磁共振T1mapping与T2mapping序列在类风湿关节炎兔模型骨髓水肿中的定量研究*

丁 浩，袁文昭，莫志青，龙娇玲，许 华，曾自三

（广西医科大学第一附属医院放射科，南宁 530021）

类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种以关节侵蚀为主要临床表现的慢性自身免疫性疾病，可发生于任何年龄并以30～50 岁为其发病高峰，常以小关节受累为主的对称性、持续性且多发性的关节炎。RA 在病理上表现为滑膜炎、血管翳形成，并逐渐出现关节软骨和骨质破坏，其结局最终是导致关节畸形和功能丧失[1]。有研究表明骨破坏起始于骨髓水肿（bone marrow edema，BME），并且BME是早期诊断RA重要指标之一[2-3]。此外，国内、外类风湿专家认为BME是早期RA影像学上进展的强有力的独立预测因素之一，并且可以作为预后判断的指标[2,4-5]。因此，对BME监测、评价及治疗显得尤为重要。在治疗方面，有学者提出RA 的治疗以影像缓解为目标，而且通过影像可以准确地判断疾病低活跃度或缓解状态[6]。目前磁共振常规的序列虽然可以评估BME情况，但其只是半定量或定性的评价。Mapping技术是一种核磁共振弛豫时间的定量测定技术，主要包括T1maping、T2mapping、T2*mapping及T1ρmapping等，T1mapping及T2mapping分别测定纵向弛豫时间、横向弛豫时间[7]。目前T1mapping 及T2mapping 序列已应用于心脏、关节软骨等部位成像研究[8-9]。俞顺等[10]研究认为T1mapping、T2mapping可以定量评价骶髂关节BME，并且有较高的诊断效能。因此，本研究拟在动物模型上运用T1mapping 及T2mapping 序列探索其在BME治疗过程中定量评估的可能性，以期在疾病监测或治疗过程方面对临床有一定的帮助。

1 材料与方法

1.1 试剂

鸡卵蛋白粉、完全弗氏佐剂（美国，Sigma），甲醛溶液，石蜡、苏木精—伊红（HE）染色剂、乙醇溶液、戊巴比妥钠（上海源叶生物科技有限公司）。

1.2 动物及其分组

购买6个月龄雌雄不限新西兰大白兔16只，体重约2.5～3.0 kg，专人单笼饲养，喂养于广西医科大学实验动物中心。实验动物分为对照组及模型组，对照组行假造模而不治疗，模型组用于治疗。实验最后获得6 只兔/12 例膝关节（对照组）、10 只兔/20 例膝关节（模型组）纳入本研究。本研究方案经广西医科大学第一附属医院伦理委员审核通过（No.2021-KY-E-316）。

1.3 方法

1.3.1 RA模型组及对照组制备 根据鸡卵蛋白诱导兔关节炎造模方案[11]，将卵蛋白干粉用生理盐水配置成浓度为20 mg/mL 的溶液后，与等量完全弗氏佐剂进行乳化，反复震荡搅拌混匀，至二者不再分层形成乳白色胶状液体。用注射器抽取1 mL 鸡卵蛋白乳浊液于家兔肩胛背部皮下分5个注射点注入，每周1次，连续4周，随后1周分别于双膝关节腔内注射0.4～0.5 mL鸡卵蛋白溶液作关节诱发，并在随后2～4周行膝关节扫描，评判有无BME，如无则重复造模流程直至出现BME并纳入模型组，对照组则采用等量的生理盐水行假造模，而不作治疗。

1.3.2 RA 模型组治疗方案 参考国内RA 治疗指南用药方案[4]对RA 兔模型进行治疗。将醋酸泼尼松龙（PA）粉末用生理盐水配置成浓度为10 mg/mL混悬液，甲氨蝶呤（MTX）粉末用生理盐水配置成浓度为30 mg/mL 混悬液，每千克体重剂量10 mg；PA连续14 d 经兔耳缘静脉静推1 mL（10 mg/mL），而MTX 于第1 天及第14 天臀部肌注1 mL/次（30 mg/mL），共2次，如磁共振BME监测未能达标，则再重复治疗流程，直至获得满意的磁共振图像。

1.4 MR扫描方案

扫描前将线圈放置于扫描床的头侧中央部，使线圈中心线与扫描床中心线相重合。兔麻醉后，将兔以头先进位、仰卧位放置于线圈平托内并固定好，双膝并拢屈曲约30～45°，髌骨正面朝上行磁共振扫描。

1.5 扫描仪器、线圈与扫描序列

西门子磁共振3.0T Prisma magneton，8 通道动物专用线圈（苏州众志医疗有限公司，江苏）；扫描序列包括FS-TSE-T2WI、T1mapping 与T2mapping序列，各序列扫描方位均为矢状位。T2WI-TSE-FS相关参数：TR=3 810 ms，TE=76 ms，averages=4，层厚=2 mm，层间距=0 mm，矢状位FOV=60 mm×80 mm。T1mapping 图由B1Map-T1-mapping、T1Mapanatomical 序列扫描组合计算后产生，其序列参数分别为：B1Map-T1-mapping：TR=5 310 ms，TE=1.83 ms，FOV=200 mm×200 mm，层厚8.0 mm，间隔4.0 mm；T1Map-anatomical：TR=15 ms，TE=2.27 ms，翻转角分别为5°、14°、22°、30°，FOV=60 mm×80 mm，层厚=2.0 mm，层间距=0 mm。T2mapping伪彩图由T2Map-anatomical 序列扫描产生，扫描序列参数为：FOV=60 mm×80 mm，层厚=2.0 mm，层间距=0 mm，TR=1 000 ms，TE=13.8 ms、27.6 ms、41.4 ms、55.2 ms、69.0 ms。

1.6 影像数据后处理

将FS-TSE-T2WI、T1mapping、T2mapping 矢状位图像上传至西门子后处理工作站。利用西门子后处理软件在FS-TSE-T2WI序列上从右侧至左侧、由外及内侧依次观察兔股骨远端骨骺区及勾画感兴趣区（ROI），勾画的范围为股骨骨骺皮质下部分，尽量避开骨皮质及干骺线，并将ROI 区复制至T1mapping、T2mapping 图相同定位层面上，即测量出相应ROI的T1mapping、T2mapping值。

1.7 BME影像评分标准

根据FS-TSE-T2WI 序列图像，参照RA 磁共振成像评分系统（rheumatoid arthritis magnetic resonance image scoring system，RAMRIS）对模型组动物治疗前、后的股骨远端干骺区进行半定量评分[12-13]：根据水肿占骨体积的比例分为0～3 分，0 分代表无水肿；1分代表体积小于33%的BME；2分代表34%～66% 的BME；3 分代表67%～100%的BME；评分示例图见图1。

图1 兔膝股骨远端干骺区BME模型RAMRIS评分示例图

1.8 标本处理及病理学评估

对获取的兔股骨远端标本脱钙、脱水、组织包埋、蜡块制作，并对蜡块矢状位切片处理及苏木精—伊红染色等。病理学评分参考学国内者孟祥虹等[14]病理切片的分析方法来进行评估。据病理异常表现所占面积与切片面积的比例分为0～3 分，具体如下：病理学表现无异常，为0 分；比例＜1/3，为1 分；比例在1/3～2/3间为2分；比例＞2/3，为3 分。炎性细胞与破骨细胞浸润为BME 评估异常病理表现的主要内容。

1.9 统计学方法

采用SPSS 25.0软件进行数据统计分析，正态分布资料以均数±标准差（±s）表示，组间比较采用t检验；偏态分布资料以中位数（四分位数间距）表示，组间比较采用非参数检验；相关性检验采用Spearman相关性分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组T1mapping、T2mapping 值比较及其病理情况

对照组（6 只兔/12 例膝关节）、模型组（10 只兔/20 例膝关节）的T1mapping 和T2mapping 定量值见表1。模型组T1mapping 值治疗前高于对照组（P＜0.05），且模型组T1mapping值治疗前、后比较，差异具有统计学意义（P＜0.05）。模型组治疗前的T2mapping值低于对照组（P＜0.05），且模型组治疗后的T2mapping值高于治疗前（P＜0.05）。

表1 两组治疗前、后T1mapping、T2mapping值比较ms，±s

表1 两组治疗前、后T1mapping、T2mapping值比较ms，±s

RA 模型治疗前、后的T1mapping、T2mapping及其病理示例图见图2，T1mapping 值治疗后（图2D）较治疗前（图2A）降低，T2mapping值治疗后（图2E）较治疗前（图2B）升高；模型组治疗前破骨细胞、淋巴B细胞浸润（图2C），治疗后破骨细胞及淋巴细胞减少（图2F）。

图2 RA模型治疗前、后的T1mapping、T2mapping及其病理示例图

2.2 模型组治疗前、后RAMRIS评分及其比较

模型组治疗前、后的RAMRIS 评分，分别为治疗前1分1例，2分10例，3分9例。治疗后1分11例，2分8例，3分1例，模型组治疗前、后比较，差异具有统计学意义（Z=-3.45，P=0.001）。

2.3 模型组治疗后BME病理评分

模型组治疗后（8 只兔/16 例膝关节）HE 染色病理骨髓评分：0分3例，1分5例，2分5例，3分3例，其中位数和四分位数间距为1.5（1，2）。

2.4 T1mapping、T2mapping值与模型组BME的RAMRIS评分、病理评分相关性分析

模型组治疗前、后的T1mapping 值与RAMRIS评分呈正相关关系（r=0.56，r=0.75，均P＜0.05），而T2mapping值与RAMRIS评分无相关性（P＞0.05）；模型组治疗后的T1mapping 值与BME 病理评分呈正相关关系（r=0.67，P＜0.05），模型组治疗后的T2mapping值与BME病理评分呈负相关关系（r=-0.57，P＜0.05），见表2。

表2 T1mapping、T2mapping 值与模型组BME 的RAMRIS评分、病理评分相关性分析

3 讨论

在以往的RA影像研究方面主要是侧重于早期诊断[15]或者疗效评价上[16]，而在BME上的全定量研究并不多。有学者认为骨髓可能是观察RA病理变化的重要部位，而且BME 关系到软骨损伤、骨侵蚀及RA预后，甚至有些还可以影响炎症表型[2,17]。虽然引起BME 的原因有创伤、骨折、感染、血管源性、关节炎、废用或过度使用等[2,5]，但RA 的BME 在病理上有其自身的特点，RA 中磁共振所显示的BME又称为骨炎，BME在自身免疫作用下通过局部释放炎性细胞因子，使富含脂肪的骨髓被淋巴细胞和血管内聚集物所替代[18]，从而引起破骨细胞增生、软骨下骨破坏[14,19]。

本研究中RA 动物模型组治疗前的BME 区域相对于对照组T1mapping值升高，经治疗后T1mapping降低（P＜0.05），本课题组认为这跟骨髓的主要成分为水与脂肪有关，且由于骨髓中水的T1mapping值明显高于脂肪，当BME区域因存在炎性细胞浸润时，血管通透性增加，水分增多、脂肪细胞被挤占，因而导致T1mapping值升高，经治疗后炎性反应减轻，血管通透性减弱、水分减少，因此T1mapping值降低。在T2mapping值方面，模型组BME区域的T2mapping 值较对照组低，主要是由于在骨髓中水的T2mapping 值较脂肪小[20]，当合并水肿时则会导致骨髓区的T2mapping 值相对减少，因此T2mapping 值降低。同时，本研究中模型组治疗后的病理切片中也印证了其中的炎性反应变化。RAMRIS作为业界公认的RA评分系统，T1mapping值与其呈正相关关系，充分说明了T1mapping 序列具有一定的可靠性及临床价值。而T2mapping值虽然在治疗前、后存在差异，但与RAMRIS评分无明显相关性，本课题组认为这可能跟RAMRIS 评分的滞后性和（或）与脂肪、水的T2mapping 值相差不大有关。在模型组治疗后的T1mapping、T2mapping 值与病理评分相关性分析中，2 只兔模型因意外死亡而未能获得其病理组织，故纳入病理相关分析中的模型为8 只/16 例膝，经相关分析结果提示具有相关性，本课题组认为T1mapping及T2mapping值可以定量反映骨髓中水分含量的变化，而且水肿常伴随炎症产生，因而可以间接地反映炎症变化。

本研究运用3.0T 磁共振T1mapping 及T2mapping 序列定量研究了RA 的BME 动物模型治疗过程中疗效评价的可行性，同时获取治疗后的BME病理相互验证。本研究的不足在于模型数量较少，难免会出现抽样误差，且RA 兔模型并不能完全真正地反应人类的RA。

综上，磁共振T1mapping 及T2mapping 序列可以定量评价RA 兔模型的BME，T1mapping 序列可应用于动物RA模型疗效的定量评价。