能谱CT物质分离技术对膝关节骨性关节炎髌下脂肪垫物质的相关性研究＊

张 敏 谭 辉 樊秋菊 于 楠 党 珊 马春玲,3,*

1.陕西中医药大学附属医院医学影像科(陕西 咸阳 712000)

2.陕西中医药大学 (陕西 咸阳 712046)

3.咸阳市秦都区中医医院 (陕西 咸阳712025)

本文涉及退化性疾病骨性关节炎(keen osteoarthritis，KOA)，该疾病在老年群里中较为常见。其主要症状为膝关节疼痛与肿胀，严重影响老年人的日常活动和生活质量[1]。膝关节会在力学及生化学因素共同作用下，引起关节失衡和微环境的改变。原发或继发性软骨表面损伤，关节软骨硬化，长期膝关节磨损及增生性的钙质沉积物生成从而使关节间隙变窄是其主要的病理改变。研究表明除滑膜、软骨和骨外，髌下脂肪垫(infrapatellar fat pad, IPFP)也会是引起 KOA发病的原因之一，且影响其发病进展，并引起膝关节疼痛的症状[2-3]。宝石能谱CT可以通过物质分离技术将患有骨性关节炎髌骨下脂肪垫的相应物质分离并量化，所以本文旨在利用能谱CT物质分离技术对IPFP物质的定量分析的进行相关性研究，以明确IPFP在KOA中的进展。

1 资料与方法

1.1 研究对象2019年10月至2021年11月由本院骨关节科招募膝关节疼痛患者共237人，并对其进行筛选，确保他们的病状满足于2015年版《膝骨关节炎中医诊疗专家共识》 中所描述的气滞血瘀和寒湿痹阻型的膝骨关节炎症状；年龄≥40周岁，性别不限。

1.2 纳入标椎所有参与的研究对象被划分为实验组与对照组，其中实验组依据Kellgren和Lawrence的影像评估标准选择出0至Ⅲ级的患者，同时他们的WOMAC疼痛评定超过了40分，并且体质量指数(BMI)不超过35kg/m2；另外，他们必须是在过去两周没有接受过针对膝骨关节炎系统的治疗，并充分了解该项研究的目的、自身病情及其所使用的试验药品的特性。需要排除的标准包括因其他炎症引发的膝部疼痛问题；非由于膝骨关节炎导致的其他膝部疼痛症状;孕妇或正在哺育期的女性;膝盖内翻角度大于10度或者外翻角度超过20度的异常情况，以及膝关节间隙已经完全消失者。对照组为临床疼痛评分＜40分且无临床症状者，以上检查者在进行扫描前均被告知研究内容，并由家属签署知情同意书。

1.3 影像学检查方法研究组及对照组共176膝均采用GE宝石能谱CT(GE Discovery CT 750 HD)设备。患者检查前去除所有体外金属物，采用仰卧足先进，双脚尖并拢，脚跟分开，双臂上举抱头，外归零定位，定位线于膝关节上5cm，以膝关节为中心进行扫描。协议GSI-27，两种不同的kV(80kV和140kV)瞬间切换，自动毫安，探测器宽度40mm，螺距0.984：1，层厚5mm，间隔5mm，转速为0.8s/r，70% ASiR。所得数据重建1.5mm层厚传至AW4.6工作站GSI浏览器进行物质分离工具进行分析。在膝关节矢状位上分别选取内、中、外层面测量并记录水 (water)基值、脂(fat)基值及传统CT值，取其平均值，单位以(mg/cm³)表示，ROI选取避开骨质增生及纤维成分(图1A-1B)。

图1A-图1B 女，56岁，双侧膝关节疼痛2年，加重1周，以左侧为主，能谱CT扫描，图1A于左侧膝关节正中矢状面选取髌下脂肪垫相对含量的水基值，图1B为相对应的脂基值。

1.4 统计学方法应用SPSS Statistics 26统计学软件进行分析，两组间的脂基值及水基值进行独立样本t检验，计量资料均采用均数±标准差(±s)表示，P＜0.05认为有统计学差异。组内数据采用皮尔逊相关性(r)分析，以病例数作为样本量，水基值及脂基值作为变量，当r＞0时，两组数据呈正相关，当r＜0时，两组数据呈负相关。

2 结 果

2.1 一般资料及两组CT量化值的比较所有患者均为汉族，研究组为98人(98膝)，对照组为78人(膝)，两组患者的年龄、身高、体重及BMI无统计学差异，P＞0.05，临床WOMAC评分具有统计学差异，P＜0.05；研究组与对照组的水基值及脂基值有统计学差异，P＜0.05，两组的传统CT值无统计学差异(表1)。

表1 两组患者的基本资料及CT量化值的比较

2.2 水基值与脂基值的相关分析在2组数据中，将所测水基值及脂基值采用皮尔逊相关性(r)分析，以176病例数作为样本量，水基值及脂基值作为变量，结果显示2组变量呈明显的负相关，P＜0.05，见图2。

图2 两组患者的水基图及脂基图散点图，呈明显的负相关性

3 讨 论

3.1 髌下脂肪垫的解剖及病理改变IPFP位于股骨髁、胫骨平台、髌骨与髌腱之间三角形区域，它的主要组成成分是脂肪组织，主要作用为限制膝关节过度活动，润滑以减少摩擦、吸收振荡，是保证膝关节结构完整性的重要组织。但是在膝关节外科手术中，为了便于操作，而将部分或者全部IPFP切除，近年来有学者提出，IPFP不但具有丰富的血管、神经，而且具有内分泌因子，能在KOA改变的过程中起到重要作用[4]。

作为一种高度活化的腺体，IPFP对于食物摄取控制及组织的胰岛素反应有着重要影响，同时还涉及到钙质的新陈代谢过程。它能制造出各种生物活性分子如细胞激素、干扰素和其他促进生长的化合物来实现其生理效应—这些化学成分可以通过多种途径(包括外周神经系统)被释放入血流或局部环境以达到治疗目的。它们可以出现在膝盖周围的水分里并对肌腱起到保护的作用。然而一旦遭受某些未知诱发条件的影响后，脂肪垫可能会引发非感染性的炎症状况从而造成血液渗漏或者出现积聚现象：这种状况可能进一步引起脂肪垫与髌韧带之间的纤维组织丧失了弹力能力进而使得腿部弯曲活动受限甚至完全无法动弹的情况的发生[5]。根据 Gallagher等[6,1]人提出的观点IPFP的病变可能是引致疼痛的主要根源之一。

3.2 物质分离技术在宝石能谱CT中的应用传统的CT使用的是80-140kVp的高频高压发生器产生的混合能量X光，然后经过身体吸收后的计算得出了混合能量影像[7]。然而，在能谱CT扫描过程中，可以在不到0.5ms的时间里实现80kVp与140kVp之间的瞬间转换，这使我们能够生成两类不同物质的密度映射图，这一过程被称作物质分离技术。根据研究结果，所有物质的衰减特性都可以用另一种物质的衰减特性来描述，这两种物质则被称为基物质对[8]。无论哪种结构或物质都可由所对应比例的基物质对的组合来表示。基物质对并不是所测量组织真实含有的物质，它只是两种物质X线衰减的差异，当基物质对恰好为组织中含有主要成分时，就可以反映组织内该物质的相对含量[9]。对于膝关节骨性关节炎IPFP的病变情况来说，最主要的表现就是水肿和脂肪两种物质的形成，因此我们可以获得关于水分和脂肪的两个物质密度的投影数据，这样就能够从侧面反映出IPFP的发展变化。

3.3 髌下脂肪垫在影像学中的应用在本此纳入人群中，女性患者发病率明显高于男性患者，发病年龄也趋于年轻化，这与以前的流行性病学结果一致[10]。膝OA在影像学检查方法中，X线为最常用的检查方法，该检查方法可以观察到关节间隙的受累情况，骨赘的累计情况，但因其有局限性，OA的早期改变无法预估及显示[11]。磁共振检查可以发现膝OA早期的改变，比如滑膜、软骨及IPFP的改变，以往学者对IPFP仅为体积或者信号的改变[12-14]，并没有对早期水肿程度量化的指标，再者磁共振检查禁忌症较多，耗时较长，费用昂贵，对于患有膝关节疼痛的患者来说CT检查会是首选[15]，传统的CT检查仅能测量IPFP的CT值及体积的大小，而宝石能谱CT可以具体量化IPFP的早期改变且简单易行，对膝OA患者提供早预防和早干预的机会[16-17]。虽然对关节炎患者的膝关节进行了详细的研究和评估，但对于使用宝石能谱CT来检测这种疾病的效果仍需深入探讨；此外，由于技术上的局限性和条件制约因素的存在(如瞬间的高/低电源转换)使得无法利用该设备完成高图像质量、低剂量的功能设计将成为必要的问题需要解决。