青年健康人群半月板 T1rho 的研究

龚舒 李永 蔡兆熙 杨泽宏 张梦迪 郑桂芬 陈建宇

青年健康人群半月板 T1rho 的研究

龚舒 李永 蔡兆熙 杨泽宏 张梦迪 郑桂芬 陈建宇

目的 探讨健康志愿者半月板不同亚区 T1rho 值是否存在不同，为进一步讨论半月板病变提供相关信息。方法 对 18名健康志愿者 ( 25个膝关节 ) 进行常规磁共振扫描、3D 磁共振扫描及 T1rho 扫描。分别测量内侧半月板体部、外侧半月板体部、内侧半月板后角及外侧半月板后角共 4个亚区的 T1rho 值，并进一步将内侧、外侧半月板后角分为内缘区、外缘区进行 T1rho 值测量。结果 健康志愿者内侧半月板体部 T1rho值为 ( 25.38±2.07) ms，内侧半月板后角 T1rho 值为 ( 25.37±1.82) ms，外侧半月板体部 T1rho 值为 ( 24.59± 1.83) ms，外侧半月板后角 T1rho 值为 ( 24.77±1.37) ms。这 4个亚区间 T1rho 值差异无统计学意义 ( P＝0.246)。半月板后角内缘区 T1rho 值为 ( 24.29±1.94) ms，外缘区为 ( 25.57±1.77) ms，两者差异有统计学意义( P＜0.001)。结论 健康志愿者半月板后角不同亚区 T1rho 值存在差别。

膝关节；半月板；磁共振成像；T1rho

半月板对膝关节正常功能维持具有重要作用。准确地诊断半月板病变有利于及时进行相应的临床治疗，可减少骨性关节炎 ( osteoarthritis，OA ) 的发生。对于半月板情况评价主要通过临床评估、影像学方式评价及关节镜三种方式。目前较公认的最佳影像学检查方式为磁共振成像 ( magnetic resonance imaging，MRI )。实际上，大多数研究只是对半月板进行形态学上的评价，而对半月板内生化组成评价的相关研究较少[1-2]。磁共振功能成像 T1rho 对晶格的缓慢运动敏感，而晶格的缓慢运动与大分子密切相关。应用于关节软骨的 T1rho 技术已较成熟，但对于半月板的应用尚在起步阶段，相关研究较少。本研究旨在探讨健康志愿者半月板各亚区 T1rho 值是否存在不同。根据半月板解剖及生理力学机制，半月板前角不易发生退变或损伤，故本研究重点对半月板后角及体部进行分析。

材料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1) 常规及 3D 磁共振扫描图像上半月板内均未见异常高信号；( 2) 膝关节相关体格检查正常；( 3) 最近半年无膝关节外伤史；( 4) 无膝关节有创操作史；( 5) 无 MRI 检查禁忌证。

2. 排除标准：( 1) 常规及 3D 磁共振扫描图像上半月板内见异常高信号；( 2) 膝关节相关体格检查出现阳性征象；( 3) 半年内有膝关节外伤病史或曾有膝关节有创操作史，存在膝关节不适等症状；( 4)有心脏起搏器、人工金属瓣膜等 MRI 检查禁忌证。

二、研究对象

2015年 3月至 2016年 1月，对招募的 18名健康青年志愿者 ( 25个膝关节 ) 进行磁共振扫描。

本组共纳入 18例，男 8例，女 10例，年龄为 19～29岁，中位年龄为 24.50岁，平均年龄为( 23.83±3.05) 岁。左膝 14例，右膝 11例。志愿者BMI 指数 16.85～23.86，平均 20.447±2.22。BMI 指数＜18.5为过轻，≥24为过重，两者间为正常。其中 BMI 指数正常者 14例 ( 77.78% )，过轻者 4例( 22.22% )。所有志愿者均填写知情同意书。

三、扫描设备及方法

所有志愿者采用 PHILIPS Achieva TX 3.0T 双源临床用磁共振扫描，扫描线圈为膝关节 8通道表面线圈 ( Sense-Knee-8)。扫描采用仰卧位，脚先进，膝关节屈曲约 15°，扫描线圈中线对准髌骨下缘，于踝关节处放置沙袋固定下肢。膝关节半月板情况通过以下扫描序列进行判断。包括：矢状位 3D-TSE PDWI / SPAIR ( TR / TE＝1300ms / 32ms，FOV＝180×180×128，层数＝365，层厚＝0.35，层间距＝0)、放射状 FFE T2WI ( TR / TE＝370ms / 15ms，FOV＝170×170，翻转角＝9°，层厚＝3)；冠状位TSE T2WI / SPAIR ( TR / TE＝3600ms / 65ms，FOV＝180×180×74，层数＝18，层厚＝3，层间距＝1)；矢状位 TSE T2WI ( TR / TE＝2800ms / 90ms，FOV＝160×160×80，层数＝21，层厚＝2.5，层间距＝0.8)；横断位 TSE T2WI ( TR / TE＝2800ms / 90ms，FOV＝160×160×80，层数＝8，层厚＝4，层间距＝0.8)。具体扫描参数见表 1。

在 3D-FFE 序列基础上采用自选锁定技术可获得 T1rho 图像。其扫描参数为：TR / TE＝2.6ms / 5.2ms，FOV＝140×140×88，层数＝22，层厚＝4，层间距＝0，自旋锁定时间＝01/ 10/ 20/ 30/ 40，自选锁定频率＝500Hz，其总扫描时间约 15min。具体扫描参数见表 1。

本研究自旋锁定脉冲群内包括 5个不同序列，每个序列包括 16个脉冲，这 5个序列的区别主要在于第 2、3脉冲参数不同 ( 表 2)。运用多个不同的自旋锁定持续时间也可改善图像的清晰度，本研究中共采用 01/ 10/ 20/ 30/ 40ms 共 5个自旋锁定持续时间。

表1 常规、3D 磁共振扫描及 T1rho 扫描参数Tab.1Scanning parameters of conventional MR, 3D MR and T1rho sequences

四、临床表现分析

所有受检者临床表现均通过相应膝关节评分量表进行评估。WOMAC 评分量表与半月板情况相关性高 ( 半月板外缘有血供区存在神经分布 )[3]，故本研究中采用该量表。WOMAC 评分量表[4]最终得分为 3部分得分的总和。

五、MRI 图像分析

相关 T1rho 图像采用 DICOM 图片形式导入飞利浦 MRI 工作站内进行后处理，由 IDL ( Research Systems，Inc，USA ) 软件生产 T1rho 图，随后将T1rho 图导入 Image J 软件 ( NIH，Bethesda，MD ) 进行定量分析。

表2 五种 SL 序列第 2个、第 3个脉冲参数比较Tab.2Comparison of the second and third pulse parameters of the 5SL sequences

将半月板分为以下 4个亚区，包括内侧半月板体部 ( Mc )、内侧半月板后角 ( Mp )、外侧半月板体部 ( Lc ) 及外侧半月板后角 ( Lp )。采用最短自旋锁定时间 ( TSL＝1msec ) 图作为对照进行半月板各亚区分割，于每层矢状位 T1rho 图上画出上述相应区域作为感兴趣区 ( ROIs )，将所得各层 T1rho 值取平均值作为相应亚区的 T1rho 值。半月板体部第一层为半月板前角及后角相连层面，最后一层分界以信号改变来区别。外侧半月板后角以肌肌腱为后部边界，肌腱纤维束不纳入分析。半月板与根部、关节囊分界同样根据信号改变来区别。由于半月板内血管成分不能单独分割出来，故分析时未除外血管成分。感兴趣区选取方式具体如图 1所示。

在矢状位 T1rho 图内、外侧半月板后角最大层面上，以半月板轮廓最外围到半月板游离缘尖端的水平线为基础进行内缘区 ( 半月板后角内 2/ 3) 及外缘区 ( 半月板后角的外 1/ 3) 的划分 ( 图 2)。以上述同样方法于第 1次测量后 1周以上再次测量，记录各区域两次不同时间 T1rho 数值，取两次结果平均值为该亚区最终的 T1rho。

六、统计学处理

所有统计均采用 SPSS 软件 ( SPSS 17.0；SPSS，Chicago ) 进行统计分析。所测 T1rho 值及 WOMAC评分量表得分均采用±s 进行表示。半月板内侧体部、内侧后角、外侧 体部及外侧后角各亚区比较采用广义估计方程 ( GEEs )，调整年龄、BMI 及性别影响。半月板后角内、外缘区比较采用配对 t 检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

图1 T1rho 图上半月板体部及后角 ROI 画取示意图图2 内、外缘区 ROI 画取示意图Fig.1Delineate the central and posterior in the meniscus MR T1rho images as the ROIFig.2 Delineate inner and outer zone in the meniscus posterior in the meniscus MR T1rho images as the ROI

结 果

一、临床评价结果

健康青年志愿者的 WOMAC 评分量表得分为2～9分，平均得分 ( 5.44±2.121) 分。

二、内侧半月板体部、外侧半月板体部、内侧半月板后角及外侧半月板后角亚区的 T1rho 值

本组 18名志愿者，25个膝关节的数据的内侧半月板体部 T1rho 值为 ( 25.38±2.07) ms，内侧半月板后角 T1rho 值为 ( 25.37±1.82) ms，外侧半月板体部 T1rho 值为 ( 24.59±1.83) ms，外侧半月板后角T1rho 值为 ( 24.77±1.37) ms，4个亚区间差异无统计学意义 ( P＝0.246) ( 图 3)。

三、内侧、外侧半月板后角内缘区与外缘区的T1rho 值

内侧半月板后角内缘区 T1rho 值为 ( 24.76± 1.77) ms，内侧半月板后角外缘区 T1rho 值为( 25.97±1.81) ms，两者间差异有统计学意义 ( P＝0.001＜0.05)，外缘区大于内缘区。外侧半月板后角内缘区 T1rho 值为 ( 23.81±2.02) ms，外侧半月板后角外缘区 T1rho 值为 ( 25.17±1.67) ms，两者差异有统计学意义 ( P＜0.001)，外缘区大于内缘区。半月板后角内缘区 T1rho 值为 ( 24.29±1.94) ms，外缘区为 ( 25.57±1.77) ms，外缘区大于内缘区 ( P＜0.001)，( 表 3，图 4)。

图3 健康青年半月板各亚区 T1rho 值Fig.3T1rho values in the diverse zones of the knee meniscus in the healthy young population

图4 健康青年后角内缘与外缘区 T1rho 值Fig.4T1rho values of inner and outer zones in the meniscus posterior in the healthy young population

表3 健康青年半月板后角内缘区及外缘区 T1rho 值 ( ms，±s )Tab.3T1rho values of inner and outer zones in the meniscus posterior in the healthy young population ( ms,±s )

表3 健康青年半月板后角内缘区及外缘区 T1rho 值 ( ms，±s )Tab.3T1rho values of inner and outer zones in the meniscus posterior in the healthy young population ( ms,±s )

注：a内缘区及外缘区之间比较Notice:aComparison of the T1rho values of inner and outer zone in the meniscus posterior

分区 内侧半月板后角 外侧半月板后角 内、外侧半月板后角内缘区 24.76±1.77 23.81±2.02 24.29±1.94外缘区 25.97±1.81 25.17±1.67 25.57±1.77P 值a 0.001 ＜0.001 ＜0.001

讨 论

一、T1rho 成像原理

T1rho 成像采用了自旋锁定技术。该技术的原理为磁化矢量沿着单一轴翻转至水平轴，然后立即沿相同轴位施加自旋锁定序列，自旋锁定序列是一个共振连续，持续时间长，能量低的射频脉冲。由于磁化矢量与射频脉冲在同一方向，在持续的小振幅的射频脉冲下，使磁化矢量不进行横向弛豫，而只进行纵向弛豫。该纵向弛豫的弛豫速率常数即为旋转坐标系自旋晶格驰豫时间[5]( T1rho 值 )。

自旋锁定频率的振幅及自旋锁定脉冲的持续时间能进行任意调整。通过调节自旋锁定脉冲的振幅可改变自旋锁定脉冲的频率，从而影响自旋－晶格间的相互作用。常见采用频率从几百赫兹到几千赫兹[6]。本研究采用自旋锁定频率为 500Hz。组织的T1rho 值是固定的，但 T1rho 成像所得值取决于组织特性及施加的自旋锁定脉冲。

本研究的 T1rho 序列包括两部分，即首先施加的自旋锁定脉冲群及之后的 3D / FFE 成像序列 ( 即GRE 序列 )。该方式采用小角度激发，扫描时间较常规 SE 序列缩短，但采集到的信号强度减小，信噪比下降。为获得良好的 T1rho 图，本研究采用 50° 大翻转角，翻转角越大 T1加权越大。T1rho 成像采用多层自旋锁定脉冲序列，以弥补信噪比低的不足。使用的 5个序列的区别主要在于第 2、3脉冲参数不同 ( 表 2)。运用多个不同的自旋锁定持续时间也可改善图像的清晰度，本研究中共采用 01/ 10/ 20/ 30/ 40ms 共 5个自旋锁定持续时间。

磁共振的功能成像 T1rho 技术可提供大分子成分及组织内质子物质交换的信息，故可用于了解半月板内相关生化组成情况。T1rho 值与半月板内水含量呈正相关，与半月板内蛋白多糖、胶原纤维含量呈负相关[7]。

二、半月板感兴趣区选择

根据半月板内胶原纤维、蛋白多糖及血供的分布情况，将半月板进一步分为内缘区 ( 半月板后角内 2/ 3) 及外缘区 ( 半月板后角的外 1/ 3)。半月板后角最易发生损伤，且在矢状位 T1rho 图上进行内缘区、外缘区分区较体部准确性高，故仅对半月板后角进行内缘区及外缘区的评价。

三、半月板及关节软骨的 T1rho 值比较

半月板的纤维软骨与透明软骨十分相似，均由60%～80% 的水和 20%～40% 的有机物质构成[8]。但关节软骨及半月板内有机物质组成不同。半月板内 GAG 含量 ( ＜1% 蛋白多糖湿重 ) 比关节软骨(～7% 蛋白多糖湿重 ) 低的多[9]。理论上推测其T1rho 值应高于关节软骨，但实际上却是低于关节软骨 T1rho 值。正常关节软骨 T1rho 值[10]约 ( 45.04± 2.59) ms。这说明半月板内 T1rho 值不单与 GAG 含量相关。T1rho 值与胶原纤维含量呈负相关[7]。半月板内 70% 是胶原纤维[11]，而关节软骨为 50%～60%[12]。故半月板 T1rho 值低于关节软骨可能是由于半月板内胶原纤维含量较多所致。

四、T1rho 与半月板生化构成的关系

本研究中半月板后角外缘区 T1rho 值高于内缘区。主要原因是半月板外缘区血供较内缘区丰富；其次半月板组织内胶原纤维均较多，而半月板外缘区蛋白多糖含量较内缘区少。胶原纤维走形方式[13]也会对 T1rho 值产生影响。此外，半月板外缘区及内缘区的胶原纤维构成及细胞密度、表型也存在不同，该因素也可能是影响 T1rho 值。

内侧半月板由于活动性小，更易受骨性关节炎的影响[14]。本研究结果显示内、外侧半月板体部、后角间差异无统计学意义。这与本课题研究对象为青年健康者有关。该研究结果与其他学者研究结果一致[15-16]。

综上所述，MRI T1rho 技术可用于评估半月板内不同亚区生化组成的情况，为进一步评估半月板病变提供相关信息。

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( 本文编辑：李贵存 )

MR T1rho values in the diverse zones of the knee meniscus in the healthy young population

GONG Shu, LI Yong, CAI Zhao-xi, YANG Ze-hong, ZHANG Meng-di, ZHENG Gui-fen, CHEN Jian-yu.
Department of Radiology, SUN Yat-Sen Memorial Hospital of SUN Yat-Sen University, Guangzhou, Guangdong, 510000, China Corresponding author: CHEN Jian-yu, Email: chenjianyu5562@163.com

Objective To investigate whether T1rho values in the diverse zones of the knee meniscus differ in a young healthy population, which may provide relevant information for studying the relationship between the changing of T1rho values and meniscal lesions. Methods 18healty volunteers ( 25knees ) were examined with conventional MR, 3D MR and T1rho sequences. The T1rho values of lateral central, lateral posterior, medial central and medial posterior were calculated. The T1rho values of the inner and outer zone in the meniscus posterior were also calculated. Results For healthy volunteers, the T1rho values in medial central, medial posterior, lateral central and lateral posterior were ( 25.38± 2.07) ms, ( 25.37± 1.82) ms, ( 24.59± 1.83) ms and ( 24.77± 1.37) ms. These 4sub-regions had no statistical differences ( P = 0.246). The T1rho values of inner and outer zones in the meniscus posterior were ( 24.29± 1.94) ms and ( 25.57± 1.77) ms. The T1rho values of the inner zone were signif i cantly higher than that of the outer zone ( P ＜ 0.001). Conclusions Zonal differences in the MR T1rho in the meniscus posterior exist in the young healthy population.

Knee; Meniscus; Magnetic resonance imaging; T1rho

10.3969/j.issn.2095-252X.2017.08.003

R323.4, R445.2

510000 广州，中山大学孙逸仙纪念医院放射科 ( 龚舒、李永、蔡兆熙、杨泽宏、张梦迪、郑桂芬、陈建宇 )；511442 广州，广东省妇幼保健院放射科 ( 龚舒 )

陈建宇，Email: chenjianyu5562@163.com

2017-03-10)