3D 软骨表面映射技术揭示膝骨关节炎软骨厚度分布的影响因素

《Skeletal Radiology》：Cartilage thickness distribution and its dependence on demographic, radiographic, and MRI structural pathology in knee osteoarthritis—data from the IMI-APPROACH cohort

为探究膝骨关节炎（OA）患者软骨厚度分布与多种因素关系，研究人员利用 3D 技术分析，得出相关结论助力研究。

　　膝骨关节炎（Knee osteoarthritis，OA）是一种常见的关节疾病，其主要特征为软骨丢失，同时还伴有半月板挤出、骨赘形成以及骨髓病变（Bone marrow lesions，BMLs）等其他结构病理变化。在以往的研究中，尽管对膝 OA 的各个方面有了一定的了解，但对于软骨厚度如何因性别、年龄等人口统计学因素，以及 BMLs、半月板挤出等 OA 病理变化而产生差异，尚未完全明确。而且，过往研究大多局限于特定区域，缺乏对整个关节软骨厚度变化的全面评估。

为了填补这些研究空白，来自多个国际研究机构的研究人员，包括 University Medical Center Utrecht、Norwich University Hospital 等，开展了一项基于 IMI-APPROACH 队列的横断面研究。该研究成果发表在《Skeletal Radiology》杂志上，为深入理解膝 OA 的发病机制和治疗策略提供了新的视角。

研究人员运用了多种关键技术方法。在样本选取上，采用前瞻性观察的 IMI-APPROACH 队列，该队列包含了 297 名符合美国风湿病学会（ACR）标准的临床膝 OA 患者的大量数据。在成像技术方面，对患者进行 1.5T 或 3T 的 MRI 扫描，获取 3D SPGR 序列用于定量软骨厚度分析，同时通过轴向、矢状和冠状中间加权脂肪抑制序列进行半定量 MRI 骨关节炎膝关节评分（MOAKS）。此外，还对患者进行负重后前位膝关节 X 光片拍摄，用于 Kellgren-Lawrence（KL）分级和骨关节炎研究协会国际（OARSI）评分。在数据分析时，利用 MATLAB 和 SurfStat MATLAB 软件包进行顶点分析和可视化，并通过统计参数映射（SPM）评估软骨厚度与各因素的关系。

研究结果主要如下：

• 队列概述：共有 287 名患者的基线 MRI 扫描数据可用于分析。整体来看，患者胫股关节面内侧的软骨较薄，平均厚度约为 1.5mm；而关节外侧中部和滑车处的软骨较厚。
• 人口统计学因素的影响：单变量模型显示，男性患者的整个关节软骨明显更厚，与女性相比差异可达 0.5mm；年龄与滑车（股骨前部）和胫骨的软骨厚度呈负相关，年龄每增加 10 岁，软骨厚度减少可达 0.35mm；体重指数（BMI）与软骨厚度无显著关联，但体重和身高与关节大部分区域的软骨厚度呈显著正相关，身高每增加 10cm，几乎所有表面的软骨厚度增加可达 0.25mm。多变量模型调整后，体重与软骨厚度不再显著相关，身高与软骨厚度的正相关主要体现在胫股关节的外侧和内侧，男性仅在滑车处显示出较厚的软骨。
• 影像学病理因素的影响：较高的 KL 分级与股骨内侧、胫骨内侧和外侧的软骨显著变薄相关，同时与股骨前部的软骨增厚有关（每增加一个 KL 分级，变化可达 0.2mm）。内侧关节间隙狭窄（JSN）与内侧关节软骨显著变薄相关（每增加一个 JSN 分级，软骨变薄可达 0.4mm），外侧 JSN 对侧的软骨也有类似影响（每增加一个 JSN 分级，软骨变薄可达 0.5mm）。即使校正半月板挤出因素后，JSN 与软骨厚度的显著负相关关系依然存在。
• 半月板挤出的影响：内侧半月板挤出与股骨内侧和胫骨的软骨变薄相关（每增加一个等级，软骨变薄可达 0.3mm），外侧半月板挤出与股骨外侧和胫骨的软骨变薄相关（总体每增加一个等级，软骨变薄可达 0.4mm）。此外，半月板挤出更严重的患者，股骨前部的软骨会稍厚。
• 骨髓病变的影响：BMLs 与相应区域的软骨显著变薄相关，在髌股（PF）区域，这种相关性主要体现在外侧（每增加一个等级，软骨变薄可达 0.14mm），且比内侧和外侧胫股（TF）区域弱（内侧和外侧 TF 区域每增加一个等级，软骨变薄分别可达 0.32mm 和 0.35mm）。同时，外侧 TF BMLs 与内侧股骨前部的软骨增厚有关。
• 骨赘的影响：PF 区域、内侧 TF 区域和外侧 TF 区域的骨赘与同一区域的软骨厚度呈负相关（每增加一个等级，软骨变薄可达 0.24mm），但与股骨前部的软骨厚度呈更显著的正相关（每增加一个等级，软骨增厚可达 0.3mm） 。

研究结论与讨论部分指出，通过 3D 软骨表面映射（CaSM）技术评估发现，膝 OA 患者关节软骨厚度的分布受多种因素影响。男性和较高的身高分别与滑车和髌股关节软骨厚度呈正相关，而年龄与滑车软骨厚度呈负相关。胫股关节的病理因素对软骨厚度的影响呈现出区域特异性，既有滑车区域的增厚，也有局部胫股关节的变薄，这与以往报道的 OA 中关节软骨区域增厚和变薄的现象相符。该研究支持了 CaSM 技术在展示病理关系方面的价值，同时也为进一步研究提供了新的方向。不过，研究也存在一些局限性，如仅进行了横断面分析，缺乏纵向研究；研究对象中只有部分患者患有放射性骨关节炎（ROA），无法对有和无 ROA 的患者进行单独分析；且未涉及更复杂的统计模型和子分数组合。未来的研究可针对这些方面进行深入探讨，以更全面地理解膝 OA 的发病机制和发展过程。