膝关节骨关节炎软骨磁共振表现与临床症状的相关性分析

沈 浮 陆 勇 丁晓毅 杜联军 陈克敏

骨关节炎(OA)是关节软骨的退行性变,临床可产生关节疼痛、畸形和功能障碍等症状。本文主要对膝关节OA的临床症状与磁共振(MR)表现进行对照分析,明确软骨磁共振表现与OA临床症状的相关性。

方 法

1.一般资料

征集40～70周岁骨关节炎病例56例,男性20例,女性36例,年龄40～70岁,平均 56.8岁。患者出现关节疼痛的时间为1.5～17年,平均4.3年。所有患者由两位骨科副主任医师负责诊断,符合1986年美国风湿病学会膝关节OA诊断标准。所有病例行MR检查前均行X线检查并K-L评分。

本实验涉及人体实验,所有受试者在研究前均予以告知,患者同意后签署知情同意书和参加实验志愿书。

2.MR成像与图像分析

2.1 MR成像:选取患者患侧膝关节成像。受检者静卧30min,下肢与心脏处于同一高度。采用GE 1.5T Signa MR设备,序列参数:①FSE T2WI,横断面,TR/TE=3000ms/100ms,FOV 18cm×18cm;②3D-FS-SPGR序列,矢状面,TR/TE=50m s/4m s,FOV 16cm×16cm,行MIP重建;③FS-PD序列,矢状面,TR=2500m s,TE最小,FOV 16cm×16cm,矩阵256×224,带宽15.6mm,次数2～4次。

2.2 图像分析:两位医学影像专业博士研究生利用UN IRISC图像终端分别盲法观察MR图像。主要分析以下五个区域软骨形态:①股骨远端内侧髁区;②股骨外侧髁区;③髌软骨;④胫骨内侧平台;⑤胫骨外侧平台。然后观察并记录:①软骨缺损,观察有无软骨缺损存在,并记录缺损的最大径;如有软骨缺损,则以Noyes关节软骨评分标准(表1)进行分级,并记录软骨缺损的最大径;②软骨下骨质,在PD以及T2W序列上软骨下骨质有无异常高信号出现,如有则记为(+)性 ,反之(-)性。

3.临床体检

由两位骨科博士研究生进行,结合患者主诉及体检,记录患者膝关节疼痛部位,分为以下三组:膝关节外侧间隙、内侧间隙和髌周疼痛。

4.统计分析

关节疼痛区域与软骨缺损和软骨下骨质水肿指标符合两项分布,采用R×C列χ2检验和Logistic多元线性回归法分析。

结 果

1.临床评价

K-L积分水平在 1～4分,平均 3分。

2.MR图像分析

患者膝关节Noyes分级水平在Ⅱ～ⅢB级,平均ⅡA级以上。膝关节软骨缺损区域平均2.34个/例;软骨缺损范围4～13mm,平均8.2mm。

3.MR表现与临床症状相关性分析

对OA患者膝关节疼痛部位分布与软骨MR成像显示的软骨下骨质水肿部位比较发现,关节内侧疼痛和胫骨、股骨内侧平台软骨下骨质水肿的出现具有相关性(P＜0.001);关节外侧疼痛和胫骨、股骨外侧髁软骨下骨质水肿具有相关性(P＜0.001);髌周疼痛和髌骨软骨下骨质水肿具有相关性(P＜0.001)(图1;表2,3)。

同时对患者膝关节疼痛部位分布与软骨MR成像显示的软骨缺损发生区域比较发现,关节疼痛部位与该软骨缺损在各个发生部位上均无显著相关性 (各部位均 P＞0.05)(表4,5)。

以软骨缺损和软骨下骨质水肿出现的不同区域为自变量,膝关节疼痛部位为应变量进行Logistic多元回归分析。结果显示,髌骨和胫骨外侧平台区域的软骨下骨质水肿影响膝关节髌周和外侧间隙疼痛发生率(髌骨与髌周疼痛P=0.003,胫骨外侧平台与外侧间隙疼痛P=0.041),两者呈线性相关;而膝关节内侧间隙疼痛与软骨下骨质水肿无线性相关。软骨缺损状况不影响关节疼痛产生和程度(表6～8)。

讨 论

1.骨关节炎软骨的主要病理变化

OA是一种退行性关节疾病,是中老年人群中的常见病多发病。OA在大于40岁人群的发病率显著上升[1],所以本次研究选择40～70周岁确诊的OA患者作为研究对象。

OA早期关节软骨表层局灶性损伤,软骨基质浅层碎裂,如关节表面纤毛样撕裂。裂隙逐渐进展,在关节面表层称为剥落,累及软骨放射层时称为软骨纤维化[2]。在致病因素综合作用下,裂缝累及软骨全层并出现软骨基质代谢变化,最主要的表现是蛋白多糖的浓度降低。关节软骨最后完全磨损,软骨下骨裸露受累[3-5]。

表1 NOYES关节软骨评价系统

表2 OA患者关节疼痛与软骨下骨质水肿分布区域

表3 OA患者关节疼痛与软骨下骨质水肿分布区域统计分析

表4 OA患者关节疼痛与软骨缺损分布区域

表5 OA患者关节疼痛与软骨缺损分布区域统计分析

表6 膝关节内侧间隙疼痛的Logistic回归分析

表8 膝关节髌周疼痛的Logistic回归分析

软骨下骨最早出现的病理变化是骨质微损伤和骨髓水肿[6],进一步发展造成软骨下骨质增生,软骨变薄剥脱,直至出现关节面密质骨裸露,即骨质象牙化。脱落的软骨和骨髓片在关节腔内形成游离体,关节内压力导致局部组织坏死和结构疏松,软骨下骨内形成假性囊肿。关节边缘骨增生形成骨赘。OA软骨下骨变化会持续10～20年,甚至更长,但一般情况下有症状的OA病例软骨下骨异常均较为明显[6]。本次研究膝关节OA也发现有疼痛症状的病例组大多已有局灶性软骨下骨质水肿。

2.骨关节炎软骨的主要MR表现

膝关节OA最为常见,也是OA影像学研究的主要亚病种。因此本次研究以膝关节OA作为主要对象以分析软骨MR表现。

OA软骨最早的MR表现是软骨内出现异常信号,与软骨T 2弛豫时间有关[7]。OA病变软骨在T 1W和PD像上以低信号为主,在T2W和GRE序列上则以高信号常见,FS-SPGR序列上OA软骨信号主要表现为分层结构消失和局部信号降低[8-9]。在发生软骨信号改变之后,软骨轮廓也逐渐发生改变,包括:①软骨表面毛糙不平;②局限性变薄,甚至完全消失;③软骨线样结构中断;④软骨缺损区出现,部分累及软骨下骨。一般采用Noyes分级系统作为OA软骨病变的评价标准,能较客观地反映软骨病变的程度。

有许多学者认为OA软骨下骨改变早于关节软骨改变[10-11]。本次研究采用的成像序列中FS-PD序列对软骨下骨质水肿非常敏感,结果显示有症状患者的膝关节均有不同程度的软骨下骨质水肿表现,而软骨下骨质的改变是否早于软骨缺损的出现本研究尚不能证实,可能与这些因素有关:①OA早期软骨下骨的变化过于细微,不足以产生显著的弛豫时间变化;②MRI对骨髓水肿较为敏感,而不容易反映其他异常改变;③本次研究主要针对40～70岁成年人,没有搜集更为早期的OA资料。

3.OA临床症状与软骨MR表现的相关性

很多研究[12-13]都发现OA的X线评价与关节疼痛等表现无明显关系,近年来OA的MR表现与临床症状的相关研究也已开展。一些研究显示,OA关节症状与关节MR异常表现具有一定程度上的相关性[14-15]。而本次研究的结果显示单纯的软骨缺损与关节疼痛无相关性,但软骨下骨质异常则伴有明显的关节疼痛症状,且两者在发生部位上较好拟合。部分有疼痛症状的病例软骨缺损尚未累及全层,但软骨下骨质水肿却较为明显,这提示软骨下骨质异常是产生关节疼痛症状的重要因素,其原因可能是:①软骨本身没有神经纤维末梢和本体感受器;②软骨下骨具有丰富的神经纤维组织,对细微病变反应敏锐;③软骨下骨具有丰富的微血管结构,可产生炎症反应。另一方面的原因可能是MR本身引起,如前所述,MR对早期OA软骨下骨的变化不敏感,其次对骨髓水肿较敏感,而不容易反映其他异常改变。虽然本次研究没有搜集更为早期的OA资料不能够证实,但提示可能OA早期已有软骨下骨异常导致临床症状而不一定已出现软骨异常,这些都尚需进一步的严格论证。

本次研究结果显示,MR可见的软骨下骨质异常与关节疼痛部位相关,软骨缺损不影响OA症状的发生。软骨下骨异常与OA临床症状的密切关系为今后OA的治疗目标提供了方向。

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