骨关节炎影像学与mr进展ppt课件.ppt

1、上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科 美国南加州大学（USC）KECK医学院放射科Chi-shing Zee M.D.Eric White M.D.X线平片简单易行、价格低廉简单易行、价格低廉可显示关节间隙和关节面下骨质的变化可显示关节间隙和关节面下骨质的变化不能直接显示软骨的改变不能直接显示软骨的改变 左髋关节类风左髋关节类风湿性关节炎湿性关节炎X线示关节间线示关节间隙狭窄和关节隙狭窄和关节软骨下骨骨质软骨下骨骨质吸收、囊变吸收、囊变左膝结核性关节炎左膝结核性关节炎X线示关节囊肿胀、线示关节囊肿胀、关节间隙狭窄和关节关节间隙狭窄和关节软骨下骨骨质吸收软骨下骨骨质吸收脊髓空洞症及神经性关节炎脊

2、髓空洞症及神经性关节炎X线示关节面的线示关节面的不规则、缺损不规则、缺损微创性的检查方法、价格低廉微创性的检查方法、价格低廉可分为单对比和双对比二种可分为单对比和双对比二种可提高关节内各个结构之间的对比度可提高关节内各个结构之间的对比度显示关节囊及周围组织情况显示关节囊及周围组织情况对于软骨病变的显示仍较困难对于软骨病变的显示仍较困难普通关节造影X线平片不能直接显示关节软骨线平片不能直接显示关节软骨但可从正常的关节间隙推测关节软但可从正常的关节间隙推测关节软骨的厚度未见改变骨的厚度未见改变关节造影显示了髋臼和股骨关节造影显示了髋臼和股骨头的软骨（黑箭）头的软骨（黑箭），以及，以及盂唇（盂唇（绿

3、箭绿箭）肩关节造影显示正常的肱骨头软骨（黑箭）和盂唇（肩关节造影显示正常的肱骨头软骨（黑箭）和盂唇（绿箭绿箭）有较好的密度对比可清晰地显示骨质的改变可部分显示关节软骨和其他结构 CT平扫可以显示髌骨软骨平扫可以显示髌骨软骨X线显示左右髌骨上缘的低密度影线显示左右髌骨上缘的低密度影CT平扫显示左右髌骨上外侧缘的软骨和软骨下骨的缺损平扫显示左右髌骨上外侧缘的软骨和软骨下骨的缺损右右髋髋关关节节CT 2D重重建建CT清晰地显示右关节盂的骨、软骨骨折清晰地显示右关节盂的骨、软骨骨折CT关节造影 微创性的检查方法微创性的检查方法可和普通的关节造影同时进行可和普通的关节造影同时进行可分为单对比和双对比二种

4、可分为单对比和双对比二种可提高关节内各个结构之间的对比度，同可提高关节内各个结构之间的对比度，同时可避免影象的前后重叠时可避免影象的前后重叠可显示关节囊及周围组织情况可显示关节囊及周围组织情况可显示软骨病变可显示软骨病变肘关节肘关节CT造影造影 2D重建重建显示外伤所致的桡显示外伤所致的桡骨小头关节面软骨骨小头关节面软骨的缺损的缺损左肩关节左肩关节CT造影造影CT清晰显示前盂唇清晰显示前盂唇的撕裂的撕裂MRI无创伤性，软组织分辨率高，可直接行不同无创伤性，软组织分辨率高，可直接行不同方位的成像，成像参数多，信息量大。方位的成像，成像参数多，信息量大。常规的常规的SE序列即可显示大关节的关节软骨

5、序列即可显示大关节的关节软骨采用某些特殊的序列可以更为清晰地显示关采用某些特殊的序列可以更为清晰地显示关节软骨的形态节软骨的形态如有关节积液，在如有关节积液，在T2WI中可中可 产生类似关节产生类似关节造影的效果造影的效果梯度回波梯度回波T1WI显示髌骨软骨缺损显示髌骨软骨缺损FS-T2W清晰显示外清晰显示外伤所致的髌骨软骨撕伤所致的髌骨软骨撕脱，髌骨和股骨髁的脱，髌骨和股骨髁的骨挫伤，内侧支持带骨挫伤，内侧支持带撕裂撕裂T2W清晰显示清晰显示-脊髓空洞症脊髓空洞症-神经性关节炎神经性关节炎撕脱的软骨片撕脱的软骨片T2W清晰显示内侧半月板后角撕裂清晰显示内侧半月板后角撕裂T2W清晰显示后交叉韧

6、带撕裂清晰显示后交叉韧带撕裂外侧副韧带撕裂外侧副韧带撕裂股骨外侧髁撕脱股骨外侧髁撕脱内侧半月板撕裂内侧半月板撕裂 FS-T2WI清晰显示膝清晰显示膝关节的复合性损伤关节的复合性损伤Duble FD,et al.Radiology,2004(11):1543-1548MRI平扫清晰显平扫清晰显示内示内/外侧副韧带外侧副韧带撕裂撕裂MR关节造影微创性的检查方法微创性的检查方法可和可和X线、线、CT关节造影同时进行关节造影同时进行可分为单对比和双对比二种可分为单对比和双对比二种可提高关节内各个结构之间的对比度，避免可提高关节内各个结构之间的对比度，避免前后影像上的重叠前后影像上的重叠显示关节囊及周围

7、软组织的情况显示关节囊及周围软组织的情况可以清晰地显示软骨病变可以清晰地显示软骨病变MR关节造影清晰显示胫距关节距骨面的骨软骨骨折关节造影清晰显示胫距关节距骨面的骨软骨骨折FS-T1WI清晰显示前盂清晰显示前盂唇的撕裂唇的撕裂所示为关节周围的滑膜囊肿所示为关节周围的滑膜囊肿右肩右肩MR关节造影关节造影 退变 外伤 炎症 肿瘤和肿瘤样病变细菌性细菌性 结核性、化脓性结核性、化脓性非细菌性非细菌性 风湿、类风湿、痛风、神经性、血友病等风湿、类风湿、痛风、神经性、血友病等关节炎滑膜软骨瘤病滑膜软骨瘤病绒毛结节性滑膜炎等绒毛结节性滑膜炎等肿瘤和肿瘤样病变 退退 变变正位片显示内、外侧正位片显示内、外侧

8、关节间隙狭窄，关节关节间隙狭窄，关节缘骨赘形成。侧位及缘骨赘形成。侧位及轴位片显示髌股关节轴位片显示髌股关节间隙的狭窄和髌骨下间隙的狭窄和髌骨下骨的增生硬化骨的增生硬化退退 变变CT显示髌骨软骨厚度变薄，边缘骨质增生，髌上囊积液显示髌骨软骨厚度变薄，边缘骨质增生，髌上囊积液T1W、T2W和和GE-T1W显显示髌骨和股骨髁的软骨厚度示髌骨和股骨髁的软骨厚度变薄，软骨下骨增生硬化，变薄，软骨下骨增生硬化，髌上囊积液髌上囊积液退变T1WIT2WI退退 变变GE-T1WI外外 伤伤外伤致外侧髋臼和外伤致外侧髋臼和股骨头软骨骨折，股骨头软骨骨折，厚度变薄（厚度变薄（），盂），盂唇撕裂（唇撕裂（）。）。左

9、髋关节结核性关节炎左髋关节结核性关节炎X线显示左髋关节间隙狭窄、关节组成骨骨质梳松线显示左髋关节间隙狭窄、关节组成骨骨质梳松化脓性关节炎化脓性关节炎风湿性关节炎风湿性关节炎类风湿性关节炎类风湿性关节炎痛痛 风风血血友友病病性性关关节节炎炎T1WIT2WI滑膜软骨瘤病滑膜软骨瘤病T1WI绒毛结节性滑膜炎绒毛结节性滑膜炎 3D-FSPGR PD 各种生物学因素（免疫学因素，自由基，软骨细胞凋亡各种生物学因素（免疫学因素，自由基，软骨细胞凋亡）和机械）和机械性损伤长期相互作用下，软骨细胞，细胞外基质（性损伤长期相互作用下，软骨细胞，细胞外基质（ECM），软骨下），软骨下骨质三者降解和合成失衡骨质三者

10、降解和合成失衡进展进展关节结缔组织结构和化学组成关节结缔组织结构和化学组成成熟软骨再生的可能性成熟软骨再生的可能性关节生理变化规律关节生理变化规律基质亲水特性基质亲水特性关节内生物润滑机制关节内生物润滑机制Verstraete KL,et al.Clin Radiol 2004,59Link TM,et al.Radiology 2003;226 胶原框架崩解胶原框架崩解蛋白多糖丢失蛋白多糖丢失软骨水合作用增加软骨水合作用增加软骨增厚软化软骨增厚软化关节软骨表层裂隙或深部软骨破坏关节软骨表层裂隙或深部软骨破坏软骨生物力学功能受损软骨生物力学功能受损亚临床期诊断 生理性成像 微观显示 临床表现临

11、床表现 关节疼痛关节疼痛 功能障碍功能障碍 X线异常线异常 特异性促软骨修特异性促软骨修复药物复药物 基因治疗基因治疗外科性软骨修复外科性软骨修复 自体骨软骨移植自体骨软骨移植(AOT)自体软骨细胞移自体软骨细胞移植植(ACI)异体骨软骨移植异体骨软骨移植治疗效果评价高分辨率无创伤精确定量分析生物力学生物力学生物化学生物化学 GAG 丢失丢失 II型胶原崩解型胶原崩解 异常水化作用异常水化作用 器官水平器官水平骨质改变，关节间隙，软组织骨质改变，关节间隙，软组织组织水平组织水平半月板，滑膜，肌腱，软骨形态半月板，滑膜，肌腱，软骨形态生化结构，力学成份生化结构，力学成份水的弥散状况，葡聚糖（水的

12、弥散状况，葡聚糖（GAGGAG）分布，胶原交联状态）分布，胶原交联状态Bernard JD,et al.Radiology,2002,225(1)钠谱成像钠谱成像 离子密度图(FCD)对PG含量减少敏感T2 地图成像地图成像（T2 Mapping）延迟动态增强延迟动态增强MR弥散加权成像弥散加权成像(DWI)弥散系数测定（ADC）软骨内水异常分布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

13、 A,et al.Eur Radiol.2003,13(6)测定 T2信号的空间分布 反映软骨内异常水合作用FP期强化率延迟廓清率发现软骨基质结构异常适合手术前后随访观察 Wheaton AJ,et al.Radiology 2004;231(5)合理的序列组合和参数合理的序列组合和参数 与病理表现的相关性与病理表现的相关性 能否反应软骨退变早期基质成分变化能否反应软骨退变早期基质成分变化 能否解决临床疾病诊疗问题能否解决临床疾病诊疗问题 序列要求序列要求 脂肪抑制效果脂肪抑制效果 既能显示软骨，又对软骨下骨病变敏感既能显示软骨，又对软骨下骨病变敏感T1WdSTIRSTIRT2*GREFS-S

14、PGRFS-PDT2WacSNR t 4.245,P0.017软骨软骨/骨髓骨髓 CNR t44.34，P0.013软骨软骨/滑液滑液 CNR t12.44，P0.023软骨软骨/肌肉肌肉 CNR t56.42，P0.011各项参数比较居前的MR序列参 数123软骨/骨髓CNRFS-SPGRFS-PDFSE T2软骨/滑液CNRFS-SPGRFS-PDSTIR软骨/肌肉CNRFS-SPGRFS-PDT2*W GRESNRFS-SPGRFS-PDT2*W GRE分 层II型胶原软骨细胞表 层层状染色致密无移行层较细染色均匀长形平行排列辐射层略粗排列不整齐圆形纵行排列深 层粗染色深球形柱状膝关节软

15、骨厚度的MR与组织学比较 FS-PD和FS-SPGR序列所测定的膝关节髌软骨厚度与组织学测定最为接近。MR与组织学软骨分层数与分层厚度比较FS-PDFS-PDFS-SPGRFS-SPGRFS-SPGRFS-SPGR甲苯胺蓝染色甲苯胺蓝染色软骨分层数2354层1厚度（mm）1.80.41.20.31.10.20.1层2厚度（mm）1.70.31.10.30.40.10.80.2层3厚度（mm）1.30.40.30.12.50.3层4厚度（mm）0.30.20.40.1层5厚度（mm）1.40.1P0.0110.0130.0001-MR各序列显示的软骨厚度与组织学测定值之间均无相关性 软骨MR序列

16、组合FS-SPGR和FS-PD序列 正常软骨厚度变化 软骨组织分层表现Noyes评分系统Outerbridge评价系统分级表 现分级表 现0正常0正常关节软骨I软骨内异常信号或软骨表面异常色泽I关节软骨膨胀变软IIA软骨缺陷累及少于软骨全层50%II关节软骨出现裂隙，但裂隙未进入软骨下骨，病变区直径小于0.5inchIIB软骨缺陷累及全层50-99%之间IIIA软骨全层缺损但没有骨质病变III裂隙已开始进入软骨下骨，但软骨下骨未裸露，病变区直径大于0.5inchIIIB软骨全层缺损伴相邻软骨下骨质异常IV存在软骨下骨裸露软骨软骨MRMR与关节置换标本的对照与关节置换标本的对照组织学测量 股骨远

17、端和胫骨平台截骨标本对照MR分析获得 1010mm2包括骨质的软骨组织样本 HE、甲苯胺蓝染色II型胶原和蛋白多糖免疫组织化学测定参数软骨缺损Noyes评分及最大径II型胶原和蛋白多糖表达等级评定软骨纤维化软骨纤维化股骨髁软骨磨损股骨髁软骨磨损软骨面软骨面溃疡样缺损溃疡样缺损蛋白多糖蛋白多糖II级缺失级缺失II型胶原型胶原II级缺失级缺失MR与病理测定的OA软骨缺损评价比较病理学评价共计IIBIIIAIIIBMR评价IIB4004IIIA29314IIIB0358共计612826MR评价软骨IIB，IIIA及IIIB级缺损的精确度分别为66.67%、75%、65.5%MR与组织学OA软骨缺损等

18、级正相关（P0.001，r0.672）MR信号强度与II型胶原、蛋白多糖表达的相关性 FS-PD序列OA软骨SI与II型胶原表达负相关（P0.001，r0.825）其他序列软骨SI与II型胶原和蛋白多糖表达无相关性 软骨缺损 软骨基质成分 II型胶原表达蛋白多糖表达20-40岁年龄组膝关节不同区域软骨厚度比较不同年龄组软骨厚度有明显差异（F2968.790，P0.001)膝关节软骨厚度与临床特征的相关性年龄 膝关节胫骨平台，股骨内侧髁软骨厚度与年龄具有相关性 性别 不同性别软骨厚度具方差齐性（F=0.286，P=0.594）不同性别间软骨厚度无显著差异（t0.4235,P0.672）BMI（体

19、重指数）超重组和正常组软骨厚度具方差齐性（F=0.794，P=0.373）超重与正常组间软骨厚度无显著差异（t0.798,P0.425）仅股骨外髁软骨厚度与BMI相关（r0.162，P0.022）47例出现软骨缺损（23.5%），累及123个关节面（12.3）部位胫骨内侧平台（43.05%），髌软骨（34.44）不同部位缺损出现率无差异（Pearson28.770，P0.068）MR表现软骨局部异常信号（70.73%），小凹状缺损（26.83%）深度Noyes I级 94（76.42%），IIA级 29(23.58%)各年龄组差异软骨缺损出现率存在差异（Pearson229.428，P0.00

20、1）30岁以上两组间存在差异30岁以下组间软骨缺损出现率无显著性差异，但呈逐渐上升趋势20-40周岁膝关节无症状软骨缺损状况正常膝关节正常膝关节(FS-PD)无症状软骨缺损无症状软骨缺损(FS-PD)无症状软骨缺损无症状软骨缺损(FS-SPGR)40-70周岁OA病例组和对照组膝关节不同区域软骨厚度比较分 组平均软骨厚度（mm）标准差tP胫骨外侧平台对照组2.1800.28393.010.001病例组1.6210.295胫骨内侧平台对照组1.5380.2831.4510.231病例组1.4550.382股骨内侧髁对照组1.7180.31934.990.001病例组1.3140.357软骨的整体

21、厚度有显著差异（F42.996，P0.001）40-70周岁OA病例组和对照组膝关节软骨缺损比较*数据组成为：平均值（最小值最大值）*Noyes分级从0级至IV级对应为05分进行统计病例组对照组Mann-Whitney UZP软骨缺损累及关节面（N/例）2.34(1-4)*0.82(0-2)376.0-6.230.001Noyes评分4.04(2-5)*0.98(0-3)62.5-8.3360.001缺损最大径（mm）8.18(4-13)2.38(0-5)31.5-8.420.001病例组和对照组的软骨缺损分布和缺损大小存在显著差异OA关节疼痛与软骨下骨质水肿分布的相关性疼痛部位软骨下骨质水肿

22、分布区域胫骨外侧平台胫骨内侧平台股骨外侧髁股骨内侧髁髌 骨内侧间隙20.21330.7120.19829.0250.052P0.7770.0010.7790.0011.000外侧间隙228.6771.91732.8160.1790.524P0.0010.2300.00010.7710.542髌 周20.0960.8471.1250.04633.84P0.7570.3570.2890.830.001Logistic多元回归分析：髌骨和胫骨外侧平台区域的软骨下骨质水肿影响膝关节髌周和外侧间隙疼痛发生（髌骨与髌周疼痛P0.003，胫骨外侧平台与外侧间隙疼痛 P0.041）；内侧间隙疼痛与软骨下骨质水

23、肿不相关疼痛部位软骨缺损分布区域胫骨外侧平台胫骨内侧平台股骨外侧髁股骨内侧髁髌 骨内侧间隙20.930.0930.2880.1960.199P0.3350.760.5920.6580.655外侧间隙20.2120.7380.6060.7280.000P0.6450.390.4360.3931.000髌周20.1591.1940.040.1240.013P0.690.2750.8410.7240.911OA关节疼痛与软骨缺损分布的相关性Logistic多元回归分析：软骨缺损状况不影响关节疼痛OA3D-FSPGRPD+IR同年龄对照（同年龄对照（62岁）岁）软骨形态个体差异明显软骨形态个体差异明显

24、 2040岁膝关节软骨逐渐变薄 30岁软骨缺损 4070岁OA软骨薄，缺损大且深，软骨下骨质异常关节疼痛症状软骨下骨质异常软骨缺损 软骨边缘的界定软骨边缘的界定 软骨区域划分软骨区域划分 容积计算的方法容积计算的方法 最佳选择相同条件下的自身对照最佳选择相同条件下的自身对照治疗前股骨后治疗前股骨后髁软骨信号缺髁软骨信号缺损直径约损直径约6mm治疗前软骨容治疗前软骨容积为积为91.5治疗后治疗后6个月为个月为149.7治疗后治疗后18个月个月为为177.6治疗开始后治疗开始后6个个月股骨后髁软月股骨后髁软骨信号缺损直骨信号缺损直径约径约3mm治疗开始后治疗开始后18个月股骨后髁个月股骨后髁软骨信

25、号缺损软骨信号缺损不明显不明显同一病例同一病例 多回波多回波T2W成像序列成像序列 可推算特定组织的可推算特定组织的T2弛豫时间弛豫时间 研究证实，透明软骨研究证实，透明软骨T2时间与基质成分中蛋白时间与基质成分中蛋白多糖含量呈负相关多糖含量呈负相关 借助借助T2MAP成像，可发现骨关节炎软骨早期成像，可发现骨关节炎软骨早期退变退变 骨关节炎软骨骨关节炎软骨T2MAP主要表现：主要表现：（1）失去正）失去正常分层表现；（常分层表现；（2）T2值延长；（值延长；（3）局灶型或）局灶型或弥漫型弥漫型T2分布异常分布异常同一病例治疗同一病例治疗12个月前后比较个月前后比较T2 MAP显示股显示股骨髁

26、软骨重新骨髁软骨重新出现分层表现，出现分层表现，T2值下降值下降男性男性 47岁岁 左膝左膝OA 3年年T2 MAP显示股显示股骨髁软骨重新骨髁软骨重新出现分层表现出现分层表现髌软骨深层髌软骨深层T2值下降值下降表层软骨界限清晰表层软骨界限清晰治疗前治疗前治疗后治疗后女性女性 42岁岁手法治疗手法治疗6个月个月治疗前治疗前 髌软骨髌软骨T2值为值为54.37治疗后治疗后 髌软骨髌软骨T2值为值为32.85手法治疗组手法治疗组软骨素治疗组软骨素治疗组PN4037时间时间12m12m软骨容积软骨容积33.611.50.013髌软骨髌软骨T2值值15.38.20.034平均厚度平均厚度(mm)1.7

27、0.60.022最大缺损等级最大缺损等级(NOYES)IIIBIIBIIIBIIIA0.068ISOA4-20.044治疗前股骨外治疗前股骨外侧髁软骨下骨侧髁软骨下骨质水肿质水肿治疗后治疗后6个月骨个月骨质异常变化不质异常变化不明显明显治疗后治疗后12个个月骨质水肿月骨质水肿逐渐吸收，逐渐吸收，边缘模糊边缘模糊治疗后治疗后15个月个月骨质水肿明显骨质水肿明显吸收好转吸收好转男性男性 44岁岁 确诊右膝确诊右膝OA 5年年治疗前治疗前 软骨下骨质水肿软骨下骨质水肿治疗治疗6个月后个月后 软骨下骨质水肿消失软骨下骨质水肿消失男性男性 50岁岁男性男性 71岁岁膝关节膝关节OA（IV级）级）可重复性

28、可重复性 精确度精确度 对磁共振现象的解释对磁共振现象的解释 效价比效价比OA3D-FSPGRPD+IR同年龄对照（同年龄对照（62岁）岁）软骨形态个体差异明显软骨形态个体差异明显 骨关节炎的基础研究和治疗干预是骨科学基础问骨关节炎的基础研究和治疗干预是骨科学基础问题之一。题之一。软骨软骨MRMR成像为骨关节炎的早期诊断和治疗评价提成像为骨关节炎的早期诊断和治疗评价提供了良好的平台供了良好的平台 临床应用的软骨临床应用的软骨MRMR技术能精确显示骨关节炎软骨技术能精确显示骨关节炎软骨的形态变化，部分反应软骨基质成分异常。而的形态变化，部分反应软骨基质成分异常。而MRMR功能成像的进展为更好的显示软骨生理和生化信功能成像的进展为更好的显示软骨生理和生化信息奠定了基础。息奠定了基础。探索医学影像学研究的新立足点探索医学影像学研究的新立足点宏观：中医学，伤科学宏观：中医学，伤科学微观：生物力学，分子生物学微观：生物力学，分子生物学 解决临床实际问题解决临床实际问题疗效评价（手法，针灸疗效评价（手法，针灸）计算机辅助设计（计算机辅助设计（CAD）影像表现与人工关节手术预后判断影像表现与人工关节手术预后判断 MR ArthrographyT1+Fat Suppration*T1W*尸体标本研究SPGR