MR T2* mapping定量评估膝关节前交叉韧带重建术后移植物成熟度

范广涛，施政良，黄益龙，张振光，陈佳鑫，杞天付，杨丽竹，李彦林，何 波*

(1.昆明医科大学第一附属医院医学影像科，2.运动医学科，云南 昆明 650032)

前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)损伤占膝关节损伤半数以上[1]，肌腱移植ACL重建(ACL reconstruction, ACLR)术为常见及有效治疗方式，术后移植物成熟度与康复治疗决策及患者远期生活质量密切相关。目前评估移植物成熟度的方法主要包括病理学检查、临床功能评分及常规MRI。病理学检查是评价移植物成熟度的金标准，但有创。临床功能评分及患者报告结局量表(patient-reported outcome measures, PROMS)与膝关节稳定性相关，但主观性强而敏感性不足。基于形态学的常规MRI难以定量评价移植物、反映移植物组织成分及微观结构变化。MR T2*mapping可定量评估组织T2*弛豫时间，反映组织含水量及胶原纤维结构的各向异性，已用于评估ACL黏液样变性和运动后半月板变化[2]。本研究观察T2*mapping定量评估ACLR术后移植物成熟度的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性收集2021年2月—8月26例因ACL损伤于昆明医科大学第一附属医院接受ACLR患者(ACLR组)，男10例、女16例，年龄19～44岁、平均(27.7±8.0)岁。纳入标准：①年龄18～45岁；②因单侧ACL损伤接受关节镜下自体腘绳肌腱(包括半腱肌和股薄肌)移植ACLR。排除标准：①膝关节手术史；②罹患痛风、类风湿性关节炎等膝关节炎症；③膝关节多发性韧带损伤、合并骨折；④MR检查禁忌证。同期招募26名正常成人志愿者为对照组，男12名、女14名，年龄18～40岁、平均(30.3±7.0)岁。本研究经院伦理委员会批准(2018-L-21)，受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750W 3.0T MR扫描仪及膝关节专用16通道线圈对ACLR组于术后1、3、6个月及对照组行膝关节MR扫描，获取常规轴位、冠状位及矢状位脂肪抑制质子密度加权像(proton density weighted imaging, PDWI)和矢状位快速自旋回波(fast spin echo, FSE)-T1WI、三维稳态采集快速成像(three dimensional fast imaging employing steady state acquisition, 3D-FIESTA)及T2*mapping，使3D-FIESTA及T2*mapping扫描定位线平行于ACL走行。参数：3D-FIESTA，TR 7.8 ms，TE 3.8 ms，FOV 16 cm×16 cm，FA 12°，带宽 62.5 kHz，矩阵320×320，层厚1 mm，层间距0，激励次数1；T2*mapping，TR 100 ms，TE 1.8、5.2、8.6、11.9、15.3、18.7、22.1、25.5 ms，FOV 16 cm×16 cm，FA 25°，带宽83.3 kHz，矩阵288×192，层厚3 mm，层间距0，NEX 2。

1.3 图像分析 将3D-FIESTA与T2*mapping图像融合。由具有3及10年骨骼肌肉系统影像学诊断经验的住院医师及副主任医师各1名采用盲法独立阅片，于融合图像显示移植物或ACL面积最大层面沿其轮廓勾画ROI(图1、2)，尽量避开关节软骨、关节腔液体、骨组织等，测量其T2*值；重复3次，取平均值，以2名医师测量均值作为结果。

图1 ACLR组患者，男，33岁，因左侧ACL损伤而接受ACLR A.术前左膝关节矢状位PDWI示ACL正常结构消失，走行区结构紊乱并见片絮状稍高信号； B.术后1个月左膝关节矢状位PDWI示移植肌腱走行连续、髌上囊区少许积液； C.术后6个月左膝关节矢状位PDWI示移植肌腱形态信号正常，关节积液基本吸收； D～F.术后1(D)、3(E)、6(F)个月左膝关节矢状位3D-FIESTAR与T2* mapping融合图(伪彩区域为移植物ROI)示移植物T2*值分别为15.86、16.24、19.72 ms (色带代表T2*值)

1.4 临床功能评分 由1名具有20年工作经验的运动医学科主任医师于术后6个月以国际膝关节文献委员会膝关节评估表(International Knee Documentation Committee knee evaluation form, IKDC)[3]对ACLR组进行临床功能评分：IKDC共19项，分数0～100，0分表示日常活动和体育活动非常受限，100分表示功能正常[4]。

1.5 统计学分析 采用SPSS 24.0统计分析软件。以Shapiro-Wilk法对计量资料行正态性检验，采用Levene法行方差齐性检验。以±s表示符合正态分布的计量资料，以单因素方差分析观察ACLR组术后各时间点间及其与对照组间临床资料及T2*值的差异，采用LSD-t法行两两比较。以组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)评估观察者间测量结果的一致性：ICC>0.75为一致性好，0.4≤ICC≤0.75为一致性较好，ICC<0.4为一致性差。采用χ2检验比较计数资料。以Pearson相关分析观察ACLR组术后6个月移植物T2*值与IKDC评分的相关性：r≥0.7为高度相关，0.4≤r<0.7为中度相关，r<0.4为低度相关。P<0.05为差异有统计学意义。

图2 对照组受检者，男，30岁 A.右膝关节矢状位PDWI示ACL走行连续； B.右膝关节矢状位T2* mapping； C.右膝关节矢状位3D-FIESTAR与T2* mapping融合图(伪彩区域为ACL ROI)示T2*值为19.36 ms

2 结果

2.1 一般资料 ACLR组术后3、6个月分别有3例、2例失访。术后1、3、6个月ACLR组及与对照组受检者年龄、性别、身高、体质量及扫描膝关节侧别差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 ACLR组与对照组一般资料比较

2.2 T2*值及其与IKDC评分的相关性 测量ACL及移植物T2*值的观察者间一致性好(ICC=0.817，P<0.001)。术后1、3、6个月ACLR组移植物T2*值及对照组ACL的T2*值总体差异有统计学意义(F=11.739，P<0.001)。两两比较，术后1、3个月ACLR组移植物T2*值低于对照组ACL，术后6个月ACLR组移植物T2*值高于术后1、3个月(P均<0.01)；ACLR组术后6个月移植物与对照组ACL、ACLR组术后1与3个月移植物T2*值差异均无统计学意义(P均>0.05)。见图3。

图3 ACLR组术后各时间点间及其与对照组间T2*值比较柱状图 (注：**：P<0.01；***：P<0.001)

ACLR组术后6个月移植物T2*值与IKDC评分呈中度负相关(r=-0.525，P=0.008，图4)。

图4 ACLR组患者术后6个月移植物T2*值与IKDC评分的相关性散点图

3 讨论

ACLR术后移植物在关节内重塑、成熟的过程被称为“韧带化”，是肌腱样移植物逐渐成熟向韧带样移植物转化的过程[5-6]，期间移植物细胞数量、血管密度和细胞外基质成分，如胶原蛋白含量、胶原纤维等的排列方向等均发生一定变化。既往研究[5-7]认为ACLR术后移植物愈合常须经历早期、重塑及成熟3个阶段。

对于ACLR术后移植物成熟期目前尚存争议。CLAES等[5]观察组织学层面的细胞排列、胶原束结构和血管化，提出ACLR术后移植物成熟早期发生于ACLR术后前6个月，术后3～12个月为移植物重塑阶段，成熟期始于术后9个月。T2*mapping可通过测量质子的自旋-自旋作用获得活体组织T2*值，进一步反映组织水含量、胶原蛋白含量和胶原纤维在基质内的取向等变化[8]。本研究采用T2*mapping定量评估ACLR术后移植物T2*弛豫时间变化，进而定量分析移植物成熟度，结果显示术后1与3个月间移植物T2*值差异无统计学意义，术后6个月移植物T2*值高于术后1、3个月，与既往针对ACL修复的组织学评估[9]所见时间进程相符合；ACLR组术后6个月移植物T2*值与对照组差异无统计学意义，提示术后6个月移植物状态与正常ACL类似。CHU等[10]报道，ACLR术后6个月内移植物超短TE成像-T2*及T2*值持续升高，并达到正常ACL水平，本研究结果与之相符。 van GRONINGEN等[9]根据信噪比(signal to noise quotient, SNQ)变化评估ACLR术后移植物成熟度，发现移植物SNQ于术后约6个月时达峰，随后逐渐下降；但HOFBAUER等[11]报道，ACLR术后6个月移植物SNQ并不同于健康ACL，术后6个月移植物尚未成熟或未完全愈合。

本研究结果提示，ACLR术后6个月内，移植物处于韧带化早期阶段，其T2*值增加可能与含水量增加及胶原基质紊乱有关；术后1个月及3个月内移植物可能多处于早期炎症坏死阶段，T2*值差异无统计学意义；术后6个月，部分移植物进入重塑阶段，其T2*值与处于炎症坏死阶段的1、3个月存在显著差异。本研究ACLR组术后6个月移植物T2*值与患者IKDC评分呈中度负相关，即术后6个月移植物T2*值越低，则IKDC评分越高，提示术后6个月移植物T2*值可能反映患者膝关节功能状态，与van GRONINGEN等[9]基于SNQ的研究结果相悖，后者认为移植物SNQ与膝关节稳定性结果评分之间无明显相关。也有研究[12]结果显示ACLR术后6个月移植物SNQ与术后2年IKDC评分呈负相关。上述研究结果不同的原因可能在于T2*值与SNQ反映ACLR术后移植物特性有所差异：SNQ反映移植物信号强度，依赖于扫描设备及参数，且易受血管信号影响，而T2*值反映活体组织成分及微观结构等内在特性，能提供组织水及胶原纤维含量、胶原纤维排列方式及其他基质结构等信息。T2*值是否较SNQ更能反映ACLR术后患者膝关节功能状态尚待开展多中心、大样本研究进一步证实。

综上所述，MR T2*mapping有助于动态监测ACLR术后早期移植物韧带化，对无创定量评估ACLR术后移植物成熟度具有一定价值。但本研究样本量较小，且随访时间较短，有待扩大样本量进一步观察。