30mri软骨体积测量在骨性关节炎中的应用

30mri软骨体积测量在骨性关节炎中的应用

骨性关节炎（oa）通常是所有关节炎中最常见的。关节疼痛和功能丧失可导致许多健康因素。在OA病变发展过程中首先出现的是可以治疗的软骨及骨损伤,而炎性改变是相对次要的。因此,对OA中软骨改变的研究有助于OA的诊断和治疗。随着MRI设备的发展、成像技术的进步以及功能强大的定量测量软件的出现,使得显示各期关节炎软骨改变变得越来越现实。OA患者关节软骨体积的定量研究,使得观察OA病变的进展情况以及治疗前后软骨改变的程度成为可能。本研究旨在通过在3.0TMRI上测量正常人及OA患者的膝关节软骨体积并进行对比分析,探讨软骨体积测量在OA中的应用价值。数据和方法一、病例选择和处理选择具有膝关节疼痛和功能障碍,而无膝关节外伤及膝关节手术病史的OA患者60例,依据中华医学会风湿病学分会2003年颁布的OA诊断标准:(1)近1个月大多数时间有膝关节疼痛;(2)有骨摩擦音;(3)晨僵≤30min;(4)年龄≥38岁;(5)有骨性膨大。满足1+2+3+4条,1+2+5条或1+4+5条可诊断。临床诊断为OA的患者并行X线检查,经高年资骨放射学医师读片,根据(Kellgren-Lawrence)分级标准:1级有可疑的关节间隙狭窄和(或)微小唇样骨赘,2级有明确骨赘和(或)关节间隙变窄,3级有中等多发骨赘形成、明确的关节间隙变窄、一些骨质硬化改变和(或)骨端变形,4级有大骨赘形成、显著的关节间隙变窄,严重的软骨下骨质硬化,明确的骨端变形。然后将入选的患者分成轻度OA组(1-2级,1级12例、2级21例,其中男13例、女20例,左膝11例、右膝22例)及重度OA组(3-4级,3级21例、4级6例,其中男11例、女16例,左膝9例、右膝18例),年龄36-77(49±8)岁;选择无膝关节病史,MRI常规检查无明显关节病变的健康志愿者30例作为对照组,其中男12例、女18例,左膝10例、右膝20例,年龄33-67(46±7)岁。所有被检查者对研究内容知情并签署知情同意书。在MRI检查前3h内均无剧烈运动。二、数据分析和测量设备膝关节正侧位X线片图像在数字化摄影机(PHILIPS)上获得,焦片距离为1m,髌骨位于片盒中央,整条大腿紧贴面板,小腿向后弯曲使脚尖与片盒切面吻合,球管向足侧倾斜10度,中心线与胫骨干长轴线垂直,入射点为腘窝凹陷处中点。使用3.0TMR扫描仪,采用膝关节专用线圈。受试者仰卧于MR床上,需要扫描侧的膝关节位于线圈内,将髌骨最下缘与胫骨结节的中点定位于线圈中心。所有检查者采用水激发多回波数据联合成像序列进行扫描,扫描位置采用矢状位。采集参数:层厚0.6mm,重复时间31ms,回波时间17ms,翻转角8度,190Hz带宽,视野160mm×160mm,160分区,矩阵312mm×312mm,0.6mm×0.6mm层面内分辨力。收集的MR图像均光盘储存,然后导入计算机,由一位对分割软骨经验丰富的测量者使用半自动软件OsiriX,参照之前研究中采用的软骨体积半自动分割方法,分部测量膝关节软骨体积:髌骨部、股骨部、胫骨内侧髁部和胫骨外侧髁部。测量者回顾分析所有分割图像,需要时对边缘部分图像分割进行修改,最后由软件自动计算获得软骨体积。结合常规MR图像对轻度及重度OA患者软骨损伤进行分级,分级标准参照国际软骨修复协会(ICRS)分级标准,由两位经验丰富的影像医师对其进行评估,以软骨损伤最严重处为标准,对轻度及重度OA组关节软骨损伤程度进行MRICRS分级,规定ICRS0级和1级为软骨轻度损伤,2级及以上为重度损伤,两个观察者意见不一致时,互相讨论后评出分级。分别记录轻度及重度OA组中软骨轻度损伤及重度损伤例数。三、骨软骨、股骨软骨、鞋骨外侧软骨体积值的比较分析轻度OA组、重度OA组与对照组在MRI上分别测量获得髌骨软骨、股骨软骨、胫骨内侧髁软骨和胫骨外侧髁软骨体积值,采用独立样本t检验,P<0.05为差异有统计学意义。结果一、小鼠重度试验轻度OA组中软骨轻度损伤23例,重度损伤10例;重度OA组中软骨轻度损伤3例,重度损伤24例。软骨正常及重度损伤在三维序列上表现见内页4图1,2。二、重度ua组与重度oa组小鼠软骨骨,股骨n,p膝关节OA病变各组软骨体积的测量与对照组比较,轻度OA组与对照组软骨体积髌骨(t=3.15,P<0.01),股骨(t=3.85,P<0.01),胫骨内侧髁(t=3.78,P<0.01),胫骨外侧髁(t=3.92,P<0.01)有统计学差异;重度OA组与对照组软骨体积髌骨(t=7.93,P<0.01),股骨(t=8.73,P<0.01),胫骨内侧髁(t=9.24,P<0.01),胫骨外侧髁(t=10.91,P<0.01)有统计学差异。轻度与重度OA组软骨体积髌骨(t=5.75,P<0.01),股骨(t=5.60,P<0.01),胫骨内侧髁(t=5.36,P<0.01),胫骨外侧髁(t=6.05,P<0.01)有统计学差异(表1)。与对照组比较,aP<0.01与轻度OA组比较,bP<0.01讨论一、骨骨折/组织软骨损失检测胫骨软骨的内外侧髁分界明显,不同的观察者测量误差相对小,因此有研究认为胫骨软骨测量更具优势,提出可仅通过测量胫骨软骨体积来进行OA患者膝关节胫股关节面病变的评估。但由于病变在关节内的分布不均匀,在评估OA软骨病损时,仍需把股骨软骨体积作为观察指标之一。股骨软骨分界在MRI上分界较难,本研究中将股骨软骨作为一个整体来测量。本研究提示,轻度OA软骨体积均值较对照组均值减少值髌骨10.3%、股骨12.9%、胫骨内侧髁16.8%、胫骨外侧髁19.9%;重度OA软骨体积均值较对照组均值减少值髌骨26.5%、股骨29.7%、胫骨内侧髁35.8%、胫骨外侧髁37.9%。可见OA膝关节各部分软骨体积随病情的加重均有减小的趋势,且轻度、重度OA组与对照组软骨体积差异有统计学意义,其中在不同程度OA患者中,负重软骨(股骨、胫骨内侧髁、胫骨外侧髁)较非负重关节软骨(髌骨)减少值大。我们认为,膝关节各部分软骨体积的改变均在一定程度上反映了OA病情的严重程度,尤其以负重软骨更明显。本研究通过OA组与对照组软骨体积的测量结果分析发现,软骨体积随OA患者的病情严重程度而减少。这与我们观察的到软骨损失程度是一致的,在轻度及重度OA组中,重度软骨损伤比例是增加的,在轻度OA组中重度软骨重度损伤比例为30%,重度OA组中重度软骨重度损伤比例为89%。因此进行膝关节软骨体积的测量可为软骨病损提供定量依据,在一定程度上提示OA患者病情的严重程度。二、依临床分类确定的善感染色素各种分类标准间不是完全平行关系,例如临床疼痛症状及运动功能障碍的程度与放射学上OA严重程度不完全一致。膝关节软骨损伤有多种危险因素包括较大的体重指数、放射学标准的高级别OA、膝关节半月板的突出或撕裂、膝关节力线不稳等,这也解释了在我们的研究中根据临床结合放射学分类确定的轻度OA中,有一部分患者按照ICRS分类标准软骨有重度损伤,其他一些研究也提示了这点。国内外也引入了一些OA新的MR分类标准,但鉴于临床及放射学分类标准的简单易行,在本研究中可以区别开轻度及重度OA患者,我们选择了这种分类方法来进行软骨的定量研究。三、生产出骨折稳定的软骨材料,主要是糖及水分等成岩率关节软骨又称透明软骨,是一种特殊的结缔组织,其覆盖在关节的负重面上,起着吸收震荡和缓冲外部冲击的作用。关节软骨由软骨细胞与细胞外基质组成。细胞外基质主要包括胶原纤维、蛋白多糖及水分等成份,分别占软骨湿重的15%、5%和80%。关节软骨为特殊的粘弹性材料,具有各向异性等特点。关节软骨的病理改变是OA最主要的病理改变,是一个比较复杂的过程。OA确切的