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背景和目的膝关节是人体大关节之一,也是承重最重要的关节之一,所以较易发生退变。膝关节作用中,关节软骨主要起缓冲作用,目的是减少关节摩擦,关节软骨对维持膝关节的功能及活动方面非常重要,膝关节退变时,关节软骨最易损伤受累。所以在临床工作中,早期发现软骨的形态变化甚至内部成分变化有助于了解膝关节退变的程度及病变的发展进程。骨性关节炎(Osteoarthritis,OA)是一种多系统、多病因的常见的慢性骨关节疾病。MRI T2 mapping成像技术是一种通过测量关节软骨的T2值,通过T2值间接推测软骨成分变化,从而反映退变时关节软骨内某些组织成分改变,通过分析不同时期膝关节OA各个部分软骨T2值变化,有助于临床早期发现并治疗膝关节OA。纹理近年来逐渐用于分析医学影像图像,图像某个位置的纹理特征与这个位置周围的灰度变化规律关系密切,它主要通过灰度变化分辨组织成分变化,是一种通过视觉感知图像局部特征的总额。本研究中,我们运用T2 mapping联合纹理分析,探讨其在膝关节OA诊断中的应用。材料与方法收集本院就诊的膝关节OA患者44例,男14例,女30例,平均年龄46.5±9.8岁。根据WOMAC(Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index)对OA患者进行临床评分。收集健康成年人39例作为健康对照组(所有人都已签署知情同意书),男性13例,女性26例,平均(32.5±9.3)岁。所有受试者,包括OA患者和健康成人都采用3.0T超导MRI成像系统(Philips Ingenia),相阵控表面膝关节8通道线圈,T2 mapping为矢状面扫描。T2 mapping扫描参数:自旋回波技术(Spin Echo),6回波采集,第一个TE=10ms;TR=2000ms,FA=90°,视野(FOV)=100mm×100mm,像素(Voxel Size)=0.5mm×0.5mm,层厚=2.5mm,层间距0,并行采集因子(sense factor)=2,相位编码方向(Phase Ecoding Direction)=AP,层数(Slice Number)=40,扫描时间(Scan Time)=12mins。根据半月板分区将膝关节胫骨软骨和股骨软骨全层分为7个感兴趣区(ROI),分别为股骨前份、股骨半月板前角区、股骨半月板中份、股骨半月板后角区、胫骨半月板前角区、胫骨半月板中份、胫骨半月板后角区。利用MaZda软件可计算ROI内有关直方图(Histogram)、游程检验(Run-length matrix,RUN)、灰度共生矩阵(Gray-level co-occurrence matrix,GLCM)及绝对梯度(Absolute gradient,GRA)等方法所得到的纹理特征。用MazDa(version 4.7,The Technical University of Lodz,Institute of Electronics,http://www.eletel.p.lodz.pl/mazda/)软件在矢状位T2 mapping序列中选择显示软骨最大的层面,沿软骨边缘用不同颜色分别勾画出各分区软骨,对每个受试者7个感兴趣区分别提取纹理参数,最终每个个体得到77×7个纹理参数。采用SPSS21.0软件进行统计学分析,用双样本T检验比较两组各参数差异,P<0.05为差异有统计学意义。选择有统计学差异的参数组成特征向量,基于人工神经网络(Artificial Neuro Network,ANN),随机森林(Random Forest,RF),朴素贝叶斯(Naive Bayes,NB)和线性判别分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)的方法对OA组和正常对照组进行分类。结果最终本研究共收集83例被试者,其中正常对照组39例,OA患者44例。两组之间性别、BMI无统计学差异(P>0.05),两组间的年龄、WOMAC、LEFS统计学有明显差异(P<0.05)。7个ROI平均T2值,OA组为52.99±4.61ms,正常对照组为43.74±3.82ms(P<0.05)。OA组中,ROI4、ROI3和ROI1 T2值最高,分别为67.89±10.57ms、60.02±9.02ms和54.96±9.31ms。纹理参数在所有ROI中均具有统计学差异(p<0.05),其中ROI1、ROI2、ROI4、ROI5和ROI6具有明显差异,其中ROI5的差异最明显。各分类器的准确率分别为ANN=79.25%,RF=73.58%,NB=69.80%,LDA=77.36%,其中ANN的分类效能最好。对T2 mapping值和WOMAC、LEFS量表分别做相关性分析,发现T2mapping和WOMAC有强相关关系(P=0.00),T2 mapping和LEFS有强相关关系(P=0.00)。两组间性别的T2 mapping值差异不具有统计学意义(P>0.05)。年龄与ROI 5 T2 mapping值相关。结论OA患者膝关节软骨T2值高于健康成人,T2值增高可以提示OA的发生,临床工作中,OA的诊断主要依靠临床症状,所以通常不能实现早期诊断。本研究中OA患者和健康成人纹理参数值具有明显差异,分类器结果提示纹理分析可以为OA诊断提供一种客观有效的新方法。MR T2 mapping联合纹理分析能于OA患者患病早期检测到软骨组织学的改变,基于纹理参数的改变,可以实现计算机辅助诊断,提高OA诊断的准确性和可靠性。