髋关节软骨生化MRI应用进展

鲁 钊，魏 玲，潘诗农

(中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳 110004)

髋关节是人体重要的负重关节。股骨头及髋臼表面覆盖的关节软骨为透明软骨，圆韧带窝处无软骨覆盖；髋臼外围是髋臼盂唇，由纤维软骨构成，附着于髋臼前缘、外侧缘及后缘。髋关节形态异常如发育性髋关节发育不良、髋关节撞击综合征(femoroacetabular impingement, FAI)等可致髋关节骨性关节炎。发育性髋关节发育不良(developmental dysplasia of hip, DDH)包括髋臼发育不良、髋关节半脱位及完全性脱位使髋关节正常机械负荷发生改变，最终导致髋关节炎。FAI是股骨头及颈与髋臼盂唇解剖形态异常所致，分为凸轮型、钳夹型及混合型。早期诊断髋关节软骨异常并及时干预，可降低疾病进展风险及髋关节置换概率。软骨生化MRI采用特殊MR序列成像，可观察软骨生化成分改变，有利于早期诊断、早期治疗髋关节软骨异常。本文对髋关节软骨生化MRI研究进展进行综述。

1 髋关节软骨生化MRI技术

1.1 T2*mapping与T2 mapping成像 T2 mapping成像技术利用多回波自旋回波序列获取软骨原始图像，经后处理生成T2伪彩图；T2*mapping技术则采用多回波梯度回波序列采集软骨图像，扫描时间短，且对伪影更敏感。T2弛豫时间与细胞外基质的水分和胶原蛋白含量及结构相关。由于胶原纤维在软骨内的排列方式不同，软骨T2弛豫时间由深层至浅层逐渐增加[1]。软骨受损后，胶原纤维失去正常结构，软骨内水分子增加，导致T2弛豫时间增加[2]。另外，T2弛豫时间对胶原纤维排列方向与B0场方向所呈夹角敏感，此即魔角效应。

1.2 旋转框架内自旋晶格弛豫技术 旋转框架内自旋晶格弛豫(the spin-lattice relaxation in the rotating frame, T1ρ)成像技术主要针对信号衰减的时间常数T1ρ值进行检测，通过在常规序列上提前施加自旋锁定脉冲进行成像，评价糖胺聚糖含量的特异性比T2 mapping更高。T1ρ定量研究[3]发现自旋锁定技术可减少偶极-偶极相互作用，降低弛豫时间常数对胶原纤维排列方式的依赖性；但也有学者认为T1ρ对蛋白多糖及胶原均甚敏感，软骨基质破坏伴随蛋白多糖丢失可致T1ρ值增高[4]。另一方面，T1ρ成像技术对磁场均匀度要求较高，且易出现图像伪影，给常规临床应用带来很大困难。

1.3 软骨延迟增强MRI 软骨延迟增强MRI(delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage, dGEMRIC)指经静脉或关节内注射对比剂(如Gd-DTPA)，待其弥散进入软骨内，于静脉注射30～90 min[5]、关节内注射15～30 min后行T1加权序列扫描，采集软骨图像[6]。蛋白聚糖及相关糖胺聚糖由带负电荷的羧基和硫酸糖组成，静脉注射带负电荷的Gd-DTPA2-后，两者相互排斥。正常软骨富含糖胺聚糖，增强扫描呈Gd-DTPA2-呈低浓聚；软骨破坏后糖胺聚糖含量减少，Gd-DTPA2-呈高浓聚[7]。dGEMRIC为有创检查，目前尚无标准扫描方式，且对比剂不良反应较大。

2 软骨生化MRI在髋关节疾病中的应用

2.1 骨性关节炎 骨性关节炎是由多种病理因素导致的关节代谢障碍，严重影响患者生活质量。BITTERSOHL等[8]分析不同Mankin分级骨性关节炎股骨头标本，发现其T2*值与Mankin分级存在相关性，且随骨性关节炎程度加重，T2*值逐渐下降。另有研究发现[9]赛艇运动员髋臼软骨外上区T2*值降低，提示存在早期软骨退变；而轻、中度骨性关节炎患者髋臼软骨前上区T2值和T1ρ值增加，与骨性关节炎好发区域吻合[10]。根据T1ρ和T2值能预测髋关节骨性关节炎的进展。GALLO等[11]对54例髋关节骨性关节炎患者进行超过18个月的随访观察，发现病情进展者T2值和T1ρ值较基线升高。此外，髋关节T2值与软骨损伤区域dGEMRIC指数存在负相关，提示T2 mapping联合dGEMRIC可用于诊断骨性关节炎[12]。

2.2 FAI FERRO等[13]观察髋关节软骨，发现FAI组与对照组间T2值差异无统计学意义；分为内、外侧进行分析时，外侧软骨T2值低于内侧软骨，而FAI组内、外侧T2值差异小于对照组，提示采用软骨生化MRI观察髋关节软骨时，有必要进行分区观察。FAI所致软骨退变易发生于髋关节软骨前外区和外上区，评估时应该考虑分区差异的影响。

既往研究[14-15]发现，无症状凸轮型FAI患者髋关节软骨前外侧T1ρ值升高，提示即使尚未出现临床症状，FAI患者髋关节软骨亦已发生退变。利用T1ρ技术亦能评估手术治疗FAI的效果，凸轮型FAI关节镜术后2年髋关节软骨T1ρ值较基线下降，提示髋关节达到生物力学平衡及软骨基质逐渐恢复正常[16]。GRAMMATOPOULOS等[17]对17例无症状凸轮型FAI患者进行平均为期4年的随访，发现软骨后外区T1ρ值增高，提示该区可能是软骨退变易感区。除具有区间差异之外，髋关节软骨T1ρ值还存在层间差异，正常软骨T1ρ值由深层至表层逐渐增加，而RAKHRA[18]等在FAI患者中未观察到这一趋势。

FAI分型不同，软骨损伤部位亦不同。dGEMRIC可精准定位损伤部位。凸轮型FAI髋关节前区软骨损伤显著，而钳夹型表现为髋关节软骨广泛损伤[19]。FAI髋臼软骨整体T2和T1ρ值高于正常人，其软骨前上区信号不均匀性增加是诊断软骨撕裂的敏感指标[20]。PALMER等[21]随访34例FAI患者，发现可根据基线dGEMRIC指数预测骨性关节炎发生。FAI患者髋臼周围截骨术后1年dGEMRIC指数低于基线，可能为软骨炎症级联反应、医源性损伤及生物力学改变所致[22]。

2.3 发育性髋关节发育不良 NISHII等[23]观察15例DDH患者负重情况下负重区域髋臼软骨T2值变化，发现其髋臼软骨外上区域T2值降低程度大于正常人，提示DDH软骨基质结构和成分已发生变化。除能早期发现软骨异常外，T2 mapping还可用于评估DDH预后。SHOJI等[24]分析31例髋臼发育不良患者接受髋臼旋转截骨术前及术后6个月、1年、2年髋臼及股骨头的T2值，发现术后6个月髋臼及股骨头软骨T2值升高，提示生物力学对软骨基质成分存在影响；术后1年、2年软骨T2值降低，可能由于水分子在排列杂乱的胶原纤维中的流动性减低，且软骨纤维修复导致硬度增加。T2 mapping成像可定量评价DDH患儿股骨头及髋臼软骨生长发育情况，股骨头及髋臼软骨各亚区T2值与年龄呈中度或高度负相关[25]。

HINGSAMMER等[26]纵向评估37例截骨术后FAI患者，发现术后1年髋臼软骨浅层dGEMRIC指数降低，术后2年高于术后1年但仍低于术前，提示术后髋臼软骨浅层存在一过性蛋白多糖减低，可能由于炎症介导的蛋白多糖分解代谢增强；而上部分区髋臼软骨深层dGEMRIC指数持续减低，可能是髋臼软骨对截骨术后机械负荷恢复的正常反应。dGEMRIC指数还可用于评估髋关节髋臼软骨自体细胞移植术的疗效[27]。

2.4 其他疾病 软骨生化MRI技术还可用于股骨头坏死等其他疾病。冷晓明等[28]研究表明，T1ρ成像技术可用于定量评估股骨头坏死所致软骨损伤程度，该项研究中，国际骨循环研究会(Association Research Circulation Osseous, ARCO)分期Ⅰ期、Ⅱ期、Ⅲ期患者软骨T1ρ值与对照组差异均有统计学意义。XU等[29]以T2 mapping 观察股骨头坏死术后软骨标本，发现股骨头坏死关节软骨T2值不均匀增高，病理结果显示软骨内水分子增加及胶原纤维排列紊乱。无论是否塌陷型股骨头坏死，激素治疗后系统性红斑狼疮患者髋关节软骨T2值均升高，提示激素治疗及骨坏死是导致软骨退变的独立危险因素[30]。股骨头骨骺滑脱原位固定术后髋关节软骨dGEMRIC指数降低提示可能存在早期骨性关节炎[31]。对中重度股骨头骨骺滑脱患者进行中期随访，结果显示dGEMRIC未见关节间隙狭窄者亦存在关节软骨退变[32]。FERRERO等[33]应用T2 mapping技术评估水杨酸治疗软骨疾病的疗效，发现治疗后T2值增高与疼痛减轻存在相关性。

总之，目前软骨生化MRI技术的临床应用虽受到诸多限制，如股骨头和髋臼软骨层呈球形且相对较薄，软骨间隙狭窄，定量评估易受伪影及关节液影响，且扫描时间长、空间分辨率较低等，但提高了影像学对于关节软骨疾病的诊断效能，可为临床早期干预提供依据，具有广阔的应用前景。