关节软骨在关节的形态、功能中的作用重大，膝关节软骨损伤相当普遍，有外国学者统计，在做关节镜检查的膝关节患者中，有60％以上存在关节软骨损伤^[1]。近年来，随着分子生物学和药理学的发展，使早期治疗软骨病变成为可能。因此，临床对早期、无创性评价关节软骨损伤的要求尤为迫切。目前MRI被公认为是评价关节软骨的首选影像学检查方法。MR T2 mapping成像是近年来国内外研究关节软骨生理成像技术最常用的技术，它通过测量MR T2弛豫时间来定量分析关节软骨内组织成分的变化^[2,3]。笔者旨在应用此新技术来探讨其在膝关节软骨损伤中的应用价值。

1　材料与方法

1.1　临床资料

       搜集我院2010年6月至2011年11月期间经临床诊断膝关节骨关节炎、类风湿性关节炎、创伤患者100例纳入研究组（A组），其中男62例，女38例，年龄26~72岁，平均60.8岁。健康对照组（B组）100例，其中男39例，女61例，年龄22~58岁，平均52.6岁，纳入标准为膝关节无任何症状，既往无外伤史。B组受检者均认真阅读知情同意书并签字。所有检查者行MRI检查前3 h内均无剧烈运动。由2名MRI专家对关节软骨病损进行WORMS评分^[4]。

1.2　MRI检查方法

       MR检查设备为GE Signa 3.0 T HDxt MR成像系统。扫描序列包括FSE序列矢状面脂肪抑制质子密度像、FSE序列矢状面T1WI、FSE序列冠状面脂肪抑制质子密度像、FSE序列冠状面TIWI、矢状面3D T1WI FSPGR、矢状面3D T2WI Cube、矢状面T2 mapping，主要扫描参数见表1。

点击查看表格

表1  膝关节软骨MRI主要扫描参数
Tab. 1  Key scan parameters of knee articular cartilage

1.3　膝关节关节软骨分区

       股骨关节软骨分为内侧区和外侧区，分别对应股骨内侧髁和外侧髁。胫骨平台软骨也分为内侧区和外侧区，分别对应胫骨内侧平台和外侧平台。每侧又分为前区、中区和后区，均以半月板为界。髌股关节又分为髌骨软骨面区和股骨软骨面区。因此，把膝关节软骨一共分为11个亚区，分别是股骨内侧中区、内侧后区、外侧中区和外侧后区，胫骨内侧前区、内侧中区、内侧后区、外侧前区、外侧中区和外侧后区、髌骨软骨面区。

1.4　图像处理与统计分析

       利用GE ADW4.4工作站的Functool软件生成T2 mapping伪彩图，选择合适的ROI于上述软骨各区分别测量A组和B组T2值，每区连续测量3次并取其平均值。采用Excel 2003和SPSS 15.0软件进行数据录入及统计学分析，测量结果用±s表示，分析A组与B组间各观察值的差别，采用t检验进行比较，P<0.05为差异有统计学意义。用Pearson简单相关系数检验评价A组T2值与WORMS评分的相关性。

2　结果

       B组及A组关节软骨T2 mapping平均T2值见表2。B组膝关节软骨T2值平均为（31.70 ±8.33） ms；A组关节软骨T2值平均为（44.39±15.28） ms；A组关节软骨T2值较B组明显升高，差异有统计学意义(P<0. 05)。A组T2值与WORMS评分具有的相关性(r=0.405~0.847，P<0. 01)（图1, 图2）。

点击查看大图

图1  A~B分别为正常膝关节股骨面（A）和髌骨面（B）关节软骨T2-mapping彩图，其连续性完整且T2值在正常范围内
图2  A~D膝关节病损关节软骨T2 mapping彩图。A、B示股骨中区软骨色阶有差异，为灶性信号增高。C示髌软骨的测量区域。D为股骨面软骨色阶差异明显，局部T2值明显升高，伴软骨下骨质内信号异常
Fig.1  Normal T2-mapping coloured map of articular cartilage at femur (A)and patella(B) respectively. The articular cartilage is complete and continuous, and T2 value is within normal range.
Fig.2  T2-mapping coloured map of damaged knee cartilage from A, D. A and B show slightly colour scale inhomogenous at central femur cartilage region with focal signal increase. C shows measured region of patella cartilage region. D indicates severe colour scale difference of femur cartilage with obvious signal increase and subchondral bone edema.

点击查看表格

表2  健康对照组（B组）及病变组（A组）关节软骨T2 mapping平均T2值
Tab. 2  The everage T2 relaxation time for healthy subjects (group B)and knee cartilage damaged group(group A)

3　讨论

3.1　成像原理

       T2 mapping成像是国外应用较为广泛的软骨MR生理性成像技术，采用多层面多回波自旋回波序列，通过工作站后处理形成伪彩图，通过ROI测量得出组织的T2值，从而达到量化评价组织结构的目的^[5]。T2 mapping成像是指获得T2弛豫时间图的技术过程；一般分为两个基本步骤，首先采用多层面多回波SE序列，用同一的TR时间和多个不同的TE时间进行扫描，获得系列T2WI。然后，用公式S(t)=so exp（-7t/T2）计算T2WI中每个体素(voxel)的T2值，经过对像素和体素的计算，重构成可以进行量化分析的彩色阶或灰阶T2弛豫时间图像^[6]。其中的T2值可以通过描述组织横向磁化衰减来反映组织的特异性，并通过测量不同回波时间的MR信号强度并由方程^[7]计算得出值。

       T2 mapping成像中的T2值是无创性探测软骨退变的量化指标之一，因为它对组织中水化作用和分子改变较为敏感。在软骨大体形态变化前其内部大分子的改变都会造成其水含量的相应变化。而T2 mapping技术对组织含水及生化结构非常敏感，软骨胶原-蛋白多糖中结合水质子促进了T2值的衰减，使软骨在T2加权（长TE）上信号减低，而周围滑液中的自由水质子呈高信号。当软骨中的胶原和蛋白聚糖减少时，T2加权上的信号也自然随之增加，同时软骨的水肿也扩大了这一效应。所以，软骨的基质改变和水肿变化都能在T2 mapping上反映出来。因而T2弛豫时间图可以探测关节软骨形态没有发生明显变化之前OA早期软骨内基质大分子的变化^[8,9]。

3.2　膝关节关节软骨正常结构

       膝关节关节软骨为透明软骨，是一种特殊的结缔组织，含Ⅱ型胶原纤维，组织学分为4层，最表面的表层、中间的移行层、再下面的放射层和最深层的钙化层^[10]。表层主要由致密的平行于软骨表面的胶原纤维组成，对液体流动有较低的通透性；移行层位于表层和深层之间，胶原纤维呈随机或倾斜状排列，富含蛋白多糖；放射层胶原纤维粗大成束，与软骨下骨面垂直。含少量蛋白多糖；钙化层与软骨下层之间有一波浪状潮状线，为致密的平行于软骨表面的胶原纤维组成。关节软骨的MRI信号特征可以反映组织结构和生物化学特征，并且受不同扫描序列和参数的影响。在FS FSE T2WI序列上膝关节负重面软骨呈3层结构，其信号特征确实反映了其组织结构特征，两者之间存在关系^[11]，许多学者对正常关节软骨的MR信号表现进行了组织学对照研究，并对其多层的MRI表现进行了分析，目前对于关节软骨在MRI上分层现象的原因存在多种解释，观察到的现象也不完全统一。

3.3　关节软骨损伤的病理学基础

       关节软骨损伤早期表现为其表层出现局灶性改变，软骨基质浅层碎裂，如关节表面纤毛样撕裂。裂隙逐渐进展，在关节面表层称为剥落，累及软骨放射层时称为软骨纤维化^[12,13,14]。在致病因素综合作用下，裂缝累及软骨全层并出现软骨基质代谢变化，最主要的表现是蛋白多糖的浓度降低。关节软骨最后完全磨损，软骨下骨裸露受累^[15,16,17]。软骨下骨最早出现的病理变化是骨质微损伤和骨髓水肿，进一步发展造成软骨下骨质增生，软骨变薄剥脱，直至出现关节面密质骨裸露，即骨质象牙化。脱落的软骨和骨髓片在关节腔内形成游离体。关节内压力升高导致局部组织坏死和结构疏松，软骨下骨内形成假性囊肿。关节边缘骨增生形成骨赘。软骨慢性损伤后软骨下骨变化会持续10~20年，甚至更长，但一般情况下有症状的患者软骨下骨异常均较为明显^[18]。

3.4　MR T2 mapping的临床应用价值

       虽然传统的软骨MRI能够较好显示关节软骨的形态，但是难以明确形态变化前后的病理生理改变，包括其中的成分、基质改变等，其信号改变也缺乏特异性，此外对于形态发生变化前的早期改变也难以观察，因而对于软骨损伤的诊断准确性有待进一步提高。如前所述，T2 mapping中的T2值反映了关节软骨中的水含量，在软骨大体形态变化前其内部大分子的改变都会造成其水含量的相应变化。T2 mapping技术对组织含水及生化结构非常敏感，软骨胶原-蛋白多糖中结合水质子促进了T2值的衰减，使软骨在T2加权（长TE）上信号减低，而周围滑液中的自由水质子呈高信号。当软骨中的胶原和蛋白聚糖减少时，T2WI上的信号也自然随之增加，同时软骨的水肿也扩大了这一效应。所以，在软骨形态发生改变之前，其基质改变和水肿变化都可在T2 mapping上反映出来^[19,20]。

       本研究中，利用MR T2 mapping技术对B组与A组的T2值进行对比研究，统计数据显示两组间的平均T2值差异有统计学意义，A组的平均T2值明显高于B组，并且A组T2值与WORMS评分具有较强的相关性(r=0.405~0.847，P<0.01)，表明MR T2 mapping技术对T2值的测定可以早期、敏感地反映软骨水含量和生化成分的改变，结合合适的软骨评分标准，对关节软骨病损进行定量观察和评价，有效指导临床的诊断和治疗。

       本研究的局限性在于缺乏组织病理的证实。同时，T2 mapping成像技术仍存在一些问题，如T2值易受背景均一性、磁化率改变、魔角效应、化学位移及部分容积效应等的影响^[21]。相信随着技术的发展，这些都将得以克服。