● 摘要
骨关节炎是以关节软骨退化为特征的慢性关节疾病，发病率较高。关节炎所造成的疼痛、关节畸形和运动功能障碍等症状，给患者造成极大痛苦，严重影响患者的生活质量。但是骨关节炎的早期症状并不明显，这就给关节炎的诊断造成了困难，当出现临床症状时，病情一般都已经发展到中晚期，病程已无法逆转。因此，关节软骨退化和骨关节炎的早期检测对于骨关节炎的预防与治疗，以及干预措施的提出都具有重要意义。
大量研究工作已经证明，关节软骨退化的早期，其成分的变化一般早于结构的变化，特别是软骨组织中蛋白多糖（PG）成分含量的变化出现最早且最为明显，PG成分的含量与分布可以作为软骨早期退化的“监视器”。目前，临床上一般通过CT、B超、MIR等技术手段进行骨关节炎的诊断。此外，在实验室中，研究者运用了高频超声、OCT、红外光谱、磁共振等多种技术手段对关节软骨中的PG成分进行了检测，并基于成分对关节软骨的退化程度进行了研究。在这些技术中，尽管高频超声和OCT等技术分辨率高，成像速度快，但穿透能力有限，主要限于软骨表层组织的检测；磁共振技术可以在体成像，也能显示软骨的损伤情况，但其价格高昂，难以满足关节软骨早期退化筛查的要求。
为了探索关节软骨的早期检测技术与方法，本论文主要开展以下研究工作：（1）基于低频超声的关节软骨退化过程中PG成分跟踪研究；（2）基于Micro-CT造影技术的软骨退化程度与X射线衰减关系研究；（3）不同年龄人群关节软骨中PG成分含量的变化，以及其对早期检测的影响研究。
（1）基于低频超声的关节软骨退化过程中PG成分跟踪研究
超声作为一种廉价、方便、无损伤的检测方式，已经被用于关节软骨早期退化的探索，但是以前的大部分研究集中于高频超声，高频超声尽管具有分辨率高等优势，但是穿透能力也相应降低，该部分主要探讨了常规超声在软骨退化检测中的作用。实验选择了中心频率10MHz的超声探头，选取无病损的猪股骨远端软骨作为离体动物关节软骨退化样本，利用0.25%浓度胰蛋白酶对样本进行退化，并利用超声系统记录退化过程。通过M型超声图，可清晰发现随着退化时间推移，退化与未退化的分界面逐渐向软骨内部深入。将M型超声图与番红o染色样本切片进行初步对比，退化过程的一致性首先证明了利用低频超声对软骨退化进行跟踪是可行的。后续通过对超声回波信号的定量分析，发现经过120分钟胰酶退化，超声声速减少0.4%，幅度衰减系数减少6.8%，宽带衰减系数基本不变。分析各参数曲线，可认为超声声速和超声幅度衰减系数能够表征关节软骨的退化过程，但超声的宽带衰减系数与退化过程基本无关。
（2）基于Micro-CT造影技术的软骨退化程度与X射线衰减关系研究；
Micro-CT相比超声和MRI具有更高的分辨率，之前研究表明，通过软骨造影，可利用Micro-CT观察到PG中的硫酸葡糖胺聚糖（sGAG）的成分的变化。本论文选取利用胰蛋白酶退化牛髋关节远端软骨作为退化样本模型，选取带负电的复方泛影葡胺为造影剂，利用比利时产的Skyscan 1076型Micro-CT进行造影扫描。首先通过实验确定了合适的造影成像条件；其后对退化样本进行间隔10分钟扫描；然后利用图像处理方法提取X射线平均衰减、退化深度、软骨表面粗糙度等参数；最后对样本进行甲苯胺蓝染色后利用图像处理法对PG进行定量。实验结果表明，表面粗糙度在退化过程中没有明显变化，也证明了软骨退化初期形态上特征不明显。X射线平均衰减、退化深度能较好表征PG含量的退化。最后，通过与组织学分析法结合，建立了X射线平均衰减、退化深度与PG含量的定量关系，可用于软骨早期退化程度的检测。
（3）不同年龄人群关节软骨中PG成分含量的变化，以及其对早期检测的影响；
随着年龄增长，骨关节炎发病率增高，年龄应是影响关节软骨退化的重要因素之一。探讨年龄与关节软骨中PG成分含量变化的关系，区别正常生理衰退和病理特征，对关节软骨退化和骨关节炎的早期检测研究具有重要意义。本文通过与相关医院合作，选取了无骨关节炎等疾病的70例50-100岁老年人股骨关节软骨样本为研究对象，利用Micro-CT造影成像技术、软骨生化分析和PG含量光密度法进行对比研究。结果表明，随着年龄的增长，X射线衰减有上升趋势，且平均衰减值从浅表层、中间层、辐化层依次降低。辐化层与其他两层相比，衰减值无明显变化趋势，说明年龄对浅表层和中间层PG成分影响要比对辐化层的影响显著。关节形态学方面，厚度、表面粗糙度等参数均随年龄增长无明显变化趋势，这也证明了通过观察形态学变化无法表征软骨的退化情况。最后，经与组织生化分析结果对比研究，X射线衰减与PG含量、PG光密度具有良好的线性相关性。
综上所述，本论文主要贡献可归结为以下三点：
（1）通过与组织学分析法相对照研究，证明了低频超声中的声速和幅度衰减可以实现对关节软骨退化过程的跟踪。
（2）探索了Micro-CT造影技术的相关条件，并研究了软骨退化模型中X射线衰减、退化深度与PG成分含量的定量关系。
（3）研究了不同年龄人群关节软骨中PG成分含量的变化，积累了年龄因素对PG成分含量影响的基本数据，为后续骨关节炎的早期检测和预防研究积累了重要的数据。
相关内容
相关标签