膝關節(jié)軟骨病變磁共振生理成像的實驗研究及臨床應用.pdf

1、目的:
　　 1.關節(jié)腔內注射木瓜蛋白酶溶液建立兔骨性關節(jié)炎動物模型,模擬骨性關節(jié)炎早、中、晚期的軟骨改變,并評價其病理基礎；
　　 2.對不同時期兔骨性關節(jié)炎動物模型進行軟骨延遲增強磁共振成像,對軟骨的T1弛豫時間進行測量和分析,探討軟骨延遲增強磁共振成像對骨性關節(jié)炎的應用價值,分析軟骨的病理生理改變對T1弛豫時間的影響；
　　 3.對不同時期的兔骨性關節(jié)炎模型進行T2-mapping成像,對軟骨的T2弛豫時間

2、進行測量和分析,探討T2-mapping成像對骨性關節(jié)炎的應用價值,分析軟骨的病理生理改變對T2弛豫時間的影響；
　　 4.對正常成人和骨性關節(jié)炎患者的膝關節(jié)進行軟骨延遲增強磁共振成像和T2-mapping成像,并對軟骨的T1弛豫時間和T2弛豫時間進行測量和分析,探討軟骨延遲增強磁共振成像和T2-mapping成像在骨性關節(jié)炎診斷方面的臨床應用價值。
　　 材料和方法:
　　 一、兔骨性關節(jié)炎模型關節(jié)軟骨的磁共振

3、生理成像研究
　　 1.動物模型的建立:
　　 選用成年新西蘭大白兔24只,隨機分為A、B、C、D四組:A、B、C三組按不同劑量在左膝關節(jié)內注入0.3 ml(2％)木瓜蛋白酶溶液,建立早、中、晚期關節(jié)軟骨退變動物模型,右膝關節(jié)和D組分別作為對照組和空白組。
　　 2.MRI檢查的時間和成像方法:
　　 A組在第一次注藥后24小時內、B組在第三次注藥后24小時內、C組在第三次注藥后一個月進行掃描,A、B、C

4、組掃描的同時對同期D組(空白組)進行磁共振成像。采用美國GE公司生產(chǎn)的Signa EXCITE HD(GE healthcare)3.0 T超導磁共振成像儀,接收線圈為機器自帶的頭頸聯(lián)合線圈。先行雙膝矢狀位FSE、GRE、T1-mapping及T2-mapping成像檢查,然后通過耳緣靜脈注射雙倍劑量Gd-DTPA對比劑后即刻、注射后1.5小時、2.0小時、2.5小時和4.0小時分別行雙膝矢狀位FSE、GRE、T1-mapping及T2

5、-mapping成像檢查,分別測量關節(jié)軟骨的T1弛豫時間和T2弛豫時間。掃描完成后將動物處死取雙膝關節(jié)軟骨做組織學HE染色和檢測蛋白多糖含量的阿爾新蘭染色。
　　 3.圖像后處理:
　　 將T1-mapping和T2-mapping圖像傳送至ADW4.3工作站,經(jīng)T1 map和T2map軟件(GE公司)處理后產(chǎn)生彩色T1和T2圖并與相應解剖圖像疊加融合。將圖像處理完畢后在股骨內、外側髁的前、中、后各取3個點及脛骨內、外側

6、平臺的前、后各取2個點共10個感興趣區(qū),測定關節(jié)軟骨平掃和增強后各個時間點的T1和T2馳豫時間并取平均值。
　　 4.統(tǒng)計學分析:
　　 使用SPSS13.0軟件包,采用重復測量的方差分析對A、B、C組各組處理組、對照組與空白組之間在不同時間點軟骨的T1、T2弛豫時間變化進行分析；對各處理組組內在不同時間點及不同時間點各處理組之間軟骨的T1、T2弛豫時間比較采用單向方差分析；兩兩比較采用LSD法,方差不齊采用Tamhan

7、e's T2法,取P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
　　 二、磁共振生理成像在人膝骨性關節(jié)炎的臨床應用
　　 1.研究對象:
　　 包括38例骨性關節(jié)炎患者和10例健康志愿者。正常組10例:男女各5例,年齡23～28歲,平均年齡25.2歲,無膝關節(jié)疼痛、外傷和其他病史。骨性關節(jié)炎組38例:其中男17例,女21例,年齡21～64歲,平均年齡46.1歲;納入標準為有關節(jié)疼痛及功能障礙等癥狀的患者,MRI檢查前無關節(jié)鏡

8、檢查及膝關節(jié)手術的病史；如有外傷史,X線需排除明顯膝部骨折癥狀;其中23例MR檢查后行膝關節(jié)檢查及膝關節(jié)手術。
　　 我們結合WOMAC骨關節(jié)炎指數(shù)評分及K-L放射學標準較膝關節(jié)骨性關節(jié)炎患者分為輕、中、重三組。
　　 2.關節(jié)軟骨的磁共振成像
　　 使用GE Signa EXCITE HD(GE healthcare)3.0 T超導磁共振成像儀,接收線圈為膝關節(jié)線圈,取仰臥位,足先進,膝關節(jié)輕度外旋10～15度

9、。在定位像基礎上進行常規(guī)橫斷位、矢狀位及冠狀位掃描,掃描完成后進行矢狀位的GRE、T1—mapping及T2-mapping掃描。掃描完成后通過肘靜脈注射Gd-DTPA2小時后再次行矢狀位的PD、T1WI、GRE及T1-mapping掃描。
　　 3.圖像后處理
　　 將T1-mapping及T2-mapping圖像信息傳至AW4.3工作站。在AW4.3工作站利用T1 map和T2 map軟件將T1-mapping和T2

10、-mapping圖像進行重建得到偽彩圖。分別對內側股骨髁、外側股骨髁、內側脛骨平臺及外側脛骨平臺的前、中、后各三個點進行測量并取平均值。
　　 4.統(tǒng)計學分析
　　 對測得的數(shù)據(jù)利用SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學處理,采用單向方差分析比較不同部位各組問的T1弛豫時間和T2弛豫時間的差異；相同部位組間兩兩比較采用LSD法,方差不齊采用Tamhane's T2法,取P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
　　 結果:<

11、br>　　 1.病理結果顯示A組到C組處理組為關節(jié)軟骨退變的過程:空白組及對照組關節(jié)軟骨呈淡藍色,色澤明亮,軟骨表面無充血,組織學檢查軟骨表面無缺損及纖維化改變；處理組左側膝關節(jié)逐漸腫大,關節(jié)積液變混濁,關節(jié)軟骨色澤暗淡、表面充血,脛骨平臺出現(xiàn)大小不一的軟化灶,組織學檢查軟骨表面輕度纖維化,軟骨細胞減少、排列紊亂,阿爾新蘭染色顯示蛋白多糖含量較正常組和空白組減少,這些現(xiàn)象隨著造模時間的增長而逐漸加重。
　　 2.動物模型軟骨T

12、1弛豫時間的測量:關節(jié)軟骨在平掃及注射對比劑后不同時間點T1弛豫時間的改變,各對照組與同期空白組間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),各處理組與對照組間存在統(tǒng)計學差異(P<0.05)；各處理組在平掃及注射對比劑后不同時間點的T1弛豫時間之間存在統(tǒng)計學差異(P<0.05),以注射對比劑后2.0小時T1弛豫時間最短；平掃時和注射對比劑后2.0小時A組空白組及各處理組間兩兩比較,僅平掃時A組處理組和空白組間無統(tǒng)計學差異(P>0.05),其余各兩

13、者間均有統(tǒng)計學差異(P<0.05)。
　　 3.動物模型軟骨T2弛豫時間的測量:關節(jié)軟骨在平掃及注射對比劑后不同時間點T2弛豫時間的改變,各對照組與同期空白組之間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),各處理組與對照組間存在統(tǒng)計學差異(P<0.05);各處理組在平掃及注射對比劑后不同時間點的T2弛豫時間之間存在統(tǒng)計學差異(P<0.05),A處理組以注射對比劑后1.5～2.5小時T2弛豫時間最短,B、C組處理組以注射對比劑后2.0小時T

14、2弛豫時間最短；平掃和注射對比劑后2.0小時空白組及各處理組間兩兩比較,平掃時A組與C組處理組間無統(tǒng)計學意義(P>0.05),注射對比劑后2.0小時B組處理組和空白組間無統(tǒng)計學差異(P>0.05),其余各兩者間均有統(tǒng)計學差異(P<0.05)。
　　 4.正常膝關節(jié)及骨性關節(jié)炎軟骨T1弛豫時間的測量:平掃時不同部位軟骨的T1弛豫時間,在內側股骨髁、外側股骨髁、內側脛骨平臺及外側脛骨平臺正常組與輕度病變組間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.

15、05),各部位其余各組間差異存在統(tǒng)計學意義(P<0.05)；延遲增強掃描時不同部位各組間差異均存在統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
　　 5.正常膝關節(jié)及骨性關節(jié)炎軟骨T2弛豫時間的測量:平掃時不同部位軟骨的T2弛豫時間,在內側股骨髁、外側股骨髁及外側脛骨平臺輕度與中度病變組間差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),各部位其余各組間差異存在統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
　　 結論:
　　 1.通過在兔膝關節(jié)腔內重復注射木瓜

16、蛋白酶溶液能夠建立骨性關節(jié)炎動物模型,具有造模時間短、可重復性高等優(yōu)點,能夠較好的模擬人膝關節(jié)骨性關節(jié)炎發(fā)生發(fā)展過程中軟骨的病理生理改變；
　　 2.兔骨性關節(jié)炎動物模型退變軟骨的T1弛豫時間在經(jīng)靜脈注射對比劑后會發(fā)生改變,當使用雙倍劑量對比劑時,峰值出現(xiàn)在注射后2.0小時；平掃時軟骨的T1弛豫時間可以用來區(qū)分中、重度退變軟骨,注射對比劑后2.0小時軟骨的T1弛豫時間可以用來區(qū)分正常和不同退變程度的軟骨,但是標準尚需進一步研究；

17、
　　 3.兔骨性關節(jié)炎動物模型退變軟骨的T2弛豫時間在注射對比劑后會發(fā)生變化,這種變化可以用來區(qū)分中、重度退變軟骨:平掃時的T2弛豫時間可以用來區(qū)分正常軟骨和退變軟骨,利用延遲增強成像的T2弛豫時間對區(qū)分退變軟骨的意義不大；
　　 4.人膝關節(jié)骨性關節(jié)炎退變軟骨在進行延遲增強掃描時較平掃的T1弛豫時間會發(fā)生改變,可以用來檢測軟骨的退變;平掃時軟骨的T1弛豫時間可以用來區(qū)分中、重度退變軟骨,延遲增強成像時T1弛豫時間可以