T2mapping聯合紋理分析在膝關節(jié)骨性關節(jié)炎中的應用.pdf

1、背景和目的：
　　膝關節(jié)是人體大關節(jié)之一，也是承重最重要的關節(jié)之一，所以較易發(fā)生退變。膝關節(jié)作用中，關節(jié)軟骨主要起緩沖作用，目的是減少關節(jié)摩擦，關節(jié)軟骨對維持膝關節(jié)的功能及活動方面非常重要,膝關節(jié)退變時，關節(jié)軟骨最易損傷受累。所以在臨床工作中，早期發(fā)現軟骨的形態(tài)變化甚至內部成分變化有助于了解膝關節(jié)退變的程度及病變的發(fā)展進程。骨性關節(jié)炎(Osteoarthritis，OA)是一種多系統、多病因的常見的慢性骨關節(jié)疾病。MRI T2ma

2、pping成像技術是一種通過測量關節(jié)軟骨的T2值，通過T2值間接推測軟骨成分變化，從而反映退變時關節(jié)軟骨內某些組織成分改變，通過分析不同時期膝關節(jié)OA各個部分軟骨T2值變化，有助于臨床早期發(fā)現并治療膝關節(jié)OA。紋理近年來逐漸用于分析醫(yī)學影像圖像，圖像某個位置的紋理特征與這個位置周圍的灰度變化規(guī)律關系密切，它主要通過灰度變化分辨組織成分變化，是一種通過視覺感知圖像局部特征的總額。本研究中，我們運用T2 mapping聯合紋理分析,探討其在

3、膝關節(jié)OA診斷中的應用。
　　材料與方法：
　　收集本院就診的膝關節(jié)OA患者44例，男14例，女30例，平均年齡46.5±9.8歲。根據WOMAC(Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index)對OA患者進行臨床評分。收集健康成年人39例作為健康對照組(所有人都已簽署知情同意書)，男性13例，女性26例，平均(32.5±9.3)歲。所有受試者，包

4、括OA患者和健康成人都采用3.0T超導MRI成像系統（Philips Ingenia），相陣控表面膝關節(jié)8通道線圈，T2 mapping為矢狀面掃描。T2 mapping掃描參數：自旋回波技術(Spin Echo)，6回波采集，第一個TE=10ms；TR=2000ms，FA=90°，視野(FOV)=100mm×100mm，像素(Voxel Size)=0.5mm×0.5mm，層厚=2.5mm，層間距0，并行采集因子（sense fact

5、or）=2，相位編碼方向（Phase Ecoding Direction）=AP，層數(Slice Number)=40，掃描時間(Scan Time)=12mins。根據半月板分區(qū)將膝關節(jié)脛骨軟骨和股骨軟骨全層分為7個感興趣區(qū)(ROI)，分別為股骨前份、股骨半月板前角區(qū)、股骨半月板中份、股骨半月板后角區(qū)、脛骨半月板前角區(qū)、脛骨半月板中份、脛骨半月板后角區(qū)。利用MaZda軟件可計算ROI內有關直方圖（Histogram）、游程檢驗（Ru

6、n-length matrix，RUN）、灰度共生矩陣（Gray-level co-occurrence matrix，GLCM）及絕對梯度（Absolute gradient，GRA）等方法所得到的紋理特征。用MazDa（version4.7，The Technical University of Lodz, Institute of Electronics,http://www.eletel.p.lodz.pl/mazda/）軟件在

7、矢狀位T2 mapping序列中選擇顯示軟骨最大的層面，沿軟骨邊緣用不同顏色分別勾畫出各分區(qū)軟骨，對每個受試者7個感興趣區(qū)分別提取紋理參數，最終每個個體得到77×7個紋理參數。采用SPSS21.0軟件進行統計學分析，用雙樣本T檢驗比較兩組各參數差異，P<0.05為差異有統計學意義。選擇有統計學差異的參數組成特征向量,基于人工神經網絡（Artificial Neuro Network，ANN)，隨機森林（Random Forest，RF)

8、,樸素貝葉斯（Naive Bayes，NB)和線性判別分析（Linear Discriminant Analysis，LDA)的方法對OA組和正常對照組進行分類。
　　結果：
　　最終本研究共收集83例被試者，其中正常對照組39例，OA患者44例。兩組之間性別、BMI無統計學差異（P>0.05），兩組間的年齡、WOMAC、LEFS統計學有明顯差異（P<0.05）。7個ROI平均T2值，OA組為52.99±4.61ms，正常對

9、照組為43.74±3.82ms(P<0.05)。OA組中，ROI4、ROI3和ROI1 T2值最高，分別為67.89±10.57ms、60.02±9.02ms和54.96±9.31ms。紋理參數在所有ROI中均具有統計學差異(p<0.05)，其中ROI1、ROI2、ROI4、ROI5和ROI6具有明顯差異，其中 ROI5的差異最明顯。各分類器的準確率分別為ANN=79.25％，RF=73.58%，NB=69.80%，LDA=77.36%

10、，其中ANN的分類效能最好。對T2 mapping值和WOMAC、LEFS量表分別做相關性分析，發(fā)現T2 mapping和WOMAC有強相關關系（P=0.00），T2 mapping和LEFS有強相關關系（P=0.00）。兩組間性別的T2 mapping值差異不具有統計學意義（P＞0.05）。年齡與ROI5 T2 mapping值相關。
　　結論：
　　OA患者膝關節(jié)軟骨T2值高于健康成人，T2值增高可以提示OA的發(fā)生，臨床