应用MR T2 mapping序列对肾衰竭患者膝关节软骨损伤 的研究

徐震 陈其春 王龙胜 郑穗生

摘要：目的 测量慢性肾功能不全衰竭期及尿毒症期患者膝关节和正常对照组关节软骨T2弛豫时间并比较差异性，评价磁共振T2 mapping成像在慢性肾功能不全衰竭期患者及尿毒症期患者膝关节软骨损伤中的应用价值。材料与方法 采用西门子3.0T 磁共振，选取正常组20个膝关节，慢性肾功能不全衰竭期21个膝关节，尿毒症期20个膝关节;应用T2 mapping序列观察和测量正常组（20例）和慢性肾功能不全衰竭期（21例）及尿毒症期（20例）髌软骨、股骨内侧髁、外侧髁、胫骨内侧平台、外侧平台5处关节软骨的T2值，并进行统计学分析。结果 慢性肾功能不全衰竭期及尿毒症期T2值均高于正常组;正常组对比慢性肾功能不全衰竭期以及尿毒症期软骨T2值差异具有统计学意义（P<0.05）;慢性肾功能不全衰竭期与尿毒症期关节软骨T2值差异不具有统计学意义（P>0.05）;结论 T2 mapping成像可以早期发现膝关节软骨内组织成分的变化，进而评价软骨的损伤，对肾功能不全患者膝关节软骨损伤的诊断和监测具有一定的临床应用价值;肾功能不全患者存在膝关节软骨的损伤。

关键词：软骨;肾功能不全;尿毒症;磁共振成像;T2值

【中图分类号】R692    【文献标识码】A    【文章编号】2107-2306（2019）03-019-03

[Abstract] Objective To measure the relaxation time of articular cartilage T2 in knee joints of patients with chronic renal failure and uremia， and to evaluate the value of magnetic resonance T2 mapping imaging in knee joint cartilage injury of patients with chronic renal failure and uremia. Materials and Methods Twenty knees in normal group， 21 knees in chronic renal failure stage and 20 knees in uremic stage were selected by using Siemens 3.0T magnetic resonance imaging. Patellar cartilage， medial femoral condyle， lateral condyle， medial tibial plateau and lateral tibial plateau in normal group （20 cases） and chronic renal failure （21 cases） and uremic stage （20 cases） were observed and measured by T2 mapping sequence. T 2 values of articular cartilage at 5 lateral plateaus were analyzed statistically. Results The T2 values of articular cartilage in chronic renal failure and uremia were higher than those in normal group; there were significant differences between normal group and chronic renal failure and uremia （P < 0.05）; there was no significant difference between chronic renal failure and uremia （P > 0.05）; Conclusion T2 mapping imaging can detect knee joint early （P > 0.05）. The changes of tissue composition in articular cartilage and the evaluation of cartilage injury have certain clinical value in the diagnosis and monitoring of knee cartilage injury in patients with renal insufficiency， and there is knee cartilage injury in patients with renal insufficiency.

[keywords] cartilage; renal insufficiency; uremia; magnetic resonance imaging; T2 value

膝關节是人体最大的关节，膝关节损伤在日常生活中很常见，损伤的同时往往最早发生关节软骨的损伤;关节软骨损伤是影响关节稳定性的重要因素[1]。目前关于关节软骨T2  mapping方面的研究主要集中在骨性关节炎和软骨修复等方面，但是关于肾功能不全病人关节软骨损伤的探索还比较少，本文旨在探索肾功能不全患者膝关节软骨损伤的临床应用价值。

1.材料与方法：

1.1 临床资料

选取2017年5月-2018年10月本院肾内科收治的慢性肾功能不全衰竭期（肾衰组）及尿毒症期（尿毒症组）患者为研究对象，入选对象均为慢性肾功能不全患者，排除急性肾功能不全患者;肾衰组及尿毒症组入选标准：主要参考临床生化指标血清肌酐（CR）值[2]，选取肾衰组血清肌酐范围约510-707umol/L;尿毒症组血清肌酐范围约710-1254umol/L;肾功能衰竭期和尿毒症期患者为实验组。21例肾衰组21个膝关节（左膝11个，右膝10个），其中男10例，女11例，年龄27～58岁（平均年龄40.0±8.6岁）。20例尿毒症组20个膝关节（左膝8个，右膝12个），其中男10例，女10例，年龄30～60岁（平均年龄45.7±8.6岁）。同时选取20例正常志愿者，20个膝关节（左膝11个，右膝9个），其中男12例，女8例，年龄25～55岁（平均年龄41.5±9.8岁）。三组患者既往无膝关节外伤、感染和手术病史，活动自如。肾衰组及尿毒症组为经临床诊断肾功能衰竭及尿毒症并排除其他膝关节疾病或治疗史。对所有受检者要求3h内均无剧烈运动后，并与所有受检者签署知情同意书，最后在检查前要求所有受检者静坐半小时，主要是为了消除运动对关节软骨T2值的影响[3]。

1.2扫描方法及序列

采用3.0T磁共振（Siemens），膝关节专用8通道线圈。采取仰卧位，脚先进模式。常规序列：矢状位质子加权成像PDWI（TR 2000ms，TE 30ms），矢状位压脂T2WI（TR 2100ms，TE 31ms），冠状位T1WI（TR 472ms，TE 10ms）及冠状位压脂T2WI（TR 3300ms，TE 30ms）。T2 mapping序列采用5回波SE序列矢状位扫描（TR 1220ms，TE 13.8/27.6/41.4/55.2/69ms，），扫描时间约4min，层厚4mm，层数15，FOV 160*160mm，扫描总时间约9min。

1.3 图像处理

由两名具有5年以上工作经验的骨放射医师对MR常规序列图像独立进行软骨损伤程度的评估，以软骨损伤最严重处为准，然后对正常组、肾衰组及尿毒症组的膝关节软骨T2图进行后处理并测量软骨T 2值，最终进行统计分析。T2伪彩图由机器自动计算处理获得，调整T 2图使软骨显示最清晰，固定窗宽窗位（135，45）（图C），应用后处理工作站（syngo workplace）于T2图上直接测量得到软骨T 2值。由于软骨较薄，采取将图像放大到合适比例选择感兴趣区分别测量髌软骨、膝关节股骨内外髁及胫骨内外平台T 2值。每处至少测量6次，取平均值。最后应用工作站Fusion软件将伪彩图与相应解剖图叠加融合。

1A为矢状位质子加权成像PDWI：关节软骨连续性完整;1B为正常膝关节软骨T2 mapping彩图： 色阶呈均匀一致绿色;矢状位质子加权成像PDWI

2A为矢状位质子加权成像PDWI：关节软骨连续性尚可， 未见明显缺损;2B为T2 mapping 彩图：局部信号混杂不均匀， 可见不规则或斑片状红黄混杂色阶填充;

3A为矢状位质子加权成像PDWI：关节软骨层变薄，关节间隙变窄，连续性欠完整;3B为T2 mapping彩图：色阶信号明显混杂不均;

1.4 统计分析

数据采用SPSS 24.0进行统计学分析，T2值计算结果用x±s表示，单位ms，统计分析正常组与肾衰组、正常组与尿毒症组、肾衰组及尿毒症组T2值的差异;统计方法采用单因素方差分析，方差同质性检验结果证明方差是齐的（各组结果见表1）;事后检验采用LSD-T检验进行统计分析，P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

本研究纳入统计的共21例肾衰组21个膝关节（左膝11个，右膝10个），其中男10例，女11例，年龄27～58岁。20例尿毒症组20个膝关节（左膝8个，右膝12个），其中男10例，女10例，年龄30～60岁。

正常组MRI常规序列示膝关节软骨连续性完整，表面较光滑;T2图见软骨色阶呈较均匀一致绿色（图1A及1B ）。肾衰组常规序列示软骨未见明显形态学改变，或软骨局部稍显肿胀，但软骨表面光整，无明显缺损;T2图示软骨局部信号混杂不均，呈黄色或红黄混杂色阶（图2A及2B）。尿毒症组常规序列示关节间隙变窄，连续性不完整，软骨层变薄;T2图示色阶信号混杂不均匀（图3A及3B）。正常组、肾衰组及尿毒症组关节软骨平均T2值及ANOVA（方差分析表）的F值与P值见表1。正常组膝关节各部位平均T2值范围46.3～51.8 ms，肾衰组为50.4～55.3 ms，尿毒症组为52.8～60.6 ms，肾衰组及尿毒症组T2值均高于正常组，差异有统计学意义，但是肾衰组及尿毒症组之间差异无统计学意义。

3讨论

3.1 慢性肾脏病与软骨代谢

慢性肾脏病（CKD）主要是指与多种因素相关的肾功能渐进性减退，它的病理生理学与多种因素息息相关，比如：心血管因素、血液、胃腸道、免疫、内分泌、神经系统和骨骼肌肉各个方面[ 4、5]。简言之即由于肾衰引起钙磷代谢紊乱，继发甲状旁腺功能亢进，继而破骨细胞数量增加，引起骨质的破坏[6]。因此，肾衰由于钙磷代谢紊乱引起骨质的破坏，最终将带来软骨结构的破坏。

其次，尽管关节软骨被认为是非血管化和缺乏血供的组织，但是根据许多研究报道，在钙化及非钙化的软骨内都能发现微血管的存在。最后，肾功能衰竭会带来机体的内环境变化，软骨细胞内环境的细微变化会减慢蛋白聚糖类的合成，进而影响软骨合成，并且改变渗透压、增加基质转化、进而造成软骨组织成分的破坏。

3.2 MR T2 mapping技术

MR T2 mapping是已经被证明的可以无创评价关节疾病的有效工具;它除了能检测软骨微观组织结构的变化，并且MR T2 mapping技术已经被证明对组织的生物化学和大分子内容物都十分敏感并且可以检测细微的大分子成分的变化[7]。T2值的变化已经被证明与水含量、胶原基质和组织成分的变化有关;并且和透明软骨的减少密不可分。软骨的T2 mapping成像已经成功的应用于与生物力学及生物化学相关的软骨组织分析中。尽管终末期肾病的形态学特征已经在文献中进行过很系统的阐述，但是关于慢性肾脏病（CKD）患者关节软骨T2 mapping方面的研究却很少。

3.3  肾功能不全患者软骨变化与T2值

本研究病例组中41例肾功能减退患者（包括肾衰组21例 ，尿毒症组20例），两组关节软骨T2值均高于正常对照组，差异具统计学意义，提示肾功能减退患者关节软骨存在不同程度的损伤。而在病例组中，肾衰组软骨的T2值和尿毒症组之间却没有明显差异。

3.4 本研究存在的局限性

样本量相对较少，一些结论仍然需要大样本统计证实。本研究只是对肾功能衰竭软骨损伤的初步探索，接下来关于肾衰的分期与软骨损伤的分级具体的相关性也会作为今后工作的重心。T2 mapping序列也有自己的优势，如无需注射对比剂，同时对软硬件的要求相对其他软骨生化成像技术要低，敏感性高，扫描时间较短，是一种在其它生化领域研究中也具有重要的临床应用价值的分子MR成像技术，通过测量组织T2值的变化来反映微观分子的变化，是一种可以无创量化评估关节软骨损伤的成像技术[8]。

总之，T2  mapping可以通过测定T2弛豫时间发现膝关节软骨损伤;同时证明慢性肾功能不全衰竭期及尿毒症患者膝关节存在软骨损伤;因此，磁共振 T2 mapping成像对诊断与监测肾功能不全患者膝关节软骨损伤具有一定的临床价值。

参考文献

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[4] Patel SS， Kimmel PL， Singh A. New clinical practice guidelines for chronic kidney disease： a framework for K/DOQI.[J]. Seminars in Nephrology， 2002， 22（6）：449-458.

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[6] 杨收平.肾主骨生髓学说的现代理解[J].中国中西医结合肾病杂志， 2002， 3（8）：489-490.

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[8] 陈其春，邹月芬，王德杭，等.磁共振T2-mapping成像在膝关节早期骨性关节炎中的应用[J]. 临床放射学杂志， 2012， 31（1）：81-85.