骨關(guān)節(jié)炎影像學與mr進展

1、關(guān)節(jié)軟骨影像學與MR研究進展,上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院放射科 美國南加州大學（USC）KECK醫(yī)學院放射科Chi-shing Zee M.D. Eric White M.D.,關(guān)節(jié)軟骨病變的檢查方法,X線平片 普通關(guān)節(jié)造影 CT平掃 CT關(guān)節(jié)造影 MRI MR軟骨成像 MR

2、關(guān)節(jié)造影,X線平片,簡單易行、價格低廉可顯示關(guān)節(jié)間隙和關(guān)節(jié)面下骨質(zhì)的變化不能直接顯示軟骨的改變,左髖關(guān)節(jié)類風濕性關(guān)節(jié)炎,X線示關(guān)節(jié)間隙狹窄和關(guān)節(jié)軟骨下骨骨質(zhì)吸收、囊變,左膝結(jié)核性關(guān)節(jié)炎,X線示關(guān)節(jié)囊腫脹、關(guān)節(jié)間隙狹窄和關(guān)節(jié)軟骨下骨骨質(zhì)吸收,脊髓空洞癥及神經(jīng)性關(guān)節(jié)炎,X線示關(guān)節(jié)面的不規(guī)則、缺損,微創(chuàng)性的檢查方法、價格低廉可分為單對比和雙對比二種可提高關(guān)節(jié)內(nèi)各個結(jié)構(gòu)之間的對比度顯示關(guān)節(jié)囊及周圍組織情況對于軟骨病變的顯示仍較困難,

3、普通關(guān)節(jié)造影,X線平片不能直接顯示關(guān)節(jié)軟骨但可從正常的關(guān)節(jié)間隙推測關(guān)節(jié)軟骨的厚度未見改變,關(guān)節(jié)造影顯示了髖臼和股骨頭的軟骨（黑箭） ，以及盂唇（綠箭）,肩關(guān)節(jié)造影顯示正常的肱骨頭軟骨（黑箭）和盂唇（綠箭）,CT平掃,有較好的密度對比可清晰地顯示骨質(zhì)的改變可部分顯示關(guān)節(jié)軟骨和其他結(jié)構(gòu),CT平掃可以顯示髕骨軟骨,X線顯示左右髕骨上緣的低密度影,CT平掃顯示左右髕骨上外側(cè)緣的軟骨和軟骨下骨的缺損,右髖關(guān)節(jié)CT 2D重建,CT清晰地顯示右

4、關(guān)節(jié)盂的骨、軟骨骨折,CT關(guān)節(jié)造影,微創(chuàng)性的檢查方法可和普通的關(guān)節(jié)造影同時進行可分為單對比和雙對比二種可提高關(guān)節(jié)內(nèi)各個結(jié)構(gòu)之間的對比度，同時可避免影象的前后重疊可顯示關(guān)節(jié)囊及周圍組織情況可顯示軟骨病變,肘關(guān)節(jié)CT造影 2D重建,顯示外傷所致的橈骨小頭關(guān)節(jié)面軟骨的缺損,左肩關(guān)節(jié)CT造影,CT清晰顯示前盂唇的撕裂,MRI,無創(chuàng)傷性，軟組織分辨率高，可直接行不同方位的成像，成像參數(shù)多，信息量大。常規(guī)的SE序列即可顯示大

5、關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)軟骨采用某些特殊的序列可以更為清晰地顯示關(guān)節(jié)軟骨的形態(tài)如有關(guān)節(jié)積液，在T2WI中可 產(chǎn)生類似關(guān)節(jié)造影的效果,梯度回波T1WI顯示髕骨軟骨缺損,,FS-T2W清晰顯示外傷所致的髕骨軟骨撕脫，髕骨和股骨髁的骨挫傷，內(nèi)側(cè)支持帶撕裂,T2W清晰顯示--脊髓空洞癥---神經(jīng)性關(guān)節(jié)炎—撕脫的軟骨片,T2W清晰顯示內(nèi)側(cè)半月板后角撕裂,T2W清晰顯示后交叉韌帶撕裂,外側(cè)副韌帶撕裂股骨外側(cè)髁撕脫內(nèi)側(cè)半月板撕裂,FS-T2WI清晰顯示膝關(guān)

6、節(jié)的復合性損傷,Duble FD, et al. Radiology,2004(11):1543-1548,MRI平掃清晰顯示內(nèi)/外側(cè)副韌帶撕裂,MR關(guān)節(jié)造影,微創(chuàng)性的檢查方法可和X線、CT關(guān)節(jié)造影同時進行可分為單對比和雙對比二種可提高關(guān)節(jié)內(nèi)各個結(jié)構(gòu)之間的對比度，避免前后影像上的重疊顯示關(guān)節(jié)囊及周圍軟組織的情況可以清晰地顯示軟骨病變,MR關(guān)節(jié)造影清晰顯示脛距關(guān)節(jié)距骨面的骨軟骨骨折,FS-T1WI清晰顯示前盂唇的撕裂,,所示為

7、關(guān)節(jié)周圍的滑膜囊腫,右肩MR關(guān)節(jié)造影,引起關(guān)節(jié)軟骨改變的病因,退變 外傷 炎癥 腫瘤和腫瘤樣病變,細菌性 結(jié)核性、化膿性非細菌性 風濕、類風濕、痛風、神經(jīng)性、血友病等,關(guān)節(jié)炎,滑膜軟骨瘤病絨毛結(jié)節(jié)性滑膜炎等,腫瘤和腫瘤樣病變,,退 變,正位片顯示內(nèi)、外側(cè)關(guān)節(jié)間隙狹窄，關(guān)節(jié)緣骨贅形成。側(cè)位及軸位片顯示髕股關(guān)節(jié)間隙的狹窄和髕骨下骨的增生硬化,退 變,CT顯示髕骨軟骨厚

8、度變薄，邊緣骨質(zhì)增生，髕上囊積液,T1W、T2W和GE-T1W顯示髕骨和股骨髁的軟骨厚度變薄，軟骨下骨增生硬化，髕上囊積液,退 變,外 傷,T2WI,左髖關(guān)節(jié)結(jié)核性關(guān)節(jié)炎,,X線顯示左髖關(guān)節(jié)間隙狹窄、關(guān)節(jié)組成骨骨質(zhì)梳松,化膿性關(guān)節(jié)炎,風濕性關(guān)節(jié)炎,類風濕性關(guān)節(jié)炎,痛 風,血友病性關(guān)節(jié)炎,T1WI,T2WI,滑膜軟骨瘤病,T1WI,絨毛結(jié)節(jié)性滑膜炎,,,3D-FSPGR,,,PD,,,,,,,骨關(guān)節(jié)炎軟骨MR進展,,骨關(guān)節(jié)炎 概述,各

9、種生物學因素（免疫學因素，自由基，軟骨細胞凋亡…）和機械性損傷長期相互作用下，軟骨細胞，細胞外基質(zhì)（ECM），軟骨下骨質(zhì)三者降解和合成失衡進展關(guān)節(jié)結(jié)締組織結(jié)構(gòu)和化學組成成熟軟骨再生的可能性關(guān)節(jié)生理變化規(guī)律基質(zhì)親水特性關(guān)節(jié)內(nèi)生物潤滑機制,,Verstraete KL, et al. Clin Radiol 2004,59Link TM, et al. Radiology 2003;226,骨關(guān)節(jié)炎軟

10、骨改變,,膠原框架崩解,蛋白多糖丟失,軟骨水合作用增加,軟骨增厚軟化,關(guān)節(jié)軟骨表層裂隙或深部軟骨破壞,,,,軟骨生物力學功能受損,,,,,,臨床癥狀,軟骨MR在OA診療中的作用,亞臨床期診斷 生理性成像 微觀顯示,臨床表現(xiàn) 關(guān)節(jié)疼痛 功能障礙 X線異常 …,特異性促軟骨修復藥物 基因治療…,外科性軟骨修復 自體骨軟骨移植 (AOT) 自體軟骨細胞移植 (ACI)異體骨軟骨移植,,,,,治療效果評價高分辨率

11、無創(chuàng)傷精確定量分析,,,生物力學生物化學 GAG 丟失 II型膠原崩解 異常水化作用,骨關(guān)節(jié)炎影像學,磁共振（MR）軟骨特異性成像 OA軟骨微觀結(jié)構(gòu)變化,MR軟骨生理性成像（Physiologic Imaging）,鈉譜成像 離子密度圖 (FCD) 對PG含量減少敏感,,T2 地圖成像（T2 Mapping）,,,延遲動態(tài)增強MR,彌散加權(quán)成像 (DWI),彌散系數(shù)測定（ADC） 軟骨內(nèi)水異常分布,Timot

12、hy CD, et al.Radiology,2004,232(2),Gold GE, et al. Radiographics. 2003,23(5),Verstraete KL, et al. Clin Radiol. 2004,59(8),Guermazi A, et al. Eur Radiol. 2003,13(6),測定 T2信號的空間分布 反映軟骨內(nèi)異常水合作用,FP期強化率延遲廓清率發(fā)現(xiàn)軟骨基質(zhì)結(jié)構(gòu)異常適合手術(shù)前

13、后隨訪觀察,,Wheaton AJ, et al. Radiology 2004;231(5),臨床應(yīng)用型軟骨MR成像,合理的序列組合和參數(shù)與病理表現(xiàn)的相關(guān)性能否反應(yīng)軟骨退變早期基質(zhì)成分變化能否解決臨床疾病診療問題,軟骨MR序列設(shè)計,序列要求脂肪抑制效果既能顯示軟骨，又對軟骨下骨病變敏感,T1W,d,STIR,STIR,T2*GRE,FS-SPGR,FS-PD,T2W,a,c,SNR t＝ 4.245 ,P＝0.017,軟骨/

14、骨髓 CNR t＝44.34，P＝0.013軟骨/滑液 CNR t＝12.44，P＝0.023軟骨/肌肉 CNR t＝56.42，P＝0.011,結(jié) 果,各項參數(shù)比較居前的MR序列,,軟骨分層表現(xiàn),膝關(guān)節(jié)軟骨厚度的MR與組織學比較,FS-PD和FS-SPGR序列所測定的膝關(guān)節(jié)髕軟骨厚度與組織學測定最為接近。,,MR與組織學軟骨分層數(shù)與分層厚度比較,MR各序列顯示的軟骨厚度與組織學測定值之間均無相關(guān)性,軟骨MR序列組合－FS-SPG

15、R和FS-PD序列正常軟骨厚度變化軟骨組織分層表現(xiàn),√,×,軟骨MR的組織學相關(guān)性,,缺損評價,,,0,I,IIB,,IIIA,IIIB,關(guān)節(jié)其他結(jié)構(gòu),,軟骨MR與關(guān)節(jié)置換標本的對照,組織學測量 股骨遠端和脛骨平臺截骨標本對照MR分析獲得 10×10mm2包括骨質(zhì)的軟骨組織樣本 HE、甲苯胺藍染色II型膠原和蛋白多糖免疫組織化學測定參數(shù)軟骨缺損Noyes評分及最大徑II型膠原和蛋白多糖表達等級評定

16、,軟骨MR與軟骨基質(zhì)成分變化的相關(guān)性,軟骨纖維化,股骨髁軟骨磨損,,,,,,軟骨面潰瘍樣缺損,MR與病理測定的OA軟骨缺損評價比較,MR評價軟骨IIB，IIIA及IIIB級缺損的精確度分別為66.67%、75%、65.5%MR與組織學OA軟骨缺損等級正相關(guān)（P<0.001，r＝0.672）,MR信號強度與II型膠原、蛋白多糖表達的相關(guān)性,FS-PD序列OA軟骨SI與II型膠原表達負相關(guān)（P<0.001，r＝－0.825）

17、其他序列軟骨SI與II型膠原和蛋白多糖表達無相關(guān)性,結(jié) 論,軟骨缺損軟骨基質(zhì)成分II型膠原表達蛋白多糖表達,＋,±,－,中國人膝關(guān)節(jié)軟骨變化,20-40歲年齡組膝關(guān)節(jié)不同區(qū)域軟骨厚度比較,不同年齡組軟骨厚度有明顯差異（F＝2968.790，P<0.001),,膝關(guān)節(jié)軟骨厚度與臨床特征的相關(guān)性,,年齡 膝關(guān)節(jié)脛骨平臺，股骨內(nèi)側(cè)髁軟骨厚度與年齡具有相關(guān)性 性別 不同性別軟骨厚度具方差齊性（F=0.28

18、6，P=0.594） 不同性別間軟骨厚度無顯著差異（t＝0.4235,P＝0.672）BMI（體重指數(shù)） 超重組和正常組軟骨厚度具方差齊性（F=0.794，P=0.373） 超重與正常組間軟骨厚度無顯著差異（t＝0.798,P＝0.425） 僅股骨外髁軟骨厚度與BMI相關(guān)（r＝－0.162，P＝0.022）,47例出現(xiàn)軟骨缺損（23.5%），累及123個關(guān)節(jié)面（12.3％）部位脛骨內(nèi)側(cè)平臺（43.05%），髕軟骨（34.

19、44％）不同部位缺損出現(xiàn)率無差異（Pearsonχ2＝8.770，P＝0.068） MR表現(xiàn)軟骨局部異常信號（70.73%），小凹狀缺損（26.83%）深度Noyes I級 94（76.42%），IIA級 29(23.58%) 各年齡組差異軟骨缺損出現(xiàn)率存在差異（Pearsonχ2＝29.428， P<0.001）,30歲以上兩組間存在差異30歲以下組間軟骨缺損出現(xiàn)率無顯著性差異，但呈逐漸上升趨勢,

20、20-40周歲膝關(guān)節(jié)無癥狀軟骨缺損狀況,,,正常膝關(guān)節(jié)(FS-PD),無癥狀軟骨缺損(FS-PD),無癥狀軟骨缺損(FS-SPGR),40-70周歲OA病例組和對照組膝關(guān)節(jié)不同區(qū)域軟骨厚度比較,,軟骨的整體厚度有顯著差異 （F＝42.996 ，P<0.001）,40-70周歲OA病例組和對照組膝關(guān)節(jié)軟骨缺損比較,* 數(shù)據(jù)組成為：平均值（最小值－最大值）** Noyes分級從0級至IV級對應(yīng)為0－5分進行統(tǒng)計,病例組和對照組

21、的軟骨缺損分布和缺損大小存在顯著差異,OA關(guān)節(jié)疼痛與軟骨下骨質(zhì)水腫分布的相關(guān)性,Logistic多元回歸分析：髕骨和脛骨外側(cè)平臺區(qū)域的軟骨下骨質(zhì)水腫影響膝關(guān)節(jié)髕周和外側(cè)間隙疼痛發(fā)生（髕骨與髕周疼痛P＝0.003，脛骨外側(cè)平臺與外側(cè)間隙疼痛 P＝0.041）；內(nèi)側(cè)間隙疼痛與軟骨下骨質(zhì)水腫不相關(guān),OA關(guān)節(jié)疼痛與軟骨缺損分布的相關(guān)性,Logistic多元回歸分析：軟骨缺損狀況不影響關(guān)節(jié)疼痛,,OA,3D-FSPGR,PD+IR,,同年齡對照（

22、62歲）軟骨形態(tài)個體差異明顯,結(jié) 論,20－40歲膝關(guān)節(jié)軟骨逐漸變薄30歲軟骨缺損40－70歲OA軟骨薄，缺損大且深，軟骨下骨質(zhì)異常關(guān)節(jié)疼痛癥狀軟骨下骨質(zhì)異常軟骨缺損,√,×,目前較為常用的軟骨MR分析技術(shù),容積測量,軟骨邊緣的界定軟骨區(qū)域劃分容積計算的方法最佳選擇－相同條件下的自身對照,治療前股骨后髁軟骨信號缺損直徑約6mm,治療前軟骨容積為91.5治療后6個月為149.

23、7治療后18個月為177.6,治療開始后6個月股骨后髁軟骨信號缺損直徑約3mm,治療開始后18個月股骨后髁軟骨信號缺損不明顯,同一病例,軟骨T2或T2*MAP成像,多回波T2W成像序列可推算特定組織的T2弛豫時間研究證實，透明軟骨T2時間與基質(zhì)成分中蛋白多糖含量呈負相關(guān)借助T2MAP成像，可發(fā)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎軟骨早期退變骨關(guān)節(jié)炎軟骨T2MAP主要表現(xiàn)：（1）失去正常分層表現(xiàn)；（2）T2值延長；（3）局灶型或彌漫型T2分布異常,同一病

24、例治療12個月前后比較,T2 MAP顯示股骨髁軟骨重新出現(xiàn)分層表現(xiàn)，T2值下降,男性 47歲 左膝OA 3年,T2 MAP顯示股骨髁軟骨重新出現(xiàn)分層表現(xiàn),髕軟骨深層T2值下降表層軟骨界限清晰,治療前,治療后,女性 42歲手法治療6個月,治療前 髕軟骨T2值為54.37治療后 髕軟骨T2值為32.85,膝關(guān)節(jié)OA硫酸軟骨素和手法治療比較,,,,,,,,,治療前股骨外側(cè)髁軟骨下骨質(zhì)水腫,治療后6個月骨質(zhì)異常變化不明顯,治療后12個月骨

25、質(zhì)水腫逐漸吸收，邊緣模糊,治療后15個月骨質(zhì)水腫明顯吸收好轉(zhuǎn),男性 44歲 確診右膝OA 5年,,,治療前 軟骨下骨質(zhì)水腫,治療6個月后 軟骨下骨質(zhì)水腫消失,,男性 50歲,男性 71歲膝關(guān)節(jié)OA（IV級）,磁共振軟骨評價所面臨的挑戰(zhàn),可重復性精確度對磁共振現(xiàn)象的解釋效價比,,OA,3D-FSPGR,PD+IR,,同年齡對照（62歲）軟骨形態(tài)個體差異明顯,小 結(jié),骨關(guān)節(jié)炎的基礎(chǔ)研究和治療干預是骨科學基礎(chǔ)問題之一。軟骨MR成

26、像為骨關(guān)節(jié)炎的早期診斷和治療評價提供了良好的平臺臨床應(yīng)用的軟骨MR技術(shù)能精確顯示骨關(guān)節(jié)炎軟骨的形態(tài)變化，部分反應(yīng)軟骨基質(zhì)成分異常。而MR功能成像的進展為更好的顯示軟骨生理和生化信息奠定了基礎(chǔ)。,Thanks,,3D-FSPGR TE/TR 3.8/8.8, FA 28°, 1.5 x 1.5 x 3 mm,3.0T MR,3D-FSPGR TE/TR 3.8/8.8, FA 28°, 1.5 x 1.5 x 3 m