應(yīng)用T2 mapping成像評價馬拉松前后膝關(guān)節(jié)軟骨短中期改變

摘要

目的應(yīng)用T2

mapping成像評價非專業(yè)長跑者馬拉松前后膝關(guān)節(jié)軟骨短中期改變。

方法招募12名非專業(yè)馬拉松運動員，其中男5名、女7名；年齡21.0~37.0歲，平均（27.5±5.2）歲；體質(zhì)量指數(shù)（BMI）17.6~27.2kg/m2，平均（21.9±2.5）kg/m2。入組受試者平均每周跑步3次以上，每次運動時間約30min。參加馬拉松賽的健康志愿者，24個膝關(guān)節(jié)在賽前1周、賽后12h內(nèi)及2個月時行3.0TMR掃描。應(yīng)用T2

mapping成像測量膝關(guān)節(jié)股骨內(nèi)髁（MFC）、股骨外髁（LFC）、脛骨內(nèi)側(cè)平臺（MTP）、脛骨外側(cè)平臺（LTP）、髕骨（Patella）和滑車（Trochlea）各亞區(qū)域軟骨的淺層（SZ）、深層（DZ）T2值。賽前與賽后軟骨T2值比較選用配對t檢驗，軟骨淺層與深層T2值比較選用獨立樣本t檢驗。

結(jié)果T2

mapping成像示關(guān)節(jié)軟骨淺層T2值在賽前、賽后12h內(nèi)及2個月隨訪時均高于深層，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t值分別為11.095、10.385、10.102，P均<0.01）。賽后12h內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨淺層T2值較賽前低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t值為2.180，P<0.05）；膝關(guān)節(jié)整體軟骨深層T2值與賽前相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t值為1.832,P>0.05）。賽后12h內(nèi)除MTP-DZ外，余軟骨T2值均呈降低趨勢，其中MFC-DZ與賽前比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=2.110,P<0.05）。賽后2個月隨訪時，2名受試者失訪，MTP-SZ、LTP-SZ、LTP-DZ、MFC-DZ、Patella-SZ、Patella-DZ、Trochlea-SZ、Trochlea-DZ亞區(qū)軟骨T2值與賽前相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t值分別為0.857、0.573、0.146、0.510、-0.594、-1.135、-0.812、-0.679，P值均>0.05），LFC-SZ和LFC-DZ與賽前相比差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t值分別為2.378、3.147,P值<0.05）。結(jié)論T2

mapping成像T2值的變化可以反映馬拉松長跑者關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的變化過程，在壓力作用下，軟骨淺層T2值的變化更為顯著。膝關(guān)節(jié)軟骨的T2值在跑后2個月可逐漸恢復(fù)到跑前水平。馬拉松運動是一項極限耐力運動，在準備馬拉松的人群中，肌肉骨骼損傷的年發(fā)生率高達90%，其中膝關(guān)節(jié)最常見[1]。目前國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于馬拉松對膝關(guān)節(jié)軟骨造成的影響意見不一。有學(xué)者認為馬拉松及訓(xùn)練期間重復(fù)的過度壓力可能超過膝關(guān)節(jié)軟骨負荷能力，從而導(dǎo)致軟骨損傷，并繼發(fā)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（kneeosteoarthritis，KOA）；也有學(xué)者認為膝關(guān)節(jié)能很好的承受長跑中的高沖擊力，不會造成臨床相關(guān)的軟骨丟失。關(guān)節(jié)軟骨為透明軟骨，修復(fù)能力差，一旦損傷會加速關(guān)節(jié)退變，導(dǎo)致KOA的發(fā)生。T2

mapping成像可評估軟骨結(jié)構(gòu)完整性和軟骨含水量等，具有很高的敏感性；并且成像時間短、后處理技術(shù)成熟。筆者旨在通過應(yīng)用MRT2

mapping成像定量評價業(yè)余長跑者（不以長跑為職業(yè)）在馬拉松長跑后膝關(guān)節(jié)軟骨短中期MR信號改變，了解關(guān)節(jié)軟骨不同區(qū)域的結(jié)構(gòu)變化。資料與方法一、一般資料招募15名非專業(yè)馬拉松運動員，3名不符合要求，最終納入12名。其中男5名、女7名；年齡21.0~37.0歲，平均（27.5±5.2）歲；體質(zhì)量指數(shù)（bodymassindex,BMI）17.6~27.2kg/m2，平均（21.9±2.5）kg/m2。入組受試者平均每周跑步3次以上，每次運動距離5km，時間約30min。此次馬拉松賽跑步距離為（21.4±7.9）km，完成時間（122.6±27.3）min，對受試者的24個膝關(guān)節(jié)在賽前1周、賽后12h內(nèi)及2個月時行3.0TMR掃描。

本研究得到了我院倫理委員會的批準（2019-003-1），所有參與者均簽署知情同意書。納入標準：（1）年齡18~40歲；（2）BMI<28kg/m2[6]；（3）既往無膝關(guān)節(jié)外傷史、手術(shù)史及感染史；（4）無長期需藥物治療的慢性疾病史。排除標準：（1）研究期間發(fā)生膝關(guān)節(jié)創(chuàng)傷；（2）賽前影像顯示存在關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)損傷；（3）存在膝關(guān)節(jié)疼痛或其他陽性癥狀；（4）存在MRI檢查禁忌證。二、MR掃描方法及序列參數(shù)應(yīng)用3.0TMR掃描儀（德國SiemensMagnetomVerio3.0T，Germany），選用膝關(guān)節(jié)專用8通道線圈。掃描參數(shù):（1）矢狀面FS-PDWI序列：TR3500.0ms、TE24.0ms，F(xiàn)OV180.0mm×180.0mm，反轉(zhuǎn)角150°，層厚4.0mm；（2）矢狀面T2

mapping序列：TR3410.0ms，TE分別為13.8、27.6、41.4、55.2、69.0ms，F(xiàn)OV160.0mm×160.0mm，反轉(zhuǎn)角180°，層厚2.7mm。所有受試者在每次掃描前靜息休息1h，仰臥位接受檢查，以髕骨下緣為掃描中心，通過使用沙袋和海綿盡量減少運動偽影。三、圖像分析將膝關(guān)節(jié)軟骨劃分為6個亞區(qū)[7]，分別為股骨內(nèi)髁（medialfemoralcondyle,MFC）、股骨外髁（lateralfemoralcondyle,LFC）、脛骨內(nèi)側(cè)平臺（medialtibiaplateau,MTP）、脛骨外側(cè)平臺（lateraltibiaplateau,LTP）、髕骨（Patella）及滑車（Trochlea），以軟骨厚度1/2為界將軟骨劃分為淺層區(qū)域（superficialzone,SZ）和深層區(qū)域（deepzone,DZ）。

在MR操作臺上直接調(diào)出T2

mapping解剖圖和偽彩圖，分別顯示上述6個亞區(qū)中心層面及前、后各一層面，沿各亞區(qū)軟骨SZ、DZ及軟骨邊緣手動勾畫ROI（圖1,圖2,圖3,圖4），分別讀取軟骨亞區(qū)SZ和DZ的T2值[8]。根據(jù)3次測量值獲得相應(yīng)軟骨區(qū)域T2均值，T2值的測量分別由2名具有3年及5年肌肉骨骼影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)師，在事先學(xué)習(xí)并掌握上述測量方法后以盲法獨立完成。利用圖像融合軟件將T2

mapping解剖圖與偽彩圖融合，獲得融合圖像。勾畫ROI時，盡量避開軟骨周圍組織，如軟骨下骨、關(guān)節(jié)積液等，以減少測量誤差。圖1~4

選取膝關(guān)節(jié)正中層面，以髕軟骨厚度1/2為界，分別沿髕軟骨深層及淺層勾畫ROI，讀取T2值，髕軟骨深層T2值為30.0ms，髕軟骨淺層T2值為46.2ms圖5~7

在賽前（圖5）、賽后（圖6）及2個月隨訪（圖7）時，膝關(guān)節(jié)軟骨連續(xù)完整，表面光滑，無明顯異常信號改變，無半月板撕裂、韌帶及肌腱損傷，無軟骨下骨改變、游離體、關(guān)節(jié)積液圖8~10

賽前（圖8）股骨遠端及脛骨近端存在骨髓水腫，賽后（圖9）水腫范圍略縮小，信號強度減弱，在賽后2個月（圖10）隨訪時，骨髓水腫基本消失圖11，12

膝關(guān)節(jié)軟骨亞區(qū)淺層（圖11）和深層（圖12）T2值變化趨勢圖。MFC：股骨內(nèi)髁；LFC:股骨外髁；MTP:脛骨內(nèi)側(cè)平臺；LTP：脛骨外側(cè)平臺；Patella：髕骨；Trochlea：滑車圖13~15

同一非專業(yè)馬拉松運動員在賽前（圖13）、賽后12h內(nèi)（圖14）及賽后2個月（圖15）股骨內(nèi)髁中心層面軟骨色階圖像，色階信號由藍到紅代表T2值逐漸升高四、統(tǒng)計分析應(yīng)用SPSS21.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計分析。觀察者間測量所得數(shù)據(jù)的一致性采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclasscorrelationcoefficient,ICC）進行可重復(fù)性檢驗。賽前、賽后12h內(nèi)及賽后2個月3次檢查之間的軟骨T2值比較，賽前與賽后軟骨T2值比較選用配對t檢驗，軟骨淺層與深層T2值比較選用獨立樣本t檢驗。檢驗水準α=0.05，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)果本研究共納入12名受試者24個膝關(guān)節(jié)，賽后2個月隨訪時失訪2名，參與檢查的為10名受試者。觀察者1測量的MTP軟骨T2值為（42.6±10.7）ms，觀察者2測得MTP軟骨T2值為（43.1±9.7）ms，ICC值為0.830,提示一致性良好。一、膝關(guān)節(jié)常規(guī)MRI檢查MR常規(guī)序列顯示所有志愿者賽前及賽后膝關(guān)節(jié)軟骨連續(xù)完整，表面光滑，無明顯異常信號改變，無半月板撕裂、韌帶及肌腱損傷，無軟骨下骨改變、游離體、關(guān)節(jié)積液（圖5,圖6,圖7）。其中1名受試者賽前雙側(cè)股骨遠端及脛骨近端存在骨髓水腫（圖8）；賽后水腫范圍略縮小，信號強度減弱，在賽后2個月隨訪時，骨髓水腫基本消失（圖9,圖10）。二、關(guān)節(jié)軟骨T2值改變關(guān)節(jié)軟骨淺層T2值在賽前、賽后12h內(nèi)及2個月隨訪時均高于深層（t值分別為11.095、10.385、10.102，P值均<0.01），差異有統(tǒng)計學(xué)意義。與賽前相比，賽后12h內(nèi)關(guān)節(jié)軟骨淺層T2值降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；賽后2個月隨訪時，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表1）。而深層區(qū)域整體軟骨T2值在賽后12h內(nèi)及賽后2個月隨訪時與賽前相比，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（表1）。賽后12h內(nèi)除MTP-DZ外，余軟骨T2值均呈降低趨勢，其中MFC-DZ與賽前比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=2.110，P<0.05）。賽后2個月隨訪時，2名受試者失訪，LFC-SZ和LFC-DZ與賽前相比差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t值分別為2.378、3.147,P值<0.05）。MTP-SZ、LTP-SZ、LTP-DZ、MFC-DZ、Patella-SZ、Patella-DZ、Trochlea-SZ、Trochlea-DZ亞區(qū)軟骨T2值均呈恢復(fù)趨勢，與賽前相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t值分別為0.857、0.573、0.146、0.510、-0.594、-1.135、-0.812、-0.679，P值均>0.05），具體見表2。總體上，受試者膝關(guān)節(jié)軟骨T2值在賽前、賽后12h內(nèi)及賽后2個月隨訪時呈現(xiàn)出"先降后升"的變化趨勢（圖11，圖12），軟骨T2值在跑后2個月可逐漸恢復(fù)到跑前水平。三、軟骨T2

mapping偽彩圖色階由藍到紅代表T2值由低到高的改變，賽后12h軟骨紅色色階信號影減少，賽后2個月隨訪時紅色色階信號影較賽后12h增加（圖13,圖14,圖15）。討論長距離跑步是否會對膝關(guān)節(jié)造成損傷，許多國內(nèi)外學(xué)者對此進行了探討，意見不一。本研究結(jié)果顯示非專業(yè)馬拉松運動員賽前、賽后12h內(nèi)及賽后2個月膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)無明顯改變，僅有1名受試者首次檢查時發(fā)現(xiàn)雙側(cè)膝關(guān)節(jié)骨髓水腫，但并未出現(xiàn)任何膝關(guān)節(jié)不適的癥狀。建議這名受試者逐漸減少運動量，3次檢查時運動頻率分別每周跑6次、2次及1次，每次5km，時間為30min。這名受試者賽后12hMR顯示骨髓水腫信號減低，隨訪2個月水腫基本消失，考慮與骨挫傷的嚴重程度及是否合并其他病變有關(guān)，單純骨挫傷吸收時間為數(shù)周[12]，也可能與運動強度及個人體質(zhì)有關(guān)，在減低運動強度后可恢復(fù)。既往有研究采用常規(guī)MRI序列描述馬拉松前后膝關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)變化，結(jié)果顯示馬拉松后韌帶信號無明顯改變，部分非專業(yè)馬拉松運動員出現(xiàn)關(guān)節(jié)積液增多、半月板及骨髓信號增高，這些改變在6~8周隨訪時恢復(fù)到初始水平。常規(guī)MRI序列，僅能從形態(tài)方面進行軟骨評價，而T2

mapping成像，可通過測量軟骨的T2值對軟骨生化成分進行定量分析，從分子水平為軟骨損傷早期診斷提供影像依據(jù)。T2值與軟骨中自由水的含量和軟骨膠原纖維的排列方向有關(guān)，若膠原纖維崩解，將出現(xiàn)不可逆的軟骨損傷，導(dǎo)致T2值升高。長距離跑步會引起關(guān)節(jié)軟骨的生化改變。本研究通過測量馬拉松長跑者膝關(guān)節(jié)軟骨的T2值，間接反映跑步前后及2個月隨訪過程中，關(guān)節(jié)軟骨生化成分的變化，發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)軟骨呈一定程度的可復(fù)性改變，可能與膠原纖維的方向及水含量變化有關(guān)，而并未發(fā)生膠原纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)破壞。本研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)軟骨在賽前、賽后12h內(nèi)及賽后2個月淺層T2值均高于深層，考慮可能與關(guān)節(jié)軟骨的組織學(xué)構(gòu)成有關(guān)[6]。并且筆者還發(fā)現(xiàn)在此過程中，關(guān)節(jié)軟骨淺層T2值的變化幅度明顯高于深層，此現(xiàn)象可能與淺層及深層的膠原纖維排列方向及含水量不同有關(guān)，提示淺層及深層在相同壓力作用下，軟骨組織成分及結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的程度不同。本研究顯示賽后12h大部分軟骨T2值呈降低趨勢，僅MFC軟骨T2值明顯減低（P<0.05），可能與運動形式有關(guān)。有研究顯示在步行、跑步及爬樓梯3種活動形式中，跑步對股骨軟骨的影響最大。筆者發(fā)現(xiàn)賽后2個月隨訪時膝