磁共振膝关节透明软骨成像实验性研究

发布时间：2020-11-10 20:07

　　 目的：运用磁共振成像技术分别对正常及退变的巴马香猪膝关节软骨行形态学评价及定量测量,探讨稳态采集快速成像序列(FIESTA)、非对称回波三点法水脂肪分离序列(IDEAL)及附加脂肪抑制的三维快速扰相梯度回波序列(FS-3D-SPGR)在软骨成像中的应用价值,以及MRI T2 mapping和磁共振弥散加权成像(DWI)在检测巴马香猪膝关节软骨早期退变的表现及价值。 材料和方法：在关节软骨形态学的MRI研究中,以新鲜的正常巴马香猪后膝关节为研究对象,进行扫描角度相同的不同序列MR扫描,扫描序列包括T1加权自旋回波序列(SE-T1WI)、T2加权快速自旋回波序列(FSE-T2WI),附加脂肪抑制的三维快速扰相梯度回波序列(FS-3D-SPGR)、稳态采集快速成像序列(FIESTA)、非对称回波三点法水脂肪分离序列(IDEAL)。在股骨髁间凹中央层面分别测量股骨远端软骨、股骨干骺端骨髓、半月板、韧带、关节腔滑液和背景噪声信号强度(SI),计算软骨信噪比(SNR)和软骨-骨髓、软骨一滑液、软骨一半月板、软骨一韧带对比噪声比(CNR),通过对SNR以及CNR的分析比较,评价各个序列对软骨显示的效果。在关节软骨定量分析的MRI研究中,选用12只12月龄巴马香猪,随机分成A、B、C、D四组,按每次相同剂量、不同时间在右膝关节腔内注入木瓜蛋白酶溶液为处理组,建立不同时期关节软骨退变动物模型,左膝注入等量的磷酸缓冲液(PBS)为对照组。A组于一次注药后24h,B组于三次注药后24h,C组于三次注药后1周,D组于三次注药后3周行新鲜离体双膝关节T2mapping、MR弥散加权成像(DWI)检查,通过对MRI图像表现及相关T2值、ADC值的测定检测关节软骨损伤情况,MRI扫描后解剖剥离巴马香猪膝关节股骨内、外侧髁软骨,以苏木素一伊红(HE)染色总体观察软骨细胞的变化,包括软骨细胞形态及数量;奥辛兰过碘酸雪夫氏染色(AB-PAS染色)观察软骨退变中蛋白多糖的含量变化；体外相对含水率测定：对T2值、ADC值进行统计学分析,比较正常组和处理组间的差异,以及处理组间不同时期的变化趋势及差异。 结果：1.3D-FS-SPGR.FIESTA.IDEAL序列在关节软骨显示中,无论SNR,还是CNR均显著优于常规SE-T1W、FSE-T2W序列(P0.05)。IDEAL (WATER)、FIESTA序列中软骨与滑液、软骨与半月板、软骨与韧带间CNR较高(P0.05),而软骨/骨髓的对比噪声比3D-FS-SPGR序列要高于其它序列(P0.05)。 2.组化染色结果显示,A、B、C、D组各处理组巴马香猪软骨随着观察时间的推移,软骨表面由光滑逐渐变为毛糙,软骨表面纤维化及出现裂缝。表层软骨细胞排列紊乱、分布稀疏及软骨细胞变性、坏死。软骨陷窝由存在、空泡到消失。奥辛兰过碘酸雪夫氏染色显示A、B、C、D组各处理组软骨周围的酸性粘多糖蓝染逐渐变淡,说明软骨内蛋白多糖逐渐降解。 3.软骨T2驰豫值及T2mapping图结果：A、B、C、D组各对照组T2值范围为(46.67-55.54ms),T2 mapping图可见膝关节软骨连续完整,色阶呈红色、均匀一致。注射木瓜蛋白酶后,A组(一次注药后24 h组)处理组软骨轻度增厚,其余各处理组T2 mapping图显示软骨变薄,色阶分布不均匀,色阶由红黄色向黄色、黄绿色过渡,D组为不均匀绿色。各处理组T2值分别为A组：56.55-58.89ms,B组66.86-69.71ms,C组68.49～76.61ms、D组73.59-83.85ms,较同期对照组T2值均有不同程度的升高,经t检验,同期处理组及对照组之间差异具有统计学意义(P0.05)。同时进行组间比较,各对照组间差异无统计学意义(P0.05),各处理组间差异有统计学意义(P0.01)。 4.关节软骨ADC值以及ADC图结果：A、B、C、D组中对照组关节软骨表现为软骨厚度均匀,ADC伪彩图色阶均匀一致,呈绿色,其ADC值分别为(8.50±0.25)×10-4mm2/s、(8.47土1.07)×10-4mm2/s、(8.42±0.82)×10-4mm2/s、(9.11±0.25)×10-4mm2/s,经统计学分析,A、B、C、D组对照组间ADC值差异无统计学意义(P0.05)。A、B、C、D组中处理组关节软骨表现为软骨先轻度增厚,随之不同程度变薄,色阶分布不均匀,色阶由浅黄色、黄色、向深黄色过渡,范围逐渐扩大,其ADC值分别为(9.86±0.75)×10-4 mm2/s、(10.7±0.51)×10-4mm2/s、(12.3±0.72)×10-4mm2/s、(13.4±0.73)×10-4 mm2/s,呈递增趋势,经统计学分析,A、B、C、D组处理组间ADC值差异具有统计学意义(P)0.01)。经对A、B、C、D组处理组与对照组间进行t检验,各组中处理组与对照组间差异都具有统计学意义(P0.05)。 5.A、B、C、D组各处理组较同期对照组相对含水率分别增加7.91%、10.68%、20.81%、24.11%。经t检验,同期处理组及对照组之间差异具有统计学意义(P0.01)。同时进行组间比较,各对照组间差异无统计学意义(P0.05),各处理组间差异有统计学意义(P0.01)。 结论：1. FIESTA、IDEAL、3D-FS-SPGR序列能有效的显示关节软骨,而FIESTA、IDEAL序列是新的软骨成像序列,在关节软骨形态学的评价中具有潜在的应用价值。 2.三维MRI技术可以按任意方向进行数据重建,不会受层厚和层间距的限制,空间分辨率也不会受影响,可以显示关节软骨各个部位,不会因层面的限制而遗漏细微的病变。 3.由组化染色结果表明,向巴马香猪关节腔内注入一定量的木瓜蛋白酶,可以引起迅速进展的骨性关节炎,且不引起关节生物力学的改变,可以作为模拟早期关节软骨退变的简单有效的方法。 4.关节软骨T2驰豫时间值的空间变化及T2mapping伪彩图色阶的变化可以反映软骨退变早期形态学发生改变之前,软骨内生化组织构成的变化,对关节软骨退变的早期诊断具有一定的参考价值。 5.关节软骨MRI扩散加权成像及ADC值测量可以量化地反映软骨退变早期形态学发生改变之前,软骨内生化结构改变引起的水分子扩散程度的异常,使软骨损伤早期影像学诊断精细到分子水平。 6.在关节软骨退变的早、中期阶段,软骨内相对含水率逐渐增加,而T2值、ADC值亦逐渐升高。这种趋势对软骨退变的临床评估具有潜在的作用。 以上研究结果表明,运用磁共振成像技术,不仅能反映软骨形态学的特征,而且可以利用磁共振T2mapping成像发现没有形态学改变的关节软骨内组织成分的变化。利用MR弥散成像及ADC值测量,能量化地反映软骨生化结构改变引起的水分子扩散程度的异常,使关节软骨损伤的早期影像诊断从单纯的形态、信号的改变到定量分析迈进了一步。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2011
【中图分类】：R445.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
第2章 文献综述
    1 关节软骨的组织形态学、生物化学特征
    2 关节软骨损伤的病因及病理改变
    3 关节软骨退变的影像学评价
    4 关节软骨的MRI检查方法
    5 小结
第3章 磁共振关节软骨成像最佳序列筛选实验性研究
    1 材料和方法
    2 结果
    3 讨论
    4 小结
    附图及说明
第4章 T2MAPPING监测关节软骨早期病变的实验性研究
    1 材料和方法
    2 结果
    3 讨论
    4 小结
    附图及说明
第5章 弥散加权成像监测关节软骨早期病变的实验性研究
    1 材料和方法
    2 结果
    3 讨论
    4 小结
    附图及说明
第6章 结论
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张法浩,许善锦,王夔;自由基在大骨节病病理过程中的作用——Ⅳ.在自由基及黄腐酸作用下软骨细胞合成的异常胶原蛋白[J];北京医科大学学报;1990年01期

2 张权,黄煌渊,陈世益,夏军;实验性髌股关节退变性关节病关节软骨的病理改变[J];中华风湿病学杂志;2000年02期

3 王峻,甄俊平,牛金亮,谢维娜,胥毅;实验性蛋白多糖降解致兔膝关节软骨早期退变的核磁共振成像研究[J];中华风湿病学杂志;2003年07期

4 楼海燕,王仁法,王承缘,夏黎明,邹明丽,陈曌;弥散加权成像对膝关节腔积液诊断价值的探讨[J];放射学实践;2003年01期

5 雷杰;杨海山;韩志国;崔传禹;;MRI序列及三维重建在膝关节软骨损伤的诊断价值[J];中国介入影像与治疗学;2009年01期

6 艾飞;李小明;张炜;Kacher D;余铖;彭雯佳;夏黎明;李锋;熊伟;;三维稳态自由进动成像序列与三维抑脂扰相梯度回波序列诊断膝关节软骨病变的对比研究[J];临床放射学杂志;2010年04期

7 杨海涛;王仁法;李锋;张海栋;张伶;夏黎明;王承缘;;早期髌骨软化症髌软骨磁共振T_2图成像和扩散加权成像的对照研究[J];实用放射学杂志;2008年03期

8 王云峰;白人骁;张扬;冯俊奇;郭悦;李秀兰;;改良Hulth模型复制膝不同时期骨关节炎的实验研究[J];天津医科大学学报;2009年03期

9 史英红;谢海柱;岳凤斌;张刚;;MR扩散加权成像对髌软骨损伤的诊断价值[J];医学影像学杂志;2010年02期

10 董启榕,孟维春,郑祖根;受压状态下关节软骨胶原纤维结构的电镜观察[J];医用生物力学;2002年02期

本文编号：2878298