作者单位 : 430030 武汉 ,华中科技大学同济医学院附属同济医院
放射科
作者简介 :杨海涛 (1977 - ) ,男 ,湖北襄樊人 ,博士研究生 ,主要从
事骨骼肌肉系统影像诊断及介入治疗工作。
·研究生展版 ·
膝关节骨关节炎软骨磁共振 T22mapping 成像与 X 线分级的对照
研究
杨海涛 , 王仁法 , 李锋 , 张海栋 , 夏黎明 , 王承缘
【摘要】 目的 :测量不同程度膝关节骨关节炎 (OA)患者和正常关节软骨的 T2 弛豫时间并比较其差异性 ,探讨磁共
振 T22mapping 成像在 OA 中的应用价值。方法 :48 例受检者共 66 个膝关节分为正常组 (n = 15) 、轻度 OA 组 (n = 19) 和
重度 OA 组 (n = 14) 。采用 4 回波 SE 序列扫描形成 T22mapping ,分别测量胫骨内侧髁、外侧髁 ,股骨内侧髁、外侧髁和髌
骨这 5 处软骨的 T2 值并对各组间的差异进行统计学
。结果 :正常组 5 个部位膝关节软骨 T2 均值为 (34. 8 ±
1. 9) ms~ (36. 7 ±1. 4) ms ;轻度和重度 OA 组 5 个部位膝关节软骨的 T2 均值分别为 (42. 2 ±2. 3) ms~ (44. 7 ±3. 5) ms
和 (44. 5 ±3. 0) ms~ (46. 0 ±4. 0) ms。所有 OA 患者膝关节周围各处软骨 T2 弛豫时间均比正常组显著增高 ( P < 0. 01) ,
但轻度 OA 组与重度 OA 组之间差异没有显著性 ( P > 0. 05) 。结论 :膝关节 OA 患者关节软骨的 T2 弛豫时间比正常者明
显增加 ,磁共振 T22mapping 成像在早期 OA 的诊断和监测方面具有很高的临床应用价值。
【关键词】 磁共振成像 ; 软骨 ,关节 ; 骨关节炎 ; 膝关节
【中图分类号】R814. 41 ; R445. 2 ; R684. 3 【文献标识码】A 【文章编号】100020313 (2007) 1121158203
Comparative Study between MR T22mapping of Cartilage and Severe Classif ication of Plain Film in Knee Osteoarthritis
YAN G Hai2tao , WAN G Ren2fa , L I Feng , et al. Department of Radiology , Tongji Hospital , Huangzhong University of
Science and Technology ,Wuhan 430030 ,P. R. China
【Abstract】 Objective :To measure T2 relaxation time of knee cartilage in patient s with varying degrees of knee osteo2
arthritis (OA ) compared with healthy subject s , and to evaluate the clinical value of the T22mapping imaging in OA.
Methods :48 subject s divided to 3 groups ,healthy (n = 15) ,mild OA (n = 19) and severe OA (n = 14) . A four echo spin2echo
was used to form T22mapping , respectively measure T2 value in five knee cartilage compartment s (condylus medialis and
condylus lateralis tibiae ,condylus medialis and condylus lateralis femoris and patella) . Differences in healthy and mild OA
and severe OA group s were analyzed with statistical analysis. Results : Healthy group had mean T2 value of ( 34. 8 ±
1. 9) ms~ (36. 7 ±1. 4) ms ,while mild OA and severe OA group had mean T2 value of (42. 2 ±2. 3) ms~ (44. 7 ±3. 5) ms
and (44. 5 ±3. 0) ms~ (46. 0 ±4. 0) ms. All knee cartilage compartment s showed significant ( P < 0. 01) increases in T2
relaxation time between healthy and OA ;however ,no significance was found between mild OA and severe OA group ( P >
0. 05) . Conclusion :T2 relaxation time of knee cartilage in patient s with OA had significant increase compared healthy sub2
ject s. MR T22mapping imaging has a high value in early diagnosis and tracking of OA.
【Key words】 Magnetic resonance imaging ; Cartilage ,articular ; Osteoarthritis ; Knee joint
膝关节骨关节炎 (osteoart hritis ,OA) 是老年人常
见病 ,并且是引起老年人活动障碍的主要原因之一。
OA 发病机制与关节软骨变化密切相关 ,其病理特征
是位于负重区域中心的灶性关节软骨损害。磁共振
T2 弛豫时间可以用来定量分析软骨内成分的变化和
长期监测 OA [ 1 ] 。笔者通过对正常和不同程度膝关节
OA 患者关节软骨 T2 弛豫时间的测量并比较其差异
性 ,旨在探讨 T2 弛豫时间在 OA 中的价值。
材料与方法
选择 15 例健康志愿者 (共 22 个膝关节受检) ,既
往无膝关节不适、外伤和手术史 ;其中男 7 例 ,女 8 例 ,
年龄 26~48 岁 ,平均 36 岁。33 例膝关节 OA 患者 ,
其 OA 诊断按照中华医学会风湿病学分会 2003 年颁
布的骨关节炎诊治指南中膝关节 OA 的诊断
进
行[2 ] 。对所有受检者共 66 个膝关节行正侧位 CR 平
片。请两位骨放射专家阅片 ,使用 Kellgren2Lawrence
分级系统对所有受检膝关节分级 :0 级为没有阳性发
现 ;1 级为 (可疑)微小骨赘 ;2 级为有明确的轻度骨赘
但没有关节间隙狭窄 ;3 级为中度骨赘形成和 (或) 关
节间隙明显狭窄 ;4级为重度骨赘形成、关节间隙明显
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1 各组膝关节各处软骨的 T2 值测量结果 (ms)
部位 正常组 轻度 OA 组 重度 OA 组 P1 值 P2 值 P3 值
股骨内髁 35. 1 ±2. 2 44. 7 ±3. 5 46. 4 ±2. 6 < 0. 05 < 0. 05 0. 376
股骨外髁 36. 7 ±1. 4 42. 2 ±2. 3 45. 0 ±4. 1 < 0. 05 < 0. 05 0. 178
胫骨内髁 35. 6 ±0. 7 44. 6 ±4. 1 46. 0 ±4. 0 < 0. 05 < 0. 05 0. 575
胫骨外髁 36. 5 ±1. 1 43. 6 ±3. 0 45. 6 ±1. 3 < 0. 05 < 0. 05 0. 162
髌骨 34. 8 ±1. 9 42. 3 ±3. 1 44. 5 ±3. 0 < 0. 05 < 0. 05 0. 253
注 : P1 值为正常组与轻度 OA 组比较 ; P2 值为正常组与重度 OA 组比较 ; P3 值为轻度组与重度 OA 组比较。
狭窄和 (或) 软骨下骨质硬化[1 ] 。将 0 级者划为正常
组 ;1~2 级者划为轻度 OA 组 ; 3~4 级者划为重度
OA 组。轻度组 19 例 (26 个膝关节) ,男 7 例 ,女 12
例 ,年龄 34~56 岁 ,平均 47 岁 ;重度组 14 例 (18 个膝
关节) ,男 6 例 ,女 8 例 ,年龄 50~66 岁 ,平均 59 岁。
所有受检者均行 MR 扫描 ,使用 GE Signa 1. 5 T
Propeller HD MR 系统。采用膝关节线圈行矢状面扫
描 ,先行常规 T1 WI、T2 WI 和 3D 稳态毁损梯度回波序
列扫描 , T22mapping 序列采用 4 回波 SE 序列一次扫
描 ,参数 : TR 2400 ms , TE 40 ms、60、80 和 100 ms ,层
厚 5 mm ,间隔 1 mm ,视野 16 cm ,矩阵 288 ×160 ,激励
次数 2 ,扫描时间 6 min 16 s。
将扫描图像传递到工作站 GE ADW 4. 2 ,应用
Functool 中 Research 软件生成 T22mapping 伪彩图 ,
分别测量胫骨内侧髁、外侧髁 ,股骨内侧髁、外侧髁和
髌骨共 5 处软骨的 T2 值 ,每处软骨自前向后 (髌骨自
上向下)平均分为 3 部分 ,至少测量 6 次取其平均值。
数据统计分析使用 SPSS 12. 0 软件包 ,各组间比较采
用单因素方差分析 ,然后用 q 检验 ( SN K法) 对 3 组间
进行两两比较 , P < 0. 05 为差异有显著性。
结 果
正常组、轻度和重度 OA 组膝关节各处软骨的 T2
值测量结果及比较见表 1。结果显示 ,轻度 OA 和重
度 OA 患者膝关节各处软骨的 T2 值均比正常人明显
增高 ,3 组间差异有极显著性意义 ( P < 0. 01) 。对三组
进行两两比较 ,可见正常组与轻度 OA 和重度 OA 组
之间膝关节各处软骨的 T2 值差异均有显著性意义
( P < 0. 05) ,但是轻度 OA 组与重度 OA 组之间差异
无显著性意义 ( P > 0. 05) 。
所有受检者膝关节 MR 图像经后处理均可得到
T22mapping 图。正常组膝关节 T22mapping 图可见膝
关节软骨连续完整 , 色阶呈绿色 , 信号均匀一致
(图 1) 。轻、重度 OA 组膝关节 T22mapping 图可见关
节软骨的色阶不同程度增高 ,内部信号混杂不均 ,重度
者还可见软骨缺损 (图 2、3) 。
讨 论
关节软骨由少量的软骨细胞和大量的细胞外基质
组成。基质的主要成分为水、大分子胶原和蛋白多糖
等。胶原成分主要为 Ⅱ型胶原 ,相互交叉形成网络构
成软骨的支架 ,大量折叠的糖蛋白分子嵌在胶原网内。
软骨中的水分主要存在于胶原网眼间的空隙内。OA
发病机制与关节软骨变化密切相关。在 OA 早期 ,关
节软骨表层中的 Ⅱ型胶原首先退变 ,增加了关节表面
的摩擦作用和对水的通透性。软骨内水分在承重作用
下迅速流出、网架损伤和蛋白多糖的丢失 ,都将严重削
弱软骨的液压机制作用 ,减弱其负重能力[3 ] ,导致软骨
早期的形态学改变 ———软骨表面纤维化、裂缝形成 ,
随后软骨体积减小。随着 OA 进一步发展 ,在关节边
缘出现骨赘 ,软骨赘疣骨化 ,主要病理变化是血管分布
和软骨下骨的改变。
运用磁共振成像反映软骨内结构变化一直是研究
热点 , T22mapping 成像是国外应用较为广泛的软骨磁
共振生理性成像技术。T2 弛豫时间通过描述组织横
向磁化衰减来反映组织的特异性 ,其值临床上常采用
CPM G多回波序列测量不同回波时间的 MR 信号强
度并通过计算得出[4 ] 。
T22mapping 成像一般采用多回波 SE 序列通过工
作站后处理形成伪彩图 ,通过兴趣区测量得出组织的
T2 值。国外已有文献[427 ] 报道关节软骨的 T2 值与软
骨内胶原的排列方向及胶原、蛋白多糖和水的含量有
关 ,能够定量的反映软骨内成分的变化。有作者[5 ] 认
为软骨的 T2 值主要由胶原的含量和排列方向决定 ,
从软骨表层到最深层 T2 值有逐渐递减的趋势 ,这主
要由于各层胶原纤维排列和含量不同 ;亦有作者[6 ,7 ]
通过人和动物试验证明 ,软骨 T2 值与软骨内蛋白多
糖和水的含量直接有关 , T2 值的增加与软骨内蛋白多
糖的分布呈反比 ,与水的分布呈正比。因此可以用
T22mapping 成像测定 T2 弛豫时间 ,对 OA 不同时期
软骨内变化进行定量分析和监测 ,目前国内尚未见有
关软骨 T22mapping 成像的正式报道。
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图 1 正常膝关节。a) 常规 T2 WI示膝关节周围骨质和软骨连续 ,未见异常信号 ; b) T22mapping 图像示股骨、胫骨和髌软
骨连续均匀 ,色阶呈绿色。 图 2 轻度 OA。a) CR 平片胫骨髁间突及内髁骨质稍变尖 ; b) T22mapping 像示关节软骨变
薄 ,内部信号增高、混杂不均 (箭) ; c) 髌骨横轴面 T22mapping 像示髌软骨内见斑块状高 T2 值区 (箭) 。 图 3 重度 OA。
a) 平片示关节周缘骨质增生明显 ,软骨下骨质硬化 ; b) 常规 T2 WI示股骨后缘关节软骨缺如 ; c) T22mapping 图像示股骨
前缘和髌软骨变薄 ,内部信号混杂不均匀 , T2 值增高 ,色阶明显增高呈黄色 (箭) 。
本组中轻度 OA 患者 T2 弛豫时间比正常组有明
显升高 ,提示 OA 早期在关节软骨和骨质形态没有发
生明显变化之前 ,软骨内成分已经发生改变。OA 早
期时 ,胶原网断裂使积聚的蛋白多糖分散展开 ,并暴露
出更多的阴离子 ,从而增加了软骨内水分的含量 ;当蛋
白多糖进一步丢失时 ,残存的蛋白多糖就具有更大的
伸展空间 ,也可增加水的含量 ,导致软骨 T2 值升高。
轻度 OA 组关节软骨的 T2 值和重度 OA 组之间没有
明显差异性 ,笔者认为一方面可能是由于 OA 早期关
节软骨内基质成分已经发生明显变化 ,但随着 OA 发
展主要是软骨下骨的改变如骨质水肿、硬化等 ,而软骨
内部的变化不大 ;另一方面可能是 Kellgren2Lawrence
分级的局限性 ,平片定义为早期 OA 也是通过观察软
骨下骨质的变化而此时软骨的改变可能已经很明显 ;
平片虽然能发现明显骨赘和关节间隙狭窄 ,但它反映
的是大面积的软骨形态变化 ,而 T2 弛豫时间则反映
的是局部很小面积 (几十个象素) 的软骨内部成分变
化。
综上所述 ,膝关节 OA 患者关节软骨 T2 弛豫时
间比正常者明显增加。磁共振 T22mapping 成像在早
期 OA 的诊断和监测方面具有很高的临床价值。
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(收稿日期 :2007205212 修回日期 :2007207230)
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