应用T2 mapping成像评价马拉松前后膝关节软骨短中期改变

摘要

目的应用T2

mapping成像评价非专业长跑者马拉松前后膝关节软骨短中期改变。

方法招募12名非专业马拉松运动员，其中男5名、女7名；年龄21.0~37.0岁，平均（27.5±5.2）岁；体质量指数（BMI）17.6~27.2kg/m2，平均（21.9±2.5）kg/m2。入组受试者平均每周跑步3次以上，每次运动时间约30min。参加马拉松赛的健康志愿者，24个膝关节在赛前1周、赛后12h内及2个月时行3.0TMR扫描。应用T2

mapping成像测量膝关节股骨内髁（MFC）、股骨外髁（LFC）、胫骨内侧平台（MTP）、胫骨外侧平台（LTP）、髌骨（Patella）和滑车（Trochlea）各亚区域软骨的浅层（SZ）、深层（DZ）T2值。赛前与赛后软骨T2值比较选用配对t检验，软骨浅层与深层T2值比较选用独立样本t检验。

结果T2

mapping成像示关节软骨浅层T2值在赛前、赛后12h内及2个月随访时均高于深层，差异有统计学意义（t值分别为11.095、10.385、10.102，P均<0.01）。赛后12h内关节软骨浅层T2值较赛前低，差异有统计学意义（t值为2.180，P<0.05）；膝关节整体软骨深层T2值与赛前相比，差异无统计学意义（t值为1.832,P>0.05）。赛后12h内除MTP-DZ外，余软骨T2值均呈降低趋势，其中MFC-DZ与赛前比较差异有统计学意义（t=2.110,P<0.05）。赛后2个月随访时，2名受试者失访，MTP-SZ、LTP-SZ、LTP-DZ、MFC-DZ、Patella-SZ、Patella-DZ、Trochlea-SZ、Trochlea-DZ亚区软骨T2值与赛前相比差异无统计学意义（t值分别为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与赛前相比差异有统计学意义（t值分别为2.378、3.147,P值<0.05）。结论T2

mapping成像T2值的变化可以反映马拉松长跑者关节软骨内组织结构的变化过程，在压力作用下，软骨浅层T2值的变化更为显著。膝关节软骨的T2值在跑后2个月可逐渐恢复到跑前水平。马拉松运动是一项极限耐力运动，在准备马拉松的人群中，肌肉骨骼损伤的年发生率高达90%，其中膝关节最常见[1]。目前国内外学者关于马拉松对膝关节软骨造成的影响意见不一。有学者认为马拉松及训练期间重复的过度压力可能超过膝关节软骨负荷能力，从而导致软骨损伤，并继发膝关节骨性关节炎（kneeosteoarthritis，KOA）；也有学者认为膝关节能很好的承受长跑中的高冲击力，不会造成临床相关的软骨丢失。关节软骨为透明软骨，修复能力差，一旦损伤会加速关节退变，导致KOA的发生。T2

mapping成像可评估软骨结构完整性和软骨含水量等，具有很高的敏感性；并且成像时间短、后处理技术成熟。笔者旨在通过应用MRT2

mapping成像定量评价业余长跑者（不以长跑为职业）在马拉松长跑后膝关节软骨短中期MR信号改变，了解关节软骨不同区域的结构变化。资料与方法一、一般资料招募15名非专业马拉松运动员，3名不符合要求，最终纳入12名。其中男5名、女7名；年龄21.0~37.0岁，平均（27.5±5.2）岁；体质量指数（bodymassindex,BMI）17.6~27.2kg/m2，平均（21.9±2.5）kg/m2。入组受试者平均每周跑步3次以上，每次运动距离5km，时间约30min。此次马拉松赛跑步距离为（21.4±7.9）km，完成时间（122.6±27.3）min，对受试者的24个膝关节在赛前1周、赛后12h内及2个月时行3.0TMR扫描。

本研究得到了我院伦理委员会的批准（2019-003-1），所有参与者均签署知情同意书。纳入标准：（1）年龄18~40岁；（2）BMI<28kg/m2[6]；（3）既往无膝关节外伤史、手术史及感染史；（4）无长期需药物治疗的慢性疾病史。排除标准：（1）研究期间发生膝关节创伤；（2）赛前影像显示存在关节软骨形态损伤；（3）存在膝关节疼痛或其他阳性症状；（4）存在MRI检查禁忌证。二、MR扫描方法及序列参数应用3.0TMR扫描仪（德国SiemensMagnetomVerio3.0T，Germany），选用膝关节专用8通道线圈。扫描参数:（1）矢状面FS-PDWI序列：TR3500.0ms、TE24.0ms，FOV180.0mm×180.0mm，反转角150°，层厚4.0mm；（2）矢状面T2

mapping序列：TR3410.0ms，TE分别为13.8、27.6、41.4、55.2、69.0ms，FOV160.0mm×160.0mm，反转角180°，层厚2.7mm。所有受试者在每次扫描前静息休息1h，仰卧位接受检查，以髌骨下缘为扫描中心，通过使用沙袋和海绵尽量减少运动伪影。三、图像分析将膝关节软骨划分为6个亚区[7]，分别为股骨内髁（medialfemoralcondyle,MFC）、股骨外髁（lateralfemoralcondyle,LFC）、胫骨内侧平台（medialtibiaplateau,MTP）、胫骨外侧平台（lateraltibiaplateau,LTP）、髌骨（Patella）及滑车（Trochlea），以软骨厚度1/2为界将软骨划分为浅层区域（superficialzone,SZ）和深层区域（deepzone,DZ）。

在MR操作台上直接调出T2

mapping解剖图和伪彩图，分别显示上述6个亚区中心层面及前、后各一层面，沿各亚区软骨SZ、DZ及软骨边缘手动勾画ROI（图1,图2,图3,图4），分别读取软骨亚区SZ和DZ的T2值[8]。根据3次测量值获得相应软骨区域T2均值，T2值的测量分别由2名具有3年及5年肌肉骨骼影像诊断经验的医师，在事先学习并掌握上述测量方法后以盲法独立完成。利用图像融合软件将T2

mapping解剖图与伪彩图融合，获得融合图像。勾画ROI时，尽量避开软骨周围组织，如软骨下骨、关节积液等，以减少测量误差。图1~4

选取膝关节正中层面，以髌软骨厚度1/2为界，分别沿髌软骨深层及浅层勾画ROI，读取T2值，髌软骨深层T2值为30.0ms，髌软骨浅层T2值为46.2ms图5~7

在赛前（图5）、赛后（图6）及2个月随访（图7）时，膝关节软骨连续完整，表面光滑，无明显异常信号改变，无半月板撕裂、韧带及肌腱损伤，无软骨下骨改变、游离体、关节积液图8~10

赛前（图8）股骨远端及胫骨近端存在骨髓水肿，赛后（图9）水肿范围略缩小，信号强度减弱，在赛后2个月（图10）随访时，骨髓水肿基本消失图11，12

膝关节软骨亚区浅层（图11）和深层（图12）T2值变化趋势图。MFC：股骨内髁；LFC:股骨外髁；MTP:胫骨内侧平台；LTP：胫骨外侧平台；Patella：髌骨；Trochlea：滑车图13~15

同一非专业马拉松运动员在赛前（图13）、赛后12h内（图14）及赛后2个月（图15）股骨内髁中心层面软骨色阶图像，色阶信号由蓝到红代表T2值逐渐升高四、统计分析应用SPSS21.0统计软件进行统计分析。观察者间测量所得数据的一致性采用组内相关系数（intraclasscorrelationcoefficient,ICC）进行可重复性检验。赛前、赛后12h内及赛后2个月3次检查之间的软骨T2值比较，赛前与赛后软骨T2值比较选用配对t检验，软骨浅层与深层T2值比较选用独立样本t检验。检验水准α=0.05，P<0.05为差异有统计学意义。结果本研究共纳入12名受试者24个膝关节，赛后2个月随访时失访2名，参与检查的为10名受试者。观察者1测量的MTP软骨T2值为（42.6±10.7）ms，观察者2测得MTP软骨T2值为（43.1±9.7）ms，ICC值为0.830,提示一致性良好。一、膝关节常规MRI检查MR常规序列显示所有志愿者赛前及赛后膝关节软骨连续完整，表面光滑，无明显异常信号改变，无半月板撕裂、韧带及肌腱损伤，无软骨下骨改变、游离体、关节积液（图5,图6,图7）。其中1名受试者赛前双侧股骨远端及胫骨近端存在骨髓水肿（图8）；赛后水肿范围略缩小，信号强度减弱，在赛后2个月随访时，骨髓水肿基本消失（图9,图10）。二、关节软骨T2值改变关节软骨浅层T2值在赛前、赛后12h内及2个月随访时均高于深层（t值分别为11.095、10.385、10.102，P值均<0.01），差异有统计学意义。与赛前相比，赛后12h内关节软骨浅层T2值降低，差异有统计学意义；赛后2个月随访时，差异无统计学意义（表1）。而深层区域整体软骨T2值在赛后12h内及赛后2个月随访时与赛前相比，差异均无统计学意义（表1）。赛后12h内除MTP-DZ外，余软骨T2值均呈降低趋势，其中MFC-DZ与赛前比较差异有统计学意义（t=2.110，P<0.05）。赛后2个月随访时，2名受试者失访，LFC-SZ和LFC-DZ与赛前相比差异有统计学意义（t值分别为2.378、3.147,P值<0.05）。MTP-SZ、LTP-SZ、LTP-DZ、MFC-DZ、Patella-SZ、Patella-DZ、Trochlea-SZ、Trochlea-DZ亚区软骨T2值均呈恢复趋势，与赛前相比差异无统计学意义（t值分别为0.857、0.573、0.146、0.510、-0.594、-1.135、-0.812、-0.679，P值均>0.05），具体见表2。总体上，受试者膝关节软骨T2值在赛前、赛后12h内及赛后2个月随访时呈现出"先降后升"的变化趋势（图11，图12），软骨T2值在跑后2个月可逐渐恢复到跑前水平。三、软骨T2

mapping伪彩图色阶由蓝到红代表T2值由低到高的改变，赛后12h软骨红色色阶信号影减少，赛后2个月随访时红色色阶信号影较赛后12h增加（图13,图14,图15）。讨论长距离跑步是否会对膝关节造成损伤，许多国内外学者对此进行了探讨，意见不一。本研究结果显示非专业马拉松运动员赛前、赛后12h内及赛后2个月膝关节结构无明显改变，仅有1名受试者首次检查时发现双侧膝关节骨髓水肿，但并未出现任何膝关节不适的症状。建议这名受试者逐渐减少运动量，3次检查时运动频率分别每周跑6次、2次及1次，每次5km，时间为30min。这名受试者赛后12hMR显示骨髓水肿信号减低，随访2个月水肿基本消失，考虑与骨挫伤的严重程度及是否合并其他病变有关，单纯骨挫伤吸收时间为数周[12]，也可能与运动强度及个人体质有关，在减低运动强度后可恢复。既往有研究采用常规MRI序列描述马拉松前后膝关节的结构变化，结果显示马拉松后韧带信号无明显改变，部分非专业马拉松运动员出现关节积液增多、半月板及骨髓信号增高，这些改变在6~8周随访时恢复到初始水平。常规MRI序列，仅能从形态方面进行软骨评价，而T2

mapping成像，可通过测量软骨的T2值对软骨生化成分进行定量分析，从分子水平为软骨损伤早期诊断提供影像依据。T2值与软骨中自由水的含量和软骨胶原纤维的排列方向有关，若胶原纤维崩解，将出现不可逆的软骨损伤，导致T2值升高。长距离跑步会引起关节软骨的生化改变。本研究通过测量马拉松长跑者膝关节软骨的T2值，间接反映跑步前后及2个月随访过程中，关节软骨生化成分的变化，发现关节软骨呈一定程度的可复性改变，可能与胶原纤维的方向及水含量变化有关，而并未发生胶原纤维网状结构破坏。本研究发现膝关节软骨在赛前、赛后12h内及赛后2个月浅层T2值均高于深层，考虑可能与关节软骨的组织学构成有关[6]。并且笔者还发现在此过程中，关节软骨浅层T2值的变化幅度明显高于深层，此现象可能与浅层及深层的胶原纤维排列方向及含水量不同有关，提示浅层及深层在相同压力作用下，软骨组织成分及结构发生改变的程度不同。本研究显示赛后12h大部分软骨T2值呈降低趋势，仅MFC软骨T2值明显减低（P<0.05），可能与运动形式有关。有研究显示在步行、跑步及爬楼梯3种活动形式中，跑步对股骨软骨的影响最大。笔者发现赛后2个月随访时膝