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磁共振 3D-FS-DESS 序列联合 T2-mapping 及 T1ρ技术对关节软骨病损的临床应用

来源:全景医学影像 2020-05-18 16:26:51

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开展背景:

退行性骨关节病亦称骨性关节炎,是一种以关节软骨退行性变为核心,累及骨质并包括滑膜、关节囊及关节其他结构的全方位、多层次的慢性炎症。近 20 年我国关节疾病的发病人数不断攀升,骨关节炎是其中最常见的一种关节疾病。

资料显示,我国的骨关节炎患者超过人口总数的 10%,多达 1 亿以上,60 岁以上老人中,有一半以上饱受骨关节炎的困扰。同时由于年轻人运动不当和外伤导致的骨关节炎也越来越常见,骨关节炎已经出现了低龄化的趋势。

软骨是滑膜关节重要的结构和功能单位,对维持关节运动功能具有非常重要的意义。关节软骨属于透明软骨,主要由细胞外基质和软骨细胞组成,其内不含血管、淋巴和神经组织。水约占关节软骨重量的 80%,关节面负重时水从软骨基质被挤压出,润滑关节面,减少关节活动时的磨擦。

影像检查上,X 线平片、CT 均不能显示关节软骨。关节镜为创伤性检查,只能观察到关节面状况,无法观察到软骨下骨质改变,存在一定的盲区。MRl 分辨力高,可多参数、多平面成像,尤其是各种序列的联合应用,能够清楚显示关节软骨、软骨下骨质及相关韧带、半月板、关节囊等,是显示关节结构及关节损伤较好的影像学检查方法。

关节软骨损害其中软骨裂伤最常见,病理表现为软骨表浅的缺损,损伤时间较长时,可见局部软骨纤维化或瘢痕软骨修复,关节软骨损伤 MRI 诊断准确性可达 97.0%。MRI 对退行性膝关节炎造成的关节软骨的损伤进行分级评价,一致性好,能全面地反映膝关节其他结构的改变和损伤。对于临床判断关节病变的严重程度和选择适当的治疗方法具有指导意义。

相对关节镜的有创检查方式,MRI 是诊断关节软骨病损的较好的无创技术,并且随着 MRI 新成像技术的快速发展,早期诊断、预防及治疗软骨病变成为可能。由于 GRE 序列中短 TR 的应用,使 3D 扫描可以在合理的时间完成,因 3D 扫描具有相对高的图像信噪比、任意方位重建能力及无间隔的连续薄层图像,使其在膝关节软骨病变诊断中占据很大优势。

3D-FS-DESS 序列是公认观察关节软骨形态的优质 3D 序列,可极好地显示解剖细节,清晰观察到大部分区域关节软骨表现为高一低一高的三层结构。

蛋白多糖主要由氨基葡聚糖构成,它与胶原纤维(特别是Ⅱ型)形成混合物以维持稳定的环境。水含量从表层逐渐减少,蛋白多糖含量正好相反,呈逐渐增加趋势,即放射层软骨细胞数量比表层及过渡层高。T1ρ 成像对蛋白多糖含量的变化具有非常高的敏感性和特异性。

蛋白多糖含量下降与 T1ρ 值延长之间存在较强的相关性,故正常深层软骨的 T1ρ值低于浅层软骨。临床可利用 T1ρ成像用于标记软骨蛋白多糖分布,作为一种了解软骨生化结构的有效方法。既往研究已证实软骨浅层、深层之间的 T2 值是有差异的。在胶原纤维排列高度有序的区域,如软骨深部的放射层,T2 mapping  驰豫时间就短;而胶原纤维排列较松散的区域,如软骨的浅表层,就具有长 T2 值和较低的双折射现象。

同时 OA 患者膝关节软骨的 T2 值较正常人膝关节软骨的 T2 值高,主要是 OA  患者关节软骨中胶原破坏和胶原纤维排列改变,软骨中水分增加所致。这也正提示在 OA  早期关节软骨形态学尚未发生改变前,即可通过 T2 mapping  诊断软骨的早期退变。假设 T1ρ、T2 mapping  这两参数能互补性诊断软骨内大分子的变化。为了研究这两参数空间分布关系,引入了 Z-score  概念。

随着软骨退变不断进展,出现关节软骨中水份的增加、软骨内蛋白多糖的大量丢失以及胶原纤维方向和各向异性改变,OA  患者的 T1ρ、T2 mapping 平均 Z  值明显高于正常组。在软骨的早期退变阶段,T1ρ主要对软骨内蛋白多糖的丢失敏感,而 T2mapping  则是对软骨胶原成分丢失和胶原纤维方向改变敏感,所以早期软骨退变时,T1ρ、T2 mapping 两者间相关性降低,而当软骨退变发展到一定阶段,T1ρ、T2 mapping  值均与蛋白多糖的丢失、软骨的重建以及水分子的流动性增加相关,致使 T1ρ、T2 mapping  之间的相关性升高。

总之,MRI T1ρ成像和 T2 mapping  序列技术都可用于评价关节软骨生物组织构成,对膝关节软骨退变早期的诊断具有临床指导价值。T1ρ 与 T2  值间具有一定的相关性,当 OA  患者的 T2  值升高的同时,T1ρ 值也相应升高,但两者反映的是软骨内不同生化成分的改变。

临床应用:

磁共振 3D-FS-DESS 序列能准确评价关节软骨的解剖细节,包括关节软骨的厚度、是否存在裂隙及缺损区,以及缺损的程度和范围,并可进行分级诊断;而 T1ρ和 T2-mapping 技术均是反映早期关节软骨退变的生理序列,两者反映的是软骨内不同生化成分变化,T1ρ 主要对软骨内蛋白多糖的丢失敏感,而 T2mapping  则是对软骨胶原成分丢失和胶原纤维方向改变敏感。

所以,在早期软骨退变软骨出现缺损前,应用 T1ρ和 T2mapping 技术监测软骨内不同生化成分的变化,预防退变进一步发展;在软骨出现缺损后,应用 3D-FS-DESS 序列精确评估软骨缺损的分级程度,有效选择治疗方案;此外还可对软骨缺损修补术后软骨的修复和瘢痕情况进行动态监测,指导治疗和预后。以上技术可以全方位监测和评估关节软骨退变和治疗的全过程,指导早期预防和临床干预。

实例说明:

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