膝關(guān)節(jié)軟骨病變磁共振生理成像的實(shí)驗(yàn)研究及臨床應(yīng)用.pdf

1、目的:
　　 1.關(guān)節(jié)腔內(nèi)注射木瓜蛋白酶溶液建立兔骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型,模擬骨性關(guān)節(jié)炎早、中、晚期的軟骨改變,并評(píng)價(jià)其病理基礎(chǔ)；
　　 2.對(duì)不同時(shí)期兔骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型進(jìn)行軟骨延遲增強(qiáng)磁共振成像,對(duì)軟骨的T1弛豫時(shí)間進(jìn)行測(cè)量和分析,探討軟骨延遲增強(qiáng)磁共振成像對(duì)骨性關(guān)節(jié)炎的應(yīng)用價(jià)值,分析軟骨的病理生理改變對(duì)T1弛豫時(shí)間的影響；
　　 3.對(duì)不同時(shí)期的兔骨性關(guān)節(jié)炎模型進(jìn)行T2-mapping成像,對(duì)軟骨的T2弛豫時(shí)間

2、進(jìn)行測(cè)量和分析,探討T2-mapping成像對(duì)骨性關(guān)節(jié)炎的應(yīng)用價(jià)值,分析軟骨的病理生理改變對(duì)T2弛豫時(shí)間的影響；
　　 4.對(duì)正常成人和骨性關(guān)節(jié)炎患者的膝關(guān)節(jié)進(jìn)行軟骨延遲增強(qiáng)磁共振成像和T2-mapping成像,并對(duì)軟骨的T1弛豫時(shí)間和T2弛豫時(shí)間進(jìn)行測(cè)量和分析,探討軟骨延遲增強(qiáng)磁共振成像和T2-mapping成像在骨性關(guān)節(jié)炎診斷方面的臨床應(yīng)用價(jià)值。
　　 材料和方法:
　　 一、兔骨性關(guān)節(jié)炎模型關(guān)節(jié)軟骨的磁共振

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

4、組掃描的同時(shí)對(duì)同期D組(空白組)進(jìn)行磁共振成像。采用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的Signa EXCITE HD(GE healthcare)3.0 T超導(dǎo)磁共振成像儀,接收線圈為機(jī)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(guò)耳緣靜脈注射雙倍劑量Gd-DTPA對(duì)比劑后即刻、注射后1.5小時(shí)、2.0小時(shí)、2.5小時(shí)和4.0小時(shí)分別行雙膝矢狀位FSE、GRE、T1-mapping及T2

5、-mapping成像檢查,分別測(cè)量關(guān)節(jié)軟骨的T1弛豫時(shí)間和T2弛豫時(shí)間。掃描完成后將動(dòng)物處死取雙膝關(guān)節(jié)軟骨做組織學(xué)HE染色和檢測(cè)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(yīng)解剖圖像疊加融合。將圖像處理完畢后在股骨內(nèi)、外側(cè)髁的前、中、后各取3個(gè)點(diǎn)及脛骨內(nèi)、外側(cè)

6、平臺(tái)的前、后各取2個(gè)點(diǎn)共10個(gè)感興趣區(qū),測(cè)定關(guān)節(jié)軟骨平掃和增強(qiáng)后各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的T1和T2馳豫時(shí)間并取平均值。
　　 4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析:
　　 使用SPSS13.0軟件包,采用重復(fù)測(cè)量的方差分析對(duì)A、B、C組各組處理組、對(duì)照組與空白組之間在不同時(shí)間點(diǎn)軟骨的T1、T2弛豫時(shí)間變化進(jìn)行分析；對(duì)各處理組組內(nèi)在不同時(shí)間點(diǎn)及不同時(shí)間點(diǎn)各處理組之間軟骨的T1、T2弛豫時(shí)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(jì)學(xué)意義。
　　 二、磁共振生理成像在人膝骨性關(guān)節(jié)炎的臨床應(yīng)用
　　 1.研究對(duì)象:
　　 包括38例骨性關(guān)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(wú)膝關(guān)節(jié)疼痛、外傷和其他病史。骨性關(guān)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(biāo)準(zhǔn)為有關(guān)節(jié)疼痛及功能障礙等癥狀的患者,MRI檢查前無(wú)關(guān)節(jié)鏡

8、檢查及膝關(guān)節(jié)手術(shù)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(guān)節(jié)檢查及膝關(guān)節(jié)手術(shù)。
　　 我們結(jié)合WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分及K-L放射學(xué)標(biāo)準(zhǔn)較膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎患者分為輕、中、重三組。
　　 2.關(guān)節(jié)軟骨的磁共振成像
　　 使用GE Signa EXCITE HD(GE healthcare)3.0 T超導(dǎo)磁共振成像儀,接收線圈為膝關(guān)節(jié)線圈,取仰臥位,足先進(jìn),膝關(guān)節(jié)輕度外旋10～15度

9、。在定位像基礎(chǔ)上進(jìn)行常規(guī)橫斷位、矢狀位及冠狀位掃描,掃描完成后進(jìn)行矢狀位的GRE、T1—mapping及T2-mapping掃描。掃描完成后通過(guò)肘靜脈注射Gd-DTPA2小時(shí)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(jìn)行重建得到偽彩圖。分別對(duì)內(nèi)側(cè)股骨髁、外側(cè)股骨髁、內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)及外側(cè)脛骨平臺(tái)的前、中、后各三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并取平均值。
　　 4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
　　 對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)利用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,采用單向方差分析比較不同部位各組問(wèn)的T1弛豫時(shí)間和T2弛豫時(shí)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(jì)學(xué)意義。
　　 結(jié)果:<

11、br>　　 1.病理結(jié)果顯示A組到C組處理組為關(guān)節(jié)軟骨退變的過(guò)程:空白組及對(duì)照組關(guān)節(jié)軟骨呈淡藍(lán)色,色澤明亮,軟骨表面無(wú)充血,組織學(xué)檢查軟骨表面無(wú)缺損及纖維化改變；處理組左側(cè)膝關(guān)節(jié)逐漸腫大,關(guān)節(jié)積液變混濁,關(guān)節(jié)軟骨色澤暗淡、表面充血,脛骨平臺(tái)出現(xiàn)大小不一的軟化灶,組織學(xué)檢查軟骨表面輕度纖維化,軟骨細(xì)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(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸加重。
　　 2.動(dòng)物模型軟骨T

12、1弛豫時(shí)間的測(cè)量:關(guān)節(jié)軟骨在平掃及注射對(duì)比劑后不同時(shí)間點(diǎn)T1弛豫時(shí)間的改變,各對(duì)照組與同期空白組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),各處理組與對(duì)照組間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)；各處理組在平掃及注射對(duì)比劑后不同時(shí)間點(diǎn)的T1弛豫時(shí)間之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),以注射對(duì)比劑后2.0小時(shí)T1弛豫時(shí)間最短；平掃時(shí)和注射對(duì)比劑后2.0小時(shí)A組空白組及各處理組間兩兩比較,僅平掃時(shí)A組處理組和空白組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),其余各兩

13、者間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。
　　 3.動(dòng)物模型軟骨T2弛豫時(shí)間的測(cè)量:關(guān)節(jié)軟骨在平掃及注射對(duì)比劑后不同時(shí)間點(diǎn)T2弛豫時(shí)間的改變,各對(duì)照組與同期空白組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),各處理組與對(duì)照組間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05);各處理組在平掃及注射對(duì)比劑后不同時(shí)間點(diǎn)的T2弛豫時(shí)間之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),A處理組以注射對(duì)比劑后1.5～2.5小時(shí)T2弛豫時(shí)間最短,B、C組處理組以注射對(duì)比劑后2.0小時(shí)T

14、2弛豫時(shí)間最短；平掃和注射對(duì)比劑后2.0小時(shí)空白組及各處理組間兩兩比較,平掃時(shí)A組與C組處理組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),注射對(duì)比劑后2.0小時(shí)B組處理組和空白組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),其余各兩者間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。
　　 4.正常膝關(guān)節(jié)及骨性關(guān)節(jié)炎軟骨T1弛豫時(shí)間的測(cè)量:平掃時(shí)不同部位軟骨的T1弛豫時(shí)間,在內(nèi)側(cè)股骨髁、外側(cè)股骨髁、內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)及外側(cè)脛骨平臺(tái)正常組與輕度病變組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.

15、05),各部位其余各組間差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；延遲增強(qiáng)掃描時(shí)不同部位各組間差異均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。
　　 5.正常膝關(guān)節(jié)及骨性關(guān)節(jié)炎軟骨T2弛豫時(shí)間的測(cè)量:平掃時(shí)不同部位軟骨的T2弛豫時(shí)間,在內(nèi)側(cè)股骨髁、外側(cè)股骨髁及外側(cè)脛骨平臺(tái)輕度與中度病變組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),各部位其余各組間差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。
　　 結(jié)論:
　　 1.通過(guò)在兔膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)重復(fù)注射木瓜

16、蛋白酶溶液能夠建立骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型,具有造模時(shí)間短、可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn),能夠較好的模擬人膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎發(fā)生發(fā)展過(guò)程中軟骨的病理生理改變；
　　 2.兔骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型退變軟骨的T1弛豫時(shí)間在經(jīng)靜脈注射對(duì)比劑后會(huì)發(fā)生改變,當(dāng)使用雙倍劑量對(duì)比劑時(shí),峰值出現(xiàn)在注射后2.0小時(shí)；平掃時(shí)軟骨的T1弛豫時(shí)間可以用來(lái)區(qū)分中、重度退變軟骨,注射對(duì)比劑后2.0小時(shí)軟骨的T1弛豫時(shí)間可以用來(lái)區(qū)分正常和不同退變程度的軟骨,但是標(biāo)準(zhǔn)尚需進(jìn)一步研究；

17、
　　 3.兔骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型退變軟骨的T2弛豫時(shí)間在注射對(duì)比劑后會(huì)發(fā)生變化,這種變化可以用來(lái)區(qū)分中、重度退變軟骨:平掃時(shí)的T2弛豫時(shí)間可以用來(lái)區(qū)分正常軟骨和退變軟骨,利用延遲增強(qiáng)成像的T2弛豫時(shí)間對(duì)區(qū)分退變軟骨的意義不大；
　　 4.人膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎退變軟骨在進(jìn)行延遲增強(qiáng)掃描時(shí)較平掃的T1弛豫時(shí)間會(huì)發(fā)生改變,可以用來(lái)檢測(cè)軟骨的退變;平掃時(shí)軟骨的T1弛豫時(shí)間可以用來(lái)區(qū)分中、重度退變軟骨,延遲增強(qiáng)成像時(shí)T1弛豫時(shí)間可以