T2-mapping成像对髌软骨病损分期的探讨

陆 薇 杨 军 朱才松 诸 瑛

软骨的再生修复能力有限，不危及生命易被忽视[1]，分子生物学及运动康复的发展能对软骨病损早期治疗及干预[2]。

磁共振T2-mapping成像间接反映软骨内部生化成分和胶原网络的变化[3-4]，通过色阶的改变及横向弛豫时间T2值的定量测定，发现早期的软骨改变。

方 法

1.临床资料

2013年12月到2014年8月在上海市同仁医院进行膝关节MRI检查的801名检查者进行的前瞻性研究（除外骨折、关节脱位、手术、肿瘤或者炎症感染者），其中男性347例，女性454例。

2.MR扫描方法与序列

采用Siemens3.0T高场强磁共振扫描仪，8通道膝关节表面线圈。成像序列包括自旋回波(SE)、二维脂肪抑制质子密度加权像(FS-PD)、三维双重回波稳态(3D-DESS)序列。SE成像参数： TR 500ms，TE14ms， 层 厚 4mm， 间 隔 1mm， 视 野(FOV)150mm，矩阵256×256，激励次数(NEX)2，扫 描 时 间 75s；FS-PD 成 像 参 数 ： TR3500ms，TE32ms，层厚4mm，间隔1mm，FOV150mm，矩阵320×320，NEX1，扫描时间121s；3D-DESS成像参数： TR14.1ms，TE5ms，层厚0.6mm，间隔0.12mm，FOV150mm，矩阵256×256，NEX1，扫描时间358s；成像平面包括矢状位，横断位和冠状位。关节软骨生理成像T2-mapping： 患者取水平卧位，足先进。采用5回波SE序列T2-mapping一次扫描，参数： TR1000ms，TE13.8ms、27.6ms、41.4ms、55.2ms、69.0ms，5回波，层厚3mm，间隔0.6mm，FOV160mm，矩阵 384×384，NEX1，扫描时间5min48s，矢状位扫描。

3.Rose分期标准：

I期表现为软骨出现局灶性信号强度异常，II期表现为软骨变薄或轻度不规则，III期表现为软骨毛刷样变或明显变薄或软骨缺损，IV期表现为软骨缺损并软骨下骨暴露、信号异常。

4.图像后处理及统计分析：

扫描图像传输至西门子工作站，利用VB17分析软件生成T2-mapping伪彩图，利用西门子Sigvia工作站软件选取感兴趣区，将伪彩图重叠在3D-DESS图中，生成髌软骨色阶图。利用软件的自定义区域描画并测量髌软骨显示最清晰的三个连续矢状位中间层面髌软骨T2值，利用Excel及Stata15.0软件处理测量的数据，测量结果用均数±标准误表示，利用单因素方差分析，当P＜0.05时，差异具有统计学意义。

结 果

将所有检查者按照性别及Rose分期分组，图像利用西门子3.0T MR进行T2-mapping扫描，通过西门子sigvia后处理软件对软骨进行色阶处理，得到髌软骨伪彩图。

正常组297例，男性173例，女性124例；病例组504例，男性174例，女性330例；Ⅰ期175例，男性85例，女性90例；Ⅱ期66例，男性23例，女性43例；Ⅲ期76例，男性19例，女性57例；Ⅳ期187例，男性47例，女性140例。

MR正常组297例髌软骨T2值为(38.12±7.96)ms，男性正常组173例髌软骨T2值为(38.76±8.06)ms，女性正常组124例髌软骨T2值为（37.24±7.76）ms，男性正常组与女性正常组T2值差异无统计学意义（t=1.6277，P＞0.05）。

MR正常组297例髌软骨的T2值为(38.12±7.96) ms，病例组504例髌软骨的T2值为（53.16±18.74）ms，差异具有统计学意义（t=-13.15，P＜0.001)。Ⅰ～Ⅳ期软骨病损的T2值如表1所示，各期T2值均明显高于正常组T2值，差异具有统计学意义。随着从Ⅰ期到Ⅳ期软骨病损的加重，T2值也随之升高，差异也具有统计学意义，Ⅱ期较Ⅰ期T2值升高（t=-2.89，P＜0.01)；Ⅲ期较Ⅱ期升高（t=-5.79，P＜0.001），Ⅳ期较Ⅲ期升高（t=-3.00，P＜0.01）。

图1 正常膝关节T2-mapping色阶图上可以看到正常髌软骨呈现均匀蓝色区域。

图2 早期髌软骨病损发生时，MRI图像上髌软骨内信号欠均匀，在T2-mapping色阶图上可以清晰地看到均匀的蓝色区域内出现点状红色及绿色区域，提示T2值的升高。

图3 晚期髌软骨病损发生时，MRI图像上软骨明显变薄，信号不均匀，软骨下骨暴露，软骨下骨呈现囊状缺损，在T2-mapping色阶图上，蓝色区域明显减少，绿色及红色区域增多，大片红色区域的出现，提示软骨T2值明显升高。

MR男性正常组173例髌软骨T2值为(38.76±8.06)ms，男性病例组174例髌软骨T2值为（50.56±18.12）ms，差异具有统计学意义（t=-7.83，P＜0.001）；女性正常组124例髌软骨T2值为（37.24±7.76）ms；女性病例组330例髌软骨T2值为（54.54±18.94）ms，差异具有统计学意义（t=-9.86，P＜0.001）。男女性别分组，正常组T2值差异不显著（t=1.6277，P＞0.05）。

表1 不同MR分期软骨损伤病例的髌软骨T2值(ms)

表2 不同性别组MR分期软骨损伤病例的髌软骨T2 值(ms)

男女性别组各分期的软骨病损见表2，可见Ⅰ～Ⅳ期软骨病损无论男女性别组与正常组差异均具有显著性。从Ⅰ～Ⅳ期，男性组Ⅱ较Ⅰ期升高（t=-2.12，P＜0.05），Ⅲ期较Ⅱ期升高（t=-3.27，P＜0.01），IV期与Ⅲ期差异不显著（t=-0.84，P＞0.05），女性组Ⅱ期较Ⅰ期升高（t=-2.13，P＜0.05），Ⅲ期较Ⅱ期升高（t=-4.88，P＜0.001），IV期较Ⅲ期升高（t=-2.99，P＜0.01）。Ⅰ期男女性别组T2值差异不显著（t=0.4236，P＞0.05），Ⅱ期男女性别组T2值差异不显著（t=0.8779，P＞0.05），Ⅲ期男女性别组T2值差异不显著（t=0.9330，P＞0.05），Ⅳ期男女性别组T2值差异不显著（t=0.1508，P＞0.05），由此可见Ⅰ～Ⅳ期T2值男女性别不存在差异。

利用T2-mapping色阶图对髌骨软化症进行分期研究：正常组髌软骨呈均匀的蓝色；Ⅰ期显示点状异常色点；Ⅱ期出现红绿色异常色点；Ⅲ期可见到出现较大区域的红色及绿色，蓝色区域减少；Ⅳ期可以看到明显的红色绿色区域，蓝色区域少，甚至消失。

讨 论

髌软骨病损的发生率很高，在各个年龄及性别均显示出了高发病率，其中，女性发病率高于男性。本研究正常髌软骨T2值为(38.12±7.96)ms，与国内外相关报道[5-6]髌软骨的弛豫时间测定值相近。髌软骨T2值不同性别差异不显著。

软骨病损发生时，3.0TMRI上软骨的T2值显著增高[7]，并且髌软骨的T2值随软骨病损严重程度增加而升高。在本研究中，软骨病损病例组的T2值明显高于正常组T2值，从Ⅰ期到Ⅳ期病变，T2值均明显高于正常组T2值，并且从Ⅰ期到Ⅳ期，随着病损严重程度的增加，髌软骨的T2值也随之升高，晚期病例（Ⅲ期及Ⅳ期）T2值明显高于早期病例（Ⅰ期及Ⅱ期），这与国内外其他研究结果一致[8-9]。部分研究认为髌软骨在Ⅰ期与Ⅱ期病例时T2值差异不显著，也有研究认为软骨病损发生时T2值与病损的严重程度无相关性，即晚期的软骨病损与早期的软骨病损的T2值差异无显著性[10]，这可能与样本量有关，本研究采用了大样本量研究，收集了801例膝关节检查，正常组297例，病例组504例，尽量避免小样本量造成的误差，另外采用的X线Kellgren-Lawrence分级标准不能直观地观察软骨形态，本研究采用的是Rose等[11]的磁共振分期标准，磁共振是目前公认的诊断软骨病变的重要方法。

本研究通过男女性别分组，进一步深入研究T2值对于Rose分期的意义，正常组中男女性别T2值无显著差异，Ⅰ～Ⅳ期男女性别之间T2值亦不存在差异。Ⅰ～Ⅳ期软骨病损无论男女性别组与正常组差异均具有显著性，无论男女性别组，从Ⅰ～Ⅳ期（除男性Ⅲ期与Ⅳ期差异不显著，Ⅲ期病例较少，病损较为严重），从Ⅰ期到Ⅳ期病变，T2值均明显高于正常组T2值，随着病损严重程度的增加，髌软骨的T2值也随之升高。这在以往的小样本研究中很难得到印证。

在测量T2值的方法上，以往的研究一般集中于对于髌软骨各点测量取平均值的方法，但往往存在误差，本研究利用了西门子sigvia工作站选取软骨感兴趣区，通过后处理软件直接测量出整个层面的软骨的T2值，减小了测量误差，并利用髌软骨显示最佳的三个连续层面进行测量取平均值。

本研究利用后处理工作站软骨伪彩图重建，并叠加解剖图，仅髌软骨感兴趣区域产生伪彩图，髌软骨色阶显示更为清晰，检查结果一目了然，这也更有利于显示早期病变。本研究将髌软骨病损的T2-mapping成像结合Rose分期，可以对髌软骨病损进行更有效地分期，更加有利于髌软骨病损的早期诊断与评估。正常组髌软骨信号均匀，色阶图上呈均匀的蓝色；Ⅰ期髌软骨出现局灶性信号强度异常，色阶图显示点状绿色异常色点；Ⅱ期软骨变薄或轻度不规则，信号不均匀，色阶图区域变薄或不规则，并出现红绿色异常色点；Ⅲ期软骨毛刷样变或明显变薄或软骨缺损，信号明显异常，色阶图不光滑，出现锯齿样改变或缺损，呈现出较大区域的红色及绿色，蓝色区域明显减少；Ⅳ期软骨缺损并软骨下骨暴露、信号异常，在脂肪抑制序列可见到囊样高信号区，色阶图上软骨正常形态消失，出现明显的红色绿色区域，蓝色区域少，甚至消失。

综上所述，T2-mapping成像在Rose分期基础上，通过色阶图及T2值更直观地揭示病变，甚至是形态学上不易发现的早期病变，对髌软骨病损的诊断、分期与评估具有重要的临床意义。