T1ρ技术定量评估踝关节距骨骨软骨损伤

高丽香，袁慧书

(北京大学第三医院放射科，北京 100191)

踝关节距骨骨软骨损伤(osteochondral lesion of talus, OLT)是常见的踝关节损伤，如不及时治疗，可致关节持续疼痛及不稳，受到外力作用会加速骨关节炎的进展。早期诊断OLT并准确分级非常重要。MRI是诊断软骨损伤的最佳影像学方法，可评估关节软骨损伤，且能清晰显示软骨下骨质改变；定量MR技术可监测软骨内生化成分改变，有助于诊断、治疗OLT及预防和延缓骨关节炎的发生。本研究以关节镜为“金标准”,探究采用T1ρ成像诊断OLT的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年1月—2018年8月40例于北京大学第三医院诊断踝关节损伤、拟住院接受关节镜检查或手术治疗患者，男22例，女18例，年龄20～52岁，平均(37.2±8.7)岁。纳入标准：踝关节疼痛，临床诊断为距骨骨软骨损伤，踝关节韧带损伤(≥6个月)，关节滑膜增生，关节游离体。排除标准：①除病变部位外软骨明显缺损；②既往踝关节手术史；③严重骨关节炎及类风湿性关节炎；④软骨下骨囊肿形成。所有患者均接受MR检查，并于其后1周内接受关节镜检查，且均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa HdxT 3.0T MR扫描仪，8通道踝关节专用表面线圈。扫描序列及参数：①冠状位快速自旋回波T1W，TR 660 ms，TE 12 ms；②冠状位脂肪饱和自旋回波PDW，TR 2 660 ms，TE 38 ms；③矢状位脂肪饱和自旋回波PDW，TR 2 120 ms，TE 38 ms；④横断位脂肪饱和自旋回波PDW，TR 2 080 ms，TE 36 ms；⑤横断位自旋回波T2W，TR 2 060 ms，TE 36 ms。以上序列FOV 16 cm×16 cm，层厚2.5 mm，层间距0.3 mm；⑥冠状位T1ρ序列，TR 5.28 ms，4个回波链，TE分别为 1、10、40和80 ms，层厚3.5 mm， FOV 16 cm×16 cm，矩阵256×192，扫描时间4.5 min。

1.3 图像分析 采用GE后处理软件将所有T1ρ图像重建为伪彩图,正常软骨设置为均匀一致的橙红色阶,可信区间为95%。由2名分别具有3年和6年骨关节影像学诊断经验的主治医师和副主任医师及1名具有10年骨关节损伤诊断经验的运动医学科主任医师观察所有MRI和关节镜结果，根据关节镜、PDWI及T1ρ图像所示踝关节OLT，依照Hepple改良分型标准[1]进行分型，意见不一致时经讨论决定。Ⅰ型：仅有关节软骨损伤；Ⅱ型：关节软骨损伤，伴软骨下骨隐匿性骨折，合并或不合并周围骨髓水肿；Ⅲ型：存在与距骨体分离的骨软骨片，未发生移位；Ⅳ型：存在与距骨体分离的骨软骨块并移位；Ⅴ型：软骨下骨囊肿形成。本研究仅针对Ⅰ～Ⅳ型踝关节OLT病例进行分析，而未纳入Ⅴ型OLT患者。

由上述2名影像科医师分别测量T1ρ值。随机选取20例患者的正常软骨区域为正常对照组，勾画3个ROI，测量T1ρ值；按照关节镜下所示软骨损伤最严重区域于T1ρ伪彩图上相应区域勾画3个ROI，测量T1ρ值；均取3个ROI的平均值作为最后结果。1个月后由上述2名影像科医师再次测量同次T1ρ成像的软骨T1ρ值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 20.0统计分析软件。计量资料以±s表示，计数资料以百分率表示。以单项随机效应模型计算组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)评估2次测量T1ρ值结果的一致性，以单因素方差分析各型软骨损伤(各型损伤分别为相对应各组)T1ρ值差异，两两比较采用LSD法。以关节镜为“金标准”，采用Kappa检验比较PDWI评估OLT分型与关节镜结果的一致性，Kappa>0.75为一致性良好，0.4

2 结果

2.1 各型OLT T1ρ值比较 40例中，24例左踝关节、16例右踝关节OLT；损伤位于距骨内侧穹窿30例、外侧8例，2例为弥漫性损伤。关节镜、PDWI及T1ρ图像分型结果见表1。T1ρ图像清晰显示正常踝关节距骨软骨呈均匀一致的橙红色阶，软骨损伤呈黄绿色阶(图1～4)。间隔1个月二次测量T1ρ值结果的一致性较好(ICC=0.97，P<0.01)，取2次测量的平均值作为最后结果。对照组(n=20)、Ⅰ型组(n=9)、Ⅱ型组(n=9)、Ⅲ型组(n=10)及Ⅳ型组(n=12)软骨T1ρ值分别为(32.66±1.92) ms、(43.07±2.05) ms、(45.24±2.19) ms、(48.19±3.35) ms及(57.46±3.48) ms，各组间软骨T1ρ值差异有统计学意义(F=41.68，P<0.01)。随软骨损伤程度加重，T1ρ值逐渐延长，Ⅱ型组软骨T1ρ值较Ⅰ型组延长，但差异无统计学意义(P=0.12)，其余各组T1ρ值两两比较差异均具有统计学意义(P均<0.05)。40例OLT中，3例PDWI表现正常，而T1ρ成像提示Ⅰ型OLT，T1ρ值[(40.40～43.50) ms]延长，关节镜结果证实为Ⅰ型OLT(图1)。

图1 患者男，35岁，关节镜示左踝关节Ⅰ型OLT，伪彩图T1ρ值45.05 ms(箭) 图2 患者男，35岁，关节镜示右踝关节Ⅱ型OLT，伪彩图T1ρ值46.59 ms(箭) 图3 患者女，36岁，关节镜示右踝关节Ⅲ型OLT，伪彩图T1ρ值50.43 ms(箭) 图4 患者女，37岁，关节镜示左踝关节Ⅳ型OLT，伪彩图T1ρ值53.95 ms(箭)

2.2 PDWI评估OLT分型与关节镜结果的一致性良好，Kappa=0.80，P<0.01。

3 讨论

踝关节软骨菲薄，平均厚度仅1.1 mm，且关节结构复杂，普通MRI难以清晰显示，需采用高场强及高分辨率MR设备。踝关节受到机械应力后软骨细胞新陈代谢活跃，可产生大量蛋白多糖和胶原，因此较少发生原发性骨关节病而多见骨软骨损伤[2-3]。踝关节OLT多发生于青壮年，约占全身软骨损伤的4%，一旦损伤，自我愈合能力差，如不及时干预易致软骨弥漫性损伤，从而进展为继发性骨关节炎[4-5]。

软骨损伤后蛋白多糖合成受到抑制，胶原纤维网状结构崩解、破坏及其排列方式改变，通透性增高[6-7]。人体直立行走时，踝关节软骨承受的压力达到人体重量的5倍，损伤后软骨的抗压能力减弱，易将压力传至软骨下骨质结构而引起骨质改变，产生骨软骨损伤，增加骨关节炎的风险[8]。OLT分型的依据即为软骨和软骨下骨质结构受累程度。

MRI是无创性评价OLT的最佳检查方法，但早期病变信号及形态变化不明显，常规MRI易漏诊，且无法定量评估。目前T1ρ技术多用于膝关节软骨相关研究[9-10]。本研究采用T1ρ技术评估踝关节OLT，结合关节镜检查，测量时将T1ρ图放大4倍，选择中间部分，以避免关节积液及软骨下骨结构所致表面容积效应，使结果更可靠。

T1ρ伪彩图中，正常软骨呈现均匀的橙红色阶，损伤后呈现黄绿色。由于Hepple改良分型中的Ⅴ型OLT患者受损软骨已大部分或完全缺损，且踝关节软骨非常薄，难以准确测量其T1ρ值，本研究只针对Ⅰ～Ⅳ型踝关节OLT病例进行分析，而未纳入Ⅴ型OLT病例。关节镜下，踝关节损伤患者距骨软骨完全正常者非常少见，且既往研究[11]发现患者软骨正常区域的T2值与健康人差异无统计学意义(P=0.53)，故本研究以患者正常区域为正常对照组测量T1ρ值。

本研究结果显示，随损伤程度加重，T1ρ值逐渐延长，采用T1ρ技术可区分正常软骨和Ⅰ型OLT，而Ⅱ型OLT软骨T1ρ值虽较Ⅰ型延长，但差异无统计学意义(P=0.12)，提示二者间软骨损伤程度差别并不大。Ⅰ型及Ⅱ型OLT的区别在于Ⅰ型损伤仅有关节软骨损伤，而Ⅱ型损伤伴软骨下骨质隐匿性骨折。T1ρ技术可清晰显示关节软骨，却无法评估软骨下骨质结构改变，故需结合常规MRI诊断Ⅰ型及Ⅱ型OLT。

本研究中Ⅱ型和Ⅲ型OLT软骨T1ρ值差异具有统计学意义(P=0.03)，但差值不大，且存在少量重叠，提示此时须谨慎采用T1ρ技术评估OLT，应结合其他检查方法进行判断。Ⅳ型OLT软骨T1ρ值较Ⅲ型延长(P<0.05)，可能由于常规MRI和T1ρ技术无法检测Ⅳ型OLT骨软骨块与距骨体分离而发生的微小移位，而移位的间隙出现关节积液，使PDWI显示信号明显增高；T1ρ图像中，软骨损伤区域积液填充，导致局部蛋白多糖含量减少，使T1ρ值明显延长，损伤部位色彩发生改变。

关节镜可清晰显示踝关节软骨全层。本研究以关节镜分级结果作为金标准，观察T1ρ技术对于踝关节OLT的应用价值，发现PDWI诊断踝关节OLT与关节镜的一致性较好，与既往研究[12]结果相符。常规MRI可观察软骨形态改变，却无法显示软骨内大分子结构的变化及定量评估软骨改变，而T1ρ技术可弥补这一不足。

本研究中3例关节镜显示踝关节Ⅰ型OLT患者PDWI表现为正常软骨，而T1ρ值延长，同样提示为Ⅰ型损伤。在软骨病变早期，其内大分子结构变化尚不足以引起软骨信号改变时，常规MRI仍表现为正常信号，而T1ρ技术却可以敏感检出。但本组病例数较少，未比较T1ρ技术与PDWI对诊断早期软骨损伤的敏感度。

本研究的局限性：①样本量较少；②T1ρ技术无法显示软骨下骨质结构改变，不足以充分评估踝关节OLT分型。

综上所述，T1ρ成像可清晰显示距骨软骨，通过色阶变化定量、测量软骨T1ρ值，可客观评价软骨损伤程度。虽然T1ρ技术无法单独评估踝关节OLT，但可弥补常规MRI诊断OLT的不足，尤其适用于早期软骨损伤患者。