張懿娜，何 彬，張 禹，徐茂林，張 茜，朱友志

(1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科，安徽 合肥 230031；2.中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第901醫(yī)院影像科，3.軍人門診部，安徽 合肥 230031)

膝關(guān)節(jié)是人體重要承重結(jié)構(gòu)，其軟骨損傷后，內(nèi)部成分與生化結(jié)構(gòu)多在常規(guī)檢查顯示異常前已發(fā)生變化[1]。軟骨定量MRI空間分辨率高，可多參數(shù)成像，能于形態(tài)變化前檢出軟骨損傷[2]。既往研究[3-4]采用T2值定量分析關(guān)節(jié)軟骨超微成分變化，而對運動后關(guān)節(jié)軟骨T2*值變化的相關(guān)研究較少，且多以運動員為觀察對象[5-6]。本研究觀察T2*mapping評估新兵奔襲集訓(xùn)后脛股關(guān)節(jié)軟骨早期變化的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集22名新入伍男兵，年齡17～20歲，中位年齡18歲，體質(zhì)量指數(shù)18.0～24.1 kg/m2，無膝關(guān)節(jié)外傷及手術(shù)史，無MRI禁忌證；入伍前未經(jīng)劇烈運動，入伍后于海拔200～500米丘陵地區(qū)接受1周奔襲集訓(xùn)；脛股關(guān)節(jié)軟骨國際修復(fù)委員會(International Cartilage Repair Society, ICRS)分級為0級(軟骨面光滑，軟骨下骨無異常信號)[7]。本研究經(jīng)院倫理委員會批準(zhǔn)，受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Verio 3.0T MR掃描儀，膝關(guān)節(jié)鳥籠式專用線圈，于集訓(xùn)前后行右膝MR檢查。囑受試者檢查前至少休息2.0～2.5 h，掃描過程盡量保持膝關(guān)節(jié)伸直狀態(tài)。采用多回波梯度回波序列采集矢狀位T2*mapping，TR 30 ms，TE 3.26/8.61/13.96/19.31/24.66 ms，層厚3.5 mm，層間距0.35 mm，視野160 mm×160 mm，矩陣320×320，采集次數(shù)1，掃描時間2 min 26 s。

將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入Siemens工作站，由2名具有8年骨骼影像學(xué)診斷經(jīng)驗的主治醫(yī)師于矢狀位T2*mapping原始圖及偽彩圖上共同完成數(shù)據(jù)測量及記錄。根據(jù)股骨內(nèi)外側(cè)髁是否被半月板遮蓋，將脛股關(guān)節(jié)軟骨分為股骨內(nèi)側(cè)髁(medial femoral condyle, MFC)承重區(qū)、MFC非承重區(qū)、股骨外側(cè)髁(lateral femoral condyle, LFC)承重區(qū)、LFC非承重區(qū)、脛骨內(nèi)側(cè)平臺(medial tibial platform, MTP)及脛骨外側(cè)平臺(lateral tibial platform, LTP)共6個區(qū)域，并以軟骨縱向厚度中點為界將其分為深層和淺層[5]；選取正中層面及其前后各1層圖像手動勾畫各區(qū)域ROI(圖1)，盡量放大圖像，避開背景噪聲、關(guān)節(jié)滑液及軟骨下骨，分別盡量靠近軟骨表層及骨皮質(zhì)測量淺層及深層T2*值，取其均值為最終結(jié)果。集訓(xùn)前后脛股關(guān)節(jié)各區(qū)域軟骨T2*值變化百分率=(集訓(xùn)后T2*值-集訓(xùn)前T2*值)/集訓(xùn)前T2*值×100%。

圖1 矢狀位T2* mapping原始圖(A)及偽彩圖(B)上勾畫脛股關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域ROI示意圖 (1.LFC承重區(qū)淺層；2.LFC承重區(qū)深層；3.LFC非承重區(qū)淺層；4.LFC非承重區(qū)深層；5.LTP淺層；6.LTP深層)

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示。采用配對樣本t檢驗分別比較集訓(xùn)前脛股關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域深淺層T2*值、集訓(xùn)前后各區(qū)域T2*值差異，以單因素方差分析比較集訓(xùn)前后脛股關(guān)節(jié)各區(qū)域軟骨T2*值變化百分率差異，以LSD檢驗行兩兩比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

共納入22名新兵。集訓(xùn)前脛股關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域淺層T2*值明顯高于深層(P均<0.01，表1)，集訓(xùn)后MFC承重區(qū)軟骨淺層、LFC承重區(qū)淺層及深層、LTP淺層、MTP淺層及深層軟骨T2*值明顯高于集訓(xùn)前(P均<0.05)，余各軟骨區(qū)域T2*值集訓(xùn)前后差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表2、圖2。集訓(xùn)前后LFC承重區(qū)淺層、LFC承重區(qū)深層、LFC非承重區(qū)淺層、LFC非承重區(qū)深層、LTP淺層、LTP深層、MFC承重區(qū)淺層、MFC承重區(qū)深層、MFC非承重區(qū)淺層、MFC非承重區(qū)深層、MTP淺層及MTP深層軟骨T2*值變化百分率分別為(21.78±29.31)%、(16.79±28.09)%、(-2.89±23.98)%、(2.78±18.37)%、(13.63±33.02)%、(9.22±20.67)%、(12.19±14.64)%、(4.50±17.90)%、(-2.20±31.34)%、(-1.76±23.05)%、(27.04±21.57)%及(23.47±23.93)%，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(F=3.66，P<0.05)，兩兩比較結(jié)果見表3。

圖2 18歲男性新兵，集訓(xùn)前后矢狀位右側(cè)脛股關(guān)節(jié)軟骨T2* mapping偽彩圖 A、B為集訓(xùn)前軟骨不同層面圖像，脛股關(guān)節(jié)軟骨呈較均勻藍色； C、D為集訓(xùn)后軟骨不同層面圖像，軟骨內(nèi)見散在斑點狀及線狀綠色像素區(qū)(箭)，提示T2*值升高

表1 集訓(xùn)前右膝脛股關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域深淺層T2*值比較(ms，±s)

表1 集訓(xùn)前右膝脛股關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域深淺層T2*值比較(ms，±s)

位置LFC非承重區(qū)LFC承重區(qū)MFC非承重區(qū)MFC承重區(qū)LTPMTP淺層23.82±1.4022.47±3.1524.02±4.8925.31±3.8522.79±4.8020.25±2.74深層20.64±1.4919.73±2.4820.88±2.6420.90±2.6819.31±2.4817.79±2.18t值7.21-6.473.884.345.325.39P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表2 集訓(xùn)前后右膝脛股關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域T2*值比較(ms，±s)

表2 集訓(xùn)前后右膝脛股關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域T2*值比較(ms，±s)

時間點LFC非承重區(qū)淺層LFC非承重區(qū)深層LFC承重區(qū)淺層LFC承重區(qū)深層MFC非承重區(qū)淺層MFC非承重區(qū)深層集訓(xùn)前23.82±1.4020.64±1.4922.47±3.1519.73±2.4824.02±4.8920.88±2.64集訓(xùn)后23.00±5.5321.10±3.4126.76±4.7522.54±3.9322.63±5.8020.24±4.17t值0.61-0.55-3.13-2.380.810.59P值0.550.590.010.030.430.56時間點MFC承重區(qū)淺層MFC承重區(qū)深層LTP淺層LTP深層MTP淺層MTP深層集訓(xùn)前25.31±3.8520.90±2.6822.79±4.8019.31±2.4820.25±2.7417.79±2.18集訓(xùn)后28.13±3.9721.66±3.6124.81±4.8620.80±3.3525.66±4.8521.75±4.07t值-3.86-0.94-2.41-1.64-6.04-4.26P值<0.010.360.030.12<0.01<0.01

表3 集訓(xùn)前后右膝脛股關(guān)節(jié)軟骨各區(qū)域T2*值變化百分率兩兩比較P值

3 討論

新兵入伍后經(jīng)歷短期高強度奔襲訓(xùn)練，脛股關(guān)節(jié)承受巨大負荷，有利于強化軟骨承重能力，但過度使用軟骨及負荷過重也可能導(dǎo)致?lián)p傷，如不及時關(guān)注可能發(fā)展為骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis, OA)。盡早發(fā)現(xiàn)新兵集訓(xùn)后脛股關(guān)節(jié)軟骨變化有助于及時改進訓(xùn)練方式或?qū)嵤┲委煟乐管浌沁M一步損傷。

正常軟骨由軟骨細胞及軟骨基質(zhì)構(gòu)成，基質(zhì)主要成分是水、膠原纖維和蛋白多糖。軟骨早期損傷主要表現(xiàn)為蛋白多糖減少、膠原纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞和水含量增多[8]。既往研究[3-4,9-10]表明，軟骨T2弛豫時間與水含量和膠原纖維方向有關(guān)，軟骨淺層膠原纖維各向異性最顯著，水分子含量最高，T2值最高；過渡層膠原纖維排列不規(guī)則，水分與膠原纖維含量減少，蛋白多糖含量增多；軟骨深層膠原纖維走行與關(guān)節(jié)軟骨垂直，蛋白多糖含量最多，水分含量最少，T2值最低。T2值可作為評價軟骨成分變化的生物標(biāo)志物[11]。T2*mapping與T2 mapping的多回波TSE序列圖像類似，T2與T2*值的關(guān)系為1/T2*=1/T2+rΔB0，其中r為旋磁比，ΔB0表示局部的磁場強度差異，T2*值總是小于T2[12]。姜鈴霞等[13]發(fā)現(xiàn)少年組、中年組及老年組3組間正常人脛股關(guān)節(jié)軟骨T2值與T2*值呈顯著正相關(guān)。BITTERSOHL等[14]指出不同級別損傷軟骨T2*值存在顯著差異，認為T2*值評估軟骨成分改變的價值與T2值相似，T2*mapping圖像中亦可見不同軟骨分層變化表現(xiàn)。TAO等[15]測量前交叉韌帶斷裂組與對照組脛股關(guān)節(jié)深層軟骨的T2*值和T2值，發(fā)現(xiàn)T2*值有組間明顯差異，而T2值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，推測T2*值對評價軟骨鈣化層變性和深層不規(guī)則膠原變化更為敏感。近年有研究[16-17]發(fā)現(xiàn)T2*mapping成像時間短，空間分辨率高，對于軟骨分層更有優(yōu)勢，或可替代T2 mapping用于觀察軟骨生化成分改變。本研究中集訓(xùn)前脛股關(guān)節(jié)各區(qū)域軟骨淺層T2*值高于深層，證實T2*mapping用于軟骨分層頗具優(yōu)勢。

本研究結(jié)果顯示集訓(xùn)后右膝關(guān)節(jié)LFC承重區(qū)淺層及深層、MFC承重區(qū)淺層、LTP淺層、MTP淺層及深層軟骨T2*值均有不同程度升高，推測運動后細胞外基質(zhì)合成與分解失衡，關(guān)節(jié)軟骨中膠原纖維含量減少且排列發(fā)生改變，膠原網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)受損使蛋白多糖散開，軟骨對水分子通透性增大以及軟骨內(nèi)自由水增多等導(dǎo)致T2*值升高[18]。以上軟骨變化如持續(xù)存在，可導(dǎo)致軟骨變薄及局部缺損，最終發(fā)生OA[19]。

ZARINS等[20]發(fā)現(xiàn)正常狀態(tài)下脛骨平臺受到縱向壓力時，60%～80%的壓力傳遞至MTP。CHEN等[19]觀察到運動前后膝關(guān)節(jié)軟骨淺層T2值變化大于深層，認為軟骨淺層可能是承受壓力的主要區(qū)域。本組MTP淺層軟骨T2*值變化百分率較大，兩兩比較結(jié)果顯示部分區(qū)域軟骨變化百分率存在統(tǒng)計學(xué)差異，推測與樣本量較少有關(guān)。本研究主要的局限性在于：①樣本量偏少；②未行病理學(xué)檢查；③因受試者繼續(xù)接受其他訓(xùn)練，未能評估集訓(xùn)后脛股關(guān)節(jié)軟骨T2*值變化是否可逆[21]，有待擴大樣本量進一步研究。

綜上，T2*mapping可無創(chuàng)定量評估新兵奔襲集訓(xùn)后脛骨關(guān)節(jié)軟骨早期變化；集訓(xùn)后LFC和MFC承重區(qū)及脛骨平臺軟骨T2*值均較集訓(xùn)前升高。