T2~*-mapping定量评估猕猴膝关节正常软骨与骨关节炎模型的应用研究

【摘要】：[目的](1)探讨猕猴膝关节正常软骨T2*值、厚度和软骨分层现象的分布特征,为猕猴膝关节骨关节炎模型定量评估软骨损伤提供影像学基础;(2)探讨T2*-mapping评估猕猴膝关节骨关节炎模型的应用价值,为脂肪干细胞治疗猕猴膝关节骨关节炎的疗效评估进行影像学评估。[方 法]纳入22只9～17岁健康猕猴,雌雄不限,体重4.8～9.0Kg。采用联影动态多极3.0T超导磁共振uMR770扫描仪、12通道大鼠体线圈,行膝关节T1WI、PDWI、3D-FS-SPGR及T2*-mapping扫描。参照全器官磁共振成像评分系统(WORMS)以解剖学标志将膝关节软骨分为髌骨区(P)、股骨内侧髁前区(MFa)、股骨内侧髁中区(MFc)、股骨内侧髁后区(MFp)、股骨外侧髁前区(LFa)、股骨外侧髁中区(LFc)、股骨外侧髁后区(LFp)、胫骨平台内侧区(MT)和胫骨平台外侧区(LT)9个亚区。(1)分别获得22只猕猴正常膝关节P、MFc、MFp、LFc、LFp、MT及LT7个区域关节软骨的T2*值和P、MFa、MFc、MFp、LFa、LFc、LFp、MT及LT9个区域关节软骨厚度值,比较各个亚区域关节软骨T2*值、厚度值的差异,并观察关节软骨的信号、形态等特点;(2)对10只健康猕猴双侧膝关节采用改良Hulth法构建骨性关节炎模型,从中随机抽取1只猕猴取其造模后6月的关节软骨用于病理学检查,确认膝骨性关节炎模型构建成功,余9只猕猴于造模后2.6月、6月分别行MRI检查;造模前关节软骨为A组,作为正常对照组,造模后2.6月为B组,造模后6月为C组,获得9只猕猴A、B、C三组P、MFc、MFp、LFc、LFp、MT及LT7个区域关节软骨的T2*值,比较各组间各亚区T2*值的差异,并观察各组关节软骨的信号、连续性及表面光滑程度等形态学改变。[结果]1.猕猴膝关节正常软骨的T2*值、厚度值及软骨分层表现:(1)MFp 与 LFc、LFc 与 LFp、LT与MT、MT与MFc、MT 与 MFp、MT与 LFc、MT 与 LFp、P 与 MFc、P 与 MFp、P 与 LFc、P 与 LFp、P 与 MT、P与LT之间软骨T2*值两两比较,差异有统计学意义(P0.05),余各亚区软骨T2*值两两比较,差异无统计学意义(P0.05)。猕猴膝关节平均T2*值为(12.81±1.47)ms,股骨内髁T2*值为(12.90±1.18)ms,股骨外髁中央区及胫骨平台外侧区T2*值为(12.37±1.17)ms、股骨外髁后区T2*值为(13.21±1.33)ms、胫骨平台内侧区T2*值为(14.59±1.03)ms、髌骨T2*值为(11.29±0.84)ms;(2)MFa 与 MFp、MFa 与 LFp、MFc 与 MFp、MFc 与 LFp、MFp 与 LFa、MFp 与 LFc、MFp 与 LFp、LFa 与 LFp、LFc 与 LFp、MT 与 LT、MT 与 MFa、MT 与 MFc、MT 与 LFa、MT 与 LFc、MT 与 LFp、LT 与 MFp、LT 与 LFp、P与MFa、P与MFc、P与MFp、P与LFa、P与LFc、P与MT之间软骨厚度值两两比较,差异有统计学意义(P0.01),余各亚区软骨厚度值两两比较,差异无统计学意义(P0.05)。猕猴膝关节软骨平均厚度为(0.89±0.32)mm,胫骨平台内侧区与股骨内侧髁后区软骨厚度为(1.38±0.24)mm、股骨外侧髁后区软骨厚度为(0.91±0.29)mm、髌骨区软骨厚度为(0.79±0.09)mm、股骨内外侧髁前中区与胫骨平台外侧区软骨厚度为(0.71±0.25)mm;(3)正常猕猴膝关节软骨在PDWI、3D-FS-SPGR及T2*-mapping灰阶图中于MFp区、MT区、LFp区均可见软骨分为3层,以MFp区、MT区明显,表层、深层呈高信号,中层呈低信号,余亚区未见分层表现,呈单层稍高及高信号表现,且以3D-FS-SPGR序列显示分层现象最显著,在T2*-mapping序列中,随着TE值的增加,软骨分层表现逐渐变模糊,spearman相关性分析显示软骨分层与厚度具有相关性(r=0.710,P0.01),且当软骨厚度1.2mm时软骨分层明显。2.猕猴膝关节骨性关节炎模型的T2*-mapping表现:(1)病理证实采用改良Hulth法可成功构建骨关节炎动物模型。常规抑脂PDWI序列可见骨性关节炎模型软骨内细条状、点状高信号影,软骨表面尚光整,并可见股骨内侧髁手术造模区全层软骨缺损;3D-FS-SPGR序列可见骨性关节炎模型股骨内侧髁手术造模区全层软骨缺损,其余各区软骨连续、光整,信号未见明确异常;T2*-mapping序列伪彩图可见关节软骨色阶欠连续、光整,软骨颜色混杂,蓝色色阶内见斑点状绿色色阶,随着时间延长,软骨蓝色色阶内见斑点状黄色、红色色阶;(2)A 组软骨平均 T2*值为(12.62±1.15)ms,B 组软骨 T2*值为(14.56±1.87)ms,C组软骨T2*值为(17.07±2.00)ms,各亚区软骨T2*值在A组、B组及C组之间不全相等,差异有统计学意义(P0.01),B、C组软骨的T2*值均较A组高,且随造模时间延长各亚区软骨T2*值逐渐增高,B组与A组比较,MFc、LFc亚区的T2*值变化较为显著,C组与A组比较,MFc、MFp、LFc、LFp及P亚区的T2*值变化较为显著,C组与B组比较,MFp、LFp亚区的T2*值变化最为显著;(3)除MT亚区A组与B组间,软骨T2*值差异无统计学意义(P0.05),其余各亚区在各组间,软骨T2*值差异有统计学意义(P0.05)。[结 论]1.猕猴正常膝关节软骨具有分层表现,主要分布于软骨厚度较厚区域,且以3D-FS-SPGR序列显示分层现象最为显著;2.猕猴正常膝关节不同区域软骨T2*值和厚度具有差异性,可为猕猴膝关节骨关节炎模型定量评估软骨损伤提供影像学基础;3.猕猴膝关节骨性关节炎模型软骨的T2*值较正常关节软骨增高,随着造模时间的延长而逐渐增加,T2*-mapping在定量评估猕猴膝关节骨性关节炎软骨生化改变中具有一定的实用价值,可为脂肪干细胞治疗猕猴膝关节骨关节炎的疗效进行影像学评估。