CT成像技术对犬膝关节骨关节炎的评估

王佳尧 ， 谢富强

(中国农业大学动物医院 ， 北京 海淀 100193)

膝关节骨关节炎是伴随滑膜边缘骨生成及膝关节周围软组织纤维变性的一种非感染性关节软骨退化疾病，过去也被称为退行性关节病。犬的膝关节骨关节炎作为一种老年性疾病，随着宠物犬寿命增长而越来越受到重视。目前对于骨关节炎的发病机制研究尚不全面，且治疗方案均不能完全治愈，因此对骨关节炎的早期诊断对于后期的治疗有很高的指导意义。

本试验使用木瓜蛋白酶建立犬膝关节骨关节炎病理模型，并在造模期使用CT扫描及CT关节造影技术定期监测。旨在探讨CT成像技术在膝关节骨关节炎病程早期的诊断价值与意义，希望能为临床病例的诊断提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 实验动物 本试验使用共计6只比格犬，年龄分布范围为3～5岁。实验犬四肢均无明显异常，无其他健康问题，饲喂1周后开展试验。

1.2 试验仪器及药品 16排螺旋X线计算机体层摄影设备，仪器型号MX16-slice,飞利浦医疗(苏州)有限公司。碘海醇注射液，350 mg I/mL(以碘浓度计)，福安药业集团宁波天衡制药有限公司，批号：180701B04；舒泰50，5 mL：250 mg，法国维克制药集团，批号：6 WL3；新速眠注射液，2 mL：0.2 g，吉林华牧动物保健品有限公司，批号：180126；木瓜蛋白酶：P3125-100 mg，西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，批号：SLBX6066；左旋半胱氨酸：C7352-10 mg，西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，批号：SLBT7674V。

1.3 膝关节骨关节炎病理模型的建立 使用舒泰与新速眠混合液对犬进行化学保定，膝关节进行剃毛与消毒。用生理盐水稀释木瓜蛋白酶原液至2%浓度，并与5 mmol/L左旋半胱氨酸制成混合液进行膝关节腔内注射。双侧膝关节分批造模，共计12个膝关节。每批分别在第1、4、7天进行膝关节腔内注射0.5 mL混合液。3次注射全部完成后，每天强制牵遛2次，每次活动时间为20～30 min。观察至第5周膝关节恢复负重后，进行下一批造模。

1.4 CT扫描监测 造模前均进行CT扫描，造模后每周进行CT扫描至第5周。CT扫描流程包括平扫、关节造影、仰卧位及侧卧位扫描。关节造影使用100 mg I/mL浓度碘海醇作为造影剂。

仰卧位扫描时，使用凹型槽，犬双后肢向后伸展。扫描协议如下：扫描范围从股骨远端1/3处至胫骨近端1/5处；140 kVp；200 mAs；旋转时间1 s；层厚0.75 mm；像素矩阵1 024×1 024。侧卧位扫描摆位时，犬前半身适当上仰，使得膝关节与骨盆在射线穿透方向上错开来避免过度衰减[1]。扫描协议如下：扫描范围从股骨腓肠豆后至胫骨粗隆前；电压140 kVp；350～450 mAs；旋转时间1 s；层厚0.75 mm；像素矩阵1 024×1 024。

1.5 图像对比分析 CT平扫：对比造模前图像，重点评估胫骨平台、股骨髁、滑车嵴及各籽骨是否出现骨溶解或骨赘生成，详细记录病变的发生位点及首次出现时间。CT关节造影扫描：对比造模前关节造影图像，重点评估关节囊是否出现增厚或者破损、各韧带是否出现损伤、半月板是否出现撕裂及可评估范围内关节软骨情况，详细记录病变的发生位点及首次出现时间。

1.6 股骨髁关节软骨损伤分布统计 根据造模后第5周CT关节造影图像统计股骨髁关节软骨损伤分布。为了便于评估关节软骨的表面细微病变，本次试验参照文献[2]将股骨髁表面按网格划分方法进行评估。将内外股骨髁表面如图1所示分别划分为网格，以网格为单位评估是否出现病变。如图1A，在矢状面中对股骨髁表面拟合做圆，以30°为间隔等分为6个区块，依次编号。如图1B，连接股骨内外侧髁做一直线，称为股骨髁后轴(图中短划线)。垂直于股骨髁后轴，由内向外分别将每侧股骨髁关节面等分为4个区块，依次编号。最终将每侧股骨髁划分24个网格。仔细评估单个网格内全部软骨表面，以网格为单位记录损伤区域。

图1 股骨髁划分示意图A:纵向划分; B:横向划分

软骨损伤判定标准：若造影剂在软骨表面平滑且连续分布则为正常软骨；若造影剂在软骨表面粗糙且呈不规则界面或进入到软骨应在的边界以下则为异常关节软骨；若造影剂未能充盈导致无法评估则不纳入统计[3]。

2 结果

2.1 CT平扫检查监测 对比造模前CT图像(图2A、2B)，造模过程中膝关节均出现不同程度的骨赘增生、骨质溶解(图2C、2D)。病灶分布基本涵盖整个膝关节，以髌骨、股骨滑车嵴与股骨髁为主，但同样可发生于胫骨平台及腓肠豆。典型征象可见髌骨前侧出现“犄角样”骨赘生成，并在矢状面向近端延伸。

图2 正常及造模后膝关节CT平扫图像A:正常矢状面(髁间窝水平); B:正常横断面(腓肠豆水平); C:造模后横断面; D:C图的重建矢状面

以周为单位对膝关节病变过程做记录，结果如表1所示，造模后第1周内均未见退行性病变，平均在(3.08±0.64)周出现骨赘生成，在(3.18±0.94)周出现骨质溶解。

表1 病变首次出现时间点 (周)

2.2 CT关节造影扫描监测 对比造模前CT关节造影图像(图3A)，评估矢状面中髌骨与滑车接触点，以清晰度下降为评价软骨判定标准(图3B)；以关节囊内造影剂分布边界不规则且出现褶皱作为滑膜炎判定标准(图3B)，记录损伤首次出现时间点。所有造模膝关节均未发现韧带及半月板损伤。

图3 CT关节造影下滑车沟软骨损伤及滑膜炎判定标准A:正常软骨及关节囊; B:异常软骨及关节囊

以周为间隔，记录关节损伤评估结果见表1。统计数据显示，造模膝关节平均在(2.08±0.28)周出现滑膜炎，在(2.42±0.76)周出现软骨损伤。

2.3 软骨损伤分布 造模后木瓜蛋白酶诱发关节软骨退行性病变，同时受关节活动影响局部受力处发生磨损，在CT关节造影图像中表现为关节软骨表面不连续/不平滑或造影剂进入关节软骨表面以下。每个网格内数字，第1行为该网格出现损伤数/该网格总显影数，第2行为该网格在显影情况下出现软骨损伤概率。评估第5周的关节造影图像，所得结果如图4(外侧髁的1D区域为趾长伸肌肌腱起始点，不纳入统计)。可见股骨髁中最常发生软骨损伤的部位在于股骨内侧髁内侧面及外侧髁中部。

图4 股骨髁软骨损伤分布示意图

3 讨论

木瓜蛋白酶是一种特异性广泛的半胱氨酸蛋白酶，可切断氨基酸之间的肽键。目前，已有在犬、兔及豚鼠中使用木瓜蛋白酶成功诱发骨关节炎的研究，且具备造模时间短、可重复性高的特点。木瓜蛋白酶在关节腔内作用于软骨基质，通过切断肽键作用分解蛋白多糖，最终引起关节软骨的退行性变化。目前使用木瓜蛋白酶进行犬膝关节骨关节炎造模的注射方案尚无统一标准。为提高造模成功率并缩短造模时间，本试验选用了较高浓度的商业化木瓜蛋白酶(≥16 units/mg)，而Havdrup等的研究表明，在兔膝关节中注射浓度较低的木瓜蛋白酶，可诱发更贴近于人类患者临床病例的骨关节炎病变[4]。后续研究中，可设定不同木瓜蛋白酶浓度梯度进行分组造模，对比病程差异及影像学变化，以便于寻找更贴近于犬临床骨关节炎发病的造模方案。

膝关节骨关节炎是涉及全关节的退行性病变，关节囊、关节软骨、关节液及软骨下骨均会发生相应病理变化。关节囊内发生广泛性滑膜炎，主要表现为绒毛膜性反应、滑膜细胞增生及炎性细胞浸润。软骨损伤在关节内分布情况多变，蛋白多糖总量的丢失与结合水分能力下降导致软骨软化使得膝关节出现线性凹槽损伤。软骨软化后发生异常磨损与浅表侵蚀，随着侵蚀加剧软骨愈发变薄并出现磨损。若关节软骨出现溃疡病灶后仍进行常规活动，暴露处软骨下骨会发展成平滑磨光的象牙化骨。此外还可见软骨下骨囊肿，即出现滑膜样边界的腔性结构并伴随周围骨溶解。

本试验中膝关节CT扫描包括平扫及关节造影，平扫主要评估膝关节相关骨骼的密度变化；关节造影评估关节囊内关节软骨损伤，并一定程度上反映滑膜炎性变化。通过多平面重建技术，本次造模中通过CT平扫可诊断出直径为1～2 mm的骨赘与骨溶解。CT关节造影中，造影剂分布具有随机性，故单次扫描中存在软骨成像盲区，但重复检查可评估大部分软骨。软骨损伤在图像中表现为软骨边界清晰度下降，本次造模中发现股髌关节面可作为评估重点，滑车沟与髌骨间的软骨接触点清晰度变化可在骨关节炎病程中被快速诊断。由于木瓜蛋白酶在膝关节内造成软骨损伤呈广泛性分布，大部分软骨的厚度变化无法精确监测，但关节受力面造成的软骨损伤可在CT关节造影扫描中被快速监测。本次造模中未出现十字韧带及半月板损伤，故无法评估CT检查对其诊断价值，在已有的研究中可推测CT关节造影扫描同样具有较高的敏感性[4-6]。

综上所述，CT扫描在早期骨关节炎病程中可快速诊断出骨赘及骨溶解，且可通过关节造影扫查全面评估关节软骨损伤，但对于关节积液的评估仍需要结合X线或超声检查。