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膝关节骨性关节炎软骨形态与T2值的MRI对比性分析

李淑华 朱芸 马宜传 谢宗玉 宋宏伟 周莉

引用本文:
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膝关节骨性关节炎软骨形态与T2值的MRI对比性分析

    作者简介: 李淑华(1989-), 女, 硕士, 住院医师
    通讯作者: 谢宗玉, zongyuxie@sina.com
  • 基金项目:

    安徽省高校自然科学研究重点项目 KJ2019A0402

  • 中图分类号: R684.3

Comparative analysis of MRI findings of cartilage morphology and T2 value in knee osteoarthritis

    Corresponding author: XIE Zong-yu, zongyuxie@sina.com ;
  • CLC number: R684.3

  • 摘要: 目的对比分析膝关节骨性关节炎(OA)软骨损伤的MRI形态评分及T2值变化。方法收集65例膝关节OA病人及10名健康受试者,行膝关节MRI矢状位3D-WATSc、T2 mapping扫描,将病人组分轻度(OA1)组、中度(OA2)组、重度(OA3)组,评价OA组各亚区软骨T2值与全器官磁共振评分法(WORMS)的相关性,比较各亚区T2值在各组间的差异。结果除股骨外侧区外,OA组软骨T2值与WORMS评分呈正相关(r=0.657~r=0.854,P < 0.05);除股骨外侧区T2值外,其余各亚区T2值在各组间差异均有统计学意义(P < 0.01);T2值在髌骨区、内侧股骨区、内侧胫骨区发现膝关节OA软骨形态改变前病变的敏感性分别为78.3%、68.2%、54.8%,特异度分别为100%、80%、70%。结论MRI半定量评价指标WORMS与定量评价指标T2值均能有效评价膝关节OA软骨变化,T2值能够区分膝关节OA软骨损伤程度,发现软骨形态改变前的病变。
  • 图 1  关节软骨形态WORMS半定量评分图

    表 1  各组平均T2值在各亚区比较

    分组 n P MF LF MT LT
    H组 10 32.37±1.33 41.65±1.90 43.52±1.84 31.23±1.89 30.51±2.41
    OA1组 21 38.64±4.05 45.82±3.31 46.64±3.59 33.96±1.79 31.25±3.35
    OA2组 26 40.10±4.67 48.96±3.03 46.61±4.89 37.60±1.30 37.71±2.34
    OA3组 18 50.67±6.70 52.72±1.57 48.10±7.78 41.21±1.38 45.76±2.17
    F - 36.71 41.99 1.67 116.81 120.27
    P - < 0.01 < 0.01 >0.05 < 0.01 < 0.01
    MS组内 - 23.272 7.366 26.972 2.406 6.953
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    表 2  P、MF、MT区T2值在H组与OA1组间的诊断效能评价

    亚区 临界值/ms 最大约登指数 曲线下面积 敏感度/% 特异度/%
    P 34.55 0.783 0.886 78.3 100
    MF 45.20 0.482 0.757 68.2 80
    MT 33.75 0.248 0.523 54.8 70
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-18
  • 录用日期:  2019-09-16
  • 刊出日期:  2019-12-15

膝关节骨性关节炎软骨形态与T2值的MRI对比性分析

    通讯作者: 谢宗玉, zongyuxie@sina.com
    作者简介: 李淑华(1989-), 女, 硕士, 住院医师
  • 1. 蚌埠医学院第一附属医院 放射科, 安徽 蚌埠, 233004
  • 2. 蚌埠医学院 医学影像诊断学教研室 安徽 蚌埠, 233030
基金项目:  安徽省高校自然科学研究重点项目 KJ2019A0402

摘要: 目的对比分析膝关节骨性关节炎(OA)软骨损伤的MRI形态评分及T2值变化。方法收集65例膝关节OA病人及10名健康受试者,行膝关节MRI矢状位3D-WATSc、T2 mapping扫描,将病人组分轻度(OA1)组、中度(OA2)组、重度(OA3)组,评价OA组各亚区软骨T2值与全器官磁共振评分法(WORMS)的相关性,比较各亚区T2值在各组间的差异。结果除股骨外侧区外,OA组软骨T2值与WORMS评分呈正相关(r=0.657~r=0.854,P < 0.05);除股骨外侧区T2值外,其余各亚区T2值在各组间差异均有统计学意义(P < 0.01);T2值在髌骨区、内侧股骨区、内侧胫骨区发现膝关节OA软骨形态改变前病变的敏感性分别为78.3%、68.2%、54.8%,特异度分别为100%、80%、70%。结论MRI半定量评价指标WORMS与定量评价指标T2值均能有效评价膝关节OA软骨变化,T2值能够区分膝关节OA软骨损伤程度,发现软骨形态改变前的病变。

English Abstract

  • 膝关节骨性关节炎(osteoarthritis, OA)首先以关节软骨的变性及破坏为主, 是引起关节疼痛、晨僵和功能障碍的最常见原因。研究[1]表明, 3.0T MRI对软骨损伤检测的敏感性、特异性、准确性分别为70.10%、93.13%、77.37%。3D-WATSc与关节镜对膝关节软骨病损的诊断结果之间一致性极佳[2]。MRI对膝关节OA软骨缺损的评价采用全器官磁共振评分法(whole-organ magnetic resonance imaging score, WORMS), WORMS对软骨丢失的发生具有很高的可靠性[3]。MR T2 mapping成像是通过测量T2横向弛豫时间来定量分析关节软骨内组织成分的变化, 进而对早期软骨病变做出诊断[4]。本研究对膝关节软骨形态进行WORMS评分及T2值测量, 探讨膝关节OA软骨WORMS与T2值之间的关系。

    • 收集蚌埠医学院第一附属医院65例符合中华医学会骨科学分会制订的《骨关节炎诊治指南》(2018年版)膝关节OA诊断标准[5]的膝关节OA病人65例为OA组; 年龄31~71岁; 男19例, 女46例; 右膝27例, 左膝38例。另选取同年龄段健康受试者10名作为对照组(H组), 年龄45~63岁; 女7例, 男3例; 右膝4例, 左膝6例。本研究经医院伦理委员会批准, 所有受试者均签署知情同意书。

    • 采用Philips Achieva 3.0T TX双梯度超导型磁共振, 8通道膝关节线圈, Philips Extended MR Workspace 2.6.3.5工作站, 分别行膝关节矢状位PDW-SPAIR、矢状位T1WI-aTSE、矢状位T2WI-TSE、冠状位PDW-SPAIR、矢状位3D-WATSc、矢状位T2 mapping扫描。矢状位3D-WATSc扫描参数:TR=20 ms, TE=5.1 ms, FOV 160 mm×160 mm, 矩阵320×319, NEX=2, 层厚1.5 mm, 层间距0 mm, 层数18, 扫描时间266 s; 矢状位T2 mapping扫描参数:TR=2 000 ms, TE=13、26、39、52、65、78 ms, FOV 160 mm×160 mm, 矩阵268×266, NEX=1, 层厚2.5 mm, 层间距0.25 mm, 层数12×6, 扫描时间612 s。

    • 所有影像学资料均有2位经验丰富的放射科医生进行评估。在Philips Extended MR WorkSpace 2.6.3.5后处理工作站上根据WORMS将膝关节软骨划分为股骨内侧区(medial region of femoral, MF)、股骨外侧区(lateral region of femoral, LF)、胫骨内侧区(medial region of tibia, MT)、胫骨外侧区(lateral region of tibia, LT)、髌骨区(patella, P)五个亚区[6]。按WORMS半定量分析8点评分制0~6分对膝关节各亚区软骨形态进行评分(见图 1)。依据病人各亚区软骨WORMS评分, 将各亚区软骨分组:0~1分为轻度(OA1组), 21例; 2~3分为中度(OA2组), 26例; 4~6分为重度(OA3组), 18例。

      图  1  关节软骨形态WORMS半定量评分图

      矢状位T2 mapping序列经后处理工作站自动生成最后一幅T2灰阶图, 在T2灰阶图上沿关节软骨边界手动划界, 依次对膝关节5个亚区软骨T2值进行测量, 每区T2值重复测量3次并取平均值, 即各亚区T2值。

    • 采用Pearson简单相关分析、方差分析、q检验及LSD-t检验和ROC曲线分析。

    • OA组P、MF、MT、LT区软骨T2值与WORMS相关系数分别为0.657、0.718、0.703、0.854, 各组T2值与WORMS相关系数值有统计学意义(P < 0.05), 且呈正相关; LF区T2值与WORMS相关系数为-0.026, 且二者无相关性。

    • 除股骨外侧区T2值在各组间差异无统计学意义(P>0.05)外, 其余各亚区T2值在各组间差异均有统计学意义(P < 0.01);各亚组内不同分级程度组两两比较差异均无统计学意义(P>0.05)(见表 1)。

      分组 n P MF LF MT LT
      H组 10 32.37±1.33 41.65±1.90 43.52±1.84 31.23±1.89 30.51±2.41
      OA1组 21 38.64±4.05 45.82±3.31 46.64±3.59 33.96±1.79 31.25±3.35
      OA2组 26 40.10±4.67 48.96±3.03 46.61±4.89 37.60±1.30 37.71±2.34
      OA3组 18 50.67±6.70 52.72±1.57 48.10±7.78 41.21±1.38 45.76±2.17
      F - 36.71 41.99 1.67 116.81 120.27
      P - < 0.01 < 0.01 >0.05 < 0.01 < 0.01
      MS组内 - 23.272 7.366 26.972 2.406 6.953

      表 1  各组平均T2值在各亚区比较

      因OA1组WORMS得分0~1分的病人, 正常软骨WORMS得分亦可表现为0~1分, 所以软骨形态WORMS无法对正常软骨形态及膝关节OA早期病变软骨进行鉴别, 根据以上结果, 对P、MF、MT区H组与OA1组间T2值有统计学差异的各区, 采用ROC曲线分析T2值的诊断效能, 判断T2值在诊断膝关节OA软骨形态改变前病变的价值, 结果显示, T2值在P、MF、MT鉴别出OA1组的敏感度分别为78.3%、62.2%、54.8%, 特异度分别为100%、80%、70%(见表 2)。

      亚区 临界值/ms 最大约登指数 曲线下面积 敏感度/% 特异度/%
      P 34.55 0.783 0.886 78.3 100
      MF 45.20 0.482 0.757 68.2 80
      MT 33.75 0.248 0.523 54.8 70

      表 2  P、MF、MT区T2值在H组与OA1组间的诊断效能评价

    • 王立振等[2]在评价3D-WATSc序列在膝关节软骨缺损病变中的价值, 与关节镜结果相对照中发现该序列诊断软骨病变的敏感性、特异性、准确性分别为96.4%、87.3%、92.4%, Kappa值为0.844, 3D-WATSc与关节镜对膝关节软骨病损的诊断结果之间一致性极佳, 可以确切反映膝关节软骨病变。本研究中采用常规2D FSE及3D-WATSc序列进行膝关节OA软骨形态评价。3D-WATSc序列亦是水激励三维脂肪抑制扰相梯度回波序列, 即将三维扰相梯度回波序列与水激励技术相结合[7]。该序列运用短TR, 小翻转角度, 关节软骨呈高信号与周围组织形成鲜明对比, 相对于3D-FS-SPGR, 该序列扫描时间短, 空间分辨率高, 消除了化学位移伪影, 不受磁场不均匀性影响, 抑制效果好。

    • T2 mapping成像技术即采用多平面多回波序列, 在静磁场内施加一个90°射频脉冲, 偶极子吸收能量后变得极不稳定, 通过向周围自旋-晶格组织释放能量维持平衡, T2值即代表偶极子在受激励后释放能量这一过程所需时间[8]。横向磁化时间主要受软骨组织结构各向异性的影响, 与胶原蛋白的含量、排列方向及水的含量有关, 通过测量T2横向弛豫时间可定量分析关节软骨内组织成分的变化[9]。T2 mapping成像现已被临床用于评估膝关节OA软骨组织成分及超微结构。各项研究[10]证实T2 mapping可提高膝关节OA病人早期软骨退行性变的检出率, 随年龄增长软骨T2值逐渐升高。T2 mapping可用于检测早期OA软骨基质的变化[11], 亦可监测软骨退变进程及治疗后软骨修复[12]。亦有研究[13]提示在负荷情况下运用T2 mapping成像随访术后病人可提供更多关于软骨修复组织成分及结构的信息。

      本研究采用矢状位T2 mapping成像序列, 运用6个回波时间。研究[14]证实各亚区整体T2值测量法相对于设置多个感兴趣性T2值测量方法, 可重复性误差较小, 所以在T2灰阶图上沿关节软骨边界手动划界, 依次对膝关节5个亚区整体软骨T2值进行测量, 以提高T2值测量的可重复性, 进而定量分析软骨组织学变化。

    • JOSEPH等[15]对OA病人软骨T2值随软骨退变的纵向研究中, 采用修订后的WORMS将膝关节划分为五区, 进行软骨退变评分, 结果显示随WORMS得分的升高, 软骨T2值亦升高, 证实T2值与WORMS评分具有正相关性。运用3.0T MRI对体外人类关节软骨行T2 mapping成像与软骨组织学分级进行对照, 分级间T2值差异有统计学意义, 且两者呈正相关, 说明T2值是OA软骨较好的一个生物学标志, 更适合对膝关节OA的早期诊断[16]

      本研究中将膝关节OA病人各亚区T2值与WORMS进行相关性比较, 结果显示OA组P、MF、MT、LT区软骨T2值与WORMS呈正相关随分级程度增大各亚区T2值逐渐增高。两两比较发现T2值能够区分膝关节OA严重程度。且P、MF、MT区T2值在H组与OA1组间差异有统计学意义, 说明T2值差异最大的区域主要在膝关节承重区, T2值能够做到对膝关节OA的早期诊断, 并能发现软骨形态改变前的病变。

参考文献 (16)

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