自体骨软骨移植术后受区的高分辨率mr表现

自体骨软骨移植术后受区的高分辨率mr表现

关节软骨的修复能力非常低，损伤后无法单独修复。这是临床治疗的重点和难点。近年来,随着软骨修复外科技术的发展,软骨下钻孔术、微骨折术和骨软骨移植术等方法逐渐应用于临床,其中自体骨软骨移植术(autologousosteochondraltransplantation,AOT)是目前临床上较为常用的一种手术方法。但相关影像学报道不多。本研究通过对AOT术后不同时间点进行高分辨率MR成像,旨在获得受区修复的动态影像学特点,为更好地评估软骨修复手术的疗效和远期效果提供影像学依据。材料和方法1.各组患者各时间点膝关节的评分依AOT术后随访时间的不同,20个膝关节随机分为2周、4周、8周、12周和24周共5组,每组4个膝关节。在各随访时间点进行膝关节高分辨率MR成像,检查结束后手术区取材进行组织学检查。2.研究主题成年、健康山羊10只,体重25～35kg,雌雄不限(由上海农学院农场提供,实验前圈养1周排除膝关节和其他部位疾病)。3.骨软骨柱的制作实验动物术前2天禁食、禁水。膝关节备皮,耳静脉置管,戊巴比妥钠维持麻醉。手术区常规消毒、铺巾。屈曲膝关节,沿膝关节内侧缘做一纵行切口,逐层切开皮肤及皮下各层结构,切断内侧支持韧带,伸直膝关节的同时将髌骨外移,然后屈曲膝关节并暴露股骨内侧髁。用直径8mm空心圆钻在股骨内侧髁负重面制造一圆柱形骨软骨缺损(即受区),深度约为10mm。然后用直径3mm空心圆钻在股骨非负重面(供区)垂直于软骨面分别取3个骨软骨柱(即移植物),高度约为11mm。将3个骨软骨柱以马赛克方式植入受区,保持移植物表面平整(图1)。术后圈养。4.扫描参数及扫描特性使用PhilipsAchieva3.0T磁共振扫描仪。老鼠血管实验线圈MUC-H300(上海辰光医疗器械有限公司)。矢状面扫描。扫描序列和扫描参数:TSET1W:TR/TE=900/20;TSEPDW:TR/TE=3500/36;TSET2W:TR/TE=5000/80;TSET2WSPAIR/:TR/TE=5000/80;FOV:85mm;矩阵:512×512;反转角=25°,层厚:1.2mm;间隔:0.2mm。5.植生率及mr信号特点由两位影像诊断医师进行双盲读片。评价内容包括:①受区修复情况:受区完全为移植物和修复组织填充即为完全修复,否则为不完全修复。②移植物存活率及其MR信号特点:在PDW和T2W图像上观察移植物(n=60)的信号,若与正常骨软骨信号一致即为存活,计算存活率。③软骨-软骨以及骨-骨的匹配情况:观察移植物之间、移植物-邻近正常骨软骨之间软骨-软骨和骨-骨的匹配情况,若在同一个平面即为匹配,反之为不匹配,分别计算匹配率。④修复组织的信号:与正常关节软骨的信号比较,若修复组织的信号与其一致即为等信号,反之为高信号和低信号。6.社会学分析MR检查结束后受区取材,福尔马林溶液固定,行HE染色。7.统计分析采用SAS6.12统计程序软件包进行统计学处理。卡方检验,Fisher确切概率法。P<0.05为有统计学意义。结果的结果所有10只山羊在AOT术后均存活,复苏后第二天可四肢站立,无任何术后感染或其他并发症发生。1.病例总修复时间受区完全修复的最早时间点为术后8周。术后8周、12周和24周组分别有75%(3/4)、75%(3/4)和100%(4/4)的病例完全修复,各组之间无显著性差异。2周和4周组所有病例均不完全修复。2.植物移植物生存稳定性除12周组1例所有3个移植物结构塌陷外,其余所有移植物(n=57)均存活。12周组与其他各组移植物存活率之间无显著差异,P>0.05。3.植物骨骨折mri表现存活的移植物在MR各扫描序列上均与正常骨软骨信号一致。组织学显示移植物保持正常透明软骨和软骨下骨结构,术后早期移植物边缘和基底部可见少量骨小梁断裂(图2)。1例在术后4周3个移植物均明显缩短,分别为植入时的31.6%(3.48mm)、30%(3.3mm)和36.3%(4mm)。MR表现为移植物缩短、下陷,残留部分仍表现为正常骨软骨信号,移植物表面见薄层稍低信号覆盖。组织学显示移植物基底部骨小梁中断、坏死,残留部分保持正常骨软骨结构,移植物表面覆盖薄层纤维组织(图3)。1例在术后12周移植物完全塌陷,MR表现为一团T1WI不均匀等低T2WI不均匀高信号,无正常骨小梁结构。组织学显示受区主要由纤维组织填充、覆盖,深部纤维组织中可见游离但仍保持透明软骨结构的移植物软骨、坏死的骨小梁结构和少量纤维软骨。4.骨-骨匹配率由表1可见,在同一时间点,移植物软骨-软骨和骨-骨匹配率基本一致,两者之间均无显著性差异。而移植物-邻近骨软骨的软骨-软骨匹配率均显著高于骨-骨,P<0.05(图4)。5.时间进展信号术后2周修复组织在各个扫描序列上均呈偏高信号,随着时间进展信号逐渐降低,8周呈等低信号,至12和24周呈低信号。组织学显示术后2周为肉芽组织,4周起为纤维软骨和/或纤维组织(图5)。骨-软骨与小鼠骨-骨匹配的关系关节软骨损伤在临床上非常常见,由于关节软骨细胞含量少且包埋于细胞基质中,自身修复能力低下,损伤后难以修复且易进一步继发骨性关节炎等病损,严重影响关节功能和患者的生活质量,是临床治疗的一大难点。近年来,发展了一系列软骨修复外科技术如骨髓刺激术、钻孔术、微骨折术等,但这些方法均是以纤维软骨和(或)纤维组织成分修复缺损,在关节生物力学方面无法达到膝关节运动的要求。因此,需要开发一种新的能够以透明软骨方式进行修复的方法。Hangody等最早将骨软骨移植技术用于修复软骨缺损,即自关节的非负重面取一定量的骨软骨柱,将其以马赛克方式填充软骨缺损区,从而最大限度地以透明软骨进行修复,是目前临床上应用最多的软骨修复术。近年来,MRI由于其优越的组织对比度和分辨率,已经逐渐成为评价关节软骨的最佳无创性检查方法,同样也可用于AOT术后修复组织的评估。我们采用老鼠血管实验线圈进行磁共振成像,该线圈为小孔径收发共用线圈,磁场均匀性高,线圈发射和接受的效率提高,信噪比降低,从而提高了图像质量,能较常规临床用表面线圈扫描图像更清晰地显示AOT术后修复情况、移植物的形态和信号变化、修复组织的信号,为评估受区和移植手术潜在的并发症等方面提供更多的信息。AOT手术的目的是完全填充骨软骨缺损区以维持关节面的完整性。修复组织与邻近软骨表面高度一致,并且与邻近软骨和骨组织接合良好即为完全修复。研究结果显示受区完全修复的最早时间点为术后8周。本组病例中,分别有1例在术后4周和12周表现为移植物坏死或不同程度下陷,这可能与移植物获得技术、受区的准备或移植物的不稳定有关。由于AOT透明软骨修复主要是凭借移植物的软骨成分,因此移植物是否存活尤为重要。本研究中,仅有1例在术后12周发生明显骨小梁断裂、坏死和囊变,组织学显示虽然移植物软骨明显下陷,但仍保持原有透明软骨的结构,这可能是由于软骨的营养主要来自于关节液的缘故。1例在术后4周表现为缩短的移植物表面薄层等信号影覆盖,组织学显示该层结构为纤维组织并延伸至软骨下区。有学者报道,MR图像上移植物表面和移植物之间轻度不均质高信号可能是因为来源于软骨下骨且延伸到移植物之间的纤维软骨组织填充了表面不规则的部分,这与我们的结果一致。随着时间的延长纤维组织是否会完全填充受区尚有待于进一步研究。软骨-软骨和骨-骨的匹配包括移植物之间和移植物与修复组织之间的匹配。在本组病例中,移植物软骨-软骨和骨-骨的匹配率均无显著性差异,表明手术成功并且所取供体的软骨厚度较为一致。对于移植物与邻近骨软骨而言,同一时间点软骨-软骨的匹配率均显著高于骨-骨,这可能是由于供体的软骨厚度较内侧髁负重面关节软骨薄,而移植物植入时需要保持软骨面的高度一致。我们认为,骨-骨的不匹配意义不大,而软骨-软骨的不匹配则将直接影响手术效果。有学者指出若软骨-软骨不匹配,软骨间的裂隙存在将使压力传导异常,从而引起移植物、修复组织以及周围软骨的改变,并最终导致远期失败。在本研究中,术后4周和12周仍可见移植物明显不匹配现象,这可能是获取移植物和植入手术中的技术问题、移植物底部骨质吸收和囊性变明显、关节承重等因素的综合作用。Trattnig等认为若出现移植物松弛或移位、骨软骨柱间隙明显增宽或软骨下骨坏死囊变,则为术后并发症。因此,移植物之间以及移植物与邻近正常骨软骨之间匹配是手术成功的关键。术后早期手术区出血、肉芽组织增生、关节液渗入以及术后受区内骨软骨碎片残留等综合因素使得修复组织表现为高低混杂信号。后期,修复组织逐渐发展为均一的纤维组织和(或)纤维软骨,其信号也逐渐降低呈低信号。有学者报道,AOT术后纤维软骨组织在T2WI上呈轻度不均质的高信号,这与我们的研究结果不同,这可能是修复组织成熟过程中不同时期的表现。由此可见,自体骨软骨移植术能够最大限度地以透明软骨修复软骨缺损,维持病变区关节软骨面的完整性,从而阻止或延缓关节软骨的进一步损伤,对一定面积软骨损伤的治疗效果较为满意。但是由于供区的限制,对于面积>4cm的软骨缺损修