[01458959]磁共振扩散张量成像监测早期骨性关节炎软骨退变的实验与临床研究

1、课题来源及背景 膝关节骨性关节炎（Knee Osteoarthritis,OA）是在活动关节上发生的一种慢性疾病,以关节基质崩解、软骨细胞减少为主要特性,多发于老年人。OA患者常出现关节疼痛、肿胀、畸形和功能障碍,其中关节的疼痛和僵直严重影响到患者的日常生活质量。目前膝关节OA的临床治疗主要是保守治疗为主,治疗效果差,致残率高,严重影响患者生活质量。故早诊断、早治疗是改善膝关节OA预后的关键。MRI拥有极高的软组织分辨率,可以准确、可靠、无创地检测关节软骨早期退变。因此有必要在建立关节软骨早期退变的动物模型下,总结最能满足临床需要的膝关节关节软骨早期退变的MRI序列,提高关节软骨早期退变的诊断率,减少患者的有创性检查所带来的痛苦,有助于将MRI的基础研究成果向临床运用转化推广,造福于患者,可产生较好的社会效益和经济效益。因此,本研究将以早期膝关节软骨退变患者为疾病研究模型,基于DTI技术及Matlab12.0、Mricron数据处理方法,初步探讨3.0 T MRI DTI技术早期监测软骨退变的影像学变化,为临床早期观察及监测软骨退变情况提供了一种潜在的影像学方法。本课题得到广西自然科学基金的资助。 2、技术原理及性能指标 2.1本项目主要技术原理如下： ①建立动物模型并对 DTI、T2*mapping 及 T1mapping 序列进行优化 ②应用 Matlab12.0 及Mricron 应用软件对图像及数据进行后期处理;在已经匹配良好的融合图上,取髌软骨轴位 3 个层面（正中层面、旁开中线 3mm 上、下层面）作为观察目标,观察 ADC 图、FA 图、T2*mapping 及 T1mapping 上髌软骨信号的差异,并分别获取定量评价指标（测量值）。及 T1mapping 上髌软骨信号的差异,并分别获取定量评价指标（测量值）。 ③以关节镜为标准,应用双盲法对早期 OA 患者在各种参数图及半定量指标进行评价。 ④应用优化的 DTI 序列对早期 OA 患者行髌骨轴位 DTI、T2*mapping 及T1mapping 扫描,分析各种参数图对髌软骨退变的显示情况及评价指标,并于两年后复查对比。 ⑤DTI的弥散张量主要输出参数包括：平均扩散系数（mean diffusivity, MD）、本征向量（V1、V2、V3）、本征值（λ1、λ2、λ3）、体积比率（VR）、相对各向异性（RA）与各向异性分数（fractional anisotropy, FA）。目前,临床应用最广的是MD及FA值。 2.2 性能指标应用优化的DTI 技术,尤其是 FA 融合图及输出值,对早期软骨退变显示应匹配良好,且具有重复性。 3、技术创造性及先进性 ①本研究应用我国医院配置相对常见的 3.0T MRI,在反复应用DTI 技术对正常人膝关节软骨测量实践中,优化了现有 DTI 扫描参数,并取得了较为可靠的 DTI 数据,为膝关节 DTI 进一步研究打下基础。 ②本研究基于 Matlab12.0 及 Mricron 应用软件,对膝关节 DTI 图像进行了进一步匹配及校准。DTI 成像是 EPI（回波平面成像,echo plane imag）序列,EPI 图像存在不可避免的变形。而关节软骨菲薄,变形的功能图像与解剖图定位、融合困难。本研究国内首先应用Matlab12.0 及 Mricron 软件对原始 DTI 图像进行匹配校正,这也提示国内医院大量配置的 3.0T 磁共振也能在 MRI 后处理软件帮助下进行DTI 研究。 ③本研究项目以优化后 DTI 序列为基础,对膝关节髌股关节软骨进行显示、测量,进而与现有 MRI 软骨功能成像序列（T2*mapping及 T1mapping）进行对比研究,并应用 DTI 技术在早期 OA 患者中进行随访监测。此类研究国内尚未见报道。 ④本研究项目负责人成功组建了广西区内第一支以 DTI 技术为基础研究早期膝关节 OA 患者的团队,采用功能磁共振技术研究膝关节早期软骨损伤的细微变化,通过理论成果的发表并与国内、甚至国际上进行学术交流。 4、技术成熟程度、适用范围及安全性 应用优化的 DTI 序列对早期 OA 患者行DTI检查技术上基本成熟;适用范围主要包括临床诊断或疑膝关节骨软骨损伤患者、早期OA患者及运动员;DTI膝关节检查安全性好,其适应症及禁忌症同常规MRI检查无差异。 5、应用情况及存在问题 本项目已在广西中医药大学第一附属医院放射科小批量、小范围应用。 本研究工作关键技术是关于 DTI 序列优化及后期数据处理,由于涉及到跨学科领域（磁共振成像技术、计算机图像匹配以及骨骼肌肉系统影像学）的技术支持,因此,需要多学科相互配合共同完成项目,本研究项目已经达到预期目标。另外,本研究也存在一些不足之处：本研究 DTI 序列平面分辨率为 1.6×1.6mm,对膝关节软骨分辨率仍然有待进一步提高。其次,本研究对象为青中年,软骨损伤 Outerbridge 分级为Ⅰ-Ⅱ度损伤,对于其余年龄阶段及Outerbridge 分级为Ⅲ度以上的软骨损伤,还需要进一步横向及纵向研究。另外,本研究应用 Matlab12.0 及 Mricron 后处理软件对原始 DTI图像进行匹配校正,仅髌股关节处软骨取得较为满意的 DTI 融合图像,匹配图像较好,但尝试对膝关节其他关节面下软骨进行后处理匹配,成功率不高,需要进一步临床实践进行优化。最后,髌股关节软骨损伤只是膝关节损伤一部分,将 DTI 序列进一步优化并应用于整个膝关节软骨的监测,需要进一步研究。 6、历年获奖情况 本项目为临床基础研究,以发表论文和研究生培养作为考核指标。已经发表了 3 篇中文核心期刊论著及 2 篇中文核心期刊综述。同时,培养 2 名硕士研究生。