王 斌，任占麗，于 楠1,，張喜榮1,，賈永軍，賀太平1, *

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712046；2.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院影像科，陜西 咸陽 712000)

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis, OA)是以膝關(guān)節(jié)軟骨病變、半月板損傷、滑膜炎、骨贅及韌帶損傷等為主要病理改變的退行性關(guān)節(jié)病[1]，分為原發(fā)性和繼發(fā)性。原發(fā)性O(shè)A指無明顯病因逐漸發(fā)生的退行性變，可能與年齡、遺傳、體質(zhì)、代謝等因素有關(guān)；繼發(fā)性O(shè)A指繼發(fā)于創(chuàng)傷、炎癥、關(guān)節(jié)不穩(wěn)、積累性勞損等疾病致軟骨或關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)破壞，后因關(guān)節(jié)面摩擦和負(fù)荷不平衡等因素發(fā)生退變[2]。X線片顯示骨性結(jié)構(gòu)異常特異度較高，但對關(guān)節(jié)軟骨、滑膜等細(xì)微結(jié)構(gòu)的敏感度及特異度較低。利用常規(guī)MR序列，包括自旋回波(spin echo, SE)、雙回波穩(wěn)態(tài)(dual echo steady state, DESS)序列等可評估膝關(guān)節(jié)形態(tài)，于膝關(guān)節(jié)軟組織及周圍組織發(fā)生形態(tài)學(xué)變化前實現(xiàn)早期診斷。本研究對MRI在膝關(guān)節(jié)OA不同類型病變中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 軟骨病變

膝關(guān)節(jié)軟骨為透明軟骨，由水和細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix, ECM)等構(gòu)成，水在其中呈規(guī)律性分布，由深層至表層逐漸增多。膠原纖維和蛋白多糖聚合物是ECM的主要組成物質(zhì)，蛋白多糖由帶負(fù)電荷的糖胺聚糖(glycosaminoglycan, GAG)附著在蛋白上，能吸引陽離子(如Na+)。因多種因素導(dǎo)致關(guān)節(jié)生物力學(xué)改變，蛋白多糖丟失、膠原纖維網(wǎng)絡(luò)破壞及含水量變化，發(fā)生骨和軟骨形態(tài)學(xué)改變，軟骨出現(xiàn)局灶性缺損而致早期OA；晚期軟骨細(xì)胞大范圍壞死，嚴(yán)重者可完全破壞而剝脫。

T2 mapping成像獲得的T2值與軟骨含水量有關(guān)，故可間接測量ECM膠原含量。退變軟骨T2值較正常軟骨顯著升高，且隨軟骨退變程度加重升高，可采用T2閾值47.6 ms區(qū)分正常軟骨與退變軟骨[3]。CARBALLIDO-GAMIO等[4]以T2 mapping成像定量分析軟骨分層，表層軟骨T2值較深層高，而較高T2值可預(yù)測軟骨病變發(fā)生、發(fā)展。超短回波時間(ultrashort echo time, UTE)技術(shù)亦用于OA軟骨病變，包括超短回波時間磁化傳遞(UTE-magnetization transfer, UTE-MT)及UTE-T2*mapping序列，對膝關(guān)節(jié)中的短T2組織較敏感。定量觀察不同程度軟骨損傷OA患者，結(jié)果顯示正常組軟骨UTE-MTR值[(16.30±0.01)%]明顯高于OA組[(12.45±0.02)%，P<0.01]，中重度組的軟骨UTE-MTR值顯著降低；正常組軟骨UTE-T2*值[(20.30±7.26)ms]明顯高于中重度OA組(P<0.01)[5]。UTE-MT成像可顯示OA軟骨基質(zhì)變化，而傳統(tǒng)MT成像只能檢出表面軟骨信號。

自旋晶格弛豫時間(the spin-lattice relaxation in the rotating frame, T1 rho)成像技術(shù)對蛋白多糖特異度較高，可反映ECM中蛋白多糖含量。WYATT等[6]采用7T MR儀采集OA組與正常組T1 rho圖像，發(fā)現(xiàn)2組T1ρ值差異有統(tǒng)計學(xué)意義，可依據(jù)T1值判斷關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖含量。陳玲等[7]對不同程度軟骨損傷OA組與正常組分別行T1 rho和T2 mapping成像，重度OA組、輕度OA組和正常組T1ρ值分別為(48.37±5.80)ms、(44.26±4.16)ms和(40.34±2.10)ms，重度OA組T1ρ值顯著高于輕度OA組及正常組，且T1ρ值及T2值隨年齡增加而增大。化學(xué)交換飽和傳遞(chemical exchange saturation transfer, CEST)技術(shù)利用GAG的可交換質(zhì)子間接測量體內(nèi)GAG的局部濃度。非對稱性磁化轉(zhuǎn)移率值(magnetization transfer ratio asymmetry, MTRasym)越低，軟骨內(nèi)的GAG濃度越低，軟骨損傷越嚴(yán)重，且MTRasym值與疼痛評分呈正相關(guān)[8]。

軟骨磁共振延遲增強成像(delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage, dGEMRIC)對軟骨蛋白多糖含量特異度及敏感度較高。健康軟骨dGEMRIC值較高，隨軟骨退變程度加重，dGEMRIC值降低。CREMA等[9]觀察不同程度OA中年女性患者，發(fā)現(xiàn)軟骨T1Gd值隨X線Kellgren-Lawrence分級增加而下降。鈉成像(sodium23Na+imaging)是針對軟骨中存在的23Na+進(jìn)行成像，鈉離子能與ECM中GAG的負(fù)電荷相抵消；OA患者軟骨中Na+濃度低于較正常軟骨，人體中Na+含量較低且T2較短，給實際應(yīng)用帶來很大困難[10]。

彌散加權(quán)成像(diffusion-weighed imaging, DWI)測量ECM內(nèi)水分子ADC值可反映軟骨組織成分變化。淺層與深層軟骨中彌散系數(shù)存在明顯差異。早期OA膠原和蛋白多糖含量減少，軟骨中水分子含量相對增多，ADC值增高[11]。擴散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)能反映軟骨中水和蛋白多糖含量，其各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy, FA)值反映膠原纖維的排列變化。RAYA等[12]發(fā)現(xiàn)軟骨損傷早期膠原纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，平均擴散系數(shù)值自淺層軟骨至深層軟骨逐漸升高。OA患者深層軟骨FA值顯著降低，提示DTI能檢出早期軟骨損傷并對其病變程度進(jìn)行分級。

2 半月板損傷

半月板主要由纖維軟骨組成，且高度水化(水占比72%)，其余成分主要為ECM和細(xì)胞。半月板損傷是OA發(fā)生發(fā)展的重要危險因素。創(chuàng)傷或退變引起的半月板損傷可致關(guān)節(jié)穩(wěn)定性降低，改變其生物力學(xué)狀態(tài)，導(dǎo)致軟骨損傷，促使OA發(fā)生；其他因素導(dǎo)致的OA也可引起半月板繼發(fā)性改變[13]。

WENGER等[14]采用DESS序列定量觀察OA患者半月板，發(fā)現(xiàn)OA患者內(nèi)側(cè)脛骨平臺半月板覆蓋面積減少，外側(cè)半月板體積更大、脫出更嚴(yán)重。EIJGENRAAM等[15]發(fā)現(xiàn)半月板T2值與其組織學(xué)泡利評分(Pauli score)呈正相關(guān)，提示T2 mapping可用于檢測OA早期半月板成分變化。荘高明[16]發(fā)現(xiàn)，隨半月板損傷程度加重，T1 rho值升高，且半月板T1 rho值與其T2值呈顯著正相關(guān)。MATSUBARA等[17]分析22例早期OA退變型半月板撕裂患者及19名正常對照組膝關(guān)節(jié)不同區(qū)域，發(fā)現(xiàn)半月板撕裂組股骨端淺層及深層軟骨、脛骨端前后區(qū)域軟骨T1 rho值均高于對照組。曹明明等[18]發(fā)現(xiàn)半月板退變組軟骨T2值[(51.42±4.13)ms]高于非半月板退變組[(43.27±3.85) ms]，且半月板損傷程度與軟骨T2值呈正相關(guān)，提示半月板撕裂及退變可引起軟骨生化成分改變。WANG等[19]發(fā)現(xiàn)ACL損傷后半月板T1 rho值、T2值不同程度升高，提示ACL損傷可導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)改變，引起半月板亞急性退變。

超短回波時間T2*加權(quán)(ultrashort echo time-enhanced T2*, UTE-T2*)技術(shù)對亞臨床半月板變性的敏感度較高，可定性和定量不同類型半月板損傷[5]。TE<1 ms時，正常半月板呈均勻稍高信號；TE為3～6 ms時，半月板膠原纖維網(wǎng)絡(luò)清晰可見。正常半月板平均T2*弛豫時間為4～10 ms，T2*值升高提示半月板存在亞臨床變性，T2*偽彩圖半月板信號不均勻提示膠原纖維組織紊亂，可見UTE-T2*技術(shù)能反映半月板內(nèi)部的局灶性變化[20]。

3 骨髓水腫

骨髓水腫(bone marrow edema, BME)是OA典型表現(xiàn)，指軟骨下骨骨小梁異常改變，T2WI表現(xiàn)為高信號，常伴軟骨退變和關(guān)節(jié)疼痛，是OA進(jìn)展的重要病理特征。HAYASHI等[21]采用中等加權(quán)脂肪抑制自旋回波序列(intermediate-weighted fat-suppressed spin echo, IW FS SE)和DESS序列對201例不同類型BME進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)DESS序列有助于鑒別軟骨下骨髓水腫樣病變(bone marrow edema-like lesion, BMEL)與軟骨下囊腫；IW FS SE序列能更好地顯示軟骨下BMEL范圍。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy, MRS)是非侵入性探測骨髓內(nèi)水和脂質(zhì)變化的技術(shù)，可定量水和脂質(zhì)含量。健康對照組軟骨下骨髓以飽和脂質(zhì)為主要信號，峰值在1.3 ppm處；而OA組軟骨下骨髓不飽和脂質(zhì)峰值和水峰值分別在5.35 ppm和4.65 ppm處，且顯著升高；BMEL內(nèi)的水含量和不飽和脂質(zhì)均高于周圍骨髓，BMEL內(nèi)的飽和脂質(zhì)明顯下降[22]。

4 滑膜炎

軟骨缺損及基線水平的BME與滑膜炎有關(guān)，膝關(guān)節(jié)軟骨及軟骨下骨異常變化可能是導(dǎo)致OA患者發(fā)生滑膜炎的原因。滑膜炎為OA繼發(fā)性改變，各期均可出現(xiàn)，早期表現(xiàn)為局限性炎癥，晚期則表現(xiàn)為炎癥彌漫性分布，同時滑膜炎炎性改變可誘導(dǎo)軟骨降解，加快OA發(fā)生發(fā)展[2]。非對比增強MRI不能直接評估滑膜炎，但可利用T2WI髕下脂肪墊信號作為替代標(biāo)志物，監(jiān)測滑膜炎變化[23]。增強MRI(contrast-enhanced MRI, CE-MRI)可直接顯示滑膜炎癥，區(qū)分滑膜與關(guān)節(jié)周圍積液[24]。CE-MRI觀察結(jié)果示滑膜炎改變與疼痛評分無明顯相關(guān)，其嚴(yán)重程度與軟骨退變程度呈正相關(guān)[25]。WANG等[26]發(fā)現(xiàn)老年OA患者髕上囊、股骨后隱窩區(qū)域積液性滑膜炎與膝關(guān)節(jié)疼痛評分呈正相關(guān)，膝關(guān)節(jié)其他區(qū)域滑膜炎與疼痛評分無明顯相關(guān)，提示僅膝關(guān)節(jié)特定區(qū)域滑膜炎才可能導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)疼痛。

5 骨贅

軟骨損傷后關(guān)節(jié)生物力學(xué)特性改變，早期OA軟骨下骨可出現(xiàn)骨質(zhì)流失，進(jìn)一步發(fā)展關(guān)節(jié)面邊緣可形成骨贅，關(guān)節(jié)輪廓粗糙、不規(guī)則，其過程與OA軟骨退變、關(guān)節(jié)間隙變窄等同步[27]。骨贅為OA典型標(biāo)志，多經(jīng)X線檢查發(fā)現(xiàn)，X線和MRI檢出存在骨贅提示OA患者軟骨缺損和BML程度更嚴(yán)重，且膝關(guān)節(jié)疼痛與骨贅病變程度呈正相關(guān)[28]。針對膝關(guān)節(jié)骨小梁的MRI研究[29]表明早期OA存在軟骨下骨骨體積分?jǐn)?shù)、骨小梁數(shù)目和骨間距升高及骨厚度降低，晚期可見骨贅形成，提示X線檢查發(fā)現(xiàn)骨贅前軟骨下骨已出現(xiàn)微觀變化，MRI可用于早期監(jiān)測軟骨上述改變。

6 韌帶損傷

膝關(guān)節(jié)韌帶主要包括ACL、后交叉韌帶(posterior cruciate ligament, PCL)及髕韌帶，是膝關(guān)節(jié)的重要穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其撕裂及退化致關(guān)節(jié)生物力學(xué)改變并影響穩(wěn)定性，導(dǎo)致繼發(fā)性O(shè)A；而OA亦使關(guān)節(jié)生物力學(xué)變化，影響韌帶功能，進(jìn)一步加快其發(fā)展[30]。WILSON等[31]應(yīng)用T2 mapping成像發(fā)現(xiàn)急性或慢性PCL撕裂OA患者PCL平均T2值為(36±9) ms，高于無癥狀志愿者(31±5) ms；且PCL撕裂患者T2最高值位于PCL近端，而正常組T2最高值位于PCL遠(yuǎn)端。肌腱、韌帶均為短T2組織，UTE-MRI可早期診斷其損傷和評估損傷程度。存在損傷及退行性改變的跟腱T1值與正常人有明顯差異；脂肪抑制UTE T2*mapping可反映韌帶和肌腱的生物組成及結(jié)構(gòu)完整性，檢測韌帶早期退變[32]。

綜上，MRI可清楚顯示關(guān)節(jié)軟骨及半月板等軟組織，直觀了解膝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)或病變類型，并根據(jù)OA的展及病理類型選擇特異度及敏感度均較高的技術(shù)，于膝關(guān)節(jié)軟組織及周圍組織發(fā)生形態(tài)學(xué)變化前早期診斷OA。