T1 mapping联合常规MRI扫描诊断髌骨软化症的价值

韦开荣　卢竞　韦建林　邹达　李涛

【摘要】 目的 探讨T1 mapping在髌骨软化症诊断中的应用价值。

方法 正常对照组15个膝关节和经关节镜证实的病例组38个膝关节行磁共振成像（MRI）扫描，包括常规MRI扫描和T1 mapping扫描。分别测量正常对照组、病例组髌骨软骨的T1值，采用独立样本t检验比较两组差异，并对髌骨软骨的T1值进行ROC曲线分析。

结果 病例组38个膝关节，21个在常规MRI扫描图像发现髌骨软骨异常，14个在常规MRI扫描图像未发现异常而在T1 mapping图像发现异常。病例组髌骨软骨的T1值明显高于正常对照组，差异有统计学意义（t=-6.726，P<0.01）。T1 mapping评估髌骨软化症的ROC曲线下面积为0.912，当诊断界值取909.15 ms时，约登指数为0.737，敏感度为73.7%，特异度为100%。

结论 T1 mapping可用于评估髌骨软骨损伤，为髌骨软化症的早期诊断提供帮助。

【关键词】 髌骨软化症;关节软骨;T1 mapping;磁共振成像

【Abstract】 Objective To explore the value of T1 mapping in the diagnosis of chondromalacia patellae.

Methods 15 knee joints in the control group and 38 knee joints confirmed by arthroscopy in the case group were scanned by MRI，including conventional MRI and T1 mapping.The T1 values of patellar cartilage in the groups were respectively measured and analyzed for their ROC curves using Ttest of independent samples thus to compare the differences between the two groups.

Results Among the 38 knee joints in the case group，patellar cartilage abnormalities were found in 21 cases by conventional MRI scan images，whereas 14 cases showed no abnormalities in routine MRI scan images but abnormalities in T1 mapping images.The T1 value of patellar cartilage in the case group was significantly higher than that in the control group and differed statistically （t=-6.726，P<0.01）.The area under the ROC curve of T1 mapping in the evaluation of chondromalacia patellae was 0.912.When the diagnostic threshold was 909.15 ms，the Youdens index was 0.737，the sensitivity was 73.7% and specificity was 100%.

Conclusion T1 mapping can be used for quantitative assessment of patellar cartilage injury and help to diagnose early chondromalacia patellae.

【Key words】 chondromalacia patellae; articular cartilage; T1 mapping; magnetic resonance imaging

髌骨软化症是髌骨背侧关节软骨的慢性磨损退变，可引起膝前区疼痛和膝关节无力，其临床发病率较高，有文献报道男性发病率达19.8%，女性发病率达36.4%[1]。髌骨软化症的主要病因是髌骨轨迹不良[2]，有学者以此为基础根据髌骨相对位置来预判疾病的发生并取得一定的成果[1，3]，但这些方法并不能直接反映髌骨软骨的当前受损情况。磁共振成像（MRI）是目前公认的评估关节软骨损伤的最佳影像检查方法，但常规MRI扫描图像仅能评估形态学改变较为明显的晚期软骨损伤，对早期软骨损伤的显像仍有不足。明确诊断的滞后，將导致患者错过最佳治疗时机，被迫接受原本不必要的手术治疗[4～5]。目前临床和科研工作中通常以关节镜作为评估膝关节软骨损伤的金标准[6～7]，但由于是有创检查，其难以成为所有髌骨软化症患者的常规筛查方法。本研究以关节镜检查为金标准，验证磁共振功能成像T1 mapping评估早期髌骨软骨损伤的可行性，为髌骨软化症的早期诊断提供新的思路。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2019年1月至8月在我院就诊，临床怀疑有髌骨软化症、半月板或交叉韧带损伤而拟行关节镜手术的患者，所有患者均于术前行膝关节MRI检查。病例组入选标准：①MRI检查后2个月内接受关节镜手术;②关节镜确诊髌骨软化症;③无膝关节手术史及近期膝关节外伤史;④无血色病、色素沉着绒毛结节滑膜炎等可能导致膝关节铁沉积的疾病;⑤髌骨软骨尚未大部分磨损或明显变薄，可以准确方便地测量软骨的T1值。最终37例患者的38个膝关节作为病例组纳入研究范围，其中男14例，女23例，年龄28～70岁，平均53.4岁。正常对照组入选标准：①既往无膝关节不适;②无膝关节手术史及外伤史;③查体及MRI检查已排除髌骨位置异常。最终9例志愿者的15个膝关节作为正常对照组纳入研究范围，其中男4例，女5例，年龄25～35岁，平均27.9岁。

1.2 MRI扫描方法

采用Siemens Aera 1.5T磁共振扫描仪及膝关节专用固定线圈进行MRI扫描。患者仰卧位，头足方向，足尖朝上，膝关节屈曲10°～15°，线圈内填充海绵垫固定。行矢状位T1 mapping扫描，扫描参数：重复时间15 ms，回波时间1.83 ms，翻转角5°、26°，矩阵大小256×256，视野16 cm，截面厚度3 mm，带宽430 kHz。其他扫描序列包括膝关节常规矢状位T1WI、矢状位及冠状位抑脂质子密度加权成像（PDWI）。

1.3 MRI图像处理和评估

MRI图像的处理和评估由2名资深骨肌组放射科医生在图像工作站进行，意见不一致时，讨论后达成一致意见。在工作站上使用后处理软件根据T1 mapping成像原始数据创建伪彩图。病例组图像分析，先观察常规MRI扫描的髌骨软骨图像，然后观察髌骨软骨的T1 mapping图像，分为3种情况：①常规MRI扫描图像发现髌骨软骨异常，且T1 mapping图像发现代表T1值升高的绿色色阶;②常规MRI扫描图像未发现髌骨软骨异常，而T1 mapping图像发现代表T1值升高的绿色色阶;③常规MRI图像、T1 mapping图像均未发现髌骨软骨异常。病例组髌骨软骨T1值的测量方法：对于上述前两种情况，手动勾勒出T1 mapping图像上代表T1值升高的绿色区域作为感兴趣区（region of interesting，ROI）并测得该区域T1值，操作时适当放大图像，避免将软骨下骨及关节液圈入ROI范围内，重复3次取均值;对于上述第三种情况，参考下述正常对照组髌骨软骨T1值的测量方法进行测量。正常對照组髌骨软骨T1值的测量方法：手动勾勒出整个髌骨软骨的范围作为ROI并测得该区域T1值，操作时适当放大图像，避免将软骨下骨及关节液圈入ROI范围内，重复3次取均值。

1.4 统计学方法

统计学分析使用IBM SPSS Statistics 20软件。独立样本t检验比较正常对照组、髌骨软化症患者的髌骨软骨T1值差异。参考关节镜诊断结果，以正常对照组、病例组髌骨软骨的T1值为检验变量构建ROC曲线，验证T1 mapping评估髌骨软化症的诊断效能。检验水准：α=0.05，双侧检验。

2 结果

正常对照组15个髌骨软骨：常规MRI扫描图像上信号均匀，边缘光滑，形态正常，软骨下骨质信号亦未见异常（图1A）;T1 mapping图像上软骨均呈均匀一致的蓝色色阶，未见代表T1值升高的绿色色阶（图1B）。正常对照组髌骨软骨的T1均值为（816.5±55.2）ms。病例组38个髌骨软骨：①21个在常规MRI扫描图像上发现髌骨软骨异常，且在T1 mapping图像上发现代表T1值升高的绿色色阶（图2A）;②14个在常规MRI扫描图像上未发现髌骨软骨异常，而在T1 mapping图像上发现代表T1值升高的绿色色阶（图2B）;③3个在常规MRI图像、T1 mapping图像上均未发现髌骨软骨异常。病例组髌骨软骨的T1均值为（1075.2±220.2）ms。髌骨软化症患者髌骨软骨的T1值明显高于正常对照组，差异有统计学意义（t=-6.726，P<0.05）。

参考关节镜诊断结果，以正常对照组、病例组髌骨软骨的T1值为检验变量构建T1 mapping评估髌骨软化症的ROC曲线（图3），曲线下面积为0.912，95%置信区间为（0.837，0.988），约登指数最大值为0.737，对应的最佳诊断界值为909.15 ms，此时敏感度为73.7%，特异度为100.0%。

3 讨论

髌骨软化症的本质是髌骨软骨的退行性改变。有学者认为其实际上也属于膝关节退行性改变的病理改变之一，而且属于早期改变，随着软骨退变的进展，最终会发展为膝关节骨关节炎[8]。疾病发展到后期，患者的膝关节活动受限，严重影响生活质量，甚至可能致残。延误病情还可能导致患者被迫接受本来不必要的手术治疗，并经历术后缓慢的康复过程。

我们认为影像学检查最重要的任务就是对髌骨软骨损伤进行早期明确诊断。MRI是目前公认的评估关节软骨损伤最优的影像学检查方法，然而常规MRI扫描图像对早期髌骨软骨损伤显像能力有限。本组38个髌骨软化症，在术前能通过常规MRI图像确诊的仅21个，尚有17个在术前常规MRI图像显示为阴性。

正常关节软骨内软骨细胞只占湿重的4%，而水占湿重的65%～85%，软骨湿重的主要成分是水和细胞外基质[9]，软骨细胞的缺乏导致软骨损伤后自愈能力下降。T1 mapping是近年来新兴的磁共振功能成像技术，其应用于关节软骨成像的理论基础是：关节软骨的T1值主要受软骨内水含量的影响[10～11]，早期关节软骨损伤通常首先导致软骨内水含量的增加[9，12]，而一般没有或者仅有轻微的形态学改变。本组38个髌骨软化症，有14个在术前常规MRI扫描未发现髌骨软骨异常，而在T1 mapping扫描发现异常。这是由于髌骨软化症患者髌骨软骨的T1值明显高于正常软骨，从而在T1 mapping图像上显示出异常的绿色色阶。T1 mapping相较于常规MRI成像的优势在于，其不依赖于软骨的形态学改变来诊断软骨损伤，而是通过评估软骨内水含量的变化来反映软骨损伤早期的生化改变。

根据我们的实际工作经验，T1 mapping不应脱离常规MRI扫描图像单独应用。对于有明显形态学改变的软骨损伤，常规MRI扫描图像更有意义，且常规MRI扫描图像也是磁共振评估膝关节内其他组织结构的必要条件。应用T1 mapping的意义在于，更早发现尚未发生明显形态学改变的早期髌骨软骨损伤。

总之，本研究的结果表明T1 mapping技术可用于评估髌骨软骨损伤，为髌骨软化症患者的早期诊断提供帮助。

参 考 文 献

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（收稿日期：2019-10-12 修回日期：2019-12-21）

（編辑：潘明志）