膝关节软骨退变的多模态磁共振成像及相关病理机制的实验研究

Articular cartilage degeneration is a common clinical disease, it is difficult to treatment. The early detection of articular cartilage injury, the more beneficial to clinical treatment. MRI is the preferred diagnostic method for articular cartilage. In recent years, some new MR physiological imaging technologies can sensitively detect the change of biochemical composition of articular cartilage before the morphological changes, provide a new imaging method for the the evaluation of early degeneration of articular cartilage, and has become a research hotspot. But most of MRI studies is the technology alone or comparative study of the two methods, lack of comparative study of Multi technology MR imagings and the quantitative relationship study between MRI and biochemical components of articular cartilage in vivo. This study intends to perform routine MR scanning, MR physiological imaging technology T2-Mapping, DWI, DTI, T1 rho and dGEMRIC on knee joint of cartilage degeneration animal models to obtain multimodal MR images, observe the MRI manifestations and quantitative analysis; Then remove the articular cartilage to pathological examination, with the HE staining to observe the overall change of articular cartilage cells, with the Austrian alcian blue periodic acid Schiff (AB-PAS) staining and Picric acid Sirius red staining to observe the changes of proteoglycan content and collagen structure in the cartilage matrix, meanwhile quantitative determination content of biochemical components of cartilage. Further explore pathological mechanism of MRI manifestations of articular cartilage degeneration.

关节软骨退变是临床常见病损，治疗困难。越早期发现关节软骨损伤，就越有利于治疗。MRI是关节软骨首选检查方法。近年一些新兴MRI生理成像技术可以在关节软骨出现形态学改变之前敏感地检测到软骨生化成分变化，为关节软骨早期退变评估提供了新的手段，也成为研究热点。但目前MRI研究多处于各个技术单独或两两对比研究阶段，缺乏较全面的在体多技术MRI成像对比研究及MRI定量与软骨生化成分定量的相关性研究。本研究拟利用MR常规扫描、软骨生理成像技术T2-Mapping、DWI、DTI、T1ρ及dGEMRIC对动物膝关节软骨早期退变模型行多模态MR扫描，观察各序列MRI表现并进行MRI定量分析；然后病理取材，HE染色观察总体关节软骨细胞变化，奥辛兰过碘酸雪夫(AB-PAS)染色、苦味酸天狼星红染色观察软骨基质蛋白多糖含量及胶原结构变化，并进行软骨生化成分定量测定，进一步探讨关节软骨退变MRI表现的病理机制。

项目背景：关节软骨退变是临床常见病损，治疗困难。越早发现关节软骨损伤，越有利于治疗。MRI是关节软骨首选检查方法。近年一些新兴MRI生理成像技术可以在关节软骨出现形态学改变之前敏感地检测到软骨生化成分的变化，为关节软骨早期退变定量评估提供了新的手段。但目前MRI研究多处于各个技术单独或两两对比研究阶段，缺乏较全面的在体多技术MRI成像对比研究及MRI定量与软骨生化成分定量的相关性研究。本研究利用MRI多模态成像技术对蒙古羊膝关节软骨退变模型进行MR扫描，并对软骨生化成分含量进行定量测定，进一步探讨关节软骨退变MRI表现的病理机制。.主要研究内容：.本项目主要包括对膝关节软骨退变动物模型进行在体膝关节多模态（T2_mapping、T1ρ、DWI、DTI、DGEMRI）MRI扫描，然后对离体膝关节软骨进行病理组织学检查及生化成分测定，并进行软骨MRI定量与软骨组织生化改变的相关性分析。.重要成果：.1. 获得动物模型膝关节软骨退变不同阶段、不同生理成像技术MRI表现的病理组织学依据，为进一步研究奠定基础。.2. 关节软骨退变不同阶段MRI生理成像定量值与软骨不同生化成分含量具有相关性，MRI可以反映软骨生化成分的变化，评价关节软骨退变程度。.3. 初步建立膝关节软骨损伤MRI扫描推荐规范，并进行推广应用。.关键数据及其科学意义：.随着软骨退变造模时间延长，软骨蛋白多糖、软骨Ⅱ型胶原含量逐渐降低，软骨T1值、T2值、ADC值较正常组增高，并呈上升趋势，且软骨T1值、T2值与蛋白多糖含量表达均呈线性负相关，ADC值与软骨Ⅱ胶原表达呈直线负相关；FA值则呈先降低后略回升，与Ⅱ胶原呈较弱的正相关。这些结果表明软骨MRI定量技术可以敏感检测到早期关节软骨退变引起的蛋白多糖、Ⅱ型胶原含量的改变和胶原结构的变化，并可反应软骨退变程度，对关节软骨退变早期定量诊断和监测具有较高的价值，也为进一步的研究增加了基础数据。