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背景:急性前交叉韧带(Anterior Cruciate Ligament,ACL)损伤,常因运动外伤时膝关节强力过伸和外展所导致。它主要表现为膝关节疼痛,韧带断裂弹响,膝关节明显肿胀,下肢无法负重等一系列症状。虽然ACL重建手术能够使患者恢复到接近于受伤前的生活状态和运动能力,然而相当多的长期临床研究表明:膝关节韧带重建术后,大约50%的患者在平均10到15年的时间内,膝关节影像学上已呈现了创伤性骨关节炎(Post-trama Osteoarthritis,PTOA)的病理改变。随着社会的进步,人民对生活质量的要求也发生了显著的变化。越来越多的人积极地参加各种运动,因此发生膝关节损伤的比例也随之明显提高。尤其在青少年人群中,发生ACL损伤的人数不断增加。预计在未来,我们将面对更多因ACL损伤而引起创伤性关节炎的中青年人。学术界对造成急性ACL损伤后关节退变的真正原因仍存在很大争议。尽管近几年来的研究已取得了初步结果,但相关的核心问题依然存在:ACL损伤是否引起了伤后关节腔内环境不可逆的改变?ACL重建术后关节运动学变化能否导致膝关节软骨退变?带着上述研究中的诸多问题,我们对急性ACL损伤患者进行了定期影像学检查,在ACL重建术前、术后6个月、术后1年的观察随访过程中,试图从定量核磁(quantitative Magnetic Resonance Imaging,q MRI)T1ρ、T2序列的影像改变的角度,去揭示患病人群关节软骨的变化情况。在研究过程中,我们使用了q MRI T1ρ、T2序列影像学检查,并结合半定量全关节核磁影像评分(Whole Organ Magnetic Resonance Imaging Score,WORMS),对急性前交叉韧带损伤患者的膝关节软骨及软骨下骨髓水肿情况进行了纵向队列研究,从而揭示急性ACL损伤后及重建术后,膝关节病理生理的细微改变,并力争为进一步的科学研究提供新的线索。目的:本研究旨在评价急性ACL损伤患者,在韧带重建手术前、术后半年、术后1年时间内,膝关节软骨的定量影像学及半定量形态学的变化趋势,从而进一步揭示ACL损伤与创伤性骨关节炎的潜在关联。方法:我们于2012年1月至2013年12月期间,在美国加州大学旧金山分校(University of California San Francisco)运动医学中心对42例单侧急性ACL损伤患者及30例双膝无症状的健康志愿者进行了研究。受试者共分为三组,分别为ACL患侧组42膝,ACL健侧组42膝和健康对照组60膝。对于ACL患侧组和ACL健侧组,我们在ACL重建术前、术后6个月、术后1年分别进行了q MRI T1ρ扫描、T2扫描和MRI形态学WORMS评价。对于健康对照组,我们仅需要志愿者造访我中心时进行一次q MRI T1ρ扫描、T2扫描即可。在影像学评估中,我们将膝关节软骨面划分为6个主要区域(rigion of interest,ROI),即股骨关节面内侧髁(medial femoralcondyle,MFC)和股骨关节面外侧髁(lateral femoralcondyle,LFC);胫骨关节面内侧平台(medial tibial plateau,MT)和外侧平台(lateral tibial plateau,LT);以及髌骨软骨(patella,PAT)和股骨滑车(trochlea,TRO)。我们又以半月板前后角的边界为解剖标志,将LFC和MFC划分为4个亚分区,分别为c LFa、c LFc、c LFp、p LF和c MFa、c MFc、c MFp、p MF;将MT和LT划分为3个亚分区,分别为MTa、MTc、MTp和LTa、LTc、LTp。在研究中,所有受试者在接受q MRI扫描后,其6个主要区域和14个亚分区的T1ρ和T2序列的弛豫时间(Relaxation Time,RT)均采用均数±标准差的方式进行记录。我们对健康对照组组内、ACL患侧组v.s.ACL健侧组、ACL患侧组v.s.健康对照组、ACL健侧组v.s.健康对照组的弛豫时间,进行了组内或组间的对比分析。同时,研究中使用了WORMS方法,以确定ACL患侧组在术前、术后6个月、术后1年三个时间点时不同区域骨髓水肿(bone marrow edema-like lesions,BMELs)的病变情况。在术前的统计学方法中,健康对照组组内研究应用配对t检验;ACL患侧组v.s.健康对照组和ACL健侧组v.s.健康对照组的组间比较均采用非配对t检验。在术后6个月及1年的统计研究中,ACL患侧组v.s.健康对照组的组间比较采用非配对t检验;ACL患侧组v.s.ACL健侧组的组间比较采用配对t检验。我们统计了BMELs在ACL患侧组和健侧组膝关节中的分布情况和发生率,并使用卡方检验进行统计分析。对于ACL患侧组术前出现BMELs的软骨区域,我们在ACL健侧组中相同的区域亦采用配对t检验方法进行了弛豫时间的比较。在术前、术后6个月及1年的三个时间点,我们均进行了这样的比较分析。在研究中,我们使用广义估计方程(generalized estimating equations,GEE)模型分析方法,完成了对ACL患侧组多个时间点多因素混合线性模型的分析。所有统计计算处理都使用SPSS Statistics23.0(IBM,Armonk,NY)软件进行。在做卡方检验、t检验和GEE分析的时候,我们认为当p<0.05时,结果具有统计学意义。结果:在健康对照组中,双膝关节软骨所有区域及亚区域的T1ρ和T2序列RT值均未见显著性差异(p>0.05)。在ACL重建术前,ACL患侧组与健康对照组的T1ρ序列RT值比较,PAT处的T1ρ序列RT值显著性降低(p<0.05);TRO有显著性升高(p<0.05);MFC、LFC虽有轻度降低,但未见统计学差异(p>0.05);MT、LT的升高也无显著性差异(p>0.05)。在与健康对照组的T2序列RT值比较中,MT、LT和TRO处的T2序列RT值显著性升高(p<0.05);PAT处出现显著性下降(p<0.05);MFC、LFC未见明显统计学差异(p>0.05)。在ACL重建术前,ACL健侧组与健康对照组的T1ρ序列RT值比较,MT处的T1ρ序列RT值显著性升高(p<0.05);PAT显著性降低(p<0.05);MFC、LFC、LT和TRO均未呈现出显著性差异(p>0.05)。在与健康对照组的T2序列RT值比较中,MT处T2序列RT值显著性升高(p<0.05);MFC、LFC、LT、PAT、TRO未见明显统计学差异(p>0.05)。在术后6个月时,ACL患侧组与健康对照组的T1ρ序列RT值对比,LFC分区出现了显著升高(p<0.05);PAT呈显著性下降(p<0.05);MFC出现不显著性升高,MT、LT、TRO出现小幅降低,但未见明显统计学差异(p>0.05)。在与健康对照组的T2序列RT值对比中,MFC、MT、LT、TRO出现了显著性升高(p<0.05);PAT显著性降低(p<0.05);LFC升高无显著性差异(p>0.05)。在术后6个月时,ACL患侧组与ACL健侧组的T1ρ序列RT值对比,MFC、LFC分区出现了显著性升高(p<0.05);PAT呈显著性下降(p<0.05);MT、LT和TRO分区未见明显统计学差异(p>0.05)。与ACL健侧组的T2序列RT值对比,MFC、TRO分区显著性升高(p<0.05);LFC、MT、LT和PAT未见显著性差异(p>0.05)。在术后1年时,ACL患侧组与健康对照组的T1ρ序列RT值对比,MT分区显著性升高(p<0.05);PAT分区降低有显著性差异(p<0.05);MFC、LFC、LT和TRO未见显著性差异变化(p>0.05)。在与健康对照组的T2序列RT值对比中,MFC、LFC、MT和LT分区均出现了显著性升高(p<0.05);PAT和TRO出现了显著降低(p<0.05)。在术后1年时,ACL患侧组与ACL健侧组的T1ρ序列RT值对比,PAT分区的值降低有显著性差异(p<0.05);MFC、LFC、MT、LT和TRO均无显著性变化差异(p>0.05)。在与ACL健侧组的T2序列RT值对比中,TRO分区值显著性升高(p<0.05);PAT值显著性降低(p<0.05);MFC、LFC、MF和LT未出现显著性差异(p>0.05)。术前WORMS半定量评价结果提示,42名ACL损伤患者中,共有37例膝关节发生BMELs,其中31例分布于ACL患侧组(发生率73.8%),6例分布于ACL健侧组(发生率14.3%),二者存在显著性差异(p<0.001)。在ACL患侧组中,31例共呈现出81处BMELs,分别位于胫骨平台外侧32处,股骨外侧髁20处,股骨内侧髁5处,胫骨平台内侧18处,髌骨5处,滑车1处。GEE模型的回归分析结果提示,在随访时间点、软骨区域及亚分区、BMELs、年龄、性别、BMI以及半月板撕裂等多个参数中,术前、术后6个月、1年的BMELs发生情况与软骨T1ρ、T2值升高呈正向线性相关。从ACL重建术到术后1年期间内,在那些术前WORMS评分就已发现存在BMELs的区域或亚分区部位,ACL患侧组与ACL健侧组相比,q MRI T1ρ、T2序列RT值损伤变化趋势更显著(p<0.05)。结论:定量磁共振T1ρ、T2序列成像与半定量全关节核磁影像评分方法的结合,能很好地评价急性前交叉韧带损伤后膝关节软骨退变的情况。急性前交叉韧带损伤发生后,即使在短时间内行重建术,术后1年内双膝关节软骨仍呈现出持续性恶化的改变,其中胫骨平台后外侧处的软骨损伤最为严重且较持久。在急性前交叉韧带损伤患者年龄、性别、体重指数、骨髓水肿、半月板撕裂等多因素中,骨髓水肿是预测软骨退变损伤程度的独立风险因素。定量磁共振T1ρ、T2序列成像结合半定量全关节核磁影像评分方法,对于预测急性前交叉韧带损伤后进展为创伤性关节炎具有一定的预测和跟踪价值。