骨关节炎影像学与MR进展

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-shingZeeM.D.EricWhiteM.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MRIMR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CT2D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DubleFD,etal.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-FSPGRPD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VerstraeteKL,etal.ClinRadiol2004,59LinkTM,etal.Radiology2003;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BernardJD,etal.Radiology,2002,225(1)MR软骨生理性成像（PhysiologicImaging）钠谱成像•离子密度图(FCD)•对PG含量减少敏感T2地图成像（T2Mapping）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TimothyCD,etal.Radiology,2004,232(2)GoldGE,etal.Radiographics.2003,23(5)VerstraeteKL,etal.ClinRadiol.2004,59(8)GuermaziA,etal.EurRadiol.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WheatonAJ,etal.Radiology2004;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-PDT2Wac42.115.717.365.472.169.177.444.3020406080100SET1FSET2STIRFS-PD*FS-PD**FS-SPGR*FS-SPGR**T2*WGRE序列SNR39.940.51.947.748.452.154.234.34.722.136.539.942.144.642.522.64.42.61.47.47.88.88.95.40102030405060SET1FSET2STIRFS-PD*FS-PD**FS-SPGR*FS-SPGR**T2*WGRE序列CNR软骨/骨髓软骨/滑液软骨/肌肉SNRt＝4.245,P＝0.017软骨/骨髓CNRt＝44.34，P＝0.013软骨/滑液CNRt＝12.44，P＝0.023软骨/肌肉CNRt＝56.42，P＝0.011结果各项参数比较居前的MR序列参数123软骨/骨髓CNRFS-SPGRFS-PDFSET2软骨/滑液CNRFS-SPGRFS-PDSTIR软骨/肌肉CNRFS-SPGRFS-PDT2*WGRESNRFS-SPGRFS-PDT2*WGRE1234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SET1FSET2STIRFS-PDFS-SPGRT2*GRE均值（mm）3.994.633.333.153.923.583.39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）1.8±0.41.2±0.31.1±0.20.1层2厚度（mm）1.7±0.31.1±0.30.4±0.10.8±0.2层3厚度（mm）1.3±0.40.3±0.12.5±0.3层4厚度（mm）0.3±0.20.4±0.1层5厚度（mm）1.4±0.1P0.0110.0130.0001--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0.5inchIIIB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10×10mm2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，r＝0.672）020406080IIIIIIV蛋白多糖表达等级软骨SIT2WFS－SPGRFS-PDMR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，r＝－0.825）其他序列软骨SI与II型胶原和蛋白多糖表达无相关性020406080IIIIIIIVII型胶原等级软骨SIT2WFS－SPGRFS-PD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（F＝2968.790，P0.001)3.22.72.52.82.62.21.62.72.32.01.83.33.23.03.03.53.33.13.23.11.52.02.53.03.54.020-25-30-35-年龄组（岁）软骨厚度（mm）胫骨外侧平台胫骨内侧平台股骨内侧髁股骨外侧髁髌软骨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（t＝0.4235,P＝0.672）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（t＝0.798,P＝0.425）•仅股骨外髁软骨厚度与BMI相关（r＝－0.162，P＝0.022）•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（Pearsonχ2＝8.770，P＝0.068）•MR表现软骨局部异常信号（70.73%），小凹状缺损（26.83%）•深度NoyesI级94（76.42%），IIA级29(23.58%)•各年龄组差异软骨缺