骨關(guān)節(jié)炎影像學(xué)與MR進(jìn)展課件

1、關(guān)節(jié)軟骨影像學(xué)與MR研究進(jìn)展上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院放射科 美國南加州大學(xué)（USC）KECK醫(yī)學(xué)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關(guān)節(jié)造影X線平片簡單易行、價(jià)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(fēng)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(jià)格低廉可分為單對比和雙對比二

2、種可提高關(guān)節(jié)內(nèi)各個(gè)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(shí)進(jìn)行可分為單對比和雙對比二種

3、可提高關(guān)節(jié)內(nèi)各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的對比度，同時(shí)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)

4、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)節(jié)的復(fù)合性損傷Duble FD, et al. Radiology,2004(11):1543-1548MRI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(shí)進(jìn)行可分為單對比和雙對比二種可提高關(guān)節(jié)內(nèi)各個(gè)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

5、腫瘤和腫瘤樣病變細(xì)菌性 結(jié)核性、化膿性非細(xì)菌性 風(fēng)濕、類風(fēng)濕、痛風(fēng)、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T1WIT2WI退 變GE-T1WI外 傷外傷致外側(cè)髖臼和股骨頭軟骨骨折，厚度變?。?），盂唇撕裂（ ）。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(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎類風(fēng)

6、濕性關(guān)節(jié)炎痛 風(fēng)血友病性關(guān)節(jié)炎T1WIT2WI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(jìn)展 骨關(guān)節(jié)炎 概述各種生物學(xué)因素（免疫學(xué)因素，自由基，軟骨細(xì)胞凋亡）和機(jī)械性損傷長期相互作用下，軟骨細(xì)胞，細(xì)胞外基質(zhì)（ECM），軟骨下骨質(zhì)三者降解和合成失衡進(jìn)展關(guān)節(jié)結(jié)締組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)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(jī)制Verstraete KL, et al. Clin Radiol 2004,59Link TM, et al. Radiology 2003;226 骨關(guān)節(jié)炎軟骨改變 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

7、關(guān)節(jié)軟骨表層裂隙或深部軟骨破壞軟骨生物力學(xué)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(fù)藥物 基因治療外科性軟骨修復(fù) 自體骨軟骨移植 (AOT) 自體軟骨細(xì)胞移植 (ACI)異體骨軟骨移植治療效果評價(jià)高分辨率無創(chuàng)傷精確定量分析生物力學(xué)生物化學(xué) GAG 丟失 II型膠原崩解 異常水化作用 骨關(guān)節(jié)炎影像學(xué)磁共振（MR）軟骨特異性成像 OA軟骨微觀結(jié)構(gòu)變化器官水平骨質(zhì)改變，關(guān)節(jié)間隙，軟組織組織水平半月板，滑膜，肌腱，軟骨形態(tài)生化結(jié)構(gòu)，力學(xué)成份水的彌散狀況，葡聚糖（GAG）分布，膠原交聯(lián)狀態(tài)解剖形態(tài)理化功能Bern

8、ard JD, et al. Radiology,2002,225(1)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(qiáng)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Timothy 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

9、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(qiáng)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(jì)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T1WdSTIRSTIRT2*GREFS-SPGRFS-PDT2WacSNR t 4.245 ,P0.017軟骨/骨髓 CNR t44.34，P0.013軟骨/滑液 CNR t12.4

10、4，P0.023軟骨/肌肉 CNR t56.42，P0.011 結(jié) 果各項(xiàng)參數(shù)比較居前的MR序列參 數(shù)123軟骨/骨髓CNRFS-SPGRFS-PDFSE T2軟骨/滑液CNRFS-SPGRFS-PDSTIR軟骨/肌肉CNRFS-SPGRFS-PDT2*W GRESNRFS-SPGRFS-PDT2*W GRE1234軟骨分層表現(xiàn) 分 層II型膠原軟骨細(xì)胞表 層層狀染色致密無移行層較細(xì)染色均勻長形平行排列輻射層略粗排列不整齊圓形縱行排列深 層粗染色深球形柱狀膝關(guān)節(jié)軟骨厚度的MR與組織學(xué)比較 甲苯胺藍(lán)SE T1FSE T2STIRFS-PDFS-SPGRT2*GRE均值（mm）3.994.633.

11、333.153.923.583.39標(biāo)準(zhǔn)差0.740.420.650.200.740.710.53P0.0330.0410.0141.4320.0970.064r-0.7870.6230.332FS-PD和FS-SPGR序列所測定的膝關(guān)節(jié)髕軟骨厚度與組織學(xué)測定最為接近。 MR與組織學(xué)軟骨分層數(shù)與分層厚度比較FS-PDFS-SPGRFS-SPGR甲苯胺藍(lán)染色軟骨分層數(shù)2354層1厚度（mm）1.80.41.20.31.10.20.1層2厚度（mm）1.70.31.10.30.40.10.80.2層3厚度（mm）1.30.40.30.12.50.3層4厚度（mm）0.30.20.40.1層5厚度（

12、mm）1.40.1P0.0110.0130.0001-MR各序列顯示的軟骨厚度與組織學(xué)測定值之間均無相關(guān)性 軟骨MR序列組合FS-SPGR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(xué)相關(guān)性缺損評價(jià)Noyes評分系統(tǒng)Outerbridge評價(jià)系統(tǒng)分級表 現(xiàn)分級表 現(xiàn)0正常0正常關(guān)節(jié)軟骨I軟骨內(nèi)異常信號或軟骨表面異常色澤I關(guān)節(jié)軟骨膨脹變軟IIA軟骨缺陷累及少于軟骨全層50%II關(guān)節(jié)軟骨出現(xiàn)裂隙，但裂隙未進(jìn)入軟骨下骨，病變區(qū)直徑小于0.5inchIIB軟骨缺陷累及全層50-99%之間IIIA軟骨全層缺損但沒有骨質(zhì)病變III裂隙已開始進(jìn)入軟骨下骨，但軟骨下骨未裸露，病變區(qū)直徑大于0

13、.5inchIIIB軟骨全層缺損伴相鄰軟骨下骨質(zhì)異常IV存在軟骨下骨裸露0IIAIIIBIIIAIIIB？關(guān)節(jié)其他結(jié)構(gòu)軟骨MR與關(guān)節(jié)置換標(biāo)本的對照組織學(xué)測量 股骨遠(yuǎn)端和脛骨平臺截骨標(biāo)本對照MR分析獲得 1010mm2包括骨質(zhì)的軟骨組織樣本 HE、甲苯胺藍(lán)染色I(xiàn)I型膠原和蛋白多糖免疫組織化學(xué)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(dá)等級評定軟骨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蛋白多糖II級缺失II型膠原II級缺失MR與病理測定的OA軟骨缺損評價(jià)比較病理學(xué)評價(jià)共計(jì)IIBIIIAIIIBMR評價(jià)IIB4004IIIA29314IIIB0358

14、共計(jì)612826MR評價(jià)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(xué)OA軟骨缺損等級正相關(guān)（P0.001，r0.672） MR信號強(qiáng)度與II型膠原、蛋白多糖表達(dá)的相關(guān)性 FS-PD序列OA軟骨SI與II型膠原表達(dá)負(fù)相關(guān)（P0.001，r0.825）其他序列軟骨SI與II型膠原和蛋白多糖表達(dá)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(dá)蛋白多糖表達(dá)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（F2968.790，P0.001) 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

15、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=0.286，P=0.594） 不同性別間軟骨厚度無顯著差異（t0.4235,P0.672）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（t0.798,P0.425） 僅股骨外髁軟骨厚度與BMI相關(guān)（r0.162，P0.022）47例出現(xiàn)軟骨缺損（23.5%），累及123個(gè)關(guān)節(jié)面（12.3）部位脛骨內(nèi)側(cè)平臺（43.05%），髕軟骨（34.44）不同部位缺損出現(xiàn)率無差異（Pearson28.770，P0.068） MR表現(xiàn)軟骨局部異常信號（70.73%），小凹狀缺

16、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（Pearson229.428， P0.001）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20-40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)域軟骨厚度比較分 組平均軟骨厚度（mm）標(biāo)準(zhǔn)差tP脛骨外側(cè)平臺對照組2.1800.28393.010.001病例組1.6210.295脛骨內(nèi)側(cè)平臺對照組1.5380.2831.

17、4510.231病例組1.4550.382股骨內(nèi)側(cè)髁對照組1.7180.31934.990.001病例組1.3140.357軟骨的整體厚度有顯著差異 （F42.996 ，P0.001）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05分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)病例組對照組Mann-Whitney UZP軟骨缺損累及關(guān)節(jié)面（N/例）2.34 (1-4)*0.82(0-2)376.0-6.230.001Noyes評分4.04 (2-5)*0.98(0-3)62.5-8.3360.001缺損最大徑（mm）8.18(4-13)2.38(0

18、-5) 31.5-8.420.001病例組和對照組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)性疼痛部位軟骨下骨質(zhì)水腫分布區(qū)域脛骨外側(cè)平臺脛骨內(nèi)側(cè)平臺股骨外側(cè)髁股骨內(nèi)側(cè)髁髕 骨內(nèi)側(cè)間隙20.21330.7120.19829.0250.052P0.7770.0010.7790.0011.000外側(cè)間隙228.6771.91732.8160.1790.524P0.0010.2300.00010.7710.542髕 周20.0960.8471.1250.04633.84P0.7570.3570.2890.830.001Logistic多元回歸分析：髕骨和脛骨外側(cè)平臺區(qū)域

19、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P0.003，脛骨外側(cè)平臺與外側(cè)間隙疼痛 P0.041）；內(nèi)側(cè)間隙疼痛與軟骨下骨質(zhì)水腫不相關(guān)疼痛部位軟骨缺損分布區(qū)域脛骨外側(cè)平臺脛骨內(nèi)側(cè)平臺股骨外側(cè)髁股骨內(nèi)側(cè)髁髕 骨內(nèi)側(cè)間隙20.930.0930.2880.1960.199P0.3350.760.5920.6580.655外側(cè)間隙20.2120.7380.6060.7280.000P0.6450.390.4360.3931.000髕周20.1591.1940.040.1240.013P0.690.2750.8410.7240.911OA關(guān)節(jié)疼痛與軟骨缺損分布的相關(guān)性Logisti

20、c多元回歸分析：軟骨缺損狀況不影響關(guān)節(jié)疼痛OA3D-FSPGRPD+IR同年齡對照（62歲）軟骨形態(tài)個(gè)體差異明顯結(jié) 論2040歲膝關(guān)節(jié)軟骨逐漸變薄30歲軟骨缺損4070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(jì)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(gè)月為149.7治療后18個(gè)月為177.6治療開始后6個(gè)月股骨后髁軟骨信號缺損直徑約3mm治療開始后18個(gè)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(shí)間研究證實(shí)，透明軟骨T2時(shí)間與基質(zhì)成分中蛋白多糖含量呈負(fù)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分布異常同一病例治療12個(gè)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(gè)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手法治