T2 mapping技術(shù)及其在膝關(guān)節(jié)半月板中的應(yīng)用進(jìn)展

馮曉儀 綜述 李康倩，李樹強(qiáng)，楊侃榮，趙繼泉，審校

1.廣東醫(yī)科大學(xué)，廣東 湛江 524000；2.佛山市第二人民醫(yī)院影像中心，廣東 佛山 528000

膝關(guān)節(jié)半月板對減震、關(guān)節(jié)穩(wěn)定和關(guān)節(jié)潤滑具有重要作用。隨著體育運(yùn)動事業(yè)的發(fā)展及老年化人口的增多，創(chuàng)傷性半月板損傷或退變成為臨床常見的骨關(guān)節(jié)疾病，其造成的后果可能會加速膝關(guān)節(jié)軟骨病變。膝關(guān)節(jié)中任何單個結(jié)構(gòu)的損傷都會影響關(guān)節(jié)的整體功能，并繼發(fā)生物力學(xué)的改變，最終進(jìn)展為膝骨性關(guān)節(jié)炎[1]，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)疼痛和功能障礙，給患者身心健康帶來負(fù)面影響[2]。由于半月板大部分區(qū)域無血管結(jié)構(gòu)，只有10%～30%的內(nèi)側(cè)半月板和10%～25%的外側(cè)半月板接受直接供血[3-4]，因此，半月板病損后自身修復(fù)能力有限，在疾病發(fā)展的最終階段將導(dǎo)致不可逆損傷，嚴(yán)重者只能行膝關(guān)節(jié)置換術(shù)來改善生活質(zhì)量。因此，對半月板的病變早期準(zhǔn)確診斷并進(jìn)行積極的干預(yù)治療具有重要臨床價(jià)值。

磁共振成像具有較高的軟組織分辨率，是目前檢查半月板最佳的影像學(xué)成像工具，能反映已發(fā)生形態(tài)結(jié)構(gòu)改變的半月板病變，對診斷半月板撕裂的敏感性和特異性較高，但是對于診斷半月板早期病損及半月板術(shù)后修復(fù)愈合狀態(tài)的準(zhǔn)確率較低[5]。相比之下，T2 mapping技術(shù)是一項(xiàng)磁共振生理成像技術(shù)，通過測量T2弛豫時間從分子水平無創(chuàng)性檢測半月板中膠原蛋白的水含量，組成和膠原纖維各向異性變化來評估半月板的生理及病理狀態(tài)，對半月板早期病損及修復(fù)愈合狀態(tài)的定量分析有很好的參考價(jià)值。

1 T2 mapping技術(shù)的概述

T2 mapping技術(shù)常用的掃描序列包括spin echo(SE)，multi-echo SE，fast spin echo(FSE)，and T2-prepared 3D spoiled gradient recalled(SPGR)。PAI等[6]研究發(fā)現(xiàn)SE及FSE序列對于圖像信噪比、清晰度等相對理想，大部分廠家使用FSE序列獲得T2 mapping圖像。該技術(shù)的基本原理是利用多回波自旋回波序列，采取同一TR時間和多個不同的TE時間進(jìn)行掃描，獲得原始T2WI圖像，根據(jù)公式SIij(t)=SI0ije(-t/T2ij)[7-8]計(jì)算得出T2 mapping圖，圖像經(jīng)過偽彩編碼技術(shù)自動生成T2 mapping偽彩圖，后選擇感興趣區(qū)域(ROI)即可測量組織的T2值，對獲得的T2值進(jìn)行分析來判斷組織是否存在病變。

T2 mapping定量技術(shù)近五年已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。該技術(shù)可以用于全身的各個系統(tǒng)、部位的成像。目前其廣泛應(yīng)用于骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)方面，特別是應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)軟骨及半月板方面，研究學(xué)者認(rèn)為通過測定T2值可以間接評估半月板組織各向異性、膠原纖維濃度和蛋白多糖基質(zhì)中的水分含量，能夠在半月板形態(tài)學(xué)改變前發(fā)現(xiàn)其生化成分的變化，從而為診斷半月板早期損傷及追蹤術(shù)后病情愈合狀況等方面提供重要依據(jù)并指導(dǎo)臨床治療，以防止發(fā)生不可逆性改變[9-11]。

2 半月板與T2 mapping的相關(guān)性

2.1半月板的解剖和功能 半月板是由兩個新月形纖維軟骨組成的結(jié)構(gòu)，覆蓋在脛骨內(nèi)側(cè)和外側(cè)，前后端分別附著在脛骨平臺中間部非關(guān)節(jié)面的部位。外側(cè)半月板近似“C”形，占脛骨平臺外側(cè)的75%～93%；內(nèi)側(cè)半月板呈“O”形，覆蓋脛骨平臺內(nèi)側(cè)的51%～74%[4]。在橫斷面上，正常半月板呈楔形，外周厚中間薄，平面朝向脛骨，凹面朝向股骨。半月板的周緣底部附著在關(guān)節(jié)囊上，環(huán)向半月板基質(zhì)纖維形成韌帶，將半月板的前角和后角連接到脛骨髁間棘前方和后方[12]。內(nèi)側(cè)半月板牢固附著于內(nèi)側(cè)副韌帶上，活動度較小，因此外傷時容易損傷，但外側(cè)半月板沒有固定在韌帶上，只有周邊附著到關(guān)節(jié)囊上，因此相對內(nèi)側(cè)半月板活動度較好。毛細(xì)血管滲透到半月板的外圍邊界，可達(dá)其寬度的30%。半月板前后角是神經(jīng)分布最多的區(qū)域，大多數(shù)神經(jīng)纖維都沿著血管的路徑分布。半月板內(nèi)側(cè)的三分之二沒有神經(jīng)或血管，損傷后難以修復(fù)自愈。半月板是由膠原纖維、蛋白多糖和水組成的大分子框架，其中98%為Ⅰ型膠原纖維，蛋白多糖含量較少，僅占1%。健康半月板內(nèi)大多數(shù)膠原纖維編織緊密，呈環(huán)狀排列，但放射狀、穿孔狀和淺層膠原纖維的取向較不規(guī)則。膠原基質(zhì)中含有大量親水性蛋白多糖分子，其重要的作用是抵抗拉伸力、壓縮力和剪切應(yīng)力。當(dāng)膝關(guān)節(jié)負(fù)荷時，半月板受到壓縮，此時，健康的膠原基質(zhì)可抵抗壓力強(qiáng)度防止半月板受擠壓，避免造成半月板損傷。因此，半月板的主要功能是向關(guān)節(jié)軟骨及關(guān)節(jié)面下大面積傳遞載荷，分散壓力，在動態(tài)運(yùn)動時減震，穩(wěn)定關(guān)節(jié)[13]。

2.2 半月板結(jié)構(gòu)與T2值的關(guān)系 健康半月板基質(zhì)中膠原纖維結(jié)構(gòu)完整，排列緊密有序，水分子很大程度上被排列有序的膠原纖維基質(zhì)束縛在適當(dāng)?shù)奈恢?，?dǎo)致質(zhì)子快速去相位，T2弛豫時間相對低[14]。相關(guān)研究表明，正常成人半月板T2值存在區(qū)域性差異，半月板T2值淺層高于深層，外周高于內(nèi)側(cè)[15]，造成此原因可能是半月板淺層所受的壓力大于深層，導(dǎo)致具有抗壓作用的蛋白多糖組成的不同而引起的。TSAI等[16]認(rèn)為外周T2值最高，反映其內(nèi)血管豐富、內(nèi)側(cè)弛豫時間短，可能與環(huán)狀纖維含量豐富有關(guān)?？傮w來說，T2弛豫時間取決于半月板組織各向異性、膠原纖維濃度和蛋白多糖基質(zhì)中的水分含量[17]。當(dāng)膠原纖維結(jié)構(gòu)雜亂無章，水分子運(yùn)動不受約束，游離水含量增多，T2值升高[18]。水分含量是蛋白多糖基質(zhì)膨脹壓力和膠原纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)的約束張力之間的平衡結(jié)果，是反映早期半月板損傷的良好生物標(biāo)志物。T2 mapping技術(shù)可通過測定半月板的T2弛豫時間來評估水分含量，從而反映膠原纖維的取向及結(jié)構(gòu)的完整性。

3 T2 mapping技術(shù)在半月板中的臨床應(yīng)用

3.1 診斷早期半月板損傷 膝關(guān)節(jié)是人體最復(fù)雜，負(fù)重最多的關(guān)節(jié)。半月板損傷在臨床中常見，其重要的原因包括隨年齡增長所致的半月板慢性退變，或與體育運(yùn)動和事故相關(guān)的半月板急性損傷。常規(guī)磁共振檢查對半月板損傷的分級標(biāo)準(zhǔn)采用國際公認(rèn)Stoller[19]分級法：0級，為正常的半月板，呈均勻低信號，半月板形態(tài)規(guī)則；Ⅰ級，半月板內(nèi)見圓點(diǎn)狀、斑點(diǎn)狀高信號影，但不與關(guān)節(jié)面相連；Ⅱ級，半月板內(nèi)有線狀高信號影，延伸至半月板的關(guān)節(jié)囊緣，但未累及到半月板關(guān)節(jié)面邊緣；Ⅲ級，半月板內(nèi)高信號影延伸至關(guān)節(jié)面。雖然磁共振能直觀觀察半月板的形態(tài)及信號的改變，對膝關(guān)節(jié)損傷評估具有很大的優(yōu)勢，但是目前也有大量的研究證實(shí)半月板出現(xiàn)Ⅱ級信號不一定代表撕裂，出現(xiàn)Ⅲ級信號也不一定代表撕裂，其對診斷半月板撕裂亦存在漏診及誤診的可能[20]，誤診常見的原因包括半月板纖毛化、韌帶干擾(膝橫韌帶、后交叉韌帶前方的Humphry韌帶和后方Wrisberg韌帶)、部分容積效應(yīng)等；漏診常常是由于半月板前角假性肥大或一些特殊類型的撕裂[21]。因此，利用一種相對更精確的手段量化評估半月板的損傷程度，對明確臨床治療方案具有重要的指導(dǎo)意義。T2 mapping成像能夠通過測定T2值評估半月板損傷程度。SUBBURAJ等[22]研究通過測定健康人跑步30 min后膝關(guān)節(jié)半月板T2值短期內(nèi)的變化，證實(shí)了跑步后半月板區(qū)域T2弛豫時間縮短，以股骨髁部中心承重區(qū)的變化明顯。這表明運(yùn)動會擾亂半月板膠原基質(zhì)的結(jié)構(gòu)(膠原纖維的變形和取向變化)和組成(基質(zhì)內(nèi)的水分子的釋放)，導(dǎo)致T2值降低，提示T2值可反映半月板基質(zhì)結(jié)構(gòu)組成受載荷的影響，對指導(dǎo)生活中運(yùn)動方式有一定意義，防止運(yùn)動過度造成半月板的損傷。STEHLING等[23]對馬拉松運(yùn)動員運(yùn)動前后半月板的T2弛豫時間作對比，結(jié)果顯示馬拉松運(yùn)動員在長達(dá)數(shù)小時運(yùn)動后，半月板形態(tài)無發(fā)生明顯的改變，但是T2值顯著升高，這表明長跑運(yùn)動后的半月板在形態(tài)學(xué)改變之前已有生化成分的變化，提示潛在的組織損傷，因此，T2值被認(rèn)為評估早期半月板損傷基質(zhì)生化改變的重要參考指標(biāo)。符大勇等[24]研究結(jié)果表明T2 mapping通過測定T2值，發(fā)現(xiàn)有臨床癥狀患者半月板的T2值高于正常半月板，說明患者半月板損傷后T2值會升高。分析數(shù)據(jù)結(jié)果證實(shí)T2 mapping較常規(guī)序列對診斷半月板變性與撕裂具有較高的特異性及敏感度，特別是半月板撕裂的患者，由于關(guān)節(jié)液進(jìn)入裂隙導(dǎo)致T2值明顯升高。然而，T2值受眾多因素的影響如年齡、性別、體質(zhì)量等[25]，因此T2 mapping技術(shù)成像對于診斷半月板正常與變性、變性與撕裂是否有一個明確的最佳閾值，至今依然是眾多學(xué)者研究的內(nèi)容，期待早日會有所突破。

3.2 評估半月板術(shù)后修復(fù)愈合狀態(tài) 磁共振檢查被認(rèn)為是無創(chuàng)性診斷半月板撕裂的理想檢查手段，具有較高的敏感性及特異性，但是對于半月板修復(fù)術(shù)后再撕裂及瘢痕增生的評估存在爭議性。ΜIAO等[26]對半月板撕裂術(shù)后二次關(guān)節(jié)鏡檢查證實(shí)完全愈合的38個半月板進(jìn)行了磁共振檢查評估，發(fā)現(xiàn)63%的半月板均出現(xiàn)了類似于半月板損傷或撕裂的T2高信號。這種信號改變在半月板修復(fù)后可持續(xù)多年存在[27-28]。STEENBRUGGE等[29]解釋了半月板修復(fù)術(shù)后磁共振表現(xiàn)為持續(xù)高信號主要是由于手術(shù)區(qū)局部水腫，纖維疤痕組織增生所致。這一發(fā)現(xiàn)使得常規(guī)磁共振難以對半月板手術(shù)后愈合情況作出準(zhǔn)確評估，給臨床診斷工作帶來困擾。近年來，關(guān)于T2 mapping技術(shù)的相關(guān)研究已經(jīng)開始應(yīng)用于評估半月板術(shù)后的愈合情況。T2 mapping偽彩圖可從視覺上評估半月板原發(fā)性損傷T2高信號線與偽彩圖上半月板異常彩色線(也叫彩色半月板撕裂線)的差異。YAΜASAKI等[11]研究通過對半月板撕裂患者手術(shù)前后進(jìn)行常規(guī)磁共振、T2 mapping掃描，比較T2 mapping彩色半月板撕裂線與常規(guī)磁共振上顯示原發(fā)性撕裂的高信號線的位置長度的差異性；并對比手術(shù)前后彩色半月板撕裂線T2值的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)T2 mapping顯示半月板修復(fù)區(qū)的彩色半月板撕裂線可以區(qū)分愈合和未完全/未愈合的半月板；同時也證實(shí)了半月板術(shù)后愈合的彩色半月板撕裂線處的T2值較未完全愈合的明顯縮短，尤其是減少了22.3 ms，該值是提示半月板愈合的分界值。與常規(guī)磁共振相比，T2 mapping可以從視覺上評估及數(shù)值上定量分析半月板術(shù)后修復(fù)愈合的情況，具有較高的敏感性和特異性。因?yàn)槟壳皣鴥?nèi)外學(xué)者對這一方面的研究尚未深入，國內(nèi)相關(guān)報(bào)道甚少，所以對這一方面探討仍需要廣大研究者深入探討應(yīng)用，冀望早日成為評估半月板術(shù)后愈合情況的理想檢查手段。

3.3 預(yù)測骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生風(fēng)險(xiǎn) 骨性關(guān)節(jié)炎(OA)是一種異質(zhì)性和多因素的疾病，主要特征是透明關(guān)節(jié)軟骨的進(jìn)行性丟失，最常受影響的是膝關(guān)節(jié)[30]。OA發(fā)病機(jī)制與關(guān)節(jié)軟骨的生物力學(xué)及生化成分變化有關(guān)。其發(fā)生和發(fā)展不僅與關(guān)節(jié)軟骨等單一組織的疾病有關(guān)，還與關(guān)節(jié)的其他組織(包括軟骨下骨、滑膜、關(guān)節(jié)囊和半月板)的疾病有關(guān)。幾十年來，半月板在OA發(fā)展中的作用一直受到學(xué)者的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)類似于透明軟骨。相關(guān)研究證實(shí)半月板損傷不僅是OA的放射學(xué)征象——高達(dá)91%的有癥狀的膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(KOA)患者同時存在半月板撕裂[31]，半月板撕裂是KOA發(fā)生和發(fā)展的最大危險(xiǎn)因素之一[32-34]。OA早期改變包括軟骨及半月板內(nèi)蛋白聚糖的丟失，膠原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的受損以及水含量的增加，因此，客觀評估半月板組織的質(zhì)量和成分是至關(guān)重要的，特別是在有發(fā)生OA風(fēng)險(xiǎn)的患者中。T2 mapping技術(shù)是對KOA半月板早期病變研究中最常用的定量磁共振技術(shù)?；谏M織成分的特性，在半月板形態(tài)改變之前，T2 mapping技術(shù)可以通過測定T2值定量分析揭示細(xì)胞外基質(zhì)的組成及生化成分的變化。T2值增加表明半月板膠原纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受損和基質(zhì)中水分含量減少，提示組織的退變[35]。該技術(shù)通過對早期半月板損傷的及時診斷，有利于臨床早期的干預(yù)治療，避免疾病晚期不可逆性損傷。曹明明等[36]學(xué)者通過利用定量T2 mapping技術(shù)評價(jià)半月板退變與KOA之間的關(guān)系，結(jié)果表明T2值評價(jià)半月板退變與OA之間呈正相關(guān)。BAUΜ等[37]研究表明有膝關(guān)節(jié)疼痛癥狀、OA危險(xiǎn)因素(如超重/肥胖)的受試者半月板T2值明顯高于正常志愿者。VAN TIEL等[38]通過體外實(shí)驗(yàn)，證明了KOA患者半月板T2值與組織學(xué)退變程度有很強(qiáng)的相關(guān)性。以上研究表明，T2值可能是早期半月板損傷一個可靠的生物標(biāo)志物，T2mapping可作為KOA早期診斷和監(jiān)測療效的有效的無創(chuàng)性成像工具。

4 結(jié)語

T2 mapping技術(shù)成像是目前應(yīng)用較廣泛的磁共振定量成像技術(shù)，在半月板方面應(yīng)用也相對較多。其作為一種分子成像技術(shù)，能夠在形態(tài)學(xué)未改變之前發(fā)現(xiàn)組織生化成分的變化、非侵入性定量評估半月板早期病變及術(shù)后愈合情況。此外，由于該技術(shù)對場強(qiáng)要求相對較低，且不需要使用外源性造影劑，使得該技術(shù)操作方便，應(yīng)用性強(qiáng)。局限性在于T2值的測量結(jié)果易受魔角效應(yīng)、磁場均勻性、部分容積效應(yīng)等影響，使正常組織出現(xiàn)假陽性。盡管如此，該技術(shù)的應(yīng)用利大于弊，特別是對于評估半月板修復(fù)術(shù)后愈合情況，常規(guī)磁共振無法作出明確的判斷，而T2 mapping技術(shù)的出現(xiàn)可以彌補(bǔ)上述不足。T2mapping技術(shù)的發(fā)展具有廣闊的前景，仍然需要廣大學(xué)者共同的努力，亟待日后為臨床診斷治療工作帶來更多的獲益。