【摘要】：第一章膠原酶消化豬髕軟骨模型T2 mapping成像與定量分析目的：采用Ⅱ型膠原酶針對(duì)性消化離體豬髕骨軟骨的膠原成分,模擬早期骨性關(guān)節(jié)炎軟骨內(nèi)膠原含量的相關(guān)變化。定量分析T2 mapping技術(shù)檢測(cè)關(guān)節(jié)軟骨退變中膠原含量變化的能力,并探討其機(jī)制和意義。材料和方法：實(shí)驗(yàn)材料：新鮮家豬髕骨20個(gè),隨機(jī)分為4組。配制100mg/100ml、 150mg/100ml、200mg/100ml三種濃度的Ⅱ型膠原酶溶液。實(shí)驗(yàn)方法：4組20個(gè)家豬髕骨分別經(jīng)濃度100mg/100ml、150mg/100ml、 200mg/100m的Ⅱ型膠原酶(酶處理組)和無酶PBS緩沖液(對(duì)照組)浸泡處理4小時(shí)。MRI掃描：處理后的髕骨均行T2WI和T2mapping成像。其中,T2 mapping掃描采用5回波SE序列,TR/TE=1368ms/10,20,30,40,50ms。圖像后處理與T2值測(cè)量：將T2WI和T2 mapping圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Image J軟件。選取髕骨中間層面,先在T2WI圖像上沿軟骨邊緣分別手動(dòng)勾畫髕骨軟骨淺層、深層和全層作為感興趣區(qū)(ROI)。將ROI保存,然后再在T2 mapping圖上復(fù)制已保存的ROI,分別計(jì)算出軟骨淺層、深層和全層的T2值。病理學(xué)檢查與光密度值測(cè)量：鑿取對(duì)照組和各處理組的豬髕骨中央?yún)^(qū)域軟骨。采用Van Gieson染色法對(duì)軟骨標(biāo)本進(jìn)行染色,并測(cè)定各組軟骨染色后的平均光密度。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：采用單因素方差分析比較不同組軟骨的相應(yīng)層之間的T2值以及各組軟骨標(biāo)本平均光密度值,P0.05為差異有顯著性意義。采用Pearson直線相關(guān)分析來分析各組的軟骨全層T2值與平均光密度值。結(jié)果：大體病理示各組髕骨軟骨與處理前相比,軟骨表面均無明顯變化,僅150處理組和200處理組軟骨表面顏色稍顯發(fā)暗。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明,各處理組與對(duì)照組比較,在軟骨淺層與全層T2值以及軟骨平均光密度值上的差異有顯著性意義(P0.05)。各處理組之間相互比較,在軟骨淺層T2值上和軟骨平均光密度值上任何兩處理組間差異均有顯著性意義；而在軟骨全層T2值兩兩比較上,只有100mg/100ml處理組和150mg/100ml處理組兩組間差異無顯著性意義(P0.05)。軟骨全層T2值與軟骨平均光密度的相關(guān)分析顯示,兩者之間呈高度負(fù)相關(guān)(r=-0.837)。結(jié)論：通過T2mapping成像技術(shù)定量檢測(cè)不同濃度Ⅱ型膠原酶處理過的離體豬髕骨,并采用Pearson相關(guān)分析來探討T2值與軟骨Van Gieson染色后所測(cè)得平均光密度值(代表軟骨的膠原含量)間的關(guān)系。結(jié)果表明：T2mapping技術(shù)能夠準(zhǔn)確地對(duì)早期骨性關(guān)節(jié)炎退變軟骨內(nèi)膠原含量的變化做出定量分析。這有利于臨床對(duì)骨性關(guān)節(jié)炎病情的判斷,以及對(duì)治療效果的評(píng)價(jià),具有良好的臨床應(yīng)用前景。第二章豬膝關(guān)節(jié)早期骨性關(guān)節(jié)炎模型的建立目的：探索采用小型豬并以手術(shù)方式建立可滿足功能性MRI研究的早期KOA動(dòng)物模型。材料和方法：動(dòng)物的準(zhǔn)備：12頭雄性西藏小型豬,10-12月齡,體重33-36kg。隨機(jī)分成4組,每組3只。手術(shù)建模方法：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物麻醉滿意后,右側(cè)臥并固定于手術(shù)臺(tái)。自左膝外側(cè)作切口至關(guān)節(jié)腔,推開髕骨、髕韌帶,屈曲膝關(guān)節(jié),暴露前交叉韌帶并切斷。再完整切除外側(cè)半月板。右側(cè)膝關(guān)節(jié)不予處理做為空白對(duì)照側(cè)。MRI檢查：4組實(shí)驗(yàn)豬于術(shù)后分別飼養(yǎng)2、4、6、8周后處死。自髖關(guān)節(jié)離斷雙側(cè)后腿后,于2小時(shí)內(nèi)分別完成手術(shù)側(cè)和對(duì)照側(cè)膝關(guān)節(jié)MRI掃描。MRI機(jī)為Philips Achieva 3.0T TX掃描儀。采用12通道SENSE膝關(guān)節(jié)表面線圈。先行3D WATS序列掃描。TR/TE=20ms/4.9ms。然后分別行T1ρ和T2 mapping成像。T1ρ成像采用3D穩(wěn)態(tài)梯度回波序列。掃描參數(shù)：自旋鎖定頻率(spin-lock pulse amplitude) 500Hz,自旋鎖定時(shí)間(Time of spin lock)分別為1,10,20,30,40 ms; TR/TE= 5.9/3.0ms。T2 mapping成像采用5回波快速自旋回波序列,掃描參數(shù)：TR/TE=1368ms/10,20,30,40,50ms,翻轉(zhuǎn)角90°。將T1ρ成像數(shù)據(jù)調(diào)入工作站的IDL后處理軟件,以生成T1ρ弛豫時(shí)間圖(T1p relaxation map)。組織學(xué)檢查：用骨鑿鑿取手術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)股骨外側(cè)髁及脛骨平臺(tái)外側(cè)之切除半月板對(duì)應(yīng)處關(guān)節(jié)面軟骨。軟骨標(biāo)本切片行番紅O染色。觀察指標(biāo)：①術(shù)后動(dòng)物飲食量、活動(dòng)及傷口愈合情況。②觀察各組3D WATS序列圖像、T1ρ弛豫時(shí)間圖及T2 mapping圖上的軟骨顯示情況并測(cè)量軟骨厚度,看是否能夠滿足磁共振成像研究的需要。③解剖雙側(cè)豬膝關(guān)節(jié)。肉眼下參照對(duì)照側(cè)觀察手術(shù)側(cè)股脛關(guān)節(jié)軟骨,尤其是股骨外側(cè)髁及脛骨平臺(tái)外側(cè)軟骨的情況。④光學(xué)顯微鏡下觀察,以O(shè)ARSI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨的組織學(xué)改變并分級(jí)。結(jié)果：所有12頭豬的手術(shù)創(chuàng)口均一期愈合,未出現(xiàn)感染表現(xiàn)。亦未出現(xiàn)動(dòng)物死亡。各組膝關(guān)節(jié)3D WATS序列圖像,以及T1p弛豫時(shí)間圖和T2 mapping圖像上均能良好顯示軟骨。所測(cè)豬膝關(guān)節(jié)軟骨厚度在1.0-1.3mm間。完全能夠滿足功能性MRI研究的需要。大體病理觀察示術(shù)后4周組術(shù)側(cè)半月板切除對(duì)應(yīng)處之股骨外側(cè)髁及脛骨平臺(tái)外側(cè)軟骨局部稍泛黃并呈光澤度及透明度略下降改變。但軟骨表面仍光整,未出現(xiàn)明顯磨蝕征像。組織學(xué)檢查示軟骨表層出現(xiàn)纖維化,并細(xì)胞數(shù)減少或消失。番紅O染色示軟骨上1/3失染,OARSI分級(jí)為1.5～2.5級(jí)。這表明,術(shù)后4周組軟骨最符合早期KOA軟骨改變。結(jié)論：采用有著更大軟骨厚度(1mm以上)的大型動(dòng)物-豬來建模才能更好地滿足功能性MRI對(duì)軟骨成像的需要。以手術(shù)方式建立的早期KOA模型穩(wěn)定可控。組織病理學(xué)表明,按OARSI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),術(shù)后4周組的豬膝關(guān)節(jié)軟骨退變(OARSI分級(jí)為1.5～2.5級(jí))最符合早期OA改變,是較理想的早期KOA在體功能性MRI相關(guān)研究模型平臺(tái)。第三章豬早期骨性關(guān)節(jié)炎的T1p和T2 mapping成像目的：從不同于以往研究的,以手術(shù)造模方式建立的豬在體早期KOA模型的角度,同時(shí)評(píng)價(jià)Tlp和T2 mapping成像技術(shù)在診斷早期KOA軟骨退變上各自的能力。材料和方法：動(dòng)物的準(zhǔn)備：西藏小型豬3只,10-12月齡,體重33-36kg,均為雄性。手術(shù)建模：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物麻醉滿意后,固定于手術(shù)臺(tái)。自左膝關(guān)節(jié)外側(cè)入路進(jìn)入關(guān)節(jié)腔。切斷前交叉韌帶并完整切除外側(cè)半月板。右側(cè)膝關(guān)節(jié)不予處理做為空白對(duì)照側(cè)。術(shù)后飼養(yǎng)4周。MRI檢查：4周后處死動(dòng)物。自髖關(guān)節(jié)離斷雙側(cè)后腿后,于2小時(shí)內(nèi)分別完成手術(shù)側(cè)和對(duì)照側(cè)膝關(guān)節(jié)MRI矢狀位掃描。采用12通道SENSE膝關(guān)節(jié)表面線圈。掃描序列分別為3D WATS序列、T1p成像和T2 mapping成像。先行3DWATS序列掃描。TR/TE=20 ms/4.9 ms。然后分別行T1p和T2 mapping成像。T1p成像采用3D穩(wěn)態(tài)梯度回波序列。掃描參數(shù)：自旋鎖定頻率500Hz,自旋鎖定時(shí)間分別為1,10,20,30,40 ms:TR/TE= 5.9/3.0ms。T2 mapping成像采用5回波快速自旋回波序列,掃描參數(shù)：TR/TE=1368ms/10,20,30,40,50ms,翻轉(zhuǎn)角90°。將T1p成像數(shù)據(jù)調(diào)入工作站的IDL后處理軟件,以生成T1p弛豫時(shí)間圖。T1p和T2值測(cè)量：將所有圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Image J軟件。取豬手術(shù)側(cè)和對(duì)照側(cè)膝關(guān)節(jié)的股骨外側(cè)髁及脛骨平臺(tái)外側(cè)之切除半月板對(duì)應(yīng)處矢狀面。先在3DWATS圖像上沿軟骨邊緣手動(dòng)勾畫出感興趣區(qū)(ROI)。將ROI保存,然后分別在對(duì)應(yīng)層面的Tip弛豫時(shí)間圖和T2 Mapping圖上復(fù)制已保存的ROI,并測(cè)量出T1p值和T2值。組織學(xué)檢查：鑿取股骨外側(cè)髁及脛骨平臺(tái)外側(cè)之切除半月板對(duì)應(yīng)處關(guān)節(jié)面軟骨。行番紅O染色。以O(shè)ARSI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估關(guān)節(jié)軟骨的組織學(xué)改變。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：手術(shù)側(cè)與對(duì)照側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨T1p值和T2值之間比較采用配對(duì)t檢驗(yàn),P0.05為差異有顯著性意義。結(jié)果：按OARSI分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),術(shù)后4周的豬膝關(guān)節(jié)軟骨為1.5～2.5級(jí),符合早期OA改變。經(jīng)配對(duì)t檢驗(yàn),手術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨T1p值和T2值均顯著高于對(duì)照側(cè)軟骨。相比于對(duì)照側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨T1ρ值均值,術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨T1ρ值均值升高32.94%；而相比于對(duì)照側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨T2值均值,術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨T2值均值升高17.52%。結(jié)論：從豬的在體早期KOA模型的角度來同時(shí)研究T1p和T2 mapping成像在KOA早期診斷上的能力。術(shù)側(cè)與對(duì)照側(cè)膝關(guān)節(jié)軟骨T1p值和T2值配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果表明,T1p成像和T2 mapping成像都具備診斷早期KOA軟骨異常的能力。在診斷早期KOA上,T1p成像較之T2 mapping成像更為敏感。第四章豬骨性關(guān)節(jié)炎軟骨的T1p值和T2值與蛋白多糖和膠原含量的相關(guān)分析目的：以不同于以往研究的更符合臨床實(shí)際的方法,即采用手術(shù)方式建立豬在體膝骨性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型,然后對(duì)術(shù)后持續(xù)退變的關(guān)節(jié)軟骨進(jìn)行T1p和T2mapping成像,來研究退變軟骨的Tlp值和T2值與軟骨細(xì)胞外間隙中蛋白多糖含量和膠原含量之間的相關(guān)關(guān)系。材料和方法：動(dòng)物的選擇與分組：雄性西藏小型豬12只,10-12月齡,體重33-36kg,隨機(jī)分為4組,每組3只。KOA動(dòng)物模型的制備：實(shí)驗(yàn)動(dòng)物麻醉滿意后,固定于手術(shù)臺(tái)。自左膝關(guān)節(jié)外側(cè)入路進(jìn)入關(guān)節(jié)腔。切斷前交叉韌帶并完整切除外側(cè)半月板。右側(cè)膝關(guān)節(jié)不予處理做為空白對(duì)照側(cè)。術(shù)后4組實(shí)驗(yàn)豬分別飼養(yǎng)2、4、6、8周。MRI檢查：4組實(shí)驗(yàn)豬在飼養(yǎng)至預(yù)定周數(shù)后處死。自髖關(guān)節(jié)離斷雙側(cè)后腿后,于2小時(shí)內(nèi)分別完成手術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)MRI矢狀位掃描。掃描序列分別為3DWATS序列、T1p成像和T2 mapping成像。Tlp成像采用3D穩(wěn)態(tài)梯度回波序列。自旋鎖定時(shí)間(Time of spin lock)分別為1,10,20,30,40 ms。T2 mapping成像采用5回波快速自旋回波序列,TR/TE=1368ms/10,20,30,40,50ms。圖像后處理及T1ρ和T2值測(cè)量：將所有圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Image J軟件。取豬手術(shù)側(cè)膝關(guān)節(jié)的股骨外側(cè)髁及脛骨平臺(tái)外側(cè)之切除半月板對(duì)應(yīng)處矢狀面。先在3D WATS圖像上沿軟骨邊緣手動(dòng)勾畫出感興趣區(qū)(ROI)。將ROI保存,然后分別在對(duì)應(yīng)層面的T1ρ弛豫時(shí)間圖和T2 Mapping圖上復(fù)制已保存的ROI,并測(cè)量出T1ρ值和T2值。病理學(xué)檢查及OD值測(cè)量：分別鑿取股骨外側(cè)髁及脛骨平臺(tái)外側(cè)之切除半月板對(duì)應(yīng)處關(guān)節(jié)面軟骨。分別取3張組織切片按同樣步驟和條件進(jìn)行番紅O染色和Van Gieson染色。分別測(cè)量染色圖片中自軟骨表面至軟骨與骨交界之間部分的平均光密度(OD)值,以此來表示蛋白多糖含量或膠原含量。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：繪制各組軟骨T1ρ值、T2值與番紅O染色OD值或Van Gieson染色OD值之間的散點(diǎn)圖。采用Pearson相關(guān)分析來分別分析T1ρ值與番紅O染色OD值或Van Gieson染色OD值,及T2值與番紅O染色OD值或Van Gieson染色OD值之間的相關(guān)關(guān)系。P0.05為統(tǒng)計(jì)有顯著性意義。結(jié)果：各組手術(shù)側(cè)軟骨所測(cè)T1ρ值的平均值為71.765±8.794 ms,所測(cè)T2值的平均值為52.078±9.846 ms,番紅O染色后所測(cè)OD值的平均值為0.3457±0.1165,Van Gieson染色后所測(cè)OD值的平均值為0.2036±0.0955。T1ρ值與番紅O染色OD值的回歸方程決定系數(shù)R2=0.793(P0.001),T2值與番紅O染色OD值的回歸方程決定系數(shù)R2=0.576 (P0.001); T1p值與Van Gieson染色OD值的回歸方程決定系數(shù)R2=0.689(P0.001),T2值與Van Gieson染色OD值的回歸方程決定系數(shù)R2=0.734(P0.001)。結(jié)論：采用豬并以手術(shù)方式建立活體KOA動(dòng)物模型。在關(guān)節(jié)軟骨退變的不同階段同時(shí)進(jìn)行T1ρ和T2mapping成像。然后分析T1ρ值、T2值與蛋白多糖(PG)含量、膠原含量(分別以軟骨番紅O染色和Van Gieson染色后所測(cè)OD值代表)之間的相關(guān)關(guān)系。這一研究方法完全不同于以往的任何研究,更加接近臨床的實(shí)際情況。研究結(jié)果表明：退變軟骨T1ρ值和T2值的變化均與退變軟骨中蛋白多糖含量和膠原含量的變化呈相關(guān)關(guān)系。在檢測(cè)蛋白多糖含量的變化上,T1ρ要比T2 mapping成像更為敏感；而在檢測(cè)膠原含量的變化上,T2 mapping要比T1ρ成像更敏感。
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：R684.3;R-332;R445.2
【圖文】：

各組Ｔ２邋ｍａｐｐｉｎｇ偽彩融合圖像見圖１－１�？梢妼�(duì)照組骼軟骨呈較均勻之藍(lán)色逡逑（圖１－ｌａ）；而各處理組骸軟骨淺層出現(xiàn)了不同程度的綠到紅色偽彩（圖１－化？ｄ），逡逑且越是濃度高的處理組，紅色偽彩越明顯，表明Ｔ２值增高越顯著。逡逑

２．１邋ＭＲＩ檢g巴枷窈蟠斫峁義細(xì)鞔磣橄啾扔詼哉兆�，骸软�?fàn)吭２Ｗ？樝均无灭嬙信号X椄吒謀�。辶x細(xì)髯椋裕插澹恚幔穡穡椋�？~輩嗜諍賢枷竇跡保��？杉哉兆軺廊砉淺式暇戎渡義希ㄍ跡保歟幔歡鞔磣楹∪砉喬巢慍魷至瞬煌潭鵲穆痰膠焐輩剩ㄍ跡保浚洌�，辶x锨以絞橋ǘ雀叩拇磣�，红色屋呍嚦C饗�，钡a鰨裕倉(cāng)翟齦咴較災(zāi)�。辶x賢跡保備鱹DＴ２邋ｍａｐｐｉｎｇ偽彩融合W逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔ２邋ｍａｐｐｉｎｇ邋ｃｏｌｏｒ邋ｍａｐｓ邋ｏｆ邋ａｌｌ邋ｇｒｏｕｐｓ逡逑圖ｌａ，邋ｂ，邋Ｃ｜邋ｄ分別為對(duì)照姐、１００處理組、１５０處理組和２００處理組巧骼骨軟骨Ｔ２ｍ叩ｐｉｎｇ偽彩逡逑融合圖像�？梢姼鹘M間在軟骨淺層Ｔ２值上變化較明顯。逡逑２．２各組軟骨標(biāo)本病理學(xué)結(jié)果逡逑大體病理觀察示，處理后的對(duì)照組與各處理組骸骨軟骨與處理前相比，軟骨逡逑表面光滑度均無明顯變化，僅１５０處理組和２００處理組軟骨表面顏色稍顯發(fā)暗。逡逑Ｖａｎ邋Ｇｉｅｓｏｎ染色后鏡下觀察示，對(duì)照組可見關(guān)節(jié)軟骨呈紅色分層狀表現(xiàn)。其中膠逡逑原纖維呈紅色，軟骨細(xì)胞呈淡黃色。各處理組可見關(guān)節(jié)軟骨自表層向深層紅色逡逑染色不同程度變淡

放耳靜脈推注氯胺酬Ｗ維持全身麻醉。麻醉滿意后，左后腿膝關(guān)節(jié)備皮，柳伏逡逑消\后，鋪無菌治療巾。自膝外側(cè)作切口至關(guān)節(jié)腔，推開骸骨、骸初帶，屈曲膝逡逑關(guān)節(jié)，暴露前交叉初帶并切斷。然后完整切除外側(cè)半月板（見圖２－１）。Ｗ抽屜實(shí)逡逑驗(yàn)確認(rèn)關(guān)節(jié)失穩(wěn)后，沖洗關(guān)節(jié)腔并逐層縫合。右側(cè)膝關(guān)節(jié)不予處理做為空白對(duì)照逡逑徹ＩＪ。術(shù)后３天每天肌注１６０萬Ｕ青霉素鐘一次Ｗ預(yù)防感染。常規(guī)飲食飼養(yǎng)，不固定逡逑肢體，任其自由活動(dòng)。４組實(shí)驗(yàn)豬分別于術(shù)后飼養(yǎng)２、４、６、８周。逡逑１．３觀察指標(biāo)逡逑１．３．１術(shù)后一般情況逡逑術(shù)后動(dòng)物飲食量、活動(dòng)及傷口愈合情況。逡逑１．３．２邋ＭＲＩ檢查及圖像觀察逡逑４組實(shí)驗(yàn)豬在飼養(yǎng)至預(yù)定周數(shù)后麻醉處死。自髓關(guān)節(jié)離斷雙側(cè)后腿后，于２逡逑小時(shí)內(nèi)分R%完成手術(shù)側(cè)和對(duì)照側(cè)膝關(guān)節(jié)ＭＲＩ掃描。ＭＲＩ機(jī)為Ｐｈｉｌｉｐｓ邋Ａｃｈｉｅｖａ邋３．０Ｔ逡逑ＴＸ掃描儀。采用１２通道ＳＥＮＳＥ膝義節(jié)表面線圈。將豬膝關(guān)節(jié)置于線圈內(nèi)并予固逡逑定。蹄先進(jìn)，骸骨下緣平定位中必線，巧矢狀位掃描。先行３Ｄ邋ＷＡＴＳ邋（３Ｄ逡逑Ｔｌ－ｗｅｉｇｈｔｅｄ邋拉Ｓｔ邋ｆｉｅｌｄ邋ｅｃｈｏ邋ｗｉｔｈ邋ｗａｔｅｒ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ邋ｅｘｃｈａｔｉｏｎ）序歹ｉｊ掃描。掃描參數(shù)：逡逑ＴＲ／ＴＥ邋＝邋２０ｍｓ／４．９ｍｓ，翻轉(zhuǎn)角邋２０。，ＦＯＶ邋１４０ｍｍ，矩陣邋２５６Ｘ２５６，層厚邋３ｍｍ。逡逑然后分別行Ｔｉｐ和Ｔ２邋ｍａｐｐｉｎｇ成像。Ｔｉｐ成像采用３Ｄ穩(wěn)態(tài)梯度問波序列。掃描參逡逑數(shù)：自旋鎖定頻率（ｓｐｉｎ－ｌｏｃｋ邋ｐｕｌｓｅ邋ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）邋５００Ｈｚ，自旋鎖定時(shí)間（Ｔｉｍｅ邋ｏｆ邋ｓｐｉｎ逡逑ｌｏｃｋ）分別為邋１

本文編號(hào)：2744702