T2 mapping與DWI成像技術(shù)在診斷髕軟骨損傷中的應(yīng)用

李春意，李春艷

1.黃淮學(xué)院體育學(xué)院，河南 駐馬店 463000；2.駐馬店市第二中醫(yī)院，河南 駐馬店 463000

膝關(guān)節(jié)是人體負(fù)荷較大的關(guān)節(jié)之一，格斗、馬步、長跑等需于屈膝狀態(tài)下完成的持續(xù)運(yùn)動會顯著增加膝關(guān)節(jié)損傷發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，其中髕軟骨損傷較為常見，約占所有膝關(guān)節(jié)損傷的32%左右[1,2]。同時(shí)，相關(guān)研究證實(shí)，運(yùn)動員髕軟骨損傷的發(fā)生率顯著高于普通人群，與高強(qiáng)度關(guān)節(jié)負(fù)荷有關(guān)[3]。及早準(zhǔn)確診斷、評估損傷程度至關(guān)重要。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)T2 mapping序列主要是利用梯度回波(gradient echo，GRE)脈沖序列采集圖像，可敏感性呈現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨的膠原纖維各向異性與含水量的變化[4,5]。磁共振彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)屬于軟骨生理成像技術(shù)，可提供軟骨骨內(nèi)代謝和生化信息，從而評價(jià)關(guān)節(jié)軟骨基質(zhì)成分變化[6,7]。目前多數(shù)報(bào)道僅分析兩者單獨(dú)在髕軟骨損傷中應(yīng)用的報(bào)道，但關(guān)于T2 mapping與DWI成像技術(shù)聯(lián)合診斷髕軟骨損傷、評估損傷分級的價(jià)值仍缺乏大量循證依據(jù)驗(yàn)證。為此，本研究對此進(jìn)行探討，旨在為臨床診治提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年7月至2020年12月駐馬店市第二中醫(yī)院收治的55例髕軟骨損傷患者作為研究對象，年齡18～30歲，平均年齡(23.78±3.06)歲，體質(zhì)量指數(shù)(BMI)18～25 kg/m2，平均體質(zhì)量指數(shù)(21.17±2.05)kg/m2。納入標(biāo)準(zhǔn)：均為馬拉松運(yùn)動員，跑齡>3年，跑步頻率≥3次/周，時(shí)長≥30 min/次，跑步距離≥10 km/次；均經(jīng)關(guān)節(jié)鏡檢查證實(shí)為髕軟骨損傷；患者均知情本研究，自愿簽訂知情承諾書。排除標(biāo)準(zhǔn)：伴有髕骨骨折、膝關(guān)節(jié)骨折者；既往有膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷史、外科手術(shù)史者；伴有MRI檢查禁忌者；存在膝關(guān)節(jié)韌帶損傷、半月板損傷者；合并痛風(fēng)、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、髕腱炎等膝關(guān)節(jié)炎性疾病者。本研究經(jīng)我院倫理委員會審批通過。

1.2 方法

選擇Signa 3.0T MR掃描儀(美國GE公司)進(jìn)行檢查。叮囑患者于檢查前至少靜坐休息20 min，盡可能減少膝關(guān)節(jié)活動。

T2 mapping檢查：選用8通道膝關(guān)節(jié)表面線圈，行冠狀面、矢狀面及橫斷面掃描，采用6回波SE序列1次掃描，設(shè)置相關(guān)參數(shù)：TR：2400 ms，TE：15 ms、30 ms、45 ms、60 ms、75 ms、90 ms，層厚：3.0 cm，間隔：0.5 mm，F(xiàn)OV：16 cm×16 cm，矩陣320×512，激勵次數(shù)2，掃描時(shí)間5～6 min。選取T2 mapping偽彩圖中骸軟骨感興趣區(qū)(ROI)測量T2值，分別測量軟骨病變區(qū)異常色階(損傷區(qū))T2值及病變同側(cè)相對正常色階(對照區(qū))T2值，所有T2值均測量3次，取平均值。

DWI檢查：選用8通道膝關(guān)節(jié)表面線圈進(jìn)行DWI檢查，首先進(jìn)行常規(guī)序列檢查：矢狀位T1WI：TR：485 ms，TE：17.4 ms；冠狀位脂肪抑制T2WI：TR：2216 ms，TE：43.5 ms；矢狀位脂肪抑制PDWI：TR：2000 ms，TE：40.9 ms；DWI行軸位掃描，垂直于髕骨后緣：SE/EPI：前后采集，避免搏動偽影，相關(guān)參數(shù)：TR：3000 ms，TE：65.5 ms，b值：1000 s/mm2，層厚：5 mm，層間距：1.5 mm；FOV：24 cm×24 cm，矩陣160×160，激勵次數(shù)2，掃描時(shí)間24 s，將數(shù)據(jù)傳送至GE工作站進(jìn)行處理后產(chǎn)生髕軟骨DWI偽彩圖，經(jīng)“PuhThallium”設(shè)置選取髕軟骨體積最大的中間3層等分為上、中、下3個(gè)部分，每部分軟骨再等分為內(nèi)、中、外3部分，計(jì)算表觀彌散系數(shù)(ADC)上、中、下3部分的平均值。髕軟骨損傷分級評估：以關(guān)節(jié)鏡Outerbridge分級為依據(jù)：正常關(guān)節(jié)軟骨為0級；軟骨出現(xiàn)表面泡狀結(jié)構(gòu)或軟化水腫為I級；軟骨變薄，呈輕中度纖維化為Ⅱ級；軟骨重度纖維化，呈蟹肉樣改變?yōu)棰蠹?；軟骨損傷深度至骨皮質(zhì)，軟骨下骨質(zhì)裸露、全層軟骨缺損為Ⅳ級。

1.3 觀察指標(biāo)

(1)比較髕軟骨損傷區(qū)與對照區(qū)T2值、ADC值。(2)髕軟骨損傷區(qū)T2值與ADC值相關(guān)性。(3)T2值、ADC值對髕軟骨損傷的診斷價(jià)值。(4)不同髕軟骨損傷分級患者損傷區(qū)與對照區(qū)T2值、ADC值。(5)T2值、ADC值與髕軟骨損傷分級的關(guān)系。(6)不同髕軟骨損傷分級患者T2 mapping、DWI偽彩圖表現(xiàn)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 髕軟骨損傷區(qū)與對照區(qū)T2值、ADC值

髕軟骨損傷區(qū)T2值、ADC值高于對照區(qū)(P<0.05)。見表1。

表1 髕軟骨損傷區(qū)與對照區(qū)T2值、ADC值比較

2.2 髕軟骨損傷區(qū)T2值與ADC值相關(guān)性

Pearson相關(guān)性分析顯示，髕軟骨損傷區(qū)T2值與ADC值呈正相關(guān)(r=0.713，P<0.001)。見圖1。

圖1 髕軟骨損傷區(qū)T2值與ADC值相關(guān)性

2.3 T2值、ADC值對髕軟骨損傷的診斷價(jià)值

以髕軟骨損傷區(qū)T2值、ADC值作為陽性數(shù)據(jù)，對照區(qū)T2值、ADC值作為陰性數(shù)據(jù)，繪制ROC曲線，結(jié)果顯示，T2值、ADC值診斷髕軟骨損傷的AUC分別為0.832、0.761，截?cái)嘀捣謩e為40.73 ms、17.13×10-4mm2/s；二者聯(lián)合診斷的AUC為0.931，明顯高于兩者單獨(dú)診斷，其診斷敏感度為85.45%，特異度為85.45%。見圖2。

2.4 不同髕軟骨損傷分級患者損傷區(qū)與對照區(qū)T2值、ADC值

單因素方差分析顯示，不同髕軟骨損傷分級患者損傷區(qū)T2值、ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；髕軟骨損傷區(qū)T2值、ADC值隨髕軟骨損傷分級增加呈升高趨勢(P<0.05)；不同髕軟骨損傷分級患者損傷區(qū)T2值、ADC值高于同一損傷分級對照區(qū)(P<0.05)。見表2。

表2 不同髕軟骨損傷分級患者損傷區(qū)與對照區(qū)T2值、ADC值比較

2.5 T2值、ADC值與髕軟骨損傷分級的關(guān)系

Spearman相關(guān)性分析，T2值、ADC值與髕軟骨損傷分級呈正相關(guān)(P<0.05)。見表3。

2.6 不同髕軟骨損傷分級患者T2 mapping、DWI偽彩圖特征分析

T2 mapping偽彩圖顯示：Ⅰ級損傷髕軟骨內(nèi)側(cè)損傷區(qū)局部呈黃綠色色階，正常髕軟骨呈藍(lán)色色階；Ⅱ級損傷髕軟骨髁間嵴區(qū)藍(lán)色色階局部缺損，不超過軟骨厚度的50%，關(guān)節(jié)積液呈灰色色階，軟骨下骨質(zhì)見類圓形異常信號；Ⅲ級損傷髕軟骨內(nèi)側(cè)藍(lán)色色階局部缺損，缺損厚度>50%，臨近髕軟骨部分呈黃綠色色階。DWI偽彩圖顯示：Ⅰ級損傷髕軟骨內(nèi)側(cè)局部信號升高；Ⅱ級損傷髕軟骨表面局部缺損，但缺損深度不超過全層厚度的50%，軟骨下骨質(zhì)見類圓形信號增高區(qū)；Ⅲ級損傷髕軟骨內(nèi)側(cè)局部缺損，缺損深度超過全層厚度的50%，軟骨下骨質(zhì)見斑片樣信號影。

3 討論

研究表明，全程馬拉松運(yùn)動可能會造成關(guān)節(jié)生化成分改變，包括蛋白多糖降解、膠原纖維結(jié)構(gòu)破壞等，從而增加關(guān)節(jié)軟骨病變風(fēng)險(xiǎn)[8]。同時(shí)，臨床實(shí)踐證實(shí)，軟骨內(nèi)蛋白多糖丟失、膠原網(wǎng)架損傷及水含量增加均會導(dǎo)致軟骨裂縫形成、表面纖維化、體積減小、變薄等早期形態(tài)學(xué)改變[9]。因此，積極探索基于上述關(guān)節(jié)軟骨成分改變的影像學(xué)檢查方式對早期診斷髕軟骨損傷具有重要意義。

T2 mapping成像通過采用GRE序列獲取一系列T2加權(quán)成像，經(jīng)由工作站重構(gòu)能夠量化分析的T2 mapping偽彩圖，可分析計(jì)算每個(gè)體素T2值，反映內(nèi)部組織成分的改變情況[10,11]。本研究結(jié)果顯示，髕軟骨損傷區(qū)T2值顯著高于對照區(qū)，與陳思然等[12]報(bào)道結(jié)果一致。原因在于：T2 mapping成像中T2值主要受水含量、膠原纖維含量、方向及魔角效應(yīng)的影響，在軟骨損傷早期，軟骨細(xì)胞外基質(zhì)通透性增加，促使水分子含量增加，蛋白多糖減少，并改變膠原纖維形態(tài)與排列方式，為殘存的蛋白多糖提供更多伸展空間，造成大量陰離子暴露，軟骨內(nèi)水含量進(jìn)一步增加，最終導(dǎo)致T2值顯著升高[13]。本研究還顯示，T2 mapping成像測量T2值對髕軟骨損傷具有良好診斷價(jià)值，可見T2 mapping成像能作為臨床診斷髕軟骨損傷的重要手段。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)，T2值與髕軟骨損傷分級呈正相關(guān)，主要是由于隨著軟骨損傷加重，軟骨內(nèi)蛋白多糖不斷降解甚至全部丟失，導(dǎo)致膠原纖維結(jié)構(gòu)破壞更明顯，水含量增加更顯著，從而使得T2值隨髕軟骨損傷分級增加呈逐漸升高趨勢[14]。此外，不同髕軟骨損傷分級患者T2 mapping偽彩圖表現(xiàn)存在顯著差異，原理為在T2 mapping成像時(shí)通過調(diào)節(jié)閾值使正常髕軟骨呈均勻藍(lán)色色階，臨近關(guān)節(jié)腔積液為灰色色階，一旦軟骨內(nèi)出現(xiàn)病變則呈綠色-黃色色階，通過不同色階形成鮮明對比，可顯示髕軟骨缺損程度，為臨床評估髕軟骨損傷程度提供相關(guān)依據(jù)。但T2 mapping偽彩圖對髕軟骨深淺兩層的信號分辨率欠佳，需聯(lián)合其他方式進(jìn)行共同診斷。

DWI是一種利用水分子布朗運(yùn)動產(chǎn)生的信號強(qiáng)弱來反映組織性質(zhì)的成像方法，可通過ADC值定量分析水彌散狀況，具有操作簡便、結(jié)果客觀等優(yōu)勢[15,16]。因軟骨內(nèi)水含量增加是軟骨損傷最早出現(xiàn)的改變之一，而水分子彌散率對物質(zhì)水合作用較為敏感，故DWI成像中的水彌散作用為測量軟骨內(nèi)水含量提供了有效途徑。曹峰等[17]研究顯示，與正常髕軟骨相比，髕軟骨損傷的ADC值顯著升高。在此基礎(chǔ)上，本研究經(jīng)由DWI測量髕軟骨損傷區(qū)ADC值，發(fā)現(xiàn)其ADC值升高明顯，且可診斷髕軟骨損傷。推測原因，關(guān)節(jié)軟骨彌散能力與軟骨內(nèi)水含量直接相關(guān)，正常軟骨內(nèi)大分子基質(zhì)可限制水自由彌散，但軟骨損傷后大分子基質(zhì)減少，促使水彌散作用增強(qiáng)，從而導(dǎo)致ADC值顯著增加，在髕軟骨損傷診斷中發(fā)揮重要作用[18]。本研究還發(fā)現(xiàn)，ADC值與髕軟骨損傷分級呈正相關(guān)，且不同髕軟骨損傷分級DWI表現(xiàn)不一，可能與軟骨損傷后水含量增加、蛋白多糖、膠原含量減少，彌散阻力下降，促使ADC值不斷升高，圖像信號逐漸變強(qiáng)有關(guān)。因此，DWI測量ADC值可作為臨床診斷髕軟骨損傷、評估損傷程度的可靠手段。

此外，本研究表明，T2 mapping測量T2值聯(lián)合DWI測量ADC值診斷髕軟骨損傷的AUC高達(dá)0.931，顯著高于兩者單獨(dú)診斷，為臨床及早準(zhǔn)確診斷髕軟骨損傷提供新思路、新途徑。但本研究受臨床實(shí)際限制，納入樣本量較少，可能造成數(shù)據(jù)偏移，需做進(jìn)一步分析與探討，以獲取更為全面的數(shù)據(jù)支持。

綜上可知，T2 mapping測量T2值聯(lián)合DWI測量ADC值可作為臨床診斷髕軟骨損傷、評估損傷程度的可靠途徑，能為臨床診治提供相關(guān)依據(jù)。