核磁共振T2-star-mapping成像软骨定量分析在膝关节骨性关节炎诊断中的应用研究

白志刚,寇 博,孙玺淳,马 军,杨绿林,黄 朋,李立新,尚小可,万宁军

·论 著·

核磁共振T2-star-mapping成像软骨定量分析在膝关节骨性关节炎诊断中的应用研究

白志刚1，2,寇 博3,孙玺淳1，2,马 军1，2,杨绿林1，2,黄 朋1，2,李立新1，2,尚小可1，2,万宁军1，2

目的 探讨核磁共振T2-star-mapping 成像软骨定量分析技术在膝骨性关节炎(OA)诊断中的临床意义。方法 选正常志愿者22例共22个膝关节为正常对照组，选轻度、中度、重度OA患者各20例共60个膝关节作为病例组。采用GE 3.0 T磁共振扫描仪,行膝关节T2-star-mapping成像，获得股骨内侧髁关节面、股骨外侧髁关节面、胫骨内侧髁关节面、胫骨外侧髁关节面、髌骨软骨面的T2*值，比较各组T2*值的差异。结果 正常对照组关节软骨的平均T2*值为(21.74±3.82)ms；轻度OA组关节软骨的平均T2*值为(27.55±5.48)ms，中度OA组关节软骨的平均T2*值为(35.01±8.83)ms；重度OA组关节软骨的平均T2*值为(41.14±14.20)ms；轻度、中度、重度OA组关节软骨的平均T2*值均较正常对照组关节软骨T2*值明显升高。各OA组膝关节的5个不同部位软骨的T2*值均较对照组升高，随着关节软骨退变程度加重，对应的T2*值随之升高，差异有统计学意义(P<0.05)。结论 磁共振T2-star-mapping成像软骨定量分析技术，通过量化分析微观结构关节软骨内部组织成分变化，有利于在关节软骨发生形态学改变之前即发现关节软骨内病变，对早期膝关节软骨损伤的诊断和监测具有较高的临床应用价值。

膝关节骨性关节炎；关节软骨；T2-star-mapping成像

骨性关节炎(OA)是一种以关节软骨损伤和骨质增生为特点的退行性关节病变。由于关节软骨的自身修复能力差，常引起疼痛及关节功能障碍，严重者甚至残疾[1]。早期的OA患者在没有出现明显的临床症状之前，其关节软骨内部生化成分和结构已经发生了变化，但应用X线片及常规序列核磁共振检查无法发现。因此，本研究旨在探讨如何利用MRI成像对关节软骨进行定量及定性分析,对关节软骨早期病变做出诊断,满足临床诊断的需求。

1 资料与方法

1.1 临床资料：收集2013年4月-2014年12月在宁夏人民医院骨科就诊的临床诊断为轻度、中度、重度膝OA患者，各20例(均为女性)共60个膝关节作为病例组。选取同期在宁夏人民医院实习的西北民族大学学生22例(均为女性)共22个膝关节作为正常对照组，测量正常志愿者的身高和体重，并计算体质量指数(BMI)，以排除体重过轻及肥胖对数据的影响。

1.2 扫描设备及参数:所有研究对象均采用GE 3.0T核磁共振机进行扫描,均使用SENSE 8通道膝关节线圈,行T2-star-mapping序列MR扫描，将扫描图像传入GEAW4.5工作站，进行图像及数据分析。

1.3 图像分析：所得的图像经GEAW4.5工作站后处理,正常对照组及病例组分别选取感兴趣区,测量股骨内侧髁关节面、股骨外侧髁关节面、胫骨内侧髁关节面、胫骨外侧髁关节面、髌骨软骨面的T2*值,每处至少测量3次取其平均值。

1.4 诊断标准：正常对照组采用美国西部Ontario和McMaster大学骨关节炎指数评分(WOMAC)标准评估[2]，选取WOMAC得分在10分以下。病例组依据中华骨科杂志发表的2007版《骨性关节炎诊治指南》，选择符合诊断标准的研究对象。膝骨性关节炎诊断标准:①近1个月内反复膝关节疼痛。②X线片(站立或负重位)示关节间隙变窄、硬化和(或)囊性变、关节缘骨赘形成、软骨下骨硬化。③关节液(至少2次)清亮、赤稠,WBC<2 000个/mL。④中老年患者年龄≥40岁。⑤晨僵≤30 min。⑥活动时有骨摩擦音(感)。符合①+②条或①+③+⑤+⑥条或①+④+⑤+⑥条，可诊断膝骨性关节炎。对于OA患者膝关节软骨退变程度的分级，依据Kellgren-Lawrence评估标准[3]选择符合诊断标准的OA患者进行分级，分轻度、中度、重度OA组。Kellgren-Lavrrence 评估标准为：0级，无任何骨关节炎征象；Ⅰ级，轻微骨赘，关节间隙可疑变窄；Ⅱ级，明显的骨赘，关节间隙可疑变窄；Ⅲ级，关节间隙中度变窄，中等量骨赘；Ⅳ级，大量骨赘，关节间隙明显变窄，严重软骨下骨硬化及明显畸形。将0～Ⅰ级病变为轻度OA组，Ⅱ级病变为中度OA组，Ⅲ～Ⅳ级病变为重度OA组。

1.5 观察指标：计算正常对照组及各OA组膝关节软骨平均T2*值，比较正常对照组与不同程度OA组膝关节不同部位软骨T2*值的差异。

2 结果

2.1 正常对照组和各OA组的膝关节软骨平均T2*值：正常对照组膝关节软骨平均T2*值(21.74±3.82)ms，轻度OA组关节软骨平均T2*值(27.55±5.48)ms，中度OA组关节软骨平均T2*值(35.01±8.83)ms，重度OA组关节软骨平均T2*值(41.14±14.20)ms，见表1。

2.2 正常对照组与不同程度OA组膝关节不同部位软骨的T2*值比较：轻度、中度、重度OA组膝关节不同部位软骨的平均T2*值均较正常对照组明显升高，差异有统计学意义(P<0.05)，见表2，图1-图4(目录后)。

表1 正常对照组和OA组T2*值

表2 正常对照组与不同程度OA组膝关节不同部位软骨T2*值比较

3 讨论

正常关节软骨是由软骨细胞和水、胶原纤维、蛋白多糖等细胞外基质构成，在关节退变过程中出现胶原蛋白流失，细胞外基质的降解及合成失去平衡，导致OA的发生[4]。T2*图是一种无创、敏感、可靠的影像学检查方法，由于其可以发现软骨内组织成分及微观结构变化，因此可能为OA的早期诊断提供依据[5]。

本研究显示，不同程度OA患者膝关节软骨的T2*值均高于正常对照组膝关节软骨的T2*值，与以往研究一致。其机制是当关节软骨组织发生损伤时，受损软骨的胶原蛋白减少，导致水含量增加，使其T2*的值明显增加[6]。本研究显示，OA组的膝关节不同部位软骨T2*值均较正常对照组明显升高，差异有统计学意义；同一部位不同程度的软骨病变之间也有差异，随着软骨病变的程度加重，T2*值逐渐增加，轻度OA组的T2*值较正常对照组明显增加，差异有统计学意义，提示T2*值在关节软骨和骨质形态没有发生明显的变化前即出现变化。而通常对患者采用的X线检查及MRI常规序列扫描，只能发现关节间隙狭窄、关节畸形等OA中晚期病变，不能发现早期OA。有研究表明T2*弛豫时间有助于分析关节软骨和软骨修复组织内生化成分及微观结构的变化，因此T2*弛豫时间升高是关节软骨损伤早期的征象，大多在软骨厚度和形态发生变化之前即可看到[7]。因此，T2-star-mapping成像可作为临床中诊断早期OA的重要检查手段。

总之，磁共振T2-star-mapping成像通过对关节软骨内部组织成分的量化分析，反映软骨内部成分的变化，在OA患者出现关节形态变化之前即可发现病变，有利于OA患者的早期诊断。对OA患者进行早诊断、早治疗，可减缓疾病的自然进程，最大程度防止OA的进一步发展。

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Application of MRI T2-star-mapping imaging for cartilage quantitative analysis on the diagnosis of knee osteoarthritis

BAIZhigang1,2，KOUBo3，SUNXichun1,2，MAJun1,2，YANGLvlin1,2，HUANGPeng1,2，LILixin1,2，SHANGXiaoke1,2，WANNingjun1,2.

1.TheFirstAffiliatedHospitalofNorthwestUniversityforNationalitiesYinchuan750004,China；2.DepartmentofOrthopedics，NingxiaPeople'sHospital,Yinchuan750004，China;3.TheFirstPeople'sHospitalofNingxiaShizuishan，Shizuishan753200，China

Objective To investigate the clinical significance of MRI T2-star-mapping imaging for cartilage quantitative analysis on the diagnosis of knee osteoarthritis.Methods Twenty-two cases of normal volunteers were selected as the control group consisting of 20 knees.60 cases with OA were included as patient groups，20 cases with clinically diagnosed mild OA，20 cases with moderate OA and 20 cases with severe OA.The T2 values of articular surface of medial femoral condyle，articular surface of lateral femoral condyle，articular surface of medial tibial condyle，articular surface of lateral tibial condyle，and cartilage of patella were obtained by using GE 3.0T MRI scanner and the T2-star-mapping imaging；and the inter-group differences in T2 values were compared.Results The mean T2 value of articular cartilage was respectively (21.74±3.82)ms，(27.55±5.48)ms，(35.01±8.83)ms and (41.14±14.20)ms in the normal control group，mild OA group，moderate OA group and severe OA group.Compared with the T2 value of articular cartilage in the normal control group，the T2 values of articular cartilage in the mild OA group，the moderate OA group and the severe OA group were significantly increased.Compared with the normal control group，the T2 values of cartilages at these five sites were increased in all OA groups；as the articular cartilage degeneration was aggravated，corresponding T2 values were increased，indicating a statistically significant difference (P<0.05).Conclusion Through quantitative analysis of the changes in internal tissue components of articular cartilages at the level of microstructure，MRI T2-star-mapping imaging for cartilage quantitative analysis can contribute to the early identification of articular cartilage lesions before the onset of morphological changes in articular cartilage.And it has good clinical value in the diagnosis and monitoring of early articular cartilage injuries.

Kneeosteoarthritis；Articularcartilage；T2-star-mappingimaging

10.13621/j.1001-5949.2017.01.0027

中央高校基本科研业务费专项资金项目(31920140075)

1.西北民族大学第一附属医院，宁夏 银川 750002 2.宁夏人民医院骨科,宁夏 银川 750002 3.宁夏石嘴山市第一人民医院骨科，宁夏 石嘴山 753200

白志刚(1973-)，男，蒙古族，主任医师，教授，主要从事关节外科方向研究。

http://www.cnki.net/kcms/detail/64.1008.R.20170112.1708.030.html

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