髌软骨T2 mapping与膝关节骨性关节炎临床症状间的关系及影响因素

赵雪梅 王利娜 王啸 钱银锋

摘 要：目的 探讨膝骨关节炎患者髌软骨T2 mapping与临床症状、关节软骨缺损及骨髓病变间的关系。方法 回顾性选取2017年1月～7月本院32例符合1986年美国风湿学会症状性膝关节骨性关节炎患者，行膝关节MRI检查，包括T2WI、3D FSPGR和T2 mapping，评估髌软骨缺损及骨髓病变分级，在T2 mapping图像上勾画ROI，测量髌软骨T2值，以T2值中位数为区分标准，作各项指标的两组间比较，Logistic回归分析骨髓病变、软骨缺损与T2值间的相关性，行方差分析观察软骨缺损及骨髓水肿与T2值间的关系。结果 软骨缺损及骨髓病变在两组间有统计学差异，P值均<0.05。Logistic回歸分析发现软骨缺损及骨髓病变与T2值是否高于中位数相关，P值分别为0.003及0.032；不同等级关节软骨缺损及骨髓病变间T2值不同，且呈现增高趋势，P值均<0.05。结论 不同等级的软骨缺损及骨损伤具有不同的T2值，且随着等级的增高，T2值亦呈现增高趋势。

关键词：膝关节；骨性关节炎；T2 mapping；软骨缺损；骨髓病变

中图分类号：R684；R445.2 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.08.018

文章编号：1006-1959（2018）08-0057-05

Relationship between T2 mapping of Patellar Cartilage and Clinical Symptoms of Osteoarthritis of Knee Joint and its Influencing Factors

ZHAO Xue-mei，WANG Li-na，WANG Xiao，QIAN Yin-feng

（Department of Radiology，First Affiliated Hospital of Anhui Medical University，Hefei 230000，Anhui，China）

Abstract：Objective To investigate the relationship between T2 mapping of patellar cartilage and clinical symptoms，articular cartilage defects and bone marrow lesions in patients with knee osteoarthritis.Methods From January to July 2017，32 patients with symptomatic osteoarthritis of knee joint，who were in accordance with the 1986 American Rheumatology Society，were examined with MRI，including T2WI，3DFSPGR and T2 mapping.The patellar cartilage defects and bone marrow lesions were evaluated.To evaluate the grade of patellar cartilage defect and bone marrow lesion，draw ROI on T2 mapping image，measure T2 value of patellar cartilage，and use median T2 value as the distinguishing criterion.The relationship between bone marrow lesion，cartilage defect and T2 value was compared between the two groups.The relationship between cartilage defect，bone marrow edema and T2 value was observed by ANOVA.Results There was significant difference in cartilage defect and bone marrow lesion between the two groups，P values were all<0.05.Logistic regression analysis showed that the correlation between cartilage defect and bone marrow lesion and T2 P values were 0.003 and 0.032 respectively.Different grades of articular cartilage defects and bone marrow lesions showed different T2 values and showed an increasing trend.P values were all<0.05，respectively.Conclusion Different grades of cartilage defects and bone injuries have different T2 values，and with the increase of grade，T2 values also show an increasing trend.

Key words：Knee joint；Osteoarthritis；T2 mapping；Cartilage defect；Bone marrow lesion

膝关节骨性关节炎（knee osteoarthritis，KOA）作为一种与年龄增长相关的疾病，是造成中老年人生活质量下降的重要原因之一。以往其诊断骨关节炎主要依靠X线检查及评估相关临床症状，随着MRI在临床的广泛应用，由于其具备多方位及高软组织分辨率等优点，使得MRI在诊断膝关节骨性关节炎方面具备很大优势。骨性关节炎的特征是进行性的软骨退变[1]，传统MRI仅能评估关节软骨形态学的改变，而T2 mapping作为一种无创定量序列，可反应关节软骨成分的改变。此外，已经有研究表明关节疼痛与骨髓病变、滑膜炎、半月板损伤等相关[2]，但却很少有研究关节软骨T2值的改变与临床症状、关节软骨缺损、骨髓病变间的关系。本文旨在探讨上述各个指标的关系及变化趋势。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性选取2017年1月～7月安徽医科大学第一附属医院48例符合1986年美国风湿学会（american college of rheumatology，ACR）症状性膝关节骨性关节炎患者。排除标准：①合并其他类型关节炎或其他关节疾病，如：类风湿关节炎、银屑病关节炎、急性外伤、化脓性关节炎、结核关节炎等；②MRI 禁忌者，如装有心脏起搏器、幽闭恐惧症等；③MRI图像不清晰，对评分干扰者；④数据不完整者。最终纳入32例患者。所有入选者签署知情同意书，并完成骨性关节炎临床研究一般问卷调查。

1.2基本信息

1.2.1一般资料 32例患者中，包括女性25例，年龄39～75岁，平均年龄（57.48±9.05）岁；男性7例，年龄44～78岁，平均年龄（61.14±9.56）岁。右膝20个，左膝12个。

1.2.2人体计量学 患者去除鞋袜、帽子及厚重衣物后测量体重及身高，体重精确到0.1 kg，身高精确到0.1 cm，计算体质指数（BMI）。根据中国成人BMI分组[3]，低于18.5 kg/m2为过轻，18.5～23.9 kg/m2为正常，24～27.9 kg/m2为过重，大于28 kg/m2为肥胖。本研究分别定义为0～3级。

1.2.3自我评定 采用加拿大西安大略和麦克玛斯特大学OA 指数（Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index，WOMAC）量表进行自我评定，共包括5项疼痛、2项僵硬感及17项关节功能，评分均采用视觉模拟评分（VAS）法，其中疼痛程度分为轻中重度，即0～4分为轻度疼痛，5～6分为中度疼痛，7～10分为重度疼痛[4]。据此本研究中，低于20分为轻度疼痛，21～30分为中度疼痛，大于30分为重度疼痛；低于8分为轻度僵硬，9～14分为中度僵硬，大于15分为重度僵硬；低于68分为轻度关节功能障碍，69～102分为中度关节功能障碍，大于103分为重度关节功能僵硬。

1.3 MRI检查 使用GE公司750W 3.0T磁共振扫描装置，膝关节尽量处于伸直状态。矢状位脂肪抑制T2WI：TR 6454 ms，TE 39 ms，层厚2 mm，FOV 320×224 mm，扫描3 min 59 s。三维压脂扰相梯度回波（3D-FSPGR）：TR13.9 ms，TE 3.8 ms，層厚1.6 mm，FOV 320 mm×256 mm，扫描时间4 min 16 s。T2 mapping：采用横断面扫描，8回波自旋回波扫描，TR850 ms，TE分别为8.3 ms、16.7 ms、25.0 ms、33.4 ms、41.7 ms、50.1 ms、58.4 ms及66.8 ms，层厚4 mm，层间隔2 mm，FOV256 mm×256 mm，扫描时间3 min 40 s。

1.4影像评分方法 用矢状位脂肪抑制T2WI及3D-FSPGR两种序列参照ICRS[5]评分方法进行评分：0级：软骨信号正常，没有明显缺损；1级：软骨表面光滑完整，但软骨下骨伴有高信号；2级：软骨缺损未及全层厚度的50%；3级：软骨缺损超过全层厚度的50%；4级：软骨全层缺损，软骨下骨质暴露。在T2WI序列将按照WORMS髌骨病变分为3级[6]，0级：无骨髓病变；1级：受累面积<25%；2级：受累面积25%～50%；3级：受累面积>50%。由两名骨关节系统工作经验>5年医师分别对髌软骨损伤及髌骨骨髓病变进行评分，当评分不一致时，讨论取得一致。在图像后处理工作站（GE ADW4.6）经Functool软件进行图像后处理，获取轴位T2 mapping伪彩图，继而勾画感兴趣区（ROI），避开软骨下骨、关节腔积液及周围软组织，其中每个ROI面积<10 mm2，在选定层面测量3次T2值求取平均值，即为该层面软骨T2值。

1.5统计学处理 应用SPSS 16.0进行数据分析，按照定量资料（x±s）间比较采用t检验，定性资料（n，%）间比较采用？字2、秩和检验及方差分析。采用Logistic回归用于分析影响T2值的因素。认为P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

男性患者与女性患者的平均BMI分别为（26.51±1.87）kg/m2及（24.19±2.96）kg/m2。T2值符合正态分布，中位数为56.30 ms；按照T2值的中位数将其分为两组，并进行各个指标间的相互比较，见表1。

T2值低于中位数组与高于中位数组间软骨缺损及骨髓损伤有统计学意义，P值均<0.05。再进一步以T2值是否高于中位数为因变量，以软骨缺损及骨髓病变为自变量，行Logistic回归分析，发现软骨缺损及骨髓损伤与T2值是否高于中位数相关，见表2，P值分别为0.003及0.032。最后再利用方差分析，可见随着关节软骨缺损及骨髓病变等级的升高T2值逐渐升高，见表3，P值均<0.05。现选取两例患者影像报告并附图如下，病例1，患者女，63岁。患者系上下楼梯时膝关节疼痛一年余入院。病例2，患者男，年龄66岁，患者系平路步行时膝关节疼痛五年余入院。两例患者入院后均经ACR评估符合入选标准，首先对患者进行WOMAC评分，并行膝关节MRI检查（包括矢状位T2WI、3D FSPGR及T2 mapping）。其中图1A～1C显示患者3D SPGR软骨评分为2分，横断面T2 mapping图可见伪彩图颜色呈现绿色，测量T2值为58.8 ms，矢状位T2WI 髌骨见斑片状高信号，BML评分为1分。图2A～2C显示患者3D FSPGR软骨评分为3分，横断面T2 mapping髌软骨近中间处彩色变蓝，测量T2值为62.47 ms，矢状位T2WI 髌骨内见斑片状高信号，BML评分为1分。同时，图1、图2可见2例患者软骨缺损评分分别为2分、3分，且随着评分的增高，T2 mapping伪彩变绿、变蓝，T2值增高。说明随着评分的增高，T2 mapping图像伪彩变绿、变蓝。

3 讨论

关节软骨是代谢旺盛的组织，软骨是由少量细胞及含水胞外基质组成，其中胞外基质内含有65%～80%的水，10%～20%的胶原纤维及蛋白粘多糖。这些成分对软骨的机械性能具有重要的作用，可帮助抵抗压缩负荷。骨关节炎的主要特征是关节软骨的退变，而退变的关节软骨主要特点是蛋白粘多糖丢失、水含量增加、Ⅱ型胶原纤维丢失及胶原纤维方向的改变[2，7]。

T2 mapping是通过多自旋回波经由线性最小二乘曲线拟合计算获得，经后处理后可获得伪彩图，通过图像色彩灰阶的变化，可较为直观的大致判断软骨成分的变化，进一步勾画ROI测量T2值，从而达到定量分析软骨内成分改变的目的。T2 mapping为探讨软骨退变的生物力学、结构学及生物化学变化机制提供了良好的影像学手段。许多研究表明T2弛豫时间与胶原纤维网的方向及完整性和水分的含量有关[8]。因软骨的恢复力及弹力性能主要是由胶原纤维网维持，且其破坏过程是不可逆转的，因此胶原纤维网的破坏对软骨产生巨大的有害作用[10]。Soellner[9]等研究认为随着关节软骨缺损等级的增高，T2值也随之升高，本研究结果也符合这一结论，因此证明T2 mapping可作为一种发现早期OA的方法。此外，关节软骨缺损的评分存在一定的主观性，T2值作为量化的指标，可有效避免观察者的人为误差，T2 mapping有望为KOA患者关节软骨缺损评分提供更客观的辅助依据。

以前的研究表明关节疼痛与软骨缺损有关系，但Baum等[2]研究认为软骨本身并不含有神经纤维，因此软骨本身的损害并不能直接导致膝关节疼痛，可能与软骨下骨损害及滑膜炎有关，但其研究亦表明放射学KL分级为0时，利用WOMAC评分发现有KOA危险因素时，软骨损伤及T2值的改变与膝关节疼痛有关。本研究中，WOMAC评分后差异无统计学意义可能是由于髌骨并非承重骨，因此尽管髌软骨有损伤，但可能并不是造成相應临床症状的因素。

方舒等[10]研究表明，骨髓水肿的面积与被覆软骨T2值相关，且骨髓水肿范围越大，软骨损伤越严重。目前尚无研究证明T2值与不同BML分级间的关系，本研究发现不同BML分级，其T2值差异不同，且大体上呈现增加趋势。这表明当T2值增高时，提示可能有骨髓损伤的发生，因此在临床中不仅要关注软骨损伤，也需关注骨髓损伤。

Joseph等[11]研究表明OA患者中性别、年纪与T2值相关性较低。本研究发现，高T2值组的年龄大于低T2值组，但两组间差异并无统计学意义，可能因为本研究中患者年龄均偏大所致。流行病学表明男性在20～50岁较女性有更高的发病率，而在约50岁之后，女性发病率明显增高。同时本研究中男性与女性患者T2值差异亦无统计学意义，这与上述研究的结果相似。

常规形态学MRI因灵敏度较低在诊断早期软骨退变中价值受限[12]。T2 mapping作为一种定量分析方法，在诊断早期KOA时敏感性较高，且关节软骨退变的过程是不可逆转的，因此T2 mapping可提供非侵入性诊断KOA的方式，为临床早期干预（如控制体重）提供基础，从而达到延缓关节退变的进程的目的。Kijowski[5]等研究联合常规MRI与T2 mapping，证明了T2 mapping在临床的可行性，但仅应用T2mapping依据T2值是否升高在诊断中是不全面的，因为T2mapping虽然具有较高的敏感度，但存在一定的假阴性。

总之，本研究表明，关节软骨缺损等级越高，T2值越高，T2 mapping可为KOA的早期诊断与监测提供更客观的指标；骨髓病变的等级越高，T2值亦增高，提示当有骨髓损伤时，即使形态学MRI关节软骨未见明显异常，但仍需进一步行T2 mapping检查，观察软骨内成分的变化。

参考文献：

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收稿日期：2018-2-2；修回日期：2018-2-26

编辑/钱洪飞