本课题应用MR T2mapping技术,围绕关节韧带重建术后韧带的T2值变化,进行2方面研究第一部分:兔膝髌韧带重建术后韧带T2值变化及其相关病理改变。目的:应用MR T2-mapping探讨兔膝髌韧带重建术后韧带T2值动态变化及其病理相关因素分析。方法:18周龄新西兰雌性兔49只,随机分为正常对照组19只和手术组30只。手术组(30只)又随机分为三组(4周、8周、12周)各10只,均选取左膝进行实验。手术组兔左膝髌骨下1/3至髌骨-髌腱接点处整段切除,髌骨钻孔,用缝线缝扎髌韧带后将缝线穿过髌骨孔道并拉紧,使髌骨截面与髌韧带紧贴,完成兔膝髌韧带重建模型,术后4周观察愈合良好,活动度正常。术后第4、8、12周行T2-mapping矢状面扫描,观察各个时间点的重建髌腱的T2图像改变并测量3个感兴趣区的T2值。扫描结束后尽量完整切取髌骨-髌韧带重接点和髌韧带,制作病理切片,进行HE染色、Masson染色,同时行Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型胶原的免疫组化染色,对Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型胶原表达进行半定量分析。正常对照组(19只)为不行手术的正常兔左膝。随机选取10只在饲养至第4、8、12周,各时间点所有兔膝均行T2-mapping矢状面扫描,观察各时间点的正常髌韧带的T2图像并测量3个感兴趣区的T2值。随机选取的另9只,分别饲养至第4、8、12周,每时间点各3只完整取下髌骨和髌韧带。在上述各时间点病理切片,进行胶原免疫组化染色。统计手术组和正常组髌骨-髌韧带接点(A区)、髌韧带中部(B区)、后十字韧带(C区)T2值的组间及组内差异,并分析T2值变化与胶原表达量之间的关系。结果:1.T2-mapping原始图像表现:在T2-mapping的5组原始图像中选择TR/TE=2000/69ms图像观察:正常组各时间点髌骨-髌韧带接点、髌韧带均呈纤细线状低信号,边界清晰,张力良好。手术组术后4周髌骨-髌韧带接点、髌韧带明显水肿模糊,信号增高,周围少量点状短T2带磁敏感效应的低信号,考虑少量含铁血黄素。术后8周髌骨-髌韧带接点、髌韧带水肿较前减轻,轮廓较为清晰,周围点状短T2信号基本吸收。术后12周髌骨-髌韧带接点、髌韧带水肿消散,轮廓显示清晰,信号、形态与原始状态接近。第4、8、12周均显示髌韧带张力良好,髌骨髌腱接点处无分离断裂。2.组织学观察(1)术后第4周:HE染色:髌骨髌腱接点见成纤维细胞增生,少量软骨样细胞形成,骨腱间隙可见分离。Masson染色:髌骨髌腱接点组织稀疏,见少量蓝染胶原纤维、软骨细胞和少量红染骨样基质生成。胶原表达免疫组化染色:纤维组织内见Ⅰ型胶原散在褐黄色显色;Ⅱ型胶原罕见染色;Ⅲ型胶原多处褐黄色显色。阳性面积百分比分别是20.77±8.92%,3.53±1.92%,47.31±9.25%。(2)术后第8周:HE染色:髌骨髌腱接点见成纤维细胞减少,可见胶原纤维形成,软骨细胞可见,骨腱接点开始愈合。Masson染色:髌骨髌腱接点组织增多,见较多蓝染胶原纤维、软骨细胞和较多骨样基质生成,相互之间有渗透。胶原表达免疫组化染色:纤维组织内见Ⅰ型胶原散在褐黄色显色;Ⅱ型胶原罕见染色;Ⅲ型胶原大量褐黄色显色,染色程度深。阳性面积百分比分别是25.15±14.38%,5.17±3.24%,78.08±9.13%。(3)术后第12周:HE染色:髌骨髌腱接点见大量胶原纤维和软骨细胞,相互融合,过渡自然,骨腱间隙已愈合。Masson染色:髌骨髌腱接点组织丰富,见蓝染胶原纤维、软骨细胞和红染的骨样基质相互交错,融合紧密,过渡自然。胶原表达免疫组化染色:纤维组织内见Ⅰ型胶原散在褐黄色显色;Ⅱ型胶原罕见染色;Ⅲ型胶原大量褐黄色显色,染色程度深。阳性面积百分比分别是22.31±13.77%,阳性面积百分比5.31±3.18%,83.08±9.21%。(4)正常对照组:第4周:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原阳性面积百分比分别为56.22±7.13%、4.47±2.02%和13.98±6.27%。第8周:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原阳性面积百分比分别为64.50±3.88%、2.91±1.54%和16.11±5.63%。第12周:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型胶原阳性面积百分比分别为60.27±10.17%、4.76±5.40%和17.94±6.37%。3.统计学分析(1)手术组兔膝重建髌韧带的A区和B区,4周、8周和12周所测的T2值均数较正常对照组高,差异有统计学意义((49)=0.000,0.000,0.000和(49)=0.000,0.000,0.002)。C区在4周所测的T2值均数较正常对照组高,差异有统计学意义((49)=0.017);在8、12周所测的T2值均数与正常对照组比较,差异无统计学意义((49)=0.281和0.920)。(2)手术组A区和B区,4周、8周和12周所测的T2值均数差异均有统计学意义((49)=0.000,0.002,0.007)。(3)手术组A区和B区的4周与8周、4周与12周、8周与12周所测的T2值均数差异有统计学意义((49)=0.000和(49)=0.000),T2值随着愈合时间延长而降低。正常对照组兔膝A区和B区的4周与8周、4周与12周、8周与12周所测的T2值均数差异无统计学意义((49)=0.125和(49)=0.128)。(4)手术组A区和B区T2值随Ⅲ型胶原表达量的增加而下降,手术组A区T2值和Ⅲ型胶原评分具有较好的负相关性,r=-0.760,(49)<0.01,手术组B区T2值和Ⅲ型胶原表达量具有负相关性,r=-0.677,(49)<0.01。结论:(1)生长良好的重建韧带T2值随着愈合时间延长而降低,相关病理改变主要为Ⅲ型胶原增加和含水量下降。(2)T2-mapping技术能测量评估兔膝髌韧带重建术后韧带生长过程中的T2值动态变化,可用于韧带生长情况的评价。第二部分:ACL重建术后韧带T2值变化及其与膝关节稳定性的关系。目的:应用MR T2-mapping,探讨人膝ACL重建术后韧带T2值动态变化及其与膝关节稳定性的关系。方法:收集符合入组条件的ACL重建术后7-12个月、13-18个月及术满18个月的患者31例、35例和47例,健康志愿者20例行常规MR及T2mapping序列扫描,观察MR图像上骨隧道开口位置,测量重建ACL股骨隧道段、髁间窝、胫骨隧道段T2值和正常ACL T2值。依据临床膝关节稳定性检查结果将重建术后患者分为膝关节稳定组及不稳组。分析MR评价骨隧道走行正常与否、骨隧道内径改变程度与临床检查关节稳定性的一致性;分别比较各时间段内各组韧带的股骨隧道段、髁间窝段和胫骨隧道段T2值之间有无差异;比较各时间段的稳定组重建ACL、不稳组重建ACL和正常ACL的T2值之间有无差异;分析稳定组和不稳组重建ACL的T2值随时间发展的变化规律。结果:(1)重建术后膝关节稳定组与不稳组中,MR判断隧道位置不正确率差异有统计学意义,x2=23.563,p=0.000,不稳定中隧道位置不正确率较高。(2)重建术后膝关节稳定组与不稳组间,股骨内径改变百分比无统计学差异(t=1.2638,P=0.1190),胫骨内径改变百分比无统计学差异(t=1.2152,P=0.1261)。(3)对各个时间段内稳定组重建ACL的股骨隧道段、髁间窝段和胫骨隧道段的T2值均数行行比较,无统计学差异(P=0.095,P=0.615,P=0.660,)。对各个时间段内不稳组重建ACL的股骨隧道段、髁间窝段和胫骨隧道段的T2值均数行比较,无统计学差异(P=0.926,P=0.817,P=0.271)。(4)重建术后各时间段稳定组、不稳组重建ACL及正常ACL的T2值均数比较:(1)术后7~12月时段各组韧带的T2值均数差异有统计学差异(H=36.227,p=0.000),稳定组和正常对照组、不稳组和正常对照组的韧带T2值差异均有统计学意义p<0.01;稳定组及不稳组重建韧带T2值均数高于正常对照组。稳定组和不稳组重建韧带T2值差异无统计学意义,p>0.05,稳定组与不稳组重建韧带T2值总体均数相等。(2)术后13~18月时段各组韧带的T2值均数差异有统计学意义,H=41.384,p=0.000。各组间韧带T2值差异均有统计学意义,p<0.01。稳定组、不稳组重建韧带T2值均数均高于正常对照组,不稳组重建韧带T2值均数高于稳定组。(3)术后18月以上时段各组韧带的T2值均数差异有统计学意义,F=102.68,p=0.000。不稳组与正常对照组、不稳组与稳定组的韧带T2值均数差异均有统计学意义,p<0.05;不稳组重建韧带T2值均数高于稳定组及正常对照组。稳定组与正常对照组韧带T2值差异无统计学意义,p>0.05;稳定组与正常对照组重建韧带T2值总体均数相等。(5)重建术后稳定组韧带在3个时间段中所测的T2值均数差异有统计学意义(H=70.845,p=0.000),T2值随着愈合时间延长而降低,7~12月时段重建韧带T2值均数大于13~18月时段,13~18月时段重建韧带T2值均数大于18月以上时段。重建术后不稳组韧带在3个时间段中所测的T2值均数差异无统计学意义(H=4.458,p=0.108)。结论:(1)ACL重建术满6个月后,无论膝关节稳定与否,重建韧带的股骨隧道段、髁间窝段和胫骨隧道段的T2值改变是一致的,各段的T2值之间无差异。(2)应用T2-mapping技术,在ACL重建术后2年内定期动态追踪重建韧带的T2值变化,并综合考虑骨隧道因素,有助于评估ACL重建术后关节稳定性。(3)综合本实验两部分,T2-mapping技术具备评价重建韧带生长情况的病理基础,有助于评估术后关节稳定性,有望成为评价韧带重建术后疗效的定量指标,具有一定的应用潜力。