2 歲以下小兒發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良髖關(guān)節(jié)軟骨T2 mapping 分析

孫念念 李琦 王磊 王亞捷 高月 潘詩農(nóng)

髖關(guān)節(jié)是人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)最重要的關(guān)節(jié)之一，對(duì)人體自身結(jié)構(gòu)的支撐和運(yùn)動(dòng)起著重要作用。 發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH） 是一種常見的小兒骨肌系統(tǒng)先天性畸形，其發(fā)病率為0.2‰~2‰[1]。 DDH 多見于女孩，我國患兒的男女比例為1∶4.75[2]。 DDH 患兒由于髖臼先天性發(fā)育缺陷，髖臼和股骨頭承受的壓力分布不均，生物力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)DDH 患兒髖關(guān)節(jié)承重區(qū)關(guān)節(jié)軟骨承受的壓力較正常者增加10~15 倍，因此患兒早期即可發(fā)生關(guān)節(jié)軟骨磨損[3]。 MR T2mapping 是近年發(fā)展起來的一種定性、定量分析軟骨成分的成像技術(shù)，通過顯示生物組織橫向磁化衰減來檢測(cè)早期軟骨變性程度，已逐步應(yīng)用于臨床[4-5]。 本研究以2 歲和2 歲以下DDH 患兒及正常對(duì)照組幼兒為研究對(duì)象，通過定量分析髖關(guān)節(jié)軟骨T2mapping 成像上T2值的變化，以期為臨床診治提供更多有價(jià)值的信息。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性收集2014 年12 月—2018年11 月就診于中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院并行髖關(guān)節(jié)MR T2mapping 檢查的2 歲及2 歲以下幼兒59名， 其中臨床和髖關(guān)節(jié)MRI 檢查異常并確診的DDH 患兒34 例（男4 例、女30 例，年齡5～24 個(gè)月，中位年齡18 個(gè)月；排除有髖關(guān)節(jié)外傷史、腫瘤史或結(jié)核等感染病史及髖關(guān)節(jié)積液者）；MRI 檢查正常且臨床明確除外DDH 的正常幼兒25 名作為對(duì)照（男2 名、女23 名，年齡5～24 個(gè)月，中位年齡17 個(gè)月）。 全部幼兒按照年齡分為3 組：組1，年齡≤6 個(gè)月（DDH 7 例，對(duì)照7 名）；組2，6 個(gè)月<年齡≤12 個(gè)月（DDH 4 例，對(duì)照6 名）；組3，12 個(gè)月<年齡≤24個(gè)月（DDH 23 例，對(duì)照12 名）。

1.2 設(shè)備與方法 采用荷蘭Philips 3.0 T 全數(shù)字MR 掃描設(shè)備和16 通道相控陣腹部接收線圈。 掃描序列包括冠狀面T1WI，橫斷面、矢狀面、冠狀面抑脂T2WI 及橫斷面T2mapping 序列。 橫斷面掃描覆蓋髖臼上緣至股骨大轉(zhuǎn)子，冠狀面覆蓋髖關(guān)節(jié)前后緣，矢狀面覆蓋骨盆。 掃描參數(shù)如下： 冠狀面T1WI：TR 482.42 ms，TE 10 ms， 矩陣480×480，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm；橫斷面T2WI：TR 3 471.14 ms，TE 110 ms，矩陣400×400，F(xiàn)OV 200 mm×200 mm；冠狀面抑脂T2WI：TR 3 600.03 ms，TE 60 ms，矩陣240×240，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm。 上述3 種序列的層厚和層間距均分別為3.0 mm 和3.3 mm。矢狀面T2WI：TR 2 222.45 ms，TE 60 ms，層厚4.0 mm，層間距4.5 mm，矩陣432×432，F(xiàn)OV180 mm×180 mm。橫斷面T2mapping：翻轉(zhuǎn)角90°，TR 1 500 ms，TE 9、18、27、36、45、54、63、72、81 ms，層厚3.5 mm， 層間距3.0 mm， 矩陣1 024×1 024，F(xiàn)OV 130 mm（前后）×243 mm（左右）×58 mm（上下），掃描時(shí)間4 min39 s。 掃描前30 min 給予幼兒5%水合氯醛鎮(zhèn)靜， 根據(jù)幼兒年齡和體質(zhì)量計(jì)算水合氯醛用量：≤6 個(gè)月者，0.5~1 mL/kg 體質(zhì)量；＞6 個(gè)月者，1~2 mL/kg 體質(zhì)量。 采取直腸灌腸方式給藥，給藥后將幼兒安排在安靜舒適的候檢室， 待幼兒熟睡后進(jìn)行髖關(guān)節(jié)MRI 檢查。 掃描時(shí)幼兒呈仰臥位，雙下肢自然伸直，雙側(cè)腳尖外旋約15°，以保證雙側(cè)膝關(guān)節(jié)及大腿朝上，雙側(cè)大腿外側(cè)分別墊上軟墊，避免線圈壓迫。

1.3 數(shù)據(jù)處理及T2值測(cè)量 將原始數(shù)據(jù)上傳至Philips 工作站（Philips Intellispace Portal）進(jìn)行處理，生成髖關(guān)節(jié)軟骨的T2mapping 偽彩圖（圖1）。 在T2mapping 橫斷面影像上選擇成像最佳層面 （目標(biāo)軟骨形態(tài)及邊界顯示完整、清晰，一般為中心層面），參考Chatha 等[6]對(duì)正常髖關(guān)節(jié)分區(qū)，在T2mapping影像上將股骨頭軟骨等分為8 個(gè)亞區(qū) （F1~F8），髖臼軟骨等分為6 個(gè)亞區(qū)（A1~A6），結(jié)合偽彩圖在每個(gè)亞區(qū)手動(dòng)選取興趣區(qū)（ROI） 并測(cè)量其T2值（圖2）。 選取ROI 時(shí)應(yīng)盡量靠近軟骨內(nèi)緣，避開軟骨下皮質(zhì)、關(guān)節(jié)腔內(nèi)積液；ROI 大小為1.5~2 mm2。由3 名高年資放射科醫(yī)師（1 名正主任醫(yī)師和2 名副主任醫(yī)師）獨(dú)立測(cè)量1 次每個(gè)亞區(qū)的T2值并記錄，取3 名觀察者測(cè)量的平均值作為最終結(jié)果（圖3）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，2 組間比較采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，多組間比較采用單因素方差分析， 組間兩兩比較采用SNK 法。 采用Spearman 相關(guān)分析DDH 組股骨頭軟骨及髖臼軟骨T2值與年齡的相關(guān)性，rs≤0.2 表示無相關(guān)性、0.20.7 表示高度相關(guān)。 P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 DDH 患兒與對(duì)照者股骨頭軟骨和髖臼軟骨T2值的比較 與正常對(duì)照者軟骨T2值比較， 組1 中DDH 患兒A1、A3 亞區(qū)的T2值較高（P＜0.05）；組2中DDH 患兒F3~F5 亞區(qū)及A1、A3、A4 亞區(qū)T2值較高（P＜0.05）； 組3 中DDH 患兒F1~F8 亞區(qū)及A1~A4 亞區(qū)T2值較高（P＜0.05）；其他各軟骨亞區(qū)T2值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），詳見表1、2。

圖1 患兒女，5 個(gè)月，左側(cè)髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良。 A 圖，髖關(guān)節(jié)橫斷面T2WI 上顯示左側(cè)股骨頭前移，股骨頭與髖臼距離增大，提示左側(cè)股骨頭脫位；B 圖，蛙式位T2WI 上顯示左側(cè)髖關(guān)節(jié)形態(tài)欠規(guī)整，髖臼邊緣變鈍、退化，髖臼角變大，髖臼軟骨與股骨頭軟骨變?。籆 圖，蛙式位抑脂序列T2WI 上顯示左側(cè)髖關(guān)節(jié)髖臼角變大，髖臼軟骨與股骨頭軟骨變薄；D 圖，T2 mapping 偽彩圖顯示左側(cè)股骨頭可見局灶性綠色及黃色區(qū)域， 即相應(yīng)區(qū)域T2 值增高。

圖2 股骨頭軟骨及髖臼軟骨分區(qū)測(cè)量模式圖（右髖）。 圖中黑箭頭表示股骨頭軟骨，白箭頭表示髖臼軟骨；數(shù)字為亞區(qū)序號(hào),其中F1～F8 代表股骨頭軟骨（黑箭）各亞區(qū)，A1～A6 代表髖臼軟骨（白箭）各亞區(qū)。

圖3 DDH 患兒髖關(guān)節(jié)亞區(qū)T2 值測(cè)量圖。 抑脂T2WI 上測(cè)量股骨頭軟骨F3 亞區(qū)的T2 值為61.6 ms。

2.2 3 組DDH 患兒股骨頭軟骨T2值的比較 F1~F8 亞區(qū)T2值比較，3 組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F值 分 別 為 22.960、26.267、19.650、15.714、10.632、11.864、24.387、22.026，均P<0.001）。 其中，F(xiàn)3~F6 亞區(qū)的T2值在組2 最高， 其次為組1、 組3 （均P＜0.05）；F1、F2、F7、F8 亞區(qū)的T2值由組1 到組3 呈逐漸降低趨勢(shì)（均P＜0.05）。

2.3 3 組DDH 患兒髖臼軟骨T2值的比較 A1~A6亞區(qū)T2值比較，3 組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F 值分別 為14.758、10.660、102.836、61.218、14.732、8.446，均P<0.001）。所有亞區(qū)T2值均呈現(xiàn)由組1 到組3 逐漸降低趨勢(shì)（均P＜0.05）。

表1 正常對(duì)照者和DDH 患兒不同年齡階段的股骨頭軟骨各亞區(qū)T2 值比較

表2 正常對(duì)照者和DDH 患兒不同年齡階段的髖臼軟骨各亞區(qū)T2 值比較

2.4 DDH 患兒軟骨T2值與年齡的相關(guān)性分析 DDH患兒股骨頭軟骨和髖臼軟骨各亞區(qū)的T2值與年齡呈中度或高度負(fù)相關(guān)。股骨頭軟骨F1~F8 亞區(qū)的rs值分別為-0.687、-0.727、-0.760、-0.725、-0.674、-0.699、-0.758、-0.680，均P＜0.001；髖臼軟骨A1~A6 亞區(qū)的rs值分別為-0.768、-0.684、-0.700、-0.891、-0.843、-0.812，均P＜0.001。

3 討論

傳統(tǒng)MRI 可以顯示關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)及信號(hào)變化， 而T2mapping 成像可以為關(guān)節(jié)軟骨提供更多信息。 軟骨T2值表示生物組織橫向磁化衰減，反映生物組織結(jié)構(gòu)特異性， 軟骨T2值的主要影響因素包括軟骨內(nèi)膠原纖維含量、排列方向以及軟骨內(nèi)含水量[7-9]。 關(guān)節(jié)軟骨損傷早期，部分蛋白多糖降解，殘存的蛋白多糖伸展空間增大，造成軟骨內(nèi)水分子增多，而且軟骨細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維形態(tài)發(fā)生改變，排列方式亦隨之發(fā)生變化，關(guān)節(jié)表面摩擦力增加，導(dǎo)致膠原纖維網(wǎng)發(fā)生斷裂， 水分子透過量增多。 軟骨內(nèi)含水量增加在MRI 上表現(xiàn)為橫向弛豫時(shí)間延長(zhǎng)，即T2值升高，因此在軟骨厚度和形態(tài)發(fā)生變化之前可以根據(jù)T2值的變化早期發(fā)現(xiàn)軟骨損傷[7,10]。 Apprich等[4]通過3 T MR T2mapping 成像定量檢測(cè)早期軟骨變性發(fā)現(xiàn)， 隨著壓力負(fù)荷的增加，DDH 患兒髖臼軟骨外表面區(qū)的T2值減小程度（7.6%±10.6%）明顯大于正常幼兒（1.2%±10.9%），DDH 患兒的髖臼軟骨外深區(qū)T2值與負(fù)荷和髖臼正位片上的中心邊緣角呈正相關(guān)，即負(fù)荷和邊緣角越大，T2值越大。 孟等[11]研究發(fā)現(xiàn)DDH 患兒髖關(guān)節(jié)軟骨的T2值高于正常幼兒， 提示髖臼與股骨頭的異常接觸導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)成分的變化，而且隨著盤狀軟骨體積增加，髖關(guān)節(jié)軟骨的T2值增加。 由此可見，軟骨T2mapping 成像可以直觀反映軟骨對(duì)壓力負(fù)荷的承受狀況， 對(duì)于研究運(yùn)動(dòng)對(duì)軟骨生物力學(xué)的影響有重要意義。

Watrin 等[12]利用8.5 T 微型MR 設(shè)備掃描不同周齡大鼠的髕骨，發(fā)現(xiàn)10 周之前隨著鼠齡增加，大鼠髕骨T2值逐漸降低，髕骨厚度逐漸變薄。同理，幼兒髖關(guān)節(jié)的發(fā)育也是動(dòng)態(tài)變化的。 本研究結(jié)果顯示2 歲及2 歲以下DDH 患兒股骨頭軟骨及髖臼軟骨的T2值與年齡呈中度或高度負(fù)相關(guān)，即隨著年齡增長(zhǎng)T2值逐漸下降，這與Watrin 等[12]的研究結(jié)果基本相符。

DDH 患兒髖臼先天性發(fā)育不良，患側(cè)髖臼和股骨頭對(duì)位關(guān)系不佳，造成髖關(guān)節(jié)盂唇翻轉(zhuǎn)[13]，因此DDH 患兒的髖關(guān)節(jié)軟骨較正常幼兒易發(fā)生磨損。張等[14]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，DDH 模型鼠在較早階段即出現(xiàn)軟骨退變， 且退變程度隨著鼠齡的增加而逐漸加重。 同理，隨著DDH 患兒年齡增加，長(zhǎng)期異常應(yīng)力關(guān)系將導(dǎo)致患側(cè)髖關(guān)節(jié)軟骨逐漸發(fā)生退行性改變，如未及時(shí)給予合理、有效的外科干預(yù)，患側(cè)髖關(guān)節(jié)可能出現(xiàn)股骨頭半脫位、脫位，骨關(guān)節(jié)炎等，嚴(yán)重者可出現(xiàn)局灶性股骨頭壞死， 嚴(yán)重影響患兒生長(zhǎng)發(fā)育和遠(yuǎn)期生活質(zhì)量[15]。 因此，對(duì)DDH 盡早做出診斷并給予合理治療對(duì)患兒的預(yù)后具有重要意義。 近年有研究者[16-19]提出對(duì)2 歲及2 歲以下DDH 患兒宜采取非手術(shù)治療，而2 歲以上患兒采取手術(shù)治療。因?yàn)? 歲是DDH 診療中極其重要的年齡分水嶺，2歲以前如能及時(shí)診斷， 對(duì)其選擇治療方案及評(píng)估預(yù)后具有重要意義。

本研究測(cè)量2 歲及2 歲以下DDH 組患兒股骨頭軟骨不同亞區(qū)T2值范圍為（53.00±5.77）~（66.27±4.53）ms。 通過比較同一年齡段DDH 患兒與正常幼兒股骨頭軟骨T2值發(fā)現(xiàn)， 年齡≤6 個(gè)月的DDH 患兒股骨頭軟骨各個(gè)亞區(qū)T2值與正常幼兒的T2值的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。隨著年齡增長(zhǎng)，6~12 個(gè)月的DDH 患兒股骨頭軟骨F3~F5 亞區(qū)的T2值開始高于正常幼兒， 這些較早出現(xiàn)差異的亞區(qū)靠近股骨頭頂點(diǎn)，這從MR 成像角度反映了DDH 患兒靠近股骨頭頂部的軟骨承受著較大壓力， 更易發(fā)生損傷。本研究比較了3 個(gè)年齡段股骨頭軟骨各亞區(qū)T2值，發(fā)現(xiàn)其間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中F3~F6 亞區(qū)的T2值在6~12 個(gè)月階段最高， 其余亞區(qū)的T2值均為≤6 個(gè)月的階段最高，12~24 個(gè)月階段最低。 筆者認(rèn)為幼兒周歲以后逐漸學(xué)會(huì)走路，而患兒活動(dòng)量增多、活動(dòng)范圍增大，股骨頭軟骨更易磨損。由此提示對(duì)于DDH 患兒應(yīng)在其學(xué)會(huì)走路前盡早給予外科干預(yù)，糾正股骨頭與髖臼對(duì)位不良，以保護(hù)股骨頭軟骨。

結(jié)合幼兒生長(zhǎng)發(fā)育過程，≤6 個(gè)月的DDH 患兒雖然不會(huì)走路，髖關(guān)節(jié)不承重，但是患兒雙下肢其他活動(dòng)也會(huì)造成關(guān)節(jié)軟骨的磨損。 隨著年齡增長(zhǎng)，幼兒逐漸學(xué)會(huì)走路， 正常情況下人體上部重力沿骨盆經(jīng)髖臼和股骨頭向下傳導(dǎo)， 正常生物力誘導(dǎo)髖臼發(fā)育[20]，而DDH 患兒缺乏股骨頭約束和依托承重，下肢力線、力矩錯(cuò)亂，生物力紊亂，髖臼軟骨向關(guān)節(jié)腔內(nèi)增生，軟骨細(xì)胞出現(xiàn)退行性變。 本研究還發(fā)現(xiàn)，年齡≤6 個(gè)月的DDH 患兒， 其股骨頭軟骨各亞區(qū)T2值與正常幼兒的無差異， 但該年齡段DDH 患兒的髖臼軟骨A1 和A3 亞區(qū)（位于髂骨面）的T2值高于正常幼兒， 表明DDH 患兒髖臼軟骨的變化早于股骨頭軟骨的變化。 隨著年齡增長(zhǎng)，12~24 個(gè)月的DDH 患兒髖臼軟骨有更多亞區(qū)（A1~A4 亞區(qū)）T2值高于正常幼兒。 進(jìn)一步比較不同年齡段DDH 患兒的髖臼軟骨T2值發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增加，髖臼軟骨的T2值下降。Takeuchi 等[10]通過對(duì)2 歲左右的DDH 患兒進(jìn)行持續(xù)MRI 隨訪發(fā)現(xiàn)， 如果髖臼軟骨形成完全，骨性髖臼就有可能形成完全而覆蓋良好，監(jiān)測(cè)股骨頭和髖臼發(fā)育一致性的變化尤為重要。 因此，當(dāng)髖臼軟骨同股骨頭軟骨變化不一致時(shí)應(yīng)考慮存在DDH 的可能性。

綜上，應(yīng)用T2mapping 成像可以觀察DDH 患兒股骨頭軟骨及髖臼軟骨生長(zhǎng)發(fā)育情況， 并發(fā)現(xiàn)股骨頭頂點(diǎn)部位軟骨和髖臼軟骨髂骨面是最具特征性改變的部位，這也符合髖關(guān)節(jié)生物力學(xué)特點(diǎn)。 T2mapping 成像對(duì)于評(píng)估DDH 患兒髖關(guān)節(jié)軟骨損傷具有重要價(jià)值。 因此，在DDH 患兒學(xué)會(huì)走路前盡早給予外科干預(yù)，糾正股骨頭與髖臼對(duì)位不良，這對(duì)于保護(hù)股骨頭軟骨及髖臼軟骨、提高預(yù)后具有重要意義。

由于本研究為回顧性研究，病例數(shù)尚少，也缺乏觀察隨訪和對(duì)軟骨T2值的分層測(cè)量，由此可能存在測(cè)量偏倚，今后我們將增大樣本量，采取分層測(cè)量軟骨T2值等方法進(jìn)一步研究。