3.0T MRI上膝关节软骨体积的定量测量研究

摘要

第一部分：3.0T MRI上半自动软件软骨体积定量测量的可重复性及准确性研究
　　 目的:评估在3.0TMRI上使用半自动软件OsiriX测量膝关节软骨体积的可重复性及准确性。
　　 方法：在3.0T MR上使用磁共振(MR)轴位水激发三维快速小角度激发(3D-FLASH[we])序列对30名健康志愿者和30名骨性关节炎(OA)患者的右膝关节进行重复扫描。全部图像由3名观察者分别使用开放源软件OsiriX髌骨进行软骨的半自动分割及随机工作站进行人工分割,计算软骨体积,比较两种方法测量软骨体积所需时间、可重复性及测量结果。
　　 结果：①OsiriX软件分割比人工分割节省50％以上时间；②正常组OsiriX软件分割及人工分割的观察者间可重复性误差分别为4.9％和9.8％,高年资观察者内部可重复性误差分别为0.8％和1.3％,个体内部可重复性误差范围分别为0.1％～1.1％和0.5％～1.6％,前者各项可重复性误差均低于后者(P<0.05)；OA组OsiriX软件分割及人工分割的观察者间可重复性误差分别为6.2％和11.3％,高年资观察者内部可重复性误差分别为1.5％和2.7％,个体内部可重复性误差范围分别为0.7％～2.0％和1.2％～3.7％,前者各项可重复性误差均低于后者(P<0.05)；③正常组OsiriX软件与人工分割软骨体积测量结果之间的系统配对误差为-3.8％,随机配对误差为(4.7±2.7)％,测量结果差异无统计学意义(t=0.92,P=0.36)；OA组OsiriX软件及人工分割软骨体积测量结果之间的系统配对误差为-5.4％,随机配对误差为(6.3±4.0)％,测量结果差异无统计学意义(t=0.74,P=0.47)。
　　 结论：与人工分割相比,OsiriX半自动分割测量软骨体积具有省时、观察者间及观察者内可重复性高、有相对固定标准等明显优势,可用于临床及多中心大样本量研究。
　　 第二部分：3.0T MRI上正常成人膝关节软骨体积的定量测量
　　 目的:提供正常成人膝关节关节软骨总体积的参考值,研究膝关节各部分软骨体积所占总体积的比重,探讨软骨体积与年龄、性别、身高及体重的关系。
　　 方法：选取无关节外伤及手术病史,无膝关节痛的健康志愿者140例,分为7个年龄组,在3.0TMR上使用水激发三维多回波数据联合成像(3D-MEDIC[we])扫描序列对膝关节进行矢状位重复扫描。所获图像使用半自动软件OsiriX进行膝关节软骨的体积测量及三维重建。
　　 结果：膝关节软骨总体积的平均值为(18.16_+4.36)cm3,在整个膝关节软骨中,股骨软骨所占体积最大,髌骨及胫骨外侧髁次之,胫骨内侧髁最小,所占平均比重分别为(58.1±3.3)％、(18.7±2.0)％、(13.3±1.8)％及(10.0±1.9)％,其中以胫骨内侧髁软骨比重变化程度最大(CV=19％)。男性软骨平均体积大于女性,平均总体积分别为(21.62±3.63)cm3和(14.70±2.83)cm3。正常人膝关节软骨总体积大小与年龄的增长没有显著相关性(r=-0.19),各部分软骨体积与年龄亦没有明显相关性。膝关节软骨总体积与身高及体重成正相关(r=0.48,P<0.001.；r=0.30,P<0.001)。
　　 结论：正常成人膝关节软骨总体积大小约(18.16±4.36)cm3,膝关节不同部分软骨占软骨总体积的比重及变化程度均不等。男性软骨体积大于女性。关节软骨体积与年龄没有明显相关性,与身高及体重呈正相关,因此在评估膝关节软骨病损的体积改变时需结合性别、身高及体重等因素综合评价。
　　 第三部分：3.0T MRI上骨性关节炎患者膝关节软骨体积的定量测量
　　 目的:在3.0T MRI使用水激发3D-MEDIC序列对正常人和OA患者膝关节软骨体积进行测量及对比分析,从而探讨3.0T MRI上软骨体积测量在OA中的应用价值。
　　 方法：选择具有膝关节疼痛和功能障碍等症状,无膝关节外伤及膝关节手术病史的男性OA患者作为研究对象,58例纳入实验,结合WOMAC骨性关节炎指数评分及K-L放射学诊断标准将OA患者分为轻、中、重度三组；选择无关节炎及外伤病史,无膝关节痛的健康男性20名作为对照组。58名OA患者及20名健康男性均使用3D-MEDIC[we]序列进行矢状位MRI扫描。所获图像使用半自动软件OsiriX进行膝关节软骨体积的测量,对所测数据进行身高及体重校正,分析比较正常组与病变各组之间的差异性。
　　 结果：通过对膝关节OA病变各组软骨体积的测量并与正常组对比,轻度OA组各部分关节软骨体积与正常组之间不存在统计学差异,而中、重度OA组之间及中、重度OA组与正常组之间软骨各部分软骨体积比较存在统计学差异(P<0.05)。
　　 结论：通过关节软骨OA组与对照组体积测量对比分析:发现OA患者膝关节各部分软骨体积随着OA病情的加重,其体积逐渐变小,以重度OA患者较明显,3.0T MRI上软骨体积测量可为OA软骨病损提供定量依据。