T2* mapping评估男性半程马拉松后半月板改变

郑孝众，周 静，田 甜，姚婉贞，丁建平

(杭州师范大学附属医院放射科，浙江 杭州 310015)

半月板是位于膝关节股骨和胫骨关节面之间的纤维软骨，其损伤是导致骨关节炎(osteoarthritis，OA)的重要因素[1]。目前对于长距离跑步是否会对膝关节半月板造成损伤尚无定论，如HANSEN等[2]发现中等水平跑步不增加健康人OA风险，反而可能具有保护作用，而 DRIBAN等[3]则认为过度跑步可能加速OA发作。T2*mapping技术对软骨组织内水含量、胶原纤维等成分的变化甚为敏感，可能为早期治疗疾病及预防其进展提供重要参考。目前MRI定量评估半月板主要针对OA患者[1]，对运动后半月板改变的报道较少。本研究采用T2*mapping技术评价半程马拉松对男性膝关节半月板的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象 于2020年6月—10月招募16名男性业余马拉松运动员，年龄26～53岁，平均(41.1±8.6)岁；体质量指数20.05～26.57 kg/m2，平均(23.06±1.71)kg/m2。纳入标准：①膝关节无创伤和外科手术史；②曾参加一次及以上马拉松赛事；③每周跑步至少3次，每次≥5 km，持续1年以上。排除标准：①罹患影响关节软骨代谢的疾病；②存在MR检查禁忌证。本研究通过杭州师范大学附属医院伦理委员会批准[编号：2019(论02)-HS-15]。检查前受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magnetom Aera 1.5 T MR扫描仪，膝关节专用15通道线圈，自动定位系统，于半程马拉松运动前1个月内行首次双膝部MR扫描，扫描前1周避免剧烈运动，并在扫描前休息30 min；于受试者完成半程马拉松(21 km，用时1～3 h)后3 h内行第2次扫描，此后3天及1周分别行第3、4次扫描，期间停止跑步。检查时嘱受试者仰卧，膝关节自然伸直并置于线圈中，以沙袋固定，以髌骨下缘为中心进行扫描。参数：矢状位脂肪抑制质子加权成像(fat-suppression proton density weighted imaging，FS-PDWI)序列，TR 3 300 ms，TE 38 ms，FA 150°，FOV 160 mm×160 mm，层厚3 mm，层间距0.6 mm，带宽193 Hz/Px；矢状位T2*mapping序列，TR 905 ms，TE 4.35、11.57、18.89、26.21、33.53 ms，FA 60°，FOV 160 mm×160 mm，层厚3 mm，层间距0.6 mm，带宽260 Hz/Px。

1.3 图像评估 采用Fusion工具融合解剖图像与T2*mapping伪彩图，获得融合图像。将膝关节半月板分为内、外侧半月板前角、后角及体部，由1名具有3年以上工作经验的放射科医师选取显示各区域最大层面图像手动勾画ROI，尽量避开关节积液及软骨，得到对应区域半月板的平均T2*值；共测量2次，间隔时间>14天。见图1。

图1 业余马拉松运动员，男，37岁 半程马拉松运动前(A)、运动后3 h(B)、3天(C)及1周(D)膝关节内侧半月板后角T2* mapping伪彩图

1.4 统计学分析 采用SPSS 23.0统计分析软件。以±s表示计量资料，采用独立样本t检验比较膝关节内、外侧半月板T2*值；采用单因素方差分析比较各时间点半月板各区域T2*值的差异，两两比较采用LSD检验。以组内相关系数(intra-class correlation coefficient，ICC)评价观察者2次测量的一致性，ICC≥0.75为一致性良好，0.40≤ICC<0.75为一致性中等，ICC<0.40为一致性差。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2侧膝关节MRI因图存在伪影而被排除，共30侧膝关节、包括16侧右膝及14侧左膝MRI纳入研究。

30侧半月板均未见撕裂，信号未见明显变化。前后2次T2*平均测值分别为(8.731±1.249)ms及(8.863±1.217)ms，观察者间一致性良好(ICC=0.817，P<0.05)。

完成半程马拉松赛事前，受试者膝关节内侧半月板T2*值[(8.67±1.04)ms]显著高于外侧半月板[(8.11±0.93)ms，t=3.75，P<0.05]。运动后3 h及3天膝关节半月板各区域T2*值均显著高于运动前(P均<0.05)；运动后1周半月板各区域T2*值与运动前比较差异均无统计学意义(P均>0.05)。运动后3天，内侧半月板体部T2*值显著高于运动后3 h(P<0.05)；运动后1周半月板各个区域T2*值均显著低于运动后3天(P均<0.05)，而与运动前比较差异均无统计学意义(P均>0.05)；运动后1周外侧半月板前角及后角T2*值均显著低于运动后3 h(P均<0.05)。见表1。

表1 男性完成半程马拉松运动前后膝关节半月板T2*值比较(±s，n=30)

表1 男性完成半程马拉松运动前后膝关节半月板T2*值比较(±s，n=30)

时间点内侧半月板前角后角体部外侧半月板前角后角体部运动前8.45±0.228.66±0.198.88±0.158.34±0.238.02±0.147.98±0.13运动后3h9.03±0.21*9.31±0.18*9.15±0.17*9.07±0.20*8.77±0.15*8.45±0.58*运动后3天9.00±0.22*9.61±0.23*9.54±0.23*#9.13±0.22*8.82±0.16*8.58±0.19*运动后1周8.53±0.21#▲8.87±0.17#▲9.03±0.17▲8.63±0.22#▲8.28±0.18#▲8.19±0.16▲F值12.3016.0719.8612.8915.398.97P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

注：*：与运动前比较P<0.05；#：与运动后3 h比较P<0.05；▲：与运动后3天比较P<0.05

3 讨论

针对马拉松运动对人体膝关节的影响尚存争议，SHELLOCK等[4]发现马拉松运动员半月板撕裂患病率低于久坐者，且跑步运动员与普通人的半月板退化程度相同。HOHMANN等[5]采用常规MRI定性观察马拉松运动后运动员的膝关节，结果显示长距离跑步并未对膝关节造成明显损伤。本研究MRI显示，男性业余马拉松运动员完成半程马拉松运动后膝关节半月板各区域信号相比运动前未见明显变化，与既往研究[4-5]基本相符。

MR定量技术可为于分子水平早期诊断半月板损伤提供影像学依据。T2 mapping是目前研究软骨生化成分的最常用影像学技术之一，对组织中水的相互作用十分敏感，其测值取决于胶原含量、方向和各向异性。一项前瞻性临床验证研究[6]结果显示，半月板退变及损伤时，其T2值均明显增加。T2*mapping成像是在T2 mapping成像的基础上研发而来，但其成像采用多回波梯度序列，与T2 mapping并不相同，无180°聚相位脉冲，故T2*值可反映自旋-自旋弛豫，成像较快，对软骨组织的胶原纤维各向异性及含水量变化均较敏感，采集速度及图像空间分辨率更优于T2 mapping[7]。

本研究结果显示，运动前男性业余马拉松运动员内侧半月板的T2*值显著高于外侧半月板，可能与内、外侧半月板成分有关。MAKRIS等[8]发现内侧半月板的胶原蛋白及蛋白聚糖均少于外侧，水含量则高于外侧；正常情况下，蛋白聚糖负责半月板内的水合作用，限制水分迁移并增加半月板的韧性；内侧半月板蛋白聚糖较少，导致游离水增加，故T2值增加，提示内侧半月板对退行性损伤的易感程度高于外侧。

本研究发现运动后3 h及3天半月板各区域T2*值均显著高于运动前，提示半程马拉松运动后半月板生化成分会发生改变；而运动后1周半月板各区域T2*值较运动后3天显著下降，并已基本恢复至运动前的基线水平，可能因运动虽未致胶原纤维网状结构破坏，但使半月板胶原纤维方向及水含量发生变化，而此时生化成分仍未完全复原。STEHLING等[9]发现T2值在完成马拉松赛事3个月后完全恢复至运动前水平。此外，本组内侧半月板后角T2*值运动后升高最为明显，与SUBBURAJ等[10]的结果相似。既往研究[11]表明内侧半月板后角变性发生率最高，可能与其结构特性有关：内侧半月板易变性低、直径大、厚度薄，正常状态下膝关节60%～80%的压力负荷由内侧半月板传导[12]，导致运动中内侧半月板较外侧承受更大压力负荷，更易发生损伤。

综上，T2*mapping技术可较为敏感地评估半月板变化；男性业余马拉松运动员完成半程马拉松运动后，其膝关节半月板T2*值变化为可逆性改变，可能与其成分改变相关。本研究的主要局限性：①样本量小；②缺乏病理结果的支持；③仅随访至运动后1周，有待完善。