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随着生活水平和健康观念的提升,长跑已经成为一种流行的娱乐活动,我国马拉松赛事的举办逐年增加。据统计,2017年全国各地共举办马拉松及相关运动赛事1100场,在2011-2017年间,赛事场次增加了五十多倍。由于缺乏专业的跑步知识和系统的指导,跑步者在跑步过程中很容易出现损伤,其中膝关节的损伤概率最高。马拉松影像研究在国外数量不多,在国内几乎空白。本研究通过T2 mapping成像观察马拉松前后膝关节软骨T2值的变化,评价跑者在马拉松后是否会出现膝关节软骨的损伤。在常规的MR图像中,我们仅能得到一些二维信息,并且测量定量的数值如T2、T2*值要进行每个层面的手动勾画,而三维重建图像克服了常规二维图像的不足,本研究利用膝关节软骨自动分割软件(Siemens Chondral Health,Version 2.1,Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)获得软骨T2*值及软骨体积值,进行手动校正后,验证该软件的临床应用价值。第一部分应用T2 mapping成像评价马拉松前后膝关节软骨短中期改变目的:应用T2 mapping成像评价非专业长跑者马拉松前后膝关节软骨短中期改变,判断马拉松是否会造成膝关节软骨的损伤。方法:招募12名非专业马拉松运动员,其中男5名、女7名;年龄21.0～37.0岁,平均(27.5±5.2)岁;体质量指数(Body mass index,BMI)17.6～27.2kg/m~2,平均(21.9±2.5)kg/m~2。入组受试者平均每周跑步3次以上,每次运动时间约30 min。参加马拉松赛的健康志愿者,24个膝关节在赛前1周、赛后12h内及2个月时行双膝3.0T MR扫描。扫描序列包括常规MRI扫描序列矢状面FS-PDWI序列以及矢状面T2 mapping序列。常规图像用于评价膝关节的韧带、软骨、骨性关节面及软组织等基本情况。将膝关节软骨划分为股骨内髁(MFC)、股骨外髁(LFC)、胫骨内侧平台(MTP)、胫骨外侧平台(LTP)、髌骨(Patella)和滑车(Trochlea)六个亚区,软骨按厚度的1/2为界分为浅层(SZ)、深层(DZ)。在T2mapping序列上勾画ROI,获得软骨相应区域的T2值。赛前与赛后软骨T2值比较选用配对t检验,软骨浅层与深层T2值比较选用独立样本t检验。结果:赛前和赛后12h内纳入24例膝关节,赛后2个月随访到20例。1. 膝关节常规MRI检查志愿者赛前及赛后膝关节软骨形态及信号均无明显异常,其中1名运动员赛前双侧股骨远端及胫骨近端有骨髓水肿,赛后12h示骨髓水肿范围缩小,信号减低,赛后2个月随访时骨髓水肿基本消失。2.关节软骨T2值改变关节软骨浅层T2值在赛前、赛后12 h内及2个月随访时均高于深层(t值分别为11.095、10.385、10.102,P值均<0.01),差异有统计学意义。关节软骨浅层、深层T2值在赛后12h降低,其中浅层与赛前相比,差异有统计学意义,赛后2个月随访时与赛前相比差异无统计学意义。深层软骨T2值在三次检查中差异均无统计学意义。赛后12 h内除MTP-DZ外,余软骨T2值均呈降低趋势,赛后2个月随访时,大部分软骨T2值均呈恢复趋势,LFC-SZ和LFC-DZ与赛前相比差异有统计学意义(P<0.05),总体上,受试者膝关节软骨T2值在赛前、赛后12h内及赛后2个月随访时呈现出“先降后升”的变化趋势。结论:1. 马拉松运动可能不会对非专业运动员膝关节软骨造成明显形态学上的改变。2. 非专业马拉松运动员出现骨髓水肿可能与个人体质、运动强度相关,可能为可逆性改变。3.与跑前相比,马拉松后膝关节软骨T2值减低,可能在压力作用下,软骨发生了胶原纤维方向以及水含量的改变,从现有趋势看,大部分关节软骨T2值呈可恢复性的变化。4.可通过T2 mapping成像序列测量关节软骨的T2值,在一定程度上反映软骨生化成分的变化情况,从分子水平为软骨损伤早期诊断提供影像依据,为临床决策干预提供参考。第二部分软骨自动分割软件量化膝关节软骨的临床效能验证目的:通过软骨自动分割软件(Siemens Chondral Health,Version 2.1,Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)获得膝关节软骨的体积和T2*值,与人工校正结果进行比较,评价软件结果的准确性及临床应用价值。方法:本研究共收集了32例健康志愿者的右膝关节核磁图像。年龄在21至37岁,体重指数(BMI)17.6-27.2kg/m~2。所有志愿者都接受了右膝MRI检查。检查序列包括:常规MRI扫描序列矢状面FS-PDWI序列、选择性水激发的三维高分辨率双回波稳态(DESS)序列及二维T2*mapping序列。将3D-DESS和T2*mapping图像导入软骨自动分割软件(Siemens Chondral Health,Version 2.1,Siemens Healthcare,Erlangen,Germany)中,软件将膝关节软骨自动划分为21个软骨亚区,自动获得软骨亚区的体积和平均T2*值。然后通过具有骨关节影像经验的临床医师,判断其自动划分的ROI是否准确,并手动修改软件自动分割有误差的区域,获得修改后各软骨亚区的体积和平均T2*值,将软件自动获得的软骨体积和T2*值与手动修改后获得的数值进行比较。由一名骨关节影像医师在不了解志愿者的临床信息的情况下评估软骨退变的程度及关节积液的有无。评分标准采用Whole-Organ Magnetic Resonance Imaging Score(WORMS)评分。对关节软骨及关节积液不同的评分组组间,对软骨体积、T2*值在不同软骨亚区的变化率进行比较,由于样本量小,采用非参数秩和检验。P<0.05代表差异有统计学意义。结果:共纳入32例图像。根据有无关节积液分为对照组(n=14)和积液组(n=18),根据软骨的MRI形态和信号,分为WORMS0组(n=21)和WORMS1-2组(n=11)。1.完成数据处理所需时间自动分割软件完成一例软骨分割的平均时间为6分14秒,手工修改的平均时间为27分23秒。2. 软骨体积软件在自动分割后部分亚区出现了一些误差,对这些误差进行了手动修正,修改后的软骨体积均小于修改前,差异有统计学意义(P<0.05),软骨体积在修改前后最大的误差率为6.45%。就膝关节整体软骨而言,自动分割的结果为17.03ml,修改后的软骨总体积为16.87ml,差异有统计学意义(P<0.05)。在积液组、对照组及WORMS=0、WORMS=1-2组中膝关节整体软骨体积在修改前后差异均有统计学意义,且修改后的软骨体积较修改前均减小。3. 软骨T2*值对软件自动分割的结果进行了手动修改,修改后的软骨T2*值均低于修改前,差异有统计学意义(P<0.05)。就膝关节整体软骨而言,自动分割的结果为21.81ms,修改后的软骨T2*值为21.25ms,差异有统计学意义(P<0.05)。在积液组、对照组及WORMS=0、WORMS=1-2组中膝关节整体软骨T2*值在修改前后差异均有统计学意义,且修改后的T2*值较小。4. 修改层数计算21个软骨亚区平均修改层数,FMP,FMC,FMA,FTM,FTC,FTL,FLP,FLC,FLA,PLI,PLC,PLS,PMI,PMC,PMS,TLP,TLC,TLA,TMP,TMC,TMA的平均修改层数分别为0、2.9、6.8、0.3、7.9、9.2、0、0.3、0.7、2.6、5.3、0.1、8.7、10.3、3.8、0、0.6、0.3、1.2、4.9、6.2。在股骨软骨分区中,以FTC和FTL修改的层数最多;在髌骨软骨分区中,以PMI和PMC修改的层数最多;在胫骨软骨分区中,以TMC和TMA修改的层数最多。对照组中,软骨评分为0时,股骨和髌骨亚区的平均修改率(修改层数/该分组内的软骨总层数/软骨亚区数)最高(分别为3.4%和4.6%)。关节积液组中,软骨评分为2时,股骨和髌骨亚区的平均修改率最高(分别为4.0%和6.8%)。结论:1.采用软件自动分割膝关节软骨所用的时间与人工分割时间相比大大减少。2.自动软骨分割软件具有较低的误差率,小于7%,在特定的位置进行有针对性的修改,能够较准确的评价软骨的厚度、体积及生化成分参数。3.软件在相对较少的时间范围内可提供更多的软骨形态、生化指标的定量信息,大大减少了人工的工作量,具有一定的临床应用价值。