显的BME。但随着修复的进行，BME逐渐减轻。

3.术后不同随访时间临床疗效评分的差异

术后中期随访时患者的AOFAS评分较术后早期增高，85%的患者临床疗效显著或良好，说明术后2年内患者的临床症状逐渐得到改善。Lee等[10]曾对20例踝关节微骨折术后12个月的患者进行随访，90%的患者AOFAS评分≥80，其他学者的研究也得到了相似的结果[3，22]。本研究中微骨折术后大多数患者的临床症状得到了改善，获得了较满意的临床疗效，尽管部分患者的损伤区未得到完全填充；Gill和Macgillivray[23]曾用MRI随访（平均随访时间3年）19例膝关节微骨折术后患者，显示患者均获得了良好的主观疗效，但58%的患者MRI显示仅0%～66%的损伤区可见新生软骨修复再生。同样，Lee等[10]对踝关节微骨折术后患者的关节镜探查也显示，损伤区并非完全为新生软骨再生修复，但患者获得了良好的临床疗效。

从相关性分析结果可知，修复组织厚度指数、T2指数、修复区下BME均与AOFAS评分存在相关性，提示修复厚度、组织生化构成、BME会影响术后临床疗效。

综上所述，MR 3D-DESS、T2-mapping、T2STIR能从修复厚度、组织生化构成、修复区下BME方面全方位有效地评估踝关节OCD微骨折术后修复组织的情况，为临床踝关节OCD微骨折术后的随访提供了一种无创、客观准确的评估手段。本研究也存在诸多不足之处：虽然统计学方法适宜，但由于纳入的病例数较少，样本量偏小，可能会影响统计结果的稳定性；另外，本研究只进行了术后早期和中期的随访，没有进行远期的随访，踝关节OCD微骨折术后2年以上修复组织的定量MRI和AOFAS评分如何变化还需进一步研究；此外，本研究缺乏关节镜的组织学对照，也没有与其它治疗方法对比，定量MRI评估方法是否适用于其它治疗方法，也是一个值得研究的命题。

[1]Kocher MS，Tucker R，Ganley TJ，et al.Management of osteochondritis dissecans of the knee：current concepts review[J].Am J Sports Med，2006，34（7）：1181-1191.

[2]陶虹月，王展，李宏，等.兔膝关节剥脱性骨软骨炎微骨折及关节清理术后修复的组织学及MR定量对比分析[J].中华放射学杂志，2013，47（3）：255-260.

[3]Becher C，Thermann H.Results of microfracture in the treatment of articular cartilage defects of the talus[J].Foot Ankle Int，2005，26（8）：583-589.

[4]Mithoefer K，Williams RJ，Warren RF，et al.The microfracture technique for the treatment of articular cartilage lesions in the knee：aprospective cohort study[J].J Bone Joint Surg Am，2005，87（9）：1911-1920.

[5]Winalski CS，Gupta KB.Magnetic resonance imaging of focal articular cartilage lesions[J].Top Magn Reson Imaging，2003，14（2）：131-144.

[6]Braun S，Steadman JR，Rodkey WG，et al.Microfracture and specific rehabilitation for treating osteoarthritis of the knee，indications，surgical technique，and rehabilitation protocol[J].Z Rheumatol，2009，68（10）：811-818.

[7]Tao HY，Shang XL，Lu R，et al.Quantitative magnetic resonance imaging（MRI）evaluation of cartilage repair after microfracture（MF）treatment for adult unstable osteochondritis dissecans（OCD）in the ankle：correlations with clinical outcome[J].Eur Radiol，2014，24（8）：1758-1767.

[8]Domayer SE，Kutscha-Lissberg F，Welsch G，et al.T2mapping in the knee after microfracture at 3.0T：correlation of global T2values and clinical outcome——preliminary results[J].Osteoarth Cartilag，2008，16（8）：903-908.

[9]Bining HJ，Santos R，Andrews G，et al.Can T2relaxation values and color maps be used to detect chondral damage utilizing subchondral bone marrow edema as a marker[J].Skelet Radiol，2009，38（5）：459-465.

[10]Lee KB，Bai LB，Yoon TR，et al.Second-look arthroscopic findings and clinical outcomes after microfracture for osteochondral lesions of the talus[J].Am J Sports Med，2009，37（Suppl 1）：S63-S70.

[11]Henderson I，Lavigne P，Valenzuela H，et al.Autologous chondrocyte implantation：superior biologic properties of hyaline cartilage repairs[J].Clin Orthop Relat Res，2007，455（2）：253-261.

[12]陶虹月，陈爽.踝关节软骨损伤、退变的MRI成像新技术[J].放射学实践，2012，27（9）：1024-1028.

[13]周智洋，单鸿，Ringgaard S，等.7.0TMR关节软骨自旋锁定三维自旋-晶格弛豫时间成像与量化分析的实验研究[J].中华放射学杂志，2008，42（12）：1101-1105.

[14]宋玲玲，梁碧玲，沈君.MR T2图评价膝关节软骨的初讨[J].中华放射学杂志，2008，42（3）：231-235.

[15]Burstein D，Gray ML.Is MRI fullling its promise for molecular imaging of cartilage in arthritis[J].Osteoarthr Cartilag，2006，14（11）：1087-1090.

[16]Mosher TJ，Dardzinski BJ.Cartilage MRI T2relaxation time mapping：overview and applications[J].Semin Musculoskelet Radiol，2004，8（4）：355-368.

[17]Frisbie DD，Morisset S，Ho CP，et al.Effects of calcifed cartilage on healing of chondral defects treated with microfracture in hor-ses[J].Am J Sports Med，2006，34（11）：1824-1831.

[18]Kreuz PC，Steinwachs MR，Erggelet C，et al.Results after microfracture of full-thickness chondral defects in different compartments in the knee[J].Osteoarthr Cartilag，2006，14（11）：1119-1125.

[19]Welsch GH，Mamisch TC，Weber M，et al.High-resolution morphological and biochemical imaging of articular cartilage of the ankle joint at 3.0Tusing a new dedicated phased array coil：in vivo reproducibility study[J].Skeletal Radiol，2008，37（6）：519-526.

[20]Kijowski R，Stanton P，Fine J，et al.Subchondral bone marrow edema in patients with degeneration of the articular cartilage of the knee joint[J].Radiology，2006，238（3）：943-949.

[21]Felson DT，McLaughlin S，Goggins J，et al.Bone marrow edema and its relation to progression of knee osteoarthritis[J].Ann Intern Med，2003，139（5Pt 1）：330-336.

[22]Chuckpaiwong B，Berkson EM，Theodore GH.Microfracture for osteochondral lesions of the ankle：outcome analysis and outcome predictors of 105cases[J].Arthroscopy，2008，24（1）：106-112.

[23]Gill TJ，Macgillivray JD.The technique of microfracture for the treatment of articular cartilage defects in the knee[J].Oper Tech Orthop，2001，11（2）：105-107.