T2Mapping成像技术对早期膝关节骨性关节炎的诊断价值

李 强，何 莉，赵 蕾，韩 广

（1.山东省临沂市中医医院医学影像科，妇科，山东 临沂 276002；2.山东医学高等专科学校影像教研室，山东 临沂 276002）

骨性关节炎是以关节软骨变性、破坏及继发骨质增生为主要特征的慢性骨关节病；膝关节由于其复杂的解剖特点和重要的运动功能，是临床中老年患者中最常见的一种骨性关节炎［1］，近年来该病有年轻化趋势。临床多表现为关节肿痛不适、弹响等，严重者会导致关节畸形甚至残疾。关节软骨属透明软骨，因缺乏神经支配及血管供给营养，易受到损伤，病理上早期表现为关节软骨的纤维绒样改变，随着病变发展，软骨破坏，晚期出现软骨下囊变、骨质硬化及骨质增生。因此，早期发现关节软骨病变，对临床诊断和治疗至关重要。传统X线、CT检查难以显示关节软骨，MRI在评价关节软骨方面较X线片、CT具有明显优势，是目前首选的影像检查方法。T2Mapping成像技术是近些年兴起的一种较为成熟的MRI技术，不仅能以伪彩图方式显示正常和异常的关节软骨，还能通过测量T2值定量评估关节软骨内成分的变化［2］。本研究通过分析早期膝关节骨性关节炎组和健康志愿者伪彩图的差别，以及关节软骨T2值的差异，探讨T2Mapping成像技术对膝关节骨性关节炎的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2017年1—12月间临沂市中医医院收治的早期膝关节骨性关节炎50例为研究组，经DR正常位片或CT平扫证实无明确阳性发现，且排除其他膝关节疾病史；其中男24例，女26例；年龄38～57岁，平均49岁；左膝关节34个，右膝关节26个（男女各5例为双膝关节检查）。临床诊断标准按照中华医学会风湿病学分会2010年颁布的《骨关节炎诊断及治疗指南》［3］中膝关节骨性关节炎的诊断标准：①近1个月大多数时间有膝关节疼痛；②有骨摩擦音；③晨僵≤30 min；④年龄≥38岁；⑤有骨性膨大；满足①+②+③+④，①+②+⑤或①+④+⑤可诊断。选择同期20例健康志愿者为对照组，既往无膝关节外伤、感染、肿瘤及手术病史，无其他长期治疗史，膝关节无任何不适症状；非从事重体力工作或体育运动者，体质量指数（body mass index，BMI）在正常范围；男女各10例，年龄31～52岁，平均44岁；左、右侧膝关节各10个。本研究最终纳入统计分析共70例76个膝关节，其中男34例，女36例；左膝关节42个，右膝关节34个（去除关节软骨严重损伤 4个，左右膝各2个）；年龄 31～57岁，平均47岁。患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750W 3.0 T MRI扫描仪，8通道膝踝关节线圈。受检者检查前24 h内无剧烈运动。取仰卧位，足先进；先行常规T1WI、T2WI、PDWI扫描，由 2 名副主任医师阅片确定无隐匿性病变者，再行矢状位T2Mapping序列扫描。扫描参数：TR 800 ms，TE 5.7、11.3、17.0、22.7、28.4、34.0、39.7、45.4 ms，层厚 4 mm，层距 1 mm，16 层，FOV 22 cm×22 cm，矩阵 256×192，NEX 2，扫描时间10.18 min。

1.3 图像后处理 将T2Mapping图像传输到GE ADW 4.6工作站，使用Functool中的T2Mapping后处理软件获得膝关节关节软骨的T2Mapping伪彩图，使用预设2个窗宽、窗位中的最佳伪彩图，使关节软骨显示最清晰，并可选用矢状位PDWI作为参考图匹配伪彩图，以便更好观察关节软骨损伤情况。放大图像，选取合适大小的ROI测量研究组和对照组的膝关节关节软骨的T2值，调节层面参照Mosher等［4］标注，分别测量髌骨后、股骨髁内外侧面负重区及对应胫骨平台面关节软骨的T2值，每个部位选取5个ROI，取其平均值作为该处软骨的T2值。股骨髁负重区关节软骨指半月板前后角间的软骨，选取时应避免包含关节腔内结构及软骨下骨质，否则会影响测量数值的准确性。其中，关节软骨严重损伤难以测量者不列入统计分析。

1.4 统计学分析 使用SPSS 19.0统计分析软件。数据以±s表示；对2组关节软骨T2值应用独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究组伪彩图及关节软骨平均T2值表现 研究组伪彩图示关节软骨厚度及连续性不一（图1，2），色阶为红色、橙红色、黄色至绿色，颜色混杂；各部位关节软骨平均 T2值（40.128±4.170）～（51.465±3.350）ms。

图1 男，46岁，临床诊断早期骨性关节炎 图1a DR无阳性发现 图1b PDWI示关节软骨形态规整，表面光滑，信号均匀 图1c 伪彩图示软骨为橙红至黄色，测得股骨髁、胫骨平台关节软骨T2值分别为（46.700±1.000）、（45.875±0.590）ms 图2 女，41岁，临床诊断早期骨性关节炎 图2a DR无阳性发现 图2b PDWI示关节软骨形态规整，表面光滑，信号均匀 图2c 伪彩图示软骨为橙红至黄色，测得股骨髁关节软骨 T2值为（48.667±4.360）ms

2.2 对照组伪彩图及关节软骨平均T2值表现 对照组伪彩图示关节软骨连续，呈橙红色至红色，色阶较均匀（图3）；各部位关节软骨平均T2值为（36.271±2.450）～（39.363±3.600）ms。

图3 男，28岁，正常志愿者 图3a DR无阳性发现 图3b PDWI示关节软骨形态规整，表面光滑，信号均匀 图3c 伪彩图示关节软骨呈红色，测得股骨髁、胫骨平台关节软骨 T2值为（36.750±5.720）、（36.500±5.390）ms

2.3 2组关节软骨平均T2值比较（表1） 研究组较对照组各部位关节软骨平均T2值均有升高（均P＜0.05）；伪彩图颜色改变愈明显区域T2值升高愈明显，且各部位关节软骨的平均T2值有一定差别。

表1 2组各部位关节软骨平均T2值（ms±s）

表1 2组各部位关节软骨平均T2值（ms±s）

注：2组各部位关节软骨平均T2值比较，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。

组别 个数 髌骨后 股骨髁内侧面 胫骨平台内面 股骨髁外侧面 胫骨平台外面研究组 56 51.465±3.350 49.257±6.520 40.128±4.170 47.367±2.360 45.825±5.410对照组 20 38.176±3.080 37.422±4.210 36.271±2.450 38.333±9.120 39.363±3.600

3 讨论

3.1 关节软骨组织学基础与T2值关系 关节软骨主要是由软骨细胞和水、胶原纤维及蛋白多糖聚合物组成的一种透明软骨；组织学上分为4层，由浅入深依次为浅表层、过渡层、放射层、钙化层，各层胶原纤维排列方向及高度有序，同时水分子的分布、运动也与胶原纤维网有关。相关研究［5-9］证实，关节软骨的T2值与其内部水含量、胶原纤维含量及排列方向密切相关。

3.2 关节软骨MRI成像现状与T2Mapping原理 目前对于关节软骨除MRI常规序列的形态学显示外，生理成像技术主要有自旋锁定成像（T1ρ）、T2图、T2-star、钠谱成像、DTI、磁化传递成像及延迟增强检查等［10］。目前大多数多处于科研阶段，还不能完全应用于临床。T2Mapping成像技术是一种相对较成熟的技术，其利用多回波FSE序列，在同一个TR和多个不同TE进行扫描，获得多个TE的T2WI图像，经计算机后处理获得每个体素的T2值并形成T2伪彩图。通过ROI测量T2值反映关节软骨内成分的不同及变化，从而实现量化分析关节软骨［11-12］。

3.3 骨性关节炎关节软骨的病理改变与T2值的关系 关节软骨发生病变，软骨基质失去动态平衡，胶原纤维破坏，使之形态及纤维排列失常，增加了水的通透性，导致软骨内部水分的含量增多；同时修复的软骨增加了胶原纤维的各向异性，共同导致T2值升高［13-15］。

3.4 本研究的价值与不足 本研究通过观察伪彩图及测量关节软骨T2值表明，早期骨性关节炎关节软骨T2值增高，且不同部位关节软骨T2值有一定差别；T2Mapping技术是一种高敏感、无创可行的关节软骨生理成像技术，可定量评估关节软骨损伤，从而为诊断早期骨性关节炎提供证据，为临床干预治疗疾病提供有力帮助，值得临床推广应用。本研究不足之处：样本较少，个体、性别差异及ROI的测量误差难以避免，且未获得病理支持及长期随访追踪证实。另外，T2Mapping成像技术方面，如魔角效应、化学位移、容积效应、磁场均匀性、磁化率等对T2值的影响一定程度存在。T2值仅反映软骨内胶原纤维和水含量的改变，无法反映蛋白多糖聚合物的变化。因此，对于骨性关节炎患者关节软骨的生理成像技术，还需联合应用多种成像技术研究更多样本［16-18］。