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基于膝关节MRI的人工智能重建软骨模型对膝关节软骨损伤的评价

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中华骨科杂志 2023年第5期43卷 316-321页

作者：高宏薛宾阁吴厦王亚魁付鹏飞沈乐娄佳旺马琦刘璞蔡谞清华大学附属北京清华长庚医院清华大学临床医学院北京102218 北京清河医院北京100085 北京美德瑞骨科医生集团北京102200 清华大学工程物理系北京100084 河北北方学院张家口075132

目的探讨基于膝关节薄层MRI数据的人工智能(artificial intelligence,AI)重建模型对膝关节软骨损伤评价的可行性。方法选取2021年5月至2022年4月在北京清华长庚医院以膝关节重度骨关节炎住院且拟行全膝关节置换术的33例患者(共41膝),男1... 详细信息

目的探讨基于膝关节薄层MRI数据的人工智能(artificial intelligence,AI)重建模型对膝关节软骨损伤评价的可行性。方法选取2021年5月至2022年4月在北京清华长庚医院以膝关节重度骨关节炎住院且拟行全膝关节置换术的33例患者(共41膝),男15例,年龄(71±5)岁;女26例,年龄(71±9)岁。左膝19例,右膝22例。术前对患侧膝关节进行薄层MR检查,并对膝关节薄层MRI数据进行AI建模,选取模型中软骨部分利用主成分分析(principal component analysis,PCA)进行模型摆正,将术中截取的膝关节胫骨平台软骨依据国际软骨修复协会(International Cartilage Repair Society,ICRS)软骨损伤分级进行分级,并与膝关节AI重建软骨模型及膝关节MRI人工识别的ICRS分级结果进行比较。结果AI重建软骨模型的软骨损伤分级与术中截取实物标本的软骨损伤分级相比较,AI重建软骨模型对于ICRS分级4级软骨损伤诊断的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为93.1%、91.4%、92.2%和80.3%;ROC曲线下面积(AUC)值为0.92,AI重建软骨模型与实物标本ICRS分级的一致性良好,Kappa系数为0.81(P软骨损伤分级与实物标本相比,其诊断的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为92.10%、91.60%、97.20%和78.8%,Kappa系数为0.79(P关节薄层MRI的AI重建软骨模型对于诊断ICRS分级4级软骨损伤具有较好的敏感性及特异性。

关键词：膝关节软骨,关节磁共振成像人工智能模型,解剖学

臭氧水对膝关节骨关节炎关节软骨修复作用及对NF-κB信号通路的影响

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中华骨科杂志 2021年第23期41卷 1717-1725页

作者：田明月丁小芬韩松辰杨志孟李彦华贾梦雅周友龙河南中医药大学针灸推拿学院郑州450046 河南中医药大学第三附属医院郑州450008

目的探讨臭氧水关节腔注射治疗膝关节骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)对关节软骨损伤的修复作用及其内在的修复机制。方法将48只SPF级SD大鼠随机分为空白组、模型组、生理盐水对照组和臭氧水组共4组,每组各12只。除空白组外,余各组... 详细信息

目的探讨臭氧水关节腔注射治疗膝关节骨关节炎(knee osteoarthritis,KOA)对关节软骨损伤的修复作用及其内在的修复机制。方法将48只SPF级SD大鼠随机分为空白组、模型组、生理盐水对照组和臭氧水组共4组,每组各12只。除空白组外,余各组采用木瓜蛋白酶关节腔注射建立KOA模型。取关节软骨行HE染色确认造模成功后,臭氧水组和生理盐水组分别行臭氧水和生理盐水关节注射治疗,每周1次,连续3周,空白组和模型组则不进行干预。分别于治疗前、后行大鼠膝关节行为学评分、治疗后行关节软骨表面大体评分、软骨组织HE染色及改良Mankin评分、Western blot和Rt-PCR分别检测软骨NF-κBp65(P65)、IKKβ及IκBα的mRNA和蛋白表达。结果与模型组和生理盐水组相比,治疗后臭氧水组大鼠的膝关节行为学评分显著降低(均P关节软骨表面大体评分、改良的Mankin评分均显著降低(均P软骨组织P65和IKKβ的mRNA和蛋白表达明显降低(均P关节腔注射治疗KOA能有效修复损伤的关节软骨,其修复机制可能是通过调控NF-κB信号通路而实现的。

关键词：骨关节炎,膝软骨,关节臭氧对比研究大鼠

关节内注射不同浓度臭氧水对骨性关节炎兔关节软骨的影响

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中华麻醉学杂志 2021年第7期41卷 844-847页

作者：肖旭洋冀恒涛张真周友龙庄志刚董铁立郑州大学第二附属医院麻醉科 450014 郑州大学第二附属医院检验科 450014 郑州大学中心医院麻醉科 450052 河南中医药大学第三附属医院疼痛科郑州450004

目的评价关节内注射不同浓度臭氧水对兔骨性关节炎(OA)时关节软骨损伤及软骨细胞凋亡的影响。方法清洁级健康新西兰大白兔24只,雌雄各半,6月龄,体重2.0~3.0 kg,采用随机数字表法分为4组(n=6):对照组(C组)、OA组、低浓度臭氧水组(L组)和... 详细信息

目的评价关节内注射不同浓度臭氧水对兔骨性关节炎(OA)时关节软骨损伤及软骨细胞凋亡的影响。方法清洁级健康新西兰大白兔24只,雌雄各半,6月龄,体重2.0~3.0 kg,采用随机数字表法分为4组(n=6):对照组(C组)、OA组、低浓度臭氧水组(L组)和高浓度臭氧水组(H组)。采用木瓜蛋白酶法制备OA模型,2周后,L组、H组关节腔分别注射10.0、20.0μg/ml臭氧水1.0 ml,OA组注射0.9%氯化钠溶液1.0 ml,1次/周,共3次。末次注射1周后,取膝关节软骨组织,行甲苯胺蓝染色,光镜下评测Mankin评分;采用ELISA法检测软骨细胞caspase-3活性。结果与C组比较,其余各组Mankin评分、caspase-3活性升高(P关节内注射10.0、20.0μg/ml臭氧水均可抑制软骨细胞凋亡,减轻OA兔关节软骨损伤,而高浓度臭氧水可引起关节软骨基质变性。

关键词：臭氧注射,关节内骨关节炎,膝软骨细胞软骨,关节

人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度分布特征的研究

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中华解剖与临床杂志 2022年第2期27卷 65-69页

作者：王建朝张晓娟殷兵李升刘国彬陈伟张英泽河北医科大学第三医院创伤急救中心河北省骨科生物力学重点实验室石家庄050051

目的探讨人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度的分布特征。方法选取3具年龄大于40岁的新鲜冰冻尸体标本,取出所有标本的右侧股骨和胫骨,分别于股骨头、股骨内髁、股骨外髁、胫骨内髁、胫骨外髁、胫骨远端距负重区关节软骨面1 cm处... 详细信息

目的探讨人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨显微硬度的分布特征。方法选取3具年龄大于40岁的新鲜冰冻尸体标本,取出所有标本的右侧股骨和胫骨,分别于股骨头、股骨内髁、股骨外髁、胫骨内髁、胫骨外髁、胫骨远端距负重区关节软骨面1 cm处,垂直于下肢机械轴切下3 mm厚松质骨样本。使用维氏显微硬度测量系统测量骨组织显微硬度。比较不同标本、股骨与胫骨以及不同解剖部位软骨下松质骨的显微硬度差异,分析3具标本不同解剖部位软骨下松质骨显微硬度分布规律。结果共制成18个标本,行180次显微硬度测量。3具标本的下肢长骨负重关节软骨下松质骨的总体显微硬度值为20.3~47.3(36.0±5.7)HV,3具标本间差异无统计学意义(F=2.40,P=0.094)。股骨软骨下松质骨显微硬度小于胫骨,分别为(32.5±4.9)HV、(39.4±4.3)HV,差异有统计学意义(t=-10.02,P软骨下松质骨显微硬度为(32.9±4.6)HV,股骨内髁(35.1±3.9)HV、股骨外髁(29.7±4.7)HV、胫骨内髁(40.8±4.0)HV、胫骨外髁(36.8±4.2)HV、胫骨远端(40.7±3.6)HV,差异有统计学意义(F=33.28,P软骨下骨的显微硬度分布规律相似。结论人体下肢长骨负重关节软骨下松质骨的显微硬度存在较大差异,胫骨软骨下松质骨显微硬度高于股骨,膝关节内侧间室硬度大于外侧间室。

关键词：软骨,关节软骨下骨生物力学显微硬度下肢长骨压痕技术

应用3D生物打印的软骨支架修复关节软骨缺损

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中华骨科杂志 2020年第6期40卷 344-352页

作者：刘杨张啸罗春阳刘锋南京医科大学第一附属医院骨科南京210029

目的通过多喷头3D生物打印机制作软骨支架,按压配方式将支架植入关节软骨缺损区,修复动物模型的关节软骨缺损并观察效果。方法在软骨细胞外基质(extracellular matrix,ECM)中加入适量的丝素蛋白(silk fibrion,SF),并加入交联剂聚乙二醇(... 详细信息

目的通过多喷头3D生物打印机制作软骨支架,按压配方式将支架植入关节软骨缺损区,修复动物模型的关节软骨缺损并观察效果。方法在软骨细胞外基质(extracellular matrix,ECM)中加入适量的丝素蛋白(silk fibrion,SF),并加入交联剂聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)和骨髓间充质干细胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)来配制生物墨水;用流变仪评估生物墨水的流变性能;使用傅立叶红外变换光谱鉴定生物墨水的蛋白质二级结构;利用装载有软骨生物墨水的加压喷头,打印厚2 mm,直径6 mm的组织工程支架;使用拉力机测量了组织工程支架的压缩模量;通过干失重法评估各个支架降解速率;CCK8及活死细胞染色评价支架上细胞的活力及增殖情况;实时荧光定量PCR评估体外培养28 d后支架上细胞软骨分化情况;按照自体软骨移植术的方式通过压配原理将支架嵌入动物关节软骨缺损区修复关节软骨缺损;用组织学染色及生化检测鉴定3个月后软骨修复效果。结果生物墨水均表现出剪切稀化的流动特性。含有丝素蛋白的生物墨水酰胺Ⅰ区吸收峰移至1623~1627 cm-1处。随着丝素蛋白含量增加,生物墨水的机械强度和降解性能提高,10%和15%打印支架等压缩模量分别达到(19.96±5.66)kpa和(26.87±10.68)kpa。各个生物墨水均无细胞明显细胞毒性。实时定量PCR表明,当丝素蛋白的含量达到10%~15%时,组织块中的骨髓间充质干细胞成软骨分化能力更强。体内研究:3个月后10%和15%的丝素蛋白生物支架sGAG/DNA含量分别为(0.25±0.01)μg/ng和(0.24±0.02)μg/ng,胶原/DNA含量分别为(17.71±0.83)ng/ng和(16.69±2.39)ng/ng,高浓度丝素蛋白打印的组织工程软骨能更好地修复关节软骨缺损。结论在含有10%和15%丝素蛋白生物墨水的3D生物打印支架中,骨髓间充质干细胞的软骨分化和细胞外基质(胶原蛋白和糖胺聚糖)的分泌均优于其他两种支架。不同支架的干细胞成软骨分化能力和细胞外基质分泌的变化,以及对关节软骨缺损的修复效果是由于支架力学性能的差异所致,并可以通过改变丝素蛋白的浓度优化。

关键词：组织工程软骨,关节细胞外基质丝素蛋白

机械应力改变致印度豪猪蛋白在早期骨关节炎软骨下骨的表达

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中华医学杂志 2017年第1期97卷 53-56页

作者：张荣凯李国威张大卫于兵冯韶燕中山大学附属第五医院骨外科广东省珠海市519000 中山大学附属第五医院耳鼻喉科广东省珠海市519000

目的研究关节不稳导致的机械应力改变引起的早期骨关节炎软骨下骨的印度豪猪蛋白（Ihh）表达情况，为阐述其在骨关节炎致病中的重要作用提供依据。方法大鼠分为实验组和对照组各15只。实验组切除右膝内侧半月板及内侧副韧带，对照组仅... 详细信息

目的研究关节不稳导致的机械应力改变引起的早期骨关节炎软骨下骨的印度豪猪蛋白（Ihh）表达情况，为阐述其在骨关节炎致病中的重要作用提供依据。方法大鼠分为实验组和对照组各15只。实验组切除右膝内侧半月板及内侧副韧带，对照组仅切开关节囊。于术后1、2、4周取右膝关节标本，采用免疫组化及免疫荧光技术分析关节软骨下骨破骨细胞Ihh的表达情况。结果术后1、2周，与对照组比较，实验组软骨下骨区检测到大量的Ihh强阳性多核巨细胞；术后4周实验组、对照组均未检测到Ihh阳性细胞。术后1、2、4周，实验组阳性区域平均光密度（A）分别为（0．351±0．086）、（0．303±0．026）、（0．092±0．033）；对照组平均A分别为（0．153±0．017）、（0．176±0．013）、（0．136±0．014）；术后1、2周两组比较差异有统计学意义（P〈0．5）；术后4周两组比较差异无统计学意义（P〉0．5）。以破骨细胞的标志蛋白Trap与Ihh进行免疫荧光双重染色实验表职Ihh强阳性多核巨细胞为破骨细胞。结论软骨下骨破骨细胞Ihh的表达可能在早期创伤性骨关节炎致病机制中起了重要作用。

关键词：骨关节炎软骨,关节应力,物理印度豪猪蛋白

3.0T MR T1及T2 mapping评价肩关节软骨退变

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中国医学影像技术 2021年第6期37卷 923-928页

作者：高树波王翔王曦华中科技大学同济医学院附属武汉中心医院磁共振室湖北武汉430014

目的观察3.0T MR T1及T2 mapping在肩关节软骨退变中的应用价值。方法对30例肩关节疼痛患者(患者组,34肩)和30名正常人(正常组)采用3.0T MR仪行肩关节常规、T1及T2 mapping序列扫描,按国际软骨修复协会(ICRS)分级标准对肩关节软骨分级,... 详细信息

目的观察3.0T MR T1及T2 mapping在肩关节软骨退变中的应用价值。方法对30例肩关节疼痛患者(患者组,34肩)和30名正常人(正常组)采用3.0T MR仪行肩关节常规、T1及T2 mapping序列扫描,按国际软骨修复协会(ICRS)分级标准对肩关节软骨分级,分别测量其外、中、内带T1及T2 mapping值;比较组间各指标差异,分析T1及T2 mapping值与ICRS分级及年龄的相关性。结果患者组34肩中,24肩(24/34,70.59%)关节软骨分级ICRSⅠ~Ⅱ级(轻度退变亚组),10肩(10/34,29.41%)Ⅲ~Ⅳ级(重度退变亚组);正常组30肩关节软骨分级均为ICRS 0级。患者组肩关节软骨T1及T2 mapping值均高于正常组(P均0.05)。肩关节软骨外、中、内带T1 mapping值与ICRS分级均呈低度正相关(r=0.282、0.449、0.343,P均软骨退变程度加重,T1及T2 mapping值呈上升趋势(P均关节软骨ICRS分级与年龄呈明显正相关(r=0.678,P关节软骨退变,并与年龄相关;T1及T2 mapping序列可作为常规MR评估肩关节软骨退变的重要补充。

关键词：肩关节软骨,关节磁共振成像

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膝关节软骨修复的手术治疗现状及进展

中华关节外科杂志（电子版） 2022年第2期16卷 213-218页

作者：吕晓雨王铭陈志安冯玉娇袁礼波施荣茂徐永清谭洪波昆明医科大学 650000 解放军联勤保障部队第九二〇医院骨科昆明650000

膝关节软骨由软骨细胞以及包绕其周围的细胞外基质构成,是构成关节和维持关节活动功能的重要组成部分。膝关节软骨是一种无血管、无神经的组织,损伤后其自愈能力有限。然而,膝关节软骨损伤却十分常见,出现在60%以上的膝关节镜手术中。... 详细信息

膝关节软骨由软骨细胞以及包绕其周围的细胞外基质构成,是构成关节和维持关节活动功能的重要组成部分。膝关节软骨是一种无血管、无神经的组织,损伤后其自愈能力有限。然而,膝关节软骨损伤却十分常见,出现在60%以上的膝关节镜手术中。膝软骨损伤前期可无临床相关症状,有症状后可出现疼痛、肿胀,进而发展成为骨关节炎、关节僵硬,甚至残疾。目前,良好远期疗效的膝关节软骨损伤手术治疗技术对临床医生来说仍是一项挑战。文章旨在就膝关节软骨修复的手术治疗现状以及进展情况进行综述。

关键词：膝关节软骨,关节外科手术治疗学

骨软骨镶嵌移植术与微骨折术治疗膝关节软骨损伤的疗效比较

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中国骨伤 2019年第6期32卷 539-543页

作者：黄承陆志剀黄晨王飞苗帅曾磊戴赛君李梁李纯志解放军第113医院关节骨病运动医学科浙江宁波315040

目的:对比评估微骨折术与自体骨软骨镶嵌移植术治疗膝关节软骨损伤的临床疗效差异。方法 :回顾性分析2011年2月至2016年2月采用微骨折术或自体骨软骨镶嵌移植术治疗且随访时间≥2年的71例膝关节股骨远端关节面软骨损伤患者资料,按手术... 详细信息

目的:对比评估微骨折术与自体骨软骨镶嵌移植术治疗膝关节软骨损伤的临床疗效差异。方法 :回顾性分析2011年2月至2016年2月采用微骨折术或自体骨软骨镶嵌移植术治疗且随访时间≥2年的71例膝关节股骨远端关节面软骨损伤患者资料,按手术方式不同分为两组:微骨折组33例,男20例,女13例,年龄(28.1±4.2)岁;移植组38例,男26例,女12例,年龄(27.8±3.5)岁。采用Lysholm评分,美国特种外科医院膝关节评分(Hospital for Special Surgery Knee Score,HSS),Ahlb覿ck骨关节炎分级系统进行评估,并记录术后并发症。结果 :微骨折组与移植组的Lysholm评分,分别由术前62.9±6.8、60.3±7.5提高到术后的77.0±5.4、85.8±5.6 (P关节骨关节炎。结论:自体骨软骨镶嵌移植术与微骨折术治疗膝关节软骨损伤均安全、有效,但自体骨软骨镶嵌移植术比微骨折术临床疗效更佳。

关键词：软骨,关节膝关节关节成形术,软骨下骨移植