龔舒 李永 蔡兆熙 楊澤宏 張夢(mèng)迪 鄭桂芬 陳建宇

青年健康人群半月板 T1rho 的研究

龔舒 李永 蔡兆熙 楊澤宏 張夢(mèng)迪 鄭桂芬 陳建宇

目的 探討健康志愿者半月板不同亞區(qū) T1rho 值是否存在不同，為進(jìn)一步討論半月板病變提供相關(guān)信息。方法 對(duì) 18名健康志愿者 ( 25個(gè)膝關(guān)節(jié) ) 進(jìn)行常規(guī)磁共振掃描、3D 磁共振掃描及 T1rho 掃描。分別測(cè)量內(nèi)側(cè)半月板體部、外側(cè)半月板體部、內(nèi)側(cè)半月板后角及外側(cè)半月板后角共 4個(gè)亞區(qū)的 T1rho 值，并進(jìn)一步將內(nèi)側(cè)、外側(cè)半月板后角分為內(nèi)緣區(qū)、外緣區(qū)進(jìn)行 T1rho 值測(cè)量。結(jié)果 健康志愿者內(nèi)側(cè)半月板體部 T1rho值為 ( 25.38±2.07) ms，內(nèi)側(cè)半月板后角 T1rho 值為 ( 25.37±1.82) ms，外側(cè)半月板體部 T1rho 值為 ( 24.59± 1.83) ms，外側(cè)半月板后角 T1rho 值為 ( 24.77±1.37) ms。這 4個(gè)亞區(qū)間 T1rho 值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＝0.246)。半月板后角內(nèi)緣區(qū) T1rho 值為 ( 24.29±1.94) ms，外緣區(qū)為 ( 25.57±1.77) ms，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義( P＜0.001)。結(jié)論 健康志愿者半月板后角不同亞區(qū) T1rho 值存在差別。

膝關(guān)節(jié)；半月板；磁共振成像；T1rho

半月板對(duì)膝關(guān)節(jié)正常功能維持具有重要作用。準(zhǔn)確地診斷半月板病變有利于及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的臨床治療，可減少骨性關(guān)節(jié)炎 ( osteoarthritis，OA ) 的發(fā)生。對(duì)于半月板情況評(píng)價(jià)主要通過臨床評(píng)估、影像學(xué)方式評(píng)價(jià)及關(guān)節(jié)鏡三種方式。目前較公認(rèn)的最佳影像學(xué)檢查方式為磁共振成像 ( magnetic resonance imaging，MRI )。實(shí)際上，大多數(shù)研究只是對(duì)半月板進(jìn)行形態(tài)學(xué)上的評(píng)價(jià)，而對(duì)半月板內(nèi)生化組成評(píng)價(jià)的相關(guān)研究較少[1-2]。磁共振功能成像 T1rho 對(duì)晶格的緩慢運(yùn)動(dòng)敏感，而晶格的緩慢運(yùn)動(dòng)與大分子密切相關(guān)。應(yīng)用于關(guān)節(jié)軟骨的 T1rho 技術(shù)已較成熟，但對(duì)于半月板的應(yīng)用尚在起步階段，相關(guān)研究較少。本研究旨在探討健康志愿者半月板各亞區(qū) T1rho 值是否存在不同。根據(jù)半月板解剖及生理力學(xué)機(jī)制，半月板前角不易發(fā)生退變或損傷，故本研究重點(diǎn)對(duì)半月板后角及體部進(jìn)行分析。

材料與方法

一、納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

1. 納入標(biāo)準(zhǔn)：( 1) 常規(guī)及 3D 磁共振掃描圖像上半月板內(nèi)均未見異常高信號(hào)；( 2) 膝關(guān)節(jié)相關(guān)體格檢查正常；( 3) 最近半年無膝關(guān)節(jié)外傷史；( 4) 無膝關(guān)節(jié)有創(chuàng)操作史；( 5) 無 MRI 檢查禁忌證。

2. 排除標(biāo)準(zhǔn)：( 1) 常規(guī)及 3D 磁共振掃描圖像上半月板內(nèi)見異常高信號(hào)；( 2) 膝關(guān)節(jié)相關(guān)體格檢查出現(xiàn)陽性征象；( 3) 半年內(nèi)有膝關(guān)節(jié)外傷病史或曾有膝關(guān)節(jié)有創(chuàng)操作史，存在膝關(guān)節(jié)不適等癥狀；( 4)有心臟起搏器、人工金屬瓣膜等 MRI 檢查禁忌證。

二、研究對(duì)象

2015年 3月至 2016年 1月，對(duì)招募的 18名健康青年志愿者 ( 25個(gè)膝關(guān)節(jié) ) 進(jìn)行磁共振掃描。

本組共納入 18例，男 8例，女 10例，年齡為 19～29歲，中位年齡為 24.50歲，平均年齡為( 23.83±3.05) 歲。左膝 14例，右膝 11例。志愿者BMI 指數(shù) 16.85～23.86，平均 20.447±2.22。BMI 指數(shù)＜18.5為過輕，≥24為過重，兩者間為正常。其中 BMI 指數(shù)正常者 14例 ( 77.78% )，過輕者 4例( 22.22% )。所有志愿者均填寫知情同意書。

三、掃描設(shè)備及方法

所有志愿者采用 PHILIPS Achieva TX 3.0T 雙源臨床用磁共振掃描，掃描線圈為膝關(guān)節(jié) 8通道表面線圈 ( Sense-Knee-8)。掃描采用仰臥位，腳先進(jìn)，膝關(guān)節(jié)屈曲約 15°，掃描線圈中線對(duì)準(zhǔn)髕骨下緣，于踝關(guān)節(jié)處放置沙袋固定下肢。膝關(guān)節(jié)半月板情況通過以下掃描序列進(jìn)行判斷。包括：矢狀位 3D-TSE PDWI / SPAIR ( TR / TE＝1300ms / 32ms，F(xiàn)OV＝180×180×128，層數(shù)＝365，層厚＝0.35，層間距＝0)、放射狀 FFE T2WI ( TR / TE＝370ms / 15ms，F(xiàn)OV＝170×170，翻轉(zhuǎn)角＝9°，層厚＝3)；冠狀位TSE T2WI / SPAIR ( TR / TE＝3600ms / 65ms，F(xiàn)OV＝180×180×74，層數(shù)＝18，層厚＝3，層間距＝1)；矢狀位 TSE T2WI ( TR / TE＝2800ms / 90ms，F(xiàn)OV＝160×160×80，層數(shù)＝21，層厚＝2.5，層間距＝0.8)；橫斷位 TSE T2WI ( TR / TE＝2800ms / 90ms，F(xiàn)OV＝160×160×80，層數(shù)＝8，層厚＝4，層間距＝0.8)。具體掃描參數(shù)見表 1。

在 3D-FFE 序列基礎(chǔ)上采用自選鎖定技術(shù)可獲得 T1rho 圖像。其掃描參數(shù)為：TR / TE＝2.6ms / 5.2ms，F(xiàn)OV＝140×140×88，層數(shù)＝22，層厚＝4，層間距＝0，自旋鎖定時(shí)間＝01/ 10/ 20/ 30/ 40，自選鎖定頻率＝500Hz，其總掃描時(shí)間約 15min。具體掃描參數(shù)見表 1。

本研究自旋鎖定脈沖群內(nèi)包括 5個(gè)不同序列，每個(gè)序列包括 16個(gè)脈沖，這 5個(gè)序列的區(qū)別主要在于第 2、3脈沖參數(shù)不同 ( 表 2)。運(yùn)用多個(gè)不同的自旋鎖定持續(xù)時(shí)間也可改善圖像的清晰度，本研究中共采用 01/ 10/ 20/ 30/ 40ms 共 5個(gè)自旋鎖定持續(xù)時(shí)間。

表1 常規(guī)、3D 磁共振掃描及 T1rho 掃描參數(shù)Tab.1Scanning parameters of conventional MR, 3D MR and T1rho sequences

四、臨床表現(xiàn)分析

所有受檢者臨床表現(xiàn)均通過相應(yīng)膝關(guān)節(jié)評(píng)分量表進(jìn)行評(píng)估。WOMAC 評(píng)分量表與半月板情況相關(guān)性高 ( 半月板外緣有血供區(qū)存在神經(jīng)分布 )[3]，故本研究中采用該量表。WOMAC 評(píng)分量表[4]最終得分為 3部分得分的總和。

五、MRI 圖像分析

相關(guān) T1rho 圖像采用 DICOM 圖片形式導(dǎo)入飛利浦 MRI 工作站內(nèi)進(jìn)行后處理，由 IDL ( Research Systems，Inc，USA ) 軟件生產(chǎn) T1rho 圖，隨后將T1rho 圖導(dǎo)入 Image J 軟件 ( NIH，Bethesda，MD ) 進(jìn)行定量分析。

表2 五種 SL 序列第 2個(gè)、第 3個(gè)脈沖參數(shù)比較Tab.2Comparison of the second and third pulse parameters of the 5SL sequences

將半月板分為以下 4個(gè)亞區(qū)，包括內(nèi)側(cè)半月板體部 ( Mc )、內(nèi)側(cè)半月板后角 ( Mp )、外側(cè)半月板體部 ( Lc ) 及外側(cè)半月板后角 ( Lp )。采用最短自旋鎖定時(shí)間 ( TSL＝1msec ) 圖作為對(duì)照進(jìn)行半月板各亞區(qū)分割，于每層矢狀位 T1rho 圖上畫出上述相應(yīng)區(qū)域作為感興趣區(qū) ( ROIs )，將所得各層 T1rho 值取平均值作為相應(yīng)亞區(qū)的 T1rho 值。半月板體部第一層為半月板前角及后角相連層面，最后一層分界以信號(hào)改變來區(qū)別。外側(cè)半月板后角以肌肌腱為后部邊界，肌腱纖維束不納入分析。半月板與根部、關(guān)節(jié)囊分界同樣根據(jù)信號(hào)改變來區(qū)別。由于半月板內(nèi)血管成分不能單獨(dú)分割出來，故分析時(shí)未除外血管成分。感興趣區(qū)選取方式具體如圖 1所示。

在矢狀位 T1rho 圖內(nèi)、外側(cè)半月板后角最大層面上，以半月板輪廓最外圍到半月板游離緣尖端的水平線為基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)緣區(qū) ( 半月板后角內(nèi) 2/ 3) 及外緣區(qū) ( 半月板后角的外 1/ 3) 的劃分 ( 圖 2)。以上述同樣方法于第 1次測(cè)量后 1周以上再次測(cè)量，記錄各區(qū)域兩次不同時(shí)間 T1rho 數(shù)值，取兩次結(jié)果平均值為該亞區(qū)最終的 T1rho。

六、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有統(tǒng)計(jì)均采用 SPSS 軟件 ( SPSS 17.0；SPSS，Chicago ) 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所測(cè) T1rho 值及 WOMAC評(píng)分量表得分均采用±s 進(jìn)行表示。半月板內(nèi)側(cè)體部、內(nèi)側(cè)后角、外側(cè) 體部及外側(cè)后角各亞區(qū)比較采用廣義估計(jì)方程 ( GEEs )，調(diào)整年齡、BMI 及性別影響。半月板后角內(nèi)、外緣區(qū)比較采用配對(duì) t 檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 T1rho 圖上半月板體部及后角 ROI 畫取示意圖圖2 內(nèi)、外緣區(qū) ROI 畫取示意圖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

結(jié) 果

一、臨床評(píng)價(jià)結(jié)果

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

二、內(nèi)側(cè)半月板體部、外側(cè)半月板體部、內(nèi)側(cè)半月板后角及外側(cè)半月板后角亞區(qū)的 T1rho 值

本組 18名志愿者，25個(gè)膝關(guān)節(jié)的數(shù)據(jù)的內(nèi)側(cè)半月板體部 T1rho 值為 ( 25.38±2.07) ms，內(nèi)側(cè)半月板后角 T1rho 值為 ( 25.37±1.82) ms，外側(cè)半月板體部 T1rho 值為 ( 24.59±1.83) ms，外側(cè)半月板后角T1rho 值為 ( 24.77±1.37) ms，4個(gè)亞區(qū)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＝0.246) ( 圖 3)。

三、內(nèi)側(cè)、外側(cè)半月板后角內(nèi)緣區(qū)與外緣區(qū)的T1rho 值

內(nèi)側(cè)半月板后角內(nèi)緣區(qū) T1rho 值為 ( 24.76± 1.77) ms，內(nèi)側(cè)半月板后角外緣區(qū) T1rho 值為( 25.97±1.81) ms，兩者間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＝0.001＜0.05)，外緣區(qū)大于內(nèi)緣區(qū)。外側(cè)半月板后角內(nèi)緣區(qū) T1rho 值為 ( 23.81±2.02) ms，外側(cè)半月板后角外緣區(qū) T1rho 值為 ( 25.17±1.67) ms，兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.001)，外緣區(qū)大于內(nèi)緣區(qū)。半月板后角內(nèi)緣區(qū) T1rho 值為 ( 24.29±1.94) ms，外緣區(qū)為 ( 25.57±1.77) ms，外緣區(qū)大于內(nèi)緣區(qū) ( P＜0.001)，( 表 3，圖 4)。

圖3 健康青年半月板各亞區(qū) T1rho 值Fig.3T1rho values in the diverse zones of the knee meniscus in the healthy young population

圖4 健康青年后角內(nèi)緣與外緣區(qū) 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內(nèi)緣區(qū)及外緣區(qū) 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內(nèi)緣區(qū)及外緣區(qū) 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內(nèi)緣區(qū)及外緣區(qū)之間比較Notice:aComparison of the T1rho values of inner and outer zone in the meniscus posterior

分區(qū) 內(nèi)側(cè)半月板后角 外側(cè)半月板后角 內(nèi)、外側(cè)半月板后角內(nèi)緣區(qū) 24.76±1.77 23.81±2.02 24.29±1.94外緣區(qū) 25.97±1.81 25.17±1.67 25.57±1.77P 值a 0.001 ＜0.001 ＜0.001

討 論

一、T1rho 成像原理

T1rho 成像采用了自旋鎖定技術(shù)。該技術(shù)的原理為磁化矢量沿著單一軸翻轉(zhuǎn)至水平軸，然后立即沿相同軸位施加自旋鎖定序列，自旋鎖定序列是一個(gè)共振連續(xù)，持續(xù)時(shí)間長，能量低的射頻脈沖。由于磁化矢量與射頻脈沖在同一方向，在持續(xù)的小振幅的射頻脈沖下，使磁化矢量不進(jìn)行橫向弛豫，而只進(jìn)行縱向弛豫。該縱向弛豫的弛豫速率常數(shù)即為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系自旋晶格馳豫時(shí)間[5]( T1rho 值 )。

自旋鎖定頻率的振幅及自旋鎖定脈沖的持續(xù)時(shí)間能進(jìn)行任意調(diào)整。通過調(diào)節(jié)自旋鎖定脈沖的振幅可改變自旋鎖定脈沖的頻率，從而影響自旋－晶格間的相互作用。常見采用頻率從幾百赫茲到幾千赫茲[6]。本研究采用自旋鎖定頻率為 500Hz。組織的T1rho 值是固定的，但 T1rho 成像所得值取決于組織特性及施加的自旋鎖定脈沖。

本研究的 T1rho 序列包括兩部分，即首先施加的自旋鎖定脈沖群及之后的 3D / FFE 成像序列 ( 即GRE 序列 )。該方式采用小角度激發(fā)，掃描時(shí)間較常規(guī) SE 序列縮短，但采集到的信號(hào)強(qiáng)度減小，信噪比下降。為獲得良好的 T1rho 圖，本研究采用 50° 大翻轉(zhuǎn)角，翻轉(zhuǎn)角越大 T1加權(quán)越大。T1rho 成像采用多層自旋鎖定脈沖序列，以彌補(bǔ)信噪比低的不足。使用的 5個(gè)序列的區(qū)別主要在于第 2、3脈沖參數(shù)不同 ( 表 2)。運(yùn)用多個(gè)不同的自旋鎖定持續(xù)時(shí)間也可改善圖像的清晰度，本研究中共采用 01/ 10/ 20/ 30/ 40ms 共 5個(gè)自旋鎖定持續(xù)時(shí)間。

磁共振的功能成像 T1rho 技術(shù)可提供大分子成分及組織內(nèi)質(zhì)子物質(zhì)交換的信息，故可用于了解半月板內(nèi)相關(guān)生化組成情況。T1rho 值與半月板內(nèi)水含量呈正相關(guān)，與半月板內(nèi)蛋白多糖、膠原纖維含量呈負(fù)相關(guān)[7]。

二、半月板感興趣區(qū)選擇

根據(jù)半月板內(nèi)膠原纖維、蛋白多糖及血供的分布情況，將半月板進(jìn)一步分為內(nèi)緣區(qū) ( 半月板后角內(nèi) 2/ 3) 及外緣區(qū) ( 半月板后角的外 1/ 3)。半月板后角最易發(fā)生損傷，且在矢狀位 T1rho 圖上進(jìn)行內(nèi)緣區(qū)、外緣區(qū)分區(qū)較體部準(zhǔn)確性高，故僅對(duì)半月板后角進(jìn)行內(nèi)緣區(qū)及外緣區(qū)的評(píng)價(jià)。

三、半月板及關(guān)節(jié)軟骨的 T1rho 值比較

半月板的纖維軟骨與透明軟骨十分相似，均由60%～80% 的水和 20%～40% 的有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成[8]。但關(guān)節(jié)軟骨及半月板內(nèi)有機(jī)物質(zhì)組成不同。半月板內(nèi) GAG 含量 ( ＜1% 蛋白多糖濕重 ) 比關(guān)節(jié)軟骨(～7% 蛋白多糖濕重 ) 低的多[9]。理論上推測(cè)其T1rho 值應(yīng)高于關(guān)節(jié)軟骨，但實(shí)際上卻是低于關(guān)節(jié)軟骨 T1rho 值。正常關(guān)節(jié)軟骨 T1rho 值[10]約 ( 45.04± 2.59) ms。這說明半月板內(nèi) T1rho 值不單與 GAG 含量相關(guān)。T1rho 值與膠原纖維含量呈負(fù)相關(guān)[7]。半月板內(nèi) 70% 是膠原纖維[11]，而關(guān)節(jié)軟骨為 50%～60%[12]。故半月板 T1rho 值低于關(guān)節(jié)軟骨可能是由于半月板內(nèi)膠原纖維含量較多所致。

四、T1rho 與半月板生化構(gòu)成的關(guān)系

本研究中半月板后角外緣區(qū) T1rho 值高于內(nèi)緣區(qū)。主要原因是半月板外緣區(qū)血供較內(nèi)緣區(qū)豐富；其次半月板組織內(nèi)膠原纖維均較多，而半月板外緣區(qū)蛋白多糖含量較內(nèi)緣區(qū)少。膠原纖維走形方式[13]也會(huì)對(duì) T1rho 值產(chǎn)生影響。此外，半月板外緣區(qū)及內(nèi)緣區(qū)的膠原纖維構(gòu)成及細(xì)胞密度、表型也存在不同，該因素也可能是影響 T1rho 值。

內(nèi)側(cè)半月板由于活動(dòng)性小，更易受骨性關(guān)節(jié)炎的影響[14]。本研究結(jié)果顯示內(nèi)、外側(cè)半月板體部、后角間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這與本課題研究對(duì)象為青年健康者有關(guān)。該研究結(jié)果與其他學(xué)者研究結(jié)果一致[15-16]。

綜上所述，MRI T1rho 技術(shù)可用于評(píng)估半月板內(nèi)不同亞區(qū)生化組成的情況，為進(jìn)一步評(píng)估半月板病變提供相關(guān)信息。

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( 本文編輯：李貴存 )

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 廣州，中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院放射科 ( 龔舒、李永、蔡兆熙、楊澤宏、張夢(mèng)迪、鄭桂芬、陳建宇 )；511442 廣州，廣東省婦幼保健院放射科 ( 龔舒 )

陳建宇，Email: chenjianyu5562@163.com

2017-03-10)