胡炯¹   陈哲¹   代领辉²

1． 浙江中医药大学附属第二临床医院骨科

2． 北京大学第三医院运动医学中心

[摘要]介绍T2 mapping成像技术以及T2 mapping 评价关节软骨损伤的原理和T2 mapping技术的研究进展。

[关键词]软骨损伤 软骨MR成像

ABSTRACT：Introduce T2 mapping imaging techniques , Evaluation of the principle of articular cartilage injury by T2 mapping and The research progress of T2 mapping technology

 Key words Cartilage damage cartilage MR imaging T2 mapping

骨关节炎(osteoarthritis,OA)是一种常见的关节病损，又称骨关节病，退行性关节炎，增生性关节炎，老年性关节炎和肥大性骨关节炎。多见于中老年人，女性多于男性。好发于负重较大的膝关节、髋关节、脊柱及手指关节等部位，患者除表现为关节疼痛外，严重者有功能障碍甚至残疾，对于家庭和社会都是沉重的负担。

OA的主要病变是关节软骨的退行性变和继发性骨质增生。主要病理特点是关节软骨变性，破坏、软骨下骨硬化、关节边缘和软骨下骨反应性增生、骨赘形成。软骨损伤是骨关节炎的核心病变。然而软骨的自身修复能力非常有限。近年来随着分子生物学、药理学等研究的发展，使早期治疗软骨病变成为可能，早期诊断对软骨病变非常重要。关节镜目前仍是诊断关节破坏和修复评价的金标准。但是关节镜仅能检查关节面的光滑程度，这将导致不能检测早期尚未出现形态改变的早期软骨病变^[1]。而磁共振（MR）不仅能够发现软骨病变，评价软骨修复状况，也可以通过特殊的敏感序列获得软骨内生化成分的细节信息，实现亚临床期诊断。因此MR现已成为目前软骨影像学评价的首选。本文主要综述T2 mapping技术及其在评价关节软骨损伤中的应用的研究进展。

一、关节软骨的结构与组成

关节软骨具有特殊而复杂的结构－没有血管、神经纤维和淋巴组织，完全依靠关节液的弥散提供营养^[2,3]。细胞外基质主要包括三种成分：水，胶原和蛋白多糖聚合物^[3,4]。水占整个软骨湿重的75％，其部分可在基质中自由流动，部分与生物大分子紧密结合。这些生物大分子中最主要的是II型胶原，占湿重的20％。胶原分子的交互作用创造了能够抵御外来张力的稳定框架结构。蛋白多糖大分子则占软骨重量的5％，它由中央的核心蛋白和与之结合的硫酸粘多糖（GAG）组成。其主要作用来源于分子的负电荷和亲水特性：他们能够抵抗液体流动并产生抗压强度^[3]。

软骨功能的完整性不仅取决于其固液两态成分的容积比例，也取决于胶原的成分、分子结构与组成结构、GAG成分等因素，而且还与以上各物质的交互作用有关。虽然软骨病变的明确病生机制尚未阐明，但目前认为在此过程中基质成分发挥不同的作用并相互影响制约^[4,5]。

二、评价关节软骨损伤的T2 mapping成像

T2 mapping成像是通过测定T2弛豫时间检测OA软骨内成分的变化。T2弛豫时间通过描述组织横向磁化衰减来反映组织的特异性，通过测量不同回波时间的MR信号强度并由方程S(t)=S₀exp（-t/T2）计算得出值^[6]。常用的序列是多回波自旋回波序列，通过工作站处理形成伪彩图，通过兴趣区（ROI）测量得出组织的T2值。如T1地图成像一样，伪彩编码也被用来显示细微结构。

T2 mapping技术可以很好的显示出关节软骨成分的变化。Timothy C. Dunn等人对比了不同严重程度OA患者的关节软骨的T2 mapping成像 ^[7] 。（图1）

可以看出T2 mapping技术可以很好的反映不同严重程度OA的关节软骨变化。

三、关节软骨T2 mapping成像的基本原理

T2 mapping成像是国外应用较为广泛的软骨磁共振生理性成像技术，其反映软骨胶原变化的敏感度高而特异性较低。T2 mapping成像是非常受到关注的MR技术，这也表明了其显示早期软骨胶原结构破坏的价值^[8,9,10]。大多数研究认为胶原排列方向（产生魔角效应）和胶原含量决定了软骨T2值^[8，11,12]。从软骨表层到最深层T2值有逐渐递减的趋势，这主要由于各层胶原纤维排列不同和含量不同。部分学者认为蛋白多糖和水含量也影响了软骨T2值^[10,13]。watrin等研究得出软骨T2值与软骨内蛋白多糖和水的含量直接有关，当软骨内蛋白多糖含量减少、水的含量增加时可以引起T2值的增加。借助测定软骨T2值能够反映软骨局部组织状态和胶原排列^[14]。目前所公认的是软骨T2弛豫时间增加与软骨超微结构破坏具有相关性，因此该技术具有临床应用价值。

四、T2 mapping 在评价关节软骨损伤方面的研究进展

（一）探测关节软骨中水成分及探测胶原蛋白含量的变化

C. Liess等对21例健康志愿者进行60次弯膝动作，以压缩其髌骨软骨，从而降低其含水量。在锻炼后立即对髌软骨进行磁共振成像（图2a），然后经过45分钟的休息对髌软骨进行磁共振成像（图2b）。结果经过45分钟的休息，软骨厚度增加了5.4±1.5％，从2.94±0.15mm至3.10±0.15mm（p < 0.001），而T2值上升2 .6 ± 1.0％，从23.1±0.5ms到23.7 ± 0.6ms（p < 0.05）^[15]。

Astrid Watrin-Pinzano等用T2 mapping技术检测大鼠髌骨软骨蛋白含量和细胞外基质的变化。他们对56老鼠采用T2 mapping成像，28只老鼠的右髌骨用透明质酸酶降解1到 6小时，同龄的非降解的28个髌骨作为对照组。拍摄MR后处死，在组织学上评价髌骨软骨的蛋白和胶原含量和胶原蛋白网络结构。应用生物化学分析量化硫酸氨基葡聚糖和羟脯氨酸含量。结果：病理组织学分析表明，透明质酸酶降解后蛋白损失，但胶原蛋白网状结构没有改变。粘蛋白消失后羟硫酸盐含量无显著变化。降解1小时未成熟和成熟组蛋白损失分别为19 ％和13 ％ ，与 T2值的显著增加有关（ANOVA，P< .001 ） 。六个小时的退化，导致更严重的蛋白损失，未成熟和成熟组分别为45 ％和53 ％，两组总的T2值大幅度增加（ANOVA，P< .001 ） 。在T2值浅及深之间软骨区并不受蛋白损失的影响。 结论：在年龄匹配的样本中，大鼠髌骨软骨，T2 mapping技术可以检测轻微或严重的蛋白损失和细胞外基质的改变^[16]。（图3）

Timothy J. Mosher等采用3.0TMR进行定量T2 MAP成像，对7例年轻男性跑步30前和跑步30分钟后进行成像及比较。结果是两组胫软骨T2值无显著变化，但运动后股骨承重面距表层40%的软骨T2值降低。人体检验结果与体外试验结果类似，并支持以下假说：软骨受压后导致表层软骨胶原纤维各向异性增大。软骨厚度：胫骨平台软骨：2.2 mm ± 0.4 (平均减少: 0.3 ± 0.3; P ＝ 0 .03)

股骨髁软骨: 2.3 mm ± 0.5(平均较少 0.2 ± 0.3; P ＝ 0 .29)软骨的T2值改变：接近关节软骨表面区域出现长的T2值，浅表的软骨T2值降低^[17]。（图4）

（二）用T2 mapping评价组织移植后大鼠关节软骨的修复情况以及评价大鼠膝关节软骨自发修复

Watrin-Pinzano等造成大鼠髌软骨的缺损，然后对其进行自体软骨细胞移植，分别在术后20天，40天，60天进行软骨成像，用T2 mapping技术对修复区软骨的T2值进行评价，并用组织学技术对修复组织进行染色和组织学评分。结果显示用T2 mapping技术得到的图像可以区分软骨的三种类型的修复组织：完全修复，部分修复，肥大增生，并能很好的表现出它们的特征^[18]。（图5） 

Watrin-Pinzano等研究T2 mapping 成像在形态上和数量上反映大鼠髌骨软骨以下全层缺损的自发修复的能力。根据病理检查结果显示T2 mapping成像结果在MR影像上和能够很好区分三种修复组织形态，T2 mapping能够定性定量和定性评估大鼠髌骨软骨修复。因此可以推广，作为一个非侵入性的技术，在临床纵向研究关节软骨修复^[19]。

（三）性别对T2 mapping成像的影响

Timothy J. Mosher等研究性别对T2 mapping成像技术的影响。他们测定了22至29岁的7名男性及10名女性健康志愿者。用T2 mapping技术获得了髌骨，胫骨和承重股骨关节软骨的成像。通过统计学测定了男性组与女性组之间无差异性^[20]。（图6）

四、T2 mapping 成像的应用价值

T2 mapping技术能在关节软骨和骨质形态发生明显变化之前早期检测软骨内基质成分和水的变化，发现软骨的病变。从而指导临床进行干预，防止软骨的不可逆性变化。同时随着软骨疾病治疗技术和治疗手段的提高， T2 mapping成像也能评估软骨损伤的修复情况，从而评价治疗效果。因此T2 mapping成像技术将在评价软骨损伤及评估软骨损伤修复中有很高的临床应用价值。

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