2 岁以下小儿发育性髋关节发育不良髋关节软骨T2 mapping 分析

孙念念 李琦 王磊 王亚捷 高月 潘诗农

髋关节是人体运动系统最重要的关节之一，对人体自身结构的支撑和运动起着重要作用。 发育性髋关节发育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH） 是一种常见的小儿骨肌系统先天性畸形，其发病率为0.2‰~2‰[1]。 DDH 多见于女孩，我国患儿的男女比例为1∶4.75[2]。 DDH 患儿由于髋臼先天性发育缺陷，髋臼和股骨头承受的压力分布不均，生物力学研究发现DDH 患儿髋关节承重区关节软骨承受的压力较正常者增加10~15 倍，因此患儿早期即可发生关节软骨磨损[3]。 MR T2mapping 是近年发展起来的一种定性、定量分析软骨成分的成像技术，通过显示生物组织横向磁化衰减来检测早期软骨变性程度，已逐步应用于临床[4-5]。 本研究以2 岁和2 岁以下DDH 患儿及正常对照组幼儿为研究对象，通过定量分析髋关节软骨T2mapping 成像上T2值的变化，以期为临床诊治提供更多有价值的信息。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性收集2014 年12 月—2018年11 月就诊于中国医科大学附属盛京医院并行髋关节MR T2mapping 检查的2 岁及2 岁以下幼儿59名， 其中临床和髋关节MRI 检查异常并确诊的DDH 患儿34 例（男4 例、女30 例，年龄5～24 个月，中位年龄18 个月；排除有髋关节外伤史、肿瘤史或结核等感染病史及髋关节积液者）；MRI 检查正常且临床明确除外DDH 的正常幼儿25 名作为对照（男2 名、女23 名，年龄5～24 个月，中位年龄17 个月）。 全部幼儿按照年龄分为3 组：组1，年龄≤6 个月（DDH 7 例，对照7 名）；组2，6 个月<年龄≤12 个月（DDH 4 例，对照6 名）；组3，12 个月<年龄≤24个月（DDH 23 例，对照12 名）。

1.2 设备与方法 采用荷兰Philips 3.0 T 全数字MR 扫描设备和16 通道相控阵腹部接收线圈。 扫描序列包括冠状面T1WI，横断面、矢状面、冠状面抑脂T2WI 及横断面T2mapping 序列。 横断面扫描覆盖髋臼上缘至股骨大转子，冠状面覆盖髋关节前后缘，矢状面覆盖骨盆。 扫描参数如下： 冠状面T1WI：TR 482.42 ms，TE 10 ms， 矩阵480×480，FOV 180 mm×180 mm；横断面T2WI：TR 3 471.14 ms，TE 110 ms，矩阵400×400，FOV 200 mm×200 mm；冠状面抑脂T2WI：TR 3 600.03 ms，TE 60 ms，矩阵240×240，FOV 180 mm×180 mm。 上述3 种序列的层厚和层间距均分别为3.0 mm 和3.3 mm。矢状面T2WI：TR 2 222.45 ms，TE 60 ms，层厚4.0 mm，层间距4.5 mm，矩阵432×432，FOV180 mm×180 mm。横断面T2mapping：翻转角90°，TR 1 500 ms，TE 9、18、27、36、45、54、63、72、81 ms，层厚3.5 mm， 层间距3.0 mm， 矩阵1 024×1 024，FOV 130 mm（前后）×243 mm（左右）×58 mm（上下），扫描时间4 min39 s。 扫描前30 min 给予幼儿5%水合氯醛镇静， 根据幼儿年龄和体质量计算水合氯醛用量：≤6 个月者，0.5~1 mL/kg 体质量；＞6 个月者，1~2 mL/kg 体质量。 采取直肠灌肠方式给药，给药后将幼儿安排在安静舒适的候检室， 待幼儿熟睡后进行髋关节MRI 检查。 扫描时幼儿呈仰卧位，双下肢自然伸直，双侧脚尖外旋约15°，以保证双侧膝关节及大腿朝上，双侧大腿外侧分别垫上软垫，避免线圈压迫。

1.3 数据处理及T2值测量 将原始数据上传至Philips 工作站（Philips Intellispace Portal）进行处理，生成髋关节软骨的T2mapping 伪彩图（图1）。 在T2mapping 横断面影像上选择成像最佳层面 （目标软骨形态及边界显示完整、清晰，一般为中心层面），参考Chatha 等[6]对正常髋关节分区，在T2mapping影像上将股骨头软骨等分为8 个亚区 （F1~F8），髋臼软骨等分为6 个亚区（A1~A6），结合伪彩图在每个亚区手动选取兴趣区（ROI） 并测量其T2值（图2）。 选取ROI 时应尽量靠近软骨内缘，避开软骨下皮质、关节腔内积液；ROI 大小为1.5~2 mm2。由3 名高年资放射科医师（1 名正主任医师和2 名副主任医师）独立测量1 次每个亚区的T2值并记录，取3 名观察者测量的平均值作为最终结果（图3）。

1.4 统计学处理 采用SPSS 19.0 统计软件对数据进行分析。 符合正态分布的计量资料以均数±标准差（x±s）表示，2 组间比较采用独立样本t 检验，多组间比较采用单因素方差分析， 组间两两比较采用SNK 法。 采用Spearman 相关分析DDH 组股骨头软骨及髋臼软骨T2值与年龄的相关性，rs≤0.2 表示无相关性、0.20.7 表示高度相关。 P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 DDH 患儿与对照者股骨头软骨和髋臼软骨T2值的比较 与正常对照者软骨T2值比较， 组1 中DDH 患儿A1、A3 亚区的T2值较高（P＜0.05）；组2中DDH 患儿F3~F5 亚区及A1、A3、A4 亚区T2值较高（P＜0.05）； 组3 中DDH 患儿F1~F8 亚区及A1~A4 亚区T2值较高（P＜0.05）；其他各软骨亚区T2值差异均无统计学意义（均P＞0.05），详见表1、2。

图1 患儿女，5 个月，左侧髋关节发育不良。 A 图，髋关节横断面T2WI 上显示左侧股骨头前移，股骨头与髋臼距离增大，提示左侧股骨头脱位；B 图，蛙式位T2WI 上显示左侧髋关节形态欠规整，髋臼边缘变钝、退化，髋臼角变大，髋臼软骨与股骨头软骨变薄；C 图，蛙式位抑脂序列T2WI 上显示左侧髋关节髋臼角变大，髋臼软骨与股骨头软骨变薄；D 图，T2 mapping 伪彩图显示左侧股骨头可见局灶性绿色及黄色区域， 即相应区域T2 值增高。

图2 股骨头软骨及髋臼软骨分区测量模式图（右髋）。 图中黑箭头表示股骨头软骨，白箭头表示髋臼软骨；数字为亚区序号,其中F1～F8 代表股骨头软骨（黑箭）各亚区，A1～A6 代表髋臼软骨（白箭）各亚区。

图3 DDH 患儿髋关节亚区T2 值测量图。 抑脂T2WI 上测量股骨头软骨F3 亚区的T2 值为61.6 ms。

2.2 3 组DDH 患儿股骨头软骨T2值的比较 F1~F8 亚区T2值比较，3 组间差异均有统计学意义（F值 分 别 为 22.960、26.267、19.650、15.714、10.632、11.864、24.387、22.026，均P<0.001）。 其中，F3~F6 亚区的T2值在组2 最高， 其次为组1、 组3 （均P＜0.05）；F1、F2、F7、F8 亚区的T2值由组1 到组3 呈逐渐降低趋势（均P＜0.05）。

2.3 3 组DDH 患儿髋臼软骨T2值的比较 A1~A6亚区T2值比较，3 组间差异均有统计学意义（F 值分别 为14.758、10.660、102.836、61.218、14.732、8.446，均P<0.001）。所有亚区T2值均呈现由组1 到组3 逐渐降低趋势（均P＜0.05）。

表1 正常对照者和DDH 患儿不同年龄阶段的股骨头软骨各亚区T2 值比较

表2 正常对照者和DDH 患儿不同年龄阶段的髋臼软骨各亚区T2 值比较

2.4 DDH 患儿软骨T2值与年龄的相关性分析 DDH患儿股骨头软骨和髋臼软骨各亚区的T2值与年龄呈中度或高度负相关。股骨头软骨F1~F8 亚区的rs值分别为-0.687、-0.727、-0.760、-0.725、-0.674、-0.699、-0.758、-0.680，均P＜0.001；髋臼软骨A1~A6 亚区的rs值分别为-0.768、-0.684、-0.700、-0.891、-0.843、-0.812，均P＜0.001。

3 讨论

传统MRI 可以显示关节软骨的形态及信号变化， 而T2mapping 成像可以为关节软骨提供更多信息。 软骨T2值表示生物组织横向磁化衰减，反映生物组织结构特异性， 软骨T2值的主要影响因素包括软骨内胶原纤维含量、排列方向以及软骨内含水量[7-9]。 关节软骨损伤早期，部分蛋白多糖降解，残存的蛋白多糖伸展空间增大，造成软骨内水分子增多，而且软骨细胞外基质中胶原纤维形态发生改变，排列方式亦随之发生变化，关节表面摩擦力增加，导致胶原纤维网发生断裂， 水分子透过量增多。 软骨内含水量增加在MRI 上表现为横向弛豫时间延长，即T2值升高，因此在软骨厚度和形态发生变化之前可以根据T2值的变化早期发现软骨损伤[7,10]。 Apprich等[4]通过3 T MR T2mapping 成像定量检测早期软骨变性发现， 随着压力负荷的增加，DDH 患儿髋臼软骨外表面区的T2值减小程度（7.6%±10.6%）明显大于正常幼儿（1.2%±10.9%），DDH 患儿的髋臼软骨外深区T2值与负荷和髋臼正位片上的中心边缘角呈正相关，即负荷和边缘角越大，T2值越大。 孟等[11]研究发现DDH 患儿髋关节软骨的T2值高于正常幼儿， 提示髋臼与股骨头的异常接触导致关节软骨内成分的变化，而且随着盘状软骨体积增加，髋关节软骨的T2值增加。 由此可见，软骨T2mapping 成像可以直观反映软骨对压力负荷的承受状况， 对于研究运动对软骨生物力学的影响有重要意义。

Watrin 等[12]利用8.5 T 微型MR 设备扫描不同周龄大鼠的髌骨，发现10 周之前随着鼠龄增加，大鼠髌骨T2值逐渐降低，髌骨厚度逐渐变薄。同理，幼儿髋关节的发育也是动态变化的。 本研究结果显示2 岁及2 岁以下DDH 患儿股骨头软骨及髋臼软骨的T2值与年龄呈中度或高度负相关，即随着年龄增长T2值逐渐下降，这与Watrin 等[12]的研究结果基本相符。

DDH 患儿髋臼先天性发育不良，患侧髋臼和股骨头对位关系不佳，造成髋关节盂唇翻转[13]，因此DDH 患儿的髋关节软骨较正常幼儿易发生磨损。张等[14]通过动物实验研究表明，DDH 模型鼠在较早阶段即出现软骨退变， 且退变程度随着鼠龄的增加而逐渐加重。 同理，随着DDH 患儿年龄增加，长期异常应力关系将导致患侧髋关节软骨逐渐发生退行性改变，如未及时给予合理、有效的外科干预，患侧髋关节可能出现股骨头半脱位、脱位，骨关节炎等，严重者可出现局灶性股骨头坏死， 严重影响患儿生长发育和远期生活质量[15]。 因此，对DDH 尽早做出诊断并给予合理治疗对患儿的预后具有重要意义。 近年有研究者[16-19]提出对2 岁及2 岁以下DDH 患儿宜采取非手术治疗，而2 岁以上患儿采取手术治疗。因为2 岁是DDH 诊疗中极其重要的年龄分水岭，2岁以前如能及时诊断， 对其选择治疗方案及评估预后具有重要意义。

本研究测量2 岁及2 岁以下DDH 组患儿股骨头软骨不同亚区T2值范围为（53.00±5.77）~（66.27±4.53）ms。 通过比较同一年龄段DDH 患儿与正常幼儿股骨头软骨T2值发现， 年龄≤6 个月的DDH 患儿股骨头软骨各个亚区T2值与正常幼儿的T2值的差异无统计学意义（P>0.05）。随着年龄增长，6~12 个月的DDH 患儿股骨头软骨F3~F5 亚区的T2值开始高于正常幼儿， 这些较早出现差异的亚区靠近股骨头顶点，这从MR 成像角度反映了DDH 患儿靠近股骨头顶部的软骨承受着较大压力， 更易发生损伤。本研究比较了3 个年龄段股骨头软骨各亚区T2值，发现其间差异均有统计学意义，其中F3~F6 亚区的T2值在6~12 个月阶段最高， 其余亚区的T2值均为≤6 个月的阶段最高，12~24 个月阶段最低。 笔者认为幼儿周岁以后逐渐学会走路，而患儿活动量增多、活动范围增大，股骨头软骨更易磨损。由此提示对于DDH 患儿应在其学会走路前尽早给予外科干预，纠正股骨头与髋臼对位不良，以保护股骨头软骨。

结合幼儿生长发育过程，≤6 个月的DDH 患儿虽然不会走路，髋关节不承重，但是患儿双下肢其他活动也会造成关节软骨的磨损。 随着年龄增长，幼儿逐渐学会走路， 正常情况下人体上部重力沿骨盆经髋臼和股骨头向下传导， 正常生物力诱导髋臼发育[20]，而DDH 患儿缺乏股骨头约束和依托承重，下肢力线、力矩错乱，生物力紊乱，髋臼软骨向关节腔内增生，软骨细胞出现退行性变。 本研究还发现，年龄≤6 个月的DDH 患儿， 其股骨头软骨各亚区T2值与正常幼儿的无差异， 但该年龄段DDH 患儿的髋臼软骨A1 和A3 亚区（位于髂骨面）的T2值高于正常幼儿， 表明DDH 患儿髋臼软骨的变化早于股骨头软骨的变化。 随着年龄增长，12~24 个月的DDH 患儿髋臼软骨有更多亚区（A1~A4 亚区）T2值高于正常幼儿。 进一步比较不同年龄段DDH 患儿的髋臼软骨T2值发现，随着年龄增加，髋臼软骨的T2值下降。Takeuchi 等[10]通过对2 岁左右的DDH 患儿进行持续MRI 随访发现， 如果髋臼软骨形成完全，骨性髋臼就有可能形成完全而覆盖良好，监测股骨头和髋臼发育一致性的变化尤为重要。 因此，当髋臼软骨同股骨头软骨变化不一致时应考虑存在DDH 的可能性。

综上，应用T2mapping 成像可以观察DDH 患儿股骨头软骨及髋臼软骨生长发育情况， 并发现股骨头顶点部位软骨和髋臼软骨髂骨面是最具特征性改变的部位，这也符合髋关节生物力学特点。 T2mapping 成像对于评估DDH 患儿髋关节软骨损伤具有重要价值。 因此，在DDH 患儿学会走路前尽早给予外科干预，纠正股骨头与髋臼对位不良，这对于保护股骨头软骨及髋臼软骨、提高预后具有重要意义。

由于本研究为回顾性研究，病例数尚少，也缺乏观察随访和对软骨T2值的分层测量，由此可能存在测量偏倚，今后我们将增大样本量，采取分层测量软骨T2值等方法进一步研究。