骨关节炎影像学与MR进展课件

1、关节软骨影像学与MR研究进展上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科 美国南加州大学（USC）KECK医学院放射科Chi-shing Zee M.D. Eric White M.D.关节软骨病变的检查方法X线平片 普通关节造影 CT平扫 CT关节造影 MRI MR软骨成像 MR关节造影X线平片简单易行、价格低廉可显示关节间隙和关节面下骨质的变化不能直接显示软骨的改变 左髋关节类风湿性关节炎X线示关节间隙狭窄和关节软骨下骨骨质吸收、囊变左膝结核性关节炎X线示关节囊肿胀、关节间隙狭窄和关节软骨下骨骨质吸收脊髓空洞症及神经性关节炎X线示关节面的不规则、缺损微创性的检查方法、价格低廉可分为单对比和双对比二

2、种可提高关节内各个结构之间的对比度显示关节囊及周围组织情况对于软骨病变的显示仍较困难普通关节造影X线平片不能直接显示关节软骨但可从正常的关节间隙推测关节软骨的厚度未见改变关节造影显示了髋臼和股骨头的软骨（黑箭） ，以及盂唇（绿箭）肩关节造影显示正常的肱骨头软骨（黑箭）和盂唇（绿箭）CT平扫有较好的密度对比可清晰地显示骨质的改变可部分显示关节软骨和其他结构 CT平扫可以显示髌骨软骨X线显示左右髌骨上缘的低密度影CT平扫显示左右髌骨上外侧缘的软骨和软骨下骨的缺损右髋关节CT 2D重建CT清晰地显示右关节盂的骨、软骨骨折CT关节造影 微创性的检查方法可和普通的关节造影同时进行可分为单对比和双对比二种

3、可提高关节内各个结构之间的对比度，同时可避免影象的前后重叠可显示关节囊及周围组织情况可显示软骨病变肘关节CT造影 2D重建显示外伤所致的桡骨小头关节面软骨的缺损左肩关节CT造影CT清晰显示前盂唇的撕裂MRI无创伤性，软组织分辨率高，可直接行不同方位的成像，成像参数多，信息量大。常规的SE序列即可显示大关节的关节软骨采用某些特殊的序列可以更为清晰地显示关节软骨的形态如有关节积液，在T2WI中可 产生类似关节造影的效果梯度回波T1WI显示髌骨软骨缺损FS-T2W清晰显示外伤所致的髌骨软骨撕脱，髌骨和股骨髁的骨挫伤，内侧支持带撕裂T2W清晰显示-脊髓空洞症-神经性关节炎撕脱的软骨片T2W清晰显示内侧

4、半月板后角撕裂T2W清晰显示后交叉韧带撕裂外侧副韧带撕裂股骨外侧髁撕脱内侧半月板撕裂 FS-T2WI清晰显示膝关节的复合性损伤Duble FD, et al. Radiology,2004(11):1543-1548MRI平扫清晰显示内/外侧副韧带撕裂MR关节造影微创性的检查方法可和X线、CT关节造影同时进行可分为单对比和双对比二种可提高关节内各个结构之间的对比度，避免前后影像上的重叠显示关节囊及周围软组织的情况可以清晰地显示软骨病变MR关节造影清晰显示胫距关节距骨面的骨软骨骨折FS-T1WI清晰显示前盂唇的撕裂所示为关节周围的滑膜囊肿右肩MR关节造影引起关节软骨改变的病因 退变 外伤 炎症

5、肿瘤和肿瘤样病变细菌性 结核性、化脓性非细菌性 风湿、类风湿、痛风、神经性、血友病等关节炎滑膜软骨瘤病绒毛结节性滑膜炎等肿瘤和肿瘤样病变 退 变正位片显示内、外侧关节间隙狭窄，关节缘骨赘形成。侧位及轴位片显示髌股关节间隙的狭窄和髌骨下骨的增生硬化退 变CT显示髌骨软骨厚度变薄，边缘骨质增生，髌上囊积液T1W、T2W和GE-T1W显示髌骨和股骨髁的软骨厚度变薄，软骨下骨增生硬化，髌上囊积液退变T1WIT2WI退 变GE-T1WI外 伤外伤致外侧髋臼和股骨头软骨骨折，厚度变薄（ ），盂唇撕裂（ ）。T2WI左髋关节结核性关节炎X线显示左髋关节间隙狭窄、关节组成骨骨质梳松化脓性关节炎风湿性关节炎类风

6、湿性关节炎痛 风血友病性关节炎T1WIT2WI滑膜软骨瘤病T1WI绒毛结节性滑膜炎 3D-FSPGR PD 骨关节炎软骨MR进展 骨关节炎 概述各种生物学因素（免疫学因素，自由基，软骨细胞凋亡）和机械性损伤长期相互作用下，软骨细胞，细胞外基质（ECM），软骨下骨质三者降解和合成失衡进展关节结缔组织结构和化学组成成熟软骨再生的可能性关节生理变化规律基质亲水特性关节内生物润滑机制Verstraete KL, et al. Clin Radiol 2004,59Link TM, et al. Radiology 2003;226 骨关节炎软骨改变 胶原框架崩解蛋白多糖丢失软骨水合作用增加软骨增厚软化

7、关节软骨表层裂隙或深部软骨破坏软骨生物力学功能受损临床症状软骨MR在OA诊疗中的作用亚临床期诊断 生理性成像 微观显示 临床表现 关节疼痛 功能障碍 X线异常 特异性促软骨修复药物 基因治疗外科性软骨修复 自体骨软骨移植 (AOT) 自体软骨细胞移植 (ACI)异体骨软骨移植治疗效果评价高分辨率无创伤精确定量分析生物力学生物化学 GAG 丢失 II型胶原崩解 异常水化作用 骨关节炎影像学磁共振（MR）软骨特异性成像 OA软骨微观结构变化器官水平骨质改变，关节间隙，软组织组织水平半月板，滑膜，肌腱，软骨形态生化结构，力学成份水的弥散状况，葡聚糖（GAG）分布，胶原交联状态解剖形态理化功能Bern

8、ard JD, et al. Radiology,2002,225(1)MR软骨生理性成像（Physiologic Imaging） 钠谱成像 离子密度图 (FCD) 对PG含量减少敏感T2 地图成像（T2 Mapping）延迟动态增强MR弥散加权成像 (DWI)弥散系数测定（ADC） 软骨内水异常分布Timothy CD, et al.Radiology,2004,232(2)Gold GE, et al. Radiographics. 2003,23(5)Verstraete KL, et al. Clin Radiol. 2004,59(8)Guermazi A, et al. Eur

9、Radiol. 2003,13(6)测定 T2信号的空间分布 反映软骨内异常水合作用FP期强化率延迟廓清率发现软骨基质结构异常适合手术前后随访观察 Wheaton AJ, et al. Radiology 2004;231(5) 临床应用型软骨MR成像合理的序列组合和参数与病理表现的相关性能否反应软骨退变早期基质成分变化能否解决临床疾病诊疗问题软骨MR序列设计序列要求脂肪抑制效果既能显示软骨，又对软骨下骨病变敏感T1WdSTIRSTIRT2*GREFS-SPGRFS-PDT2WacSNR t 4.245 ,P0.017软骨/骨髓 CNR t44.34，P0.013软骨/滑液 CNR t12.4

10、4，P0.023软骨/肌肉 CNR t56.42，P0.011 结 果各项参数比较居前的MR序列参 数123软骨/骨髓CNRFS-SPGRFS-PDFSE T2软骨/滑液CNRFS-SPGRFS-PDSTIR软骨/肌肉CNRFS-SPGRFS-PDT2*W GRESNRFS-SPGRFS-PDT2*W GRE1234软骨分层表现 分 层II型胶原软骨细胞表 层层状染色致密无移行层较细染色均匀长形平行排列辐射层略粗排列不整齐圆形纵行排列深 层粗染色深球形柱状膝关节软骨厚度的MR与组织学比较 甲苯胺蓝SE T1FSE T2STIRFS-PDFS-SPGRT2*GRE均值（mm）3.994.633.

11、333.153.923.583.39标准差0.740.420.650.200.740.710.53P0.0330.0410.0141.4320.0970.064r-0.7870.6230.332FS-PD和FS-SPGR序列所测定的膝关节髌软骨厚度与组织学测定最为接近。 MR与组织学软骨分层数与分层厚度比较FS-PDFS-SPGRFS-SPGR甲苯胺蓝染色软骨分层数2354层1厚度（mm）1.80.41.20.31.10.20.1层2厚度（mm）1.70.31.10.30.40.10.80.2层3厚度（mm）1.30.40.30.12.50.3层4厚度（mm）0.30.20.40.1层5厚度（

12、mm）1.40.1P0.0110.0130.0001-MR各序列显示的软骨厚度与组织学测定值之间均无相关性 软骨MR序列组合FS-SPGR和FS-PD序列正常软骨厚度变化软骨组织分层表现软骨MR的组织学相关性缺损评价Noyes评分系统Outerbridge评价系统分级表 现分级表 现0正常0正常关节软骨I软骨内异常信号或软骨表面异常色泽I关节软骨膨胀变软IIA软骨缺陷累及少于软骨全层50%II关节软骨出现裂隙，但裂隙未进入软骨下骨，病变区直径小于0.5inchIIB软骨缺陷累及全层50-99%之间IIIA软骨全层缺损但没有骨质病变III裂隙已开始进入软骨下骨，但软骨下骨未裸露，病变区直径大于0

13、.5inchIIIB软骨全层缺损伴相邻软骨下骨质异常IV存在软骨下骨裸露0IIAIIIBIIIAIIIB？关节其他结构软骨MR与关节置换标本的对照组织学测量 股骨远端和胫骨平台截骨标本对照MR分析获得 1010mm2包括骨质的软骨组织样本 HE、甲苯胺蓝染色II型胶原和蛋白多糖免疫组织化学测定参数软骨缺损Noyes评分及最大径II型胶原和蛋白多糖表达等级评定软骨MR与软骨基质成分变化的相关性软骨纤维化股骨髁软骨磨损软骨面溃疡样缺损蛋白多糖II级缺失II型胶原II级缺失MR与病理测定的OA软骨缺损评价比较病理学评价共计IIBIIIAIIIBMR评价IIB4004IIIA29314IIIB0358

14、共计612826MR评价软骨IIB，IIIA及IIIB级缺损的精确度分别为66.67%、75%、65.5%MR与组织学OA软骨缺损等级正相关（P0.001，r0.672） MR信号强度与II型胶原、蛋白多糖表达的相关性 FS-PD序列OA软骨SI与II型胶原表达负相关（P0.001，r0.825）其他序列软骨SI与II型胶原和蛋白多糖表达无相关性 结 论软骨缺损软骨基质成分II型胶原表达蛋白多糖表达中国人膝关节软骨变化20-40岁年龄组膝关节不同区域软骨厚度比较不同年龄组软骨厚度有明显差异（F2968.790，P0.001) 膝关节软骨厚度与临床特征的相关性年龄 膝关节胫骨平台，股骨内侧髁软骨

15、厚度与年龄具有相关性 性别 不同性别软骨厚度具方差齐性（F=0.286，P=0.594） 不同性别间软骨厚度无显著差异（t0.4235,P0.672）BMI（体重指数） 超重组和正常组软骨厚度具方差齐性（F=0.794，P=0.373） 超重与正常组间软骨厚度无显著差异（t0.798,P0.425） 仅股骨外髁软骨厚度与BMI相关（r0.162，P0.022）47例出现软骨缺损（23.5%），累及123个关节面（12.3）部位胫骨内侧平台（43.05%），髌软骨（34.44）不同部位缺损出现率无差异（Pearson28.770，P0.068） MR表现软骨局部异常信号（70.73%），小凹状缺

16、损（26.83%）深度Noyes I级 94（76.42%），IIA级 29(23.58%) 各年龄组差异软骨缺损出现率存在差异（Pearson229.428， P0.001）30岁以上两组间存在差异30岁以下组间软骨缺损出现率无显著性差异，但呈逐渐上升趋势20-40周岁膝关节无症状软骨缺损状况正常膝关节(FS-PD)无症状软骨缺损(FS-PD)无症状软骨缺损(FS-SPGR)40-70周岁OA病例组和对照组膝关节不同区域软骨厚度比较分 组平均软骨厚度（mm）标准差tP胫骨外侧平台对照组2.1800.28393.010.001病例组1.6210.295胫骨内侧平台对照组1.5380.2831.

17、4510.231病例组1.4550.382股骨内侧髁对照组1.7180.31934.990.001病例组1.3140.357软骨的整体厚度有显著差异 （F42.996 ，P0.001）40-70周岁OA病例组和对照组膝关节软骨缺损比较* 数据组成为：平均值（最小值最大值）* Noyes分级从0级至IV级对应为05分进行统计病例组对照组Mann-Whitney UZP软骨缺损累及关节面（N/例）2.34 (1-4)*0.82(0-2)376.0-6.230.001Noyes评分4.04 (2-5)*0.98(0-3)62.5-8.3360.001缺损最大径（mm）8.18(4-13)2.38(0

18、-5) 31.5-8.420.001病例组和对照组的软骨缺损分布和缺损大小存在显著差异OA关节疼痛与软骨下骨质水肿分布的相关性疼痛部位软骨下骨质水肿分布区域胫骨外侧平台胫骨内侧平台股骨外侧髁股骨内侧髁髌 骨内侧间隙20.21330.7120.19829.0250.052P0.7770.0010.7790.0011.000外侧间隙228.6771.91732.8160.1790.524P0.0010.2300.00010.7710.542髌 周20.0960.8471.1250.04633.84P0.7570.3570.2890.830.001Logistic多元回归分析：髌骨和胫骨外侧平台区域

19、的软骨下骨质水肿影响膝关节髌周和外侧间隙疼痛发生（髌骨与髌周疼痛P0.003，胫骨外侧平台与外侧间隙疼痛 P0.041）；内侧间隙疼痛与软骨下骨质水肿不相关疼痛部位软骨缺损分布区域胫骨外侧平台胫骨内侧平台股骨外侧髁股骨内侧髁髌 骨内侧间隙20.930.0930.2880.1960.199P0.3350.760.5920.6580.655外侧间隙20.2120.7380.6060.7280.000P0.6450.390.4360.3931.000髌周20.1591.1940.040.1240.013P0.690.2750.8410.7240.911OA关节疼痛与软骨缺损分布的相关性Logisti

20、c多元回归分析：软骨缺损状况不影响关节疼痛OA3D-FSPGRPD+IR同年龄对照（62岁）软骨形态个体差异明显结 论2040岁膝关节软骨逐渐变薄30岁软骨缺损4070岁OA软骨薄，缺损大且深，软骨下骨质异常关节疼痛症状软骨下骨质异常软骨缺损目前较为常用的软骨MR分析技术容积测量软骨边缘的界定软骨区域划分容积计算的方法最佳选择相同条件下的自身对照治疗前股骨后髁软骨信号缺损直径约6mm治疗前软骨容积为91.5治疗后6个月为149.7治疗后18个月为177.6治疗开始后6个月股骨后髁软骨信号缺损直径约3mm治疗开始后18个月股骨后髁软骨信号缺损不明显同一病例软骨T2或T2*MAP成像多回波T2W成像序列可推算特定组织的T2弛豫时间研究证实，透明软骨T2时间与基质成分中蛋白多糖含量呈负相关借助T2MAP成像，可发现骨关节炎软骨早期退变骨关节炎软骨T2MAP主要表现：（1）失去正常分层表现；（2）T2值延长；（3）局灶型或弥漫型T2分布异常同一病例治疗12个月前后比较T2 MAP显示股骨髁软骨重新出现分层表现，T2值下降男性 47岁 左膝OA 3年T2 MAP显示股骨髁软骨重新出现分层表现髌软骨深层T2值下降表层软骨界限清晰治疗前治疗后女性 42岁手法治疗6个月治疗前 髌软骨T2值为54.37治疗后 髌软骨T2值为32.85膝关节OA硫酸软骨素和手法治疗比较手法治