3.0T MR T1及T2 mapping评价肩关节软骨退变

高树波，王 翔，王 曦

(华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院磁共振室，湖北 武汉 430014)

关节软骨修复能力有限，一旦损伤不可再生。关节软骨退变是骨关节炎早期主要病理生理变化，早期发现关节软骨退变对治疗骨关节炎具有重要意义。T2 mapping等定量技术已用于膝关节软骨[1-2]，但针对肩关节软骨的报道较少[3-6]。本研究对比肩关节软骨退变与正常肩关节软骨T1及T2 mapping值，观察3.0T MR T1及T2 mapping在肩关节软骨退变中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入2018年12月—2019年8月30例肩关节疼痛(患者组)，男8例，女22例，年龄32～80岁，平均(55.5±2.5)岁；共34肩，左侧15肩，右侧19肩；均符合骨关节炎诊疗指南(中华医学会骨科学分会，2018年)诊断标准，排除关节软骨重度退变导致图像质量不佳者。健康志愿者30名(正常组)，男10名、女20名，年龄31～70岁，平均(54.0±2.9)岁；共30肩，左侧13肩、右侧17肩；无急、慢性肩关节疼痛史，无肩关节外伤、手术史，无肩关节先天发育异常；排除重体力劳动者、职业运动员及图像质量不佳者。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Magnetom Skyra 3.0T超导MR仪，包绕式表面线圈，嘱受检者仰卧，头先进，待其静息30 min后行肩部扫描。将肩关节置于视野中心，平行于主磁场方向，先采集肩关节轴位质子加权成像(proton density weighted imaging, PDWI)、矢状位脂肪抑制T2WI、冠状位T1WI及脂肪抑制T2WI，再行冠状位T1及T2 mapping扫描。扫描参数见表1。

表1 肩关节MR扫描序列及参数

1.3 数据后处理及测量 计算机自动获得T1及T2 mapping伪彩图。调整窗宽、窗位，清晰显示软骨后，以处理工作站(Syngo workplace)测量软件直接于伪彩图上勾画ROI，测量T1及T2 mapping值。对比冠状位T1及T2 mapping原始图，选择完整清晰显示肩关节软骨的中心层面。参照文献[5]方法，从肩峰端到关节盂处将肩关节软骨(盂肱软骨)按长度三等分，分为外带(负重区)、中带(轻度负重区)及内带(非负重区)，见图1A。将面积为1 mm2的圆形ROI分别置于外、中、内带软骨中心(图1B)，测量T1及T2 mapping值(图1C、1D)，测量3次，取平均值。由2名影像科副主任医师采用国际软骨修复协会(International Cartilage Regeneration & Joint Preservation Society，ICRS)分级标准对肩关节软骨进行分级(表2)，若外、中、内带级别不同时，取其中最高级别[7]；意见分歧时先行协商，仍不一致时由1名主任医师确定；以0级为正常，Ⅰ～Ⅱ级为轻度退变(轻度退变亚组)，Ⅲ～Ⅳ级为重度退变(重度退变亚组)，见图2～4。

图1 志愿者男，35岁(正常组)，左肩关节MRI A.冠状位脂肪抑制T2WI； B.冠状位T2 mapping原始图示ROI位置； C、D.分别为T1、T2 mapping伪彩图示ROI位置和T1、T2 mapping值

图2 志愿者男，31岁(正常组) A～C.依次为左肩关节冠状位脂肪抑制T2WI，T1、T2 mapping伪彩图示ROI及 T1、T2 mapping值

图3 患者女，44岁(轻度退变组) A～C.依次为右肩关节冠状位脂肪抑制T2WI，T1、T2 mapping伪彩图示ROI及 T1、T2 mapping值

图4 患者女，80岁(重度退变组) A～C.依次为右肩关节冠状位脂肪抑制T2WI，T1、T2 mapping伪彩图示ROI及 T1、T2 mapping值

表2 肩关节软骨ICRS分级及相应MRI表现

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。T1、T2 mapping值及年龄均符合正态分布，以±s表示，采用方差分析行多组间比较，以独立样本t检验行组间比较。采用Spearman相关分析观察T1及T2 mapping值与ICRS分级及年龄的相关性。|r|<0.5为低度相关，|r|≥0.5为中高度相关。采用Bonferroni分析比较组间退变分级。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 分级及T1及T2 mapping值 患者组34肩中，24肩关节软骨ICRSⅠ～Ⅱ级(轻度退变亚组)，占70.59%(24/34)；10肩Ⅲ～Ⅳ级(重度退变亚组)，占29.41%(10/34)。正常组30肩，关节软骨均为ICRS 0级。不同ICRS分级肩关节软骨外、中、内带平均T1及T2 mapping值差异均有统计学意义(P均<0.05)，见表3。

表3 不同ICRS分级肩关节软骨外、中、内带T1和T2 mapping值(ms，±s)

表3 不同ICRS分级肩关节软骨外、中、内带T1和T2 mapping值(ms，±s)

ICRS分级T1 mapping值外带中带内带T2 mapping值外带中带内带0级(n=30)813.81±210.11898.66±222.101 007.64±63.7542.05±13.6540.62±11.1333.63±15.12Ⅰ级(n=13)886.63±59.72963.43±74.041 034.42±34.2443.48±30.8441.65±31.0328.49±4.71Ⅱ级(n=11)993.21±186.821 026.86±172.331 037.65±120.9146.82±9.2460.22±6.4537.63±8.54Ⅲ级(n=6)1 001.01±230.901 147.84±247.801 186.01±196.5048.85±6.3145.88±11.9140.82±14.73Ⅳ级(n=4)1 214.42±174.731 283.45±169.781 411.05±278.2156.67±14.4356.45±11.6248.28±23.05F值17.16314.32312.96983.76374.24250.374P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

2.2 分级诊断肩关节软骨退变 患者组T1及T2 mapping值均高于正常组(P均<0.05)，见表4。病变组2亚组肩关节软骨T1、T2 mapping值见表5；Bonferroni分析显示重度退变亚组T1 mapping值高于轻度退变亚组及正常组(P均<0.05)，轻度退变亚组与正常组间差异无统计学意义(P=0.333)。

表4 组间各ROI T1、T2 mapping值及比较(ms,±s)

表4 组间各ROI T1、T2 mapping值及比较(ms,±s)

组别T1 mapping值外带中带内带T2 mapping值外带中带内带患者组(n=30)1 091.05±64.021 108.63±157.211 161.29±163.5549.29±6.3447.22±5.3034.88±7.74正常组(n=30)813.81±210.11898.66±222.101 007.64±63.7542.05±13.6540.62±11.1333.63±15.12t值5.3634.3353.8245.5974.9684.659P值0.0000.0000.0000.0000.0000.000

表5 不同程度退变肩关节软骨T1、T2 mapping值(ms,±s)

表5 不同程度退变肩关节软骨T1、T2 mapping值(ms,±s)

组别T1 mapping值外带中带内带T2 mapping值外带中带内带重度退变亚组1107.72±202.221215.65±208.811298.57±237.3352.76±10.7351.39±11.7844.56±19.89轻度退变亚组939.94±123.25995.15±123.191036.04±78.0045.10±21.0150.91±18.7133.06±6.64OR(95%CI)0.711(0.568-0.891)1.500(1.140-1.980)1.370(1.100-1.710)1.018(0.847-1.224)1.480(1.100-1.980)0.991(0.805-1.221)P值0.0150.0200.0260.0380.0050.007

2.3 肩关节软骨各带T1及T2 mapping值与ICRS分级相关性 肩关节软骨外、中、内带T1 mapping值与ICRS分级均呈低度正相关(r=0.282、0.449、0.343，P均<0.05)；T2 mapping值与ICRS分级呈中高度正相关(r=0.635、0.739、0.746，P均<0.05)。随软骨退变程度加重，T1及T2 mapping值呈上升趋势；外、中、内带T1 mapping值呈上升、T2 mapping值呈下降趋势，见表3。

2.4 肩关节软骨ICRS分级、T1及T2 mapping值与年龄的相关性 肩关节软骨ICRS分级与年龄呈中高度正相关(r=0.678，P<0.05)。T1及T2 mapping值均与年龄呈低度正相关(r=0.393、0.438，P均<0.05)。

3 讨论

相比延迟Gd增强MR软骨成像(dGEMRIC)、钠成像等软骨成像技术，T1及T2 mapping可操作性强，应用更广[8-9]。对比低场强设备，3.0T MR关节软骨成像质量较高[2]。本研究以3.0T MR仪T1及T2 mapping观察肩关节软骨退变，发现肩关节软骨外、中、内带T1 mapping值与ICRS分级呈低度正相关，T2 mapping值与ICRS分级呈中高度正相关，与BITTERSOHL等[3]的结果一致，提示T2 mapping值对定量分析肩关节软骨退变具有重要意义。

不同于传统MR成像方法，T1及T2 mapping不仅可直观显示关节软骨形态和信号变换，还能定量评价关节软骨内不同生化成分含量变化，更有望在关节软骨尚未出现形态学改变之前发现其生化成分改变，为临床早期干预、治疗、预防关节软骨退变和延缓其发展甚至逆转早期软骨退变提供了可能。本研究中，不同ICRS分级肩关节软骨外、中、内带平均T1及T2 mapping值存在明显差异，随软骨退变程度加重，T1及T2 mapping值呈上升趋势，与既往研究[10-11]一致。关节软骨退变微观表现为胶原纤维结构紊乱、破坏，蛋白多糖损耗及自由水含量增加，且多个阶段和等级并存[12]。T1及T2 mapping能分别定量分析软骨中蛋白多糖和水含量变化。随软骨退变程度加重，胶原及蛋白多糖含量减少，水含量增加，T1及T2 mapping值升高。为避免水含量随负荷及昼夜时间变化而对T1、T2 mapping值产生影响，本研究均于同一时间段进行，受试者静息30 min后接受检查。本研究发现肩关节软骨ICRS分级与年龄呈显著正相关，符合退变规律；T1及T2 mapping值均与年龄呈低度正相关，与GOTO等[13]的结果一致；且T1及T2 mapping序列均可鉴别肩关节软骨退变，患者组T1及T2 mapping值均高于正常组，与既往研究[1,14]相符。T2 mapping值能区分各级软骨退变。本研究重度退变亚组T1 mapping值高于轻度退变亚组和正常组，但轻度退变亚组与正常组间差异无统计学意义，提示T2 mapping值诊断早期软骨退变的能力更佳。水含量增高是关节软骨退变最早出现的改变之一。关节软骨的T1、T2 mapping值主要受水含量影响，而不受或较少受胶原及蛋白多糖含量的影响。T1 mapping可较为精确地测量软骨水含量，或可帮助临床准确评估软骨退变时的水肿情况，而与T2 mapping等关节软骨生化成像方法形成互补；但关节软骨退变时其内水含量增幅较小，影响T1 mapping早期诊断的准确性，而关节软骨所受压力对软骨水含量的影响也会对其形成干扰。T2 mapping不仅可反映关节软骨水含量，还能监测软骨微观结构、即胶原网络的完整性，现已用于临床并成为较为成熟的关节软骨生化成像技术，这些优势是T1 mapping所不具备的。

本研究的主要不足之处：依据ICRS分级诊断软骨退变可能存在主观性；缺乏与关节镜结果对照，诊断早期软骨退变有一定局限性；选择研究对象及ROI时亦难免存在主观性，且仅分析T1及T2 mapping值，有待完善。

总之，T1及T2 mapping值可量化肩关节软骨退变，T1及T2 mapping值与年龄相关，可作为MR评估肩关节软骨退变的重要补充序列。