膝关节OA软骨形态改变和BML与临床表现相关性研究

陈展航　宋亭　刘祎

摘要：目的 探讨膝关节MRI检查膝关节骨关节炎（knee joint osteoarthritis，KOA）患者膝关节软骨形态改变和骨髓水肿样病变（Bone marrow edema lesions ， BML）程度与临床表现评分（Western Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index ，WOMAC）之间相关性。方法 收集膝关节炎患者47例。采用 Philips公司Achieva 3.0T TX磁共振检查设备，8通道膝关节线圈。扫描序列包括：矢状位T2-TSE-SPAIR、冠状位T2-TSE-SPIR 、矢状位3D-FFE-WATs。图像传入Extended MR Work Space R 2.6.3.1 后处理工作站，使用全器官MR评分方法（ Whole-Organ Magnetic Resonance Imaging Score ，WORMS），对膝关节软骨形态学改变及BML病变进行评估。结果 软骨形态改变WORMS评分与WOMAC正相关，相关系数r=0.41，P<0.05；BML WORMS评分与WOMAC正相关，相关系数r=0.693，P<0.05；BML 与软骨 WORMS正相关，相关系数r=0.456，P<0.05。结论 膝关节OA 患者MRI检查结果显示，软骨缺损程度、BML程度与临床表现程度呈正相关，并且BML程度与软骨缺损程度之间存在正相关。提示，软骨的缺损、BML有可能是引起KOA患者疼痛的原因，并且，两者在KOA进程中相互影响对方的发展。

关键词：骨性关节炎；膝；MRI；软骨缺损；BML

Abstract：Objective To investigate the MRI examination of knee joint osteoarthritis of the knee（knee joint osteoarthritis，KOA） in patients with knee joint cartilage morphology and bone marrow edema like lesions （Bone marrow edema lesions，BML）and the degree of clinical symptoms score （Western Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index，WOMAC）.Methods The correlation between patients with osteoarthritis of the knee 47 cases by Philips company.Achieva 3.0T TX MRI equipment，8 channel knee coil.The scanning sequences included sagittal T2-TSE-SPAIR，coronal T2-TSE-SPIR，sagittal 3D-FFE-WATs.MR Work Space R 2.6.3.1 introduced Extended postprocessing workstation， using whole organ MR scoring method （Whole-Organ Magnetic Resonance Imaging Score，WORMS），to evaluate the articular cartilage morphology and BML lesions.Results The cartilage morphology change of WORMS score and WOMAC positive，the correlation coefficient r=0.41，P<0.05；BML WORMS score and WOMAC positive correlation，correlation coefficient r=0.693，P<0.05；BML and WORMS cartilage positive correlation，correlation coefficient r=0.456，P<0.05.Conclusion The results of knee joint OA patients with MRI showed cartilage defect degree，degree and clinical manifestation of BML was positively related to the degree.And between BML and degree of cartilage defect degree has a positive correlation.The results indicated that the cartilage defect，BML may be the cause of pain in patients with KOA，and the two influence each other's development in the KOA process.

Key words：Osteoarthritis；Knee；MRI；Cartilage defect；BML

骨关节炎（osteoarthritis，OA），也称退行性关节病、骨关节病，是由于关节软骨完整性破坏以及关节边缘软骨下骨病变，导致关节症状和体征的一组异质性疾病。并且，伴随着年龄的增长，其患病率明显增加。关节疼痛是OA重要的临床表现，长期以来人们对于引起膝关节疼痛症状的原因争论不休。MRI以其对软组织显示良好的优势，可以作为KOA退行性改变的敏感监测方法。找尋KOA患者MRI特征改变与临床症状之间的关系，为临床对KOA实施针对性治疗并减轻患者症状提供了良好的依据。

1 资料与方法

1.1一般资料 按照中华医学会骨科分会定义的2007年制定的《骨关节炎诊治指南》KOA诊断标准，收集2012年8月～2013年1月KOA患者47例，男性12例，女性35例，年龄36～68岁。另选取同年龄段无OA表现，无外伤史、手术史，膝关节体察无异常，直系亲属中无免疫性关节炎或其他相关病史，且平片检查无异常的正常人群30例，作为对照组。

1.2检查设备及参数 采用Philips公司Achieva 3.0T TX磁共振检查设备进行扫描。采用8通道膝关节线圈。扫描序列包括：矢状位T2-TSE-SPAIR（TR=6309 ms，TE=100 ms，层厚3.5mm，层间距0.4 mm，层数 18，FOV=160×160 mm，矩阵 292×214，激励次数 2，反转角度90°，扫描时间2分50秒）；冠状位T2-TSE-SPIR （TR=2306， TE=100，层厚=4 mm，层间距0.4 mm，层数18，反转角度90°，FOV=160×160，矩阵356×285，激励2，扫描时间2分27秒）；矢状位3D-FFE-WATs（TR=20 ms，TE=4.7 ms，层厚 3.5 mm，FOV=160×160 mm，矩阵 232×232，激励次数 2，重建层数 18，扫描时间7分30秒）。图像传入Extended MR Work Space R 2.6.3.1 后处理工作站进行图像分析。

1.3临床评分 采用西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数评分（Western Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index，WOMAC）：该表中包含了5个僵硬项目和17个涉及日常活动完成困难的功能项目共24个评分项目，每个项目有5点评分制（0：正常，1：轻度，2：中度，3：严重，4：极端严重）。

1.4软骨形态改变及BML 的WORMS评分 软骨形态改变划分为0～6分：0=正常；1=软骨厚度正常但信号增高，见图1；2=软骨部分缺损（最大宽度<1 cm），见图2；2.5=全层软骨缺损（最大宽度<1 cm），见图3；3=多区域软骨部分缺损（2分的标准）混杂有正常厚度软骨区域，或者2分的标准同时宽度>1cm，但<75%的亚区面积，见图4；4=弥漫性部分软骨缺损（大于75%的亚区面积），见图5；5=多个区域全层软骨缺损（2.5分标准），或具有2.5分的标准，同时宽度>1 cm，但是<75的亚区域面积，见图6；6=弥漫性全层软骨缺损（≥75%的亚区域面积），见图7。

1～2分的MRI评分在很多文献中报道发现在研究人群中很少见[1]。某些正常软骨形态改变也会出现1分的改变。然而，2～3级代表了同一类未累及全层的局限性病灶。我们将0～6分重新划分为3个等级。WORMS中的0～1为第一组，2～3为第二组，4～6划分为第三组[2]。各个区域软骨形态改变在新的划分标准下分为0～2等级。

BML压脂序列上的低信号骨髓内出现边界欠清的高信号区。根据病灶所占区域范围划分为0～3分，包括：0=无；1<25%的区域，见图8；2=25～50%区域，见

1.5统计学分析 所有数据采用SPSS18.0统计软件包处理，计量资料以（x±s）表示，计数资料以例数/总数（%）表示，运用？字2 检验（计数资料）和两独立样本t检验（计量资料）对患者和正常人一般资料比较。利用两个独立样本比较的Wilcoxon分析正常与KOA患者软骨形态、BML WORMS评分比较。利用双变量回归中spearman秩相关对三个MRI特征与WOMAC评分进行相关性检验，P<0.05认为差异有统计学意义，r>0，认为呈正性相关。

2 结果

47例患者平均年龄（52.3±2.4）岁，男性12例（占25%），女性35例（占75%），BMI为（24.8±4.2；30）例正常人平均年龄（49.7±4.3）岁，男性11例（占37%），女性19例（占63%），BMI为22.4±5.6；患者与正常人在年龄、性别、BMI比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表1；软骨形态改变WORMS评分与WOMAC正相关，相关系数r=0.41，P<0.05，见表2；BML WORMS评分与WOMAC正相关， 相关系数r=0.693，P<0.05，见表3；BML 与软骨 WORMS正相关，相关系数r=0.456，P<0.05，见表4。

3 讨论

OA是老年人群中最常见的关节疾病，而且发病率逐年上升。骨关节炎导致致残的几率也不断增加，部分患者采取了关节的置换，这严重影响老年人生活的质量。影像诊断在KOA诊断和评估上起到关键的作用。虽然，传统平片一直被广泛用于对KOA的检查，K-L分级也一直被作为临床和研究评估的一项标准。但是，随着研究的不断深入，人们渐渐认识到KOA是一个多因素导致的疾病。KOA结构的改变包括：局部或弥漫性透明软骨的改变、软骨下骨的改变、边缘或中心性骨赘的形成、半月板损伤、韧带松弛、滑膜炎以及整个关节周围肌肉强度的减弱[3]。这些结构的病理特征不是单独存在的，而是在整个疾病发展过程中都相互起到影响作用，因此，很难单独区分是哪一种因素引起了KOA的症状。

本研究发现BML与临床症状存在相关性，这与大多数报道相一致。KOA患者MRI检查经常发现软骨下BML表现。从组织结构上来看，BML代表了该区域软骨下骨损伤和修复，出现纤维增生、坏死和异常的骨小梁。一些导致软骨下骨负重增加的因素例如，膝关节不稳、半月板病理性改变都会引起BML的产生。BML产生也会伴随局部骨密度的增加，这说明这些区域都是长期超负荷承重的区域。OA引起的软骨缺损实际上就是移走了保护软骨下骨的软骨，导致局部压力过大，从而引起了BML。软骨下骨改变是OA疾病发展的重要因素，在一段时间成为KOA疼痛影响因子研究的重要对象。软骨下骨最早期出现的病理改变是骨質微损伤和骨髓水肿。它们引起骨疼痛机制是骨髓水肿为细胞外液的积聚，导致骨内压力增高，激发疼痛感受器，产生痛觉。物理上的减低骨内压能减轻一些患者的疼痛。这种骨髓病理性水肿有可能是轻微的细胞损伤，由于承重压力分布不均诱发。Arnoldi 等发现伴有关节疼痛的患者，无论是否患有OA，其关节骨内压力增大[4]。波士顿膝关节炎研究（BOKS）发现伴有BML的KOA患者同时伴随有疼痛、僵硬的症状的更普遍，并且比没有BML的患者伴有的疼痛程度更严重[5]。Sowers[6] 等发现大的BML病灶在膝关节疼痛患者比不疼痛的患者中更常见。在软骨下缺损形成的骨溃疡显得尤为重要，他们的理论认为BML可能需要伴随着其他骨改变才能引起疼痛。

BML的出现预示着OA患者结构上的发展和疼痛的出现。这些病灶往往伴随着同一区域软骨损伤的出现。BML的出现或者是BML范围的增大都将预示着软骨的丢失。本研究同时发现BML与软骨缺损之间存在着微弱的相关性（r=0.295，P<0.05），这可能印证了软骨作为KOA始发改变，继发一系列OA特征的产生，从而最终导致整个膝关节结构、功能的紊乱。正常情况下，由于软骨内不含血管，所以，软骨由软骨下骨和滑液提供营养。软骨下骨对于营养深层软骨担当了至关重要的角色。微血管的改变可能打破了平衡并引发软骨损伤。病因学对这种OA中出现的微血管紊乱做出了解释：一个是静脉的淤血伴或不伴有高凝（微血栓形成），二是动脉缺血（动脉粥样硬化）[7]。有认为软骨缺损的发展是特定区域BML发生的独立危险因素[8]。同时，有大量研究证明，在严重BML的背景下，BML的进一步发展或新的BML的产生，将预见着特定区域软骨的缺损，不论是在OA患者痛或不痛的情况下[9]。 也有研究证明，与有BML存在相比，软骨下骨没有BML的发生软骨缺损的几率更小。此外，BML的大小也与软骨丢失有关。Hunter等研究271名患有KOA的成年人，发现膝关节内外侧有高级别评分的BML的区域伴随着更严重的软骨缺损，并且随着BML的增加与更严重的软骨缺损相关[10]。

软骨缺损、BML程度与临床表现呈正相关，并且BML与软骨形态改变程度之间存在正相关。可能提示，软骨的缺损、骨髓水肿有可能是引起KOA患者疼痛的原因，并且，两者在OA进程中相互影响对方的发展。

参考文献：

[1]Felson D T，Lawrence R C，Dieppe P A，et al.Osteoarthritis：New Insights.Part 1：The Disease and Its Risk Factors[J].Annals of Internal Medicine，2000，133（8）：635.

[2]Felson D T，Chaisson C E，Hill C L，et al.The Association of Bone Marrow Lesions with Pain in Knee Osteoarthritis[J].Annals of Internal Medicine，2001，134（7）：541.

[3]Link T M，Steinbach L S，Ghosh S，et al.Osteoarthritis：MR imaging findings in different stages of disease and correlation with clinical findings[J].Radiology，2003，226（2）：373-381.

[4]Sowers M F，Hayes C，Jamadar D，et al.Magnetic resonance-detected subchondral bone marrow and cartilage defect characteristics associated with pain and X-ray-defined knee osteoarthritis[J].Osteoarthritis and Cartilage，2003，11（6）：387-393.

[5]Conaghan P G，Vanharanta H，Dieppe P A.Is progressive osteoarthritis an atheromatous vascular disease[J].Annals of the Rheumatic Diseases， 2005，64（11）：1539-41.

[6]Baranyay F J，Wang Y，Wluka A E，et al.Association of Bone Marrow Lesions with Knee Structures and Risk Factors for Bone Marrow Lesions in the Knees of Clinically Healthy，Community-Based Adults[J]. Seminars in Arthritis & Rheumatism，2007，37（2）：112-118.

[7]Davies-Tuck M L，Wluka A E，Wang Y，et al.The natural history of bone marrow lesions in community-based adults with no clinical knee osteoarthritis[J].Annals of the Rheumatic Diseases，2008，68（6）：904-908.

[8]Dore D.Bone marrow lesions predict site-specific cartilage defect development and volume loss：a prospective study in older adults[J]. Arthritis Research & Therapy，2010，12（6）：R222.

[9]Roemer F W，Guermazi A，Javaid M K，et al.Change in MRI-detected subchondral bone marrow lesions is associated with cartilage loss：the MOST Study.A longitudinal multicentre study of knee osteoarthritis[J]. Annals of the Rheumatic Diseases，2009，68（9）：1461.

[10]Hunter D J，Zhang Y，Niu J，et al.Increase in bone marrow lesions associated with cartilage loss： A longitudinal magnetic resonance imaging study of knee osteoarthritis[J].Arthritis & Rheumatology，2006，54（5）：1529–1535.

編辑/李桦