中軸型脊柱關(guān)節(jié)病活動(dòng)性骶髂關(guān)節(jié)炎1H-MRS初探

莊儒耀，郭仕濤，黃鐘杰，黃瑞濱，肖征宇，劉源*

中軸型脊柱關(guān)節(jié)病(spondyloarthropathy，SpA)主要累及中軸骨關(guān)節(jié)，以強(qiáng)直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)為原型，骶髂關(guān)節(jié)(sacroiliac joint，SIJ)常最早累及。SIJ炎是中軸型SpA的病理性標(biāo)志[1]和診斷關(guān)鍵。綜合評(píng)價(jià)SIJ炎的炎癥活動(dòng)性對(duì)指導(dǎo)臨床治療、及早控制炎癥，延緩病情的進(jìn)展有重要意義。常規(guī)MRI及動(dòng)態(tài)MRI增強(qiáng)(DCEMRI)可作為評(píng)價(jià)及監(jiān)測(cè)中軸型SpA炎癥活動(dòng)性的客觀指標(biāo)[2]。但前者不能對(duì)炎癥水腫灶準(zhǔn)確量化；后者雖可半定量評(píng)價(jià)炎癥活動(dòng)程度，但需注射對(duì)比劑，應(yīng)用受到限制。1H-MRS是較新的功能性MRI技術(shù)之一，已逐步應(yīng)用于骨骼肌肉系統(tǒng)并日益受到重視[3-6]。目前國內(nèi)外應(yīng)用1H-MRS對(duì)中軸型SpA活動(dòng)性SIJ炎的研究未見報(bào)道。筆者初步探討中軸型Sp A活動(dòng)性SIJ炎1H-MRS頻譜特征及意義。

1 材料與方法

1.1 一般資料

病例組10例，為2010年4月至2012年10月在我院風(fēng)濕專科確診的中軸型SpA活動(dòng)性SIJ炎患者，符合2009年國際脊柱關(guān)節(jié)炎評(píng)估協(xié)會(huì)(ASAS)發(fā)布的新版分類標(biāo)準(zhǔn)[7-8]，共計(jì)20個(gè)SIJ，其中男7例，女3例，年齡20～24歲，中位數(shù)為21歲，病程2～3年，SIJ MRI分級(jí)0～Ⅱ級(jí)[9]。所有患者均有不同程度下腰背痛或交替性臀區(qū)疼痛等臨床癥狀，經(jīng)常規(guī)MRI檢查明確有雙側(cè)和單側(cè)活動(dòng)性SIJ炎各5例，即15個(gè)SIJ處于炎癥活動(dòng)期、5個(gè)處于非活動(dòng)期。對(duì)照組11例，為同期汕頭大學(xué)在校學(xué)生(性別、年齡、身高、體質(zhì)量、體重指數(shù)相匹配)，共計(jì)22個(gè)SIJ，其中男8例，女3例，年齡20～25歲，中位數(shù)為23歲，均無慢性腰痛和外周關(guān)節(jié)疼痛、骨髓相關(guān)疾病、化療、放療、激素等免疫抑制劑治療及骨質(zhì)疏松病史。受檢者均簽署知情同意書后接受檢查。

1.2 檢查方法與成像參數(shù)

采用GE Signal HDx TwinSpeed 1.5 T超導(dǎo)型MR成像儀，8通道相控陣體線圈。受檢者常規(guī)準(zhǔn)備后，取仰臥，體線圈中心置于盆部。常規(guī)定位、掃描，取SIJ斜冠狀面(平行于骶1和骶3背側(cè)連線)，層厚4 mm，層距1 mm，層數(shù)12層。掃描序列：FSE-T1WI，TR 3500 ms，TE minimum，STIR-T2WI，TR 3000 ms，TE 60 ms，TI 150 ms。1H-MRS掃描：在常規(guī)MRI掃描的基礎(chǔ)上行雙側(cè)SIJ1H-MRS掃描，采用單體素PRESS序列，TR 2000 ms，TE 155 ms。在STIR序列斜冠狀面圖像上進(jìn)行空間定位，每一側(cè)SIJ為一個(gè)單體素。VOI選擇：對(duì)照 組及非活動(dòng)組選擇顯示SIJ滑膜部最清晰的層面；活動(dòng)組選擇顯示骨髓水腫最明顯的層面，盡量選擇SIJ滑膜部；選擇時(shí)避開血管、韌帶。VOI大小為32 mm×16 mm×10 mm，其中32 mm為SIJ長徑方向。掃描前進(jìn)行自動(dòng)勻場(chǎng)，不抑水，水峰半高全寬(FWHM)<15 Hz，若自動(dòng)均場(chǎng)效果不佳，則采用手動(dòng)均場(chǎng)。每個(gè)體素采集時(shí)間約為4 min 48 s。

1.3 圖像分析及頻譜后處理

由2名MRI診斷醫(yī)師在GE ADW 4.3工作站對(duì)常規(guī)MRI圖像盲法分別進(jìn)行閱片、圖像評(píng)價(jià)、達(dá)成一致結(jié)果。主要觀察關(guān)節(jié)區(qū)及關(guān)節(jié)旁骨髓、關(guān)節(jié)軟骨、軟骨下骨質(zhì)侵蝕、骨質(zhì)硬化及脂肪沉積等。然后，將頻譜數(shù)據(jù)采集完畢后機(jī)器產(chǎn)生包含原始FID數(shù)據(jù)的P文件傳送到SGI工作站，采用LCModel軟件(6.2-2A版本)(操作手冊(cè)http://www.s-provencher.com/pages/lcm-manual.shtml)，利用模型上脂類代謝物譜線作為基礎(chǔ)集[由Provencher博士(48 Chancery Lane，Oakville，Ontario L6J 5P6，Canada)提供]，使用最小二乘法，對(duì)原始譜線自動(dòng)進(jìn)行基線校正、平滑，擬合活體譜線，觀察脂質(zhì)峰、水峰位置及記錄計(jì)算水脂比(water to lipid ratio，WLR)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用IBM SPSS Statistics 19.0統(tǒng)計(jì)軟件。WLR用±s表示，計(jì)量資料組間比較采用兩獨(dú)立樣本非參數(shù)Mann-Whitney U檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)MRI圖像評(píng)價(jià)及表現(xiàn)

對(duì)照組11例及病例組10例經(jīng)過掃描獲得的常規(guī)MRI圖像質(zhì)量好、偽影輕，SIJ旁骨髓信號(hào)均勻，顯示率100%。對(duì)照組關(guān)節(jié)區(qū)呈“低-中等-低信號(hào)”的三層平行狀結(jié)構(gòu)，信號(hào)均勻連續(xù)；關(guān)節(jié)旁骨髓表現(xiàn)：1例雙側(cè)SIJ髂側(cè)關(guān)節(jié)面下可見對(duì)稱性小片狀骨質(zhì)硬化，2例關(guān)節(jié)旁可見少許絮片狀脂肪沉積灶，未見活動(dòng)性炎癥及慢性結(jié)構(gòu)性改變；其余均無特殊。病例組10例計(jì)20個(gè)SIJ，其中15個(gè)SIJ均能見到兩處以上骨髓水腫灶，提示病灶處于炎癥活動(dòng)期，5個(gè)未見骨髓水腫灶，處于非活動(dòng)期；18個(gè)SIJ可見軟骨改變及軟骨下骨板侵蝕灶，表現(xiàn)為軟骨粗細(xì)不均、扭曲、中斷，侵蝕灶均以髂側(cè)明顯、部分融合；2例髂側(cè)關(guān)節(jié)面下可見對(duì)稱性條片狀骨質(zhì)硬化；4例8個(gè)SIJ旁出現(xiàn)斑片狀脂肪沉積，以骶側(cè)或侵蝕灶周圍明顯；10例均未見骨性強(qiáng)直或關(guān)節(jié)間隙“假性增寬”改變。

圖1 健康志愿者，女，20歲。A：右側(cè)SIJ單體素定位圖；B：對(duì)照組右側(cè)SIJ頻譜圖，基線平穩(wěn)，從右到左可清楚觀察到位于0.9、1.3、2.0、5.3 ppm的脂質(zhì)峰和位于4.7 ppm的水峰，WLR為0.69 圖2 中軸SpA患者，男，20歲。A：非活動(dòng)組左側(cè)SIJ單體素定位圖；B：左側(cè)非活動(dòng)性SIJ頻譜圖，基線平穩(wěn)，1.3 ppm的脂質(zhì)峰高聳、0.9、1.3、2.0 ppm脂質(zhì)聯(lián)合峰面積較水峰大，WLR為0.50 圖3 中軸SpA患者，男，20歲。A：活動(dòng)組右側(cè)SIJ炎單體素定位圖；B：右側(cè)活動(dòng)性SIJ炎頻譜圖，基線平穩(wěn)，水峰高聳，面積大，0.9、1.3、2.0 ppm脂質(zhì)聯(lián)合峰矮小、面積較小，WLR為4.24Fig.1 A 20-year-old female healthy control.A is the single voxel spectra location map of the right SIJ.B is the spectra of the right SIJ in healthy control group with smooth baseline,well-defi ned metabolite peaks around 0.9,1.3,2.0,5.3 ppm of the lipid chain and the water peak at 4.7 ppm ,and the WLR is 0.69.Fig.2 A 20-year-old male SpA patient.A is the single voxel spectra location map of the left SIJ in inactive case group.B is the spectra of the left SIJ in inactive case group with smooth baseline,high lipid peak at 1.3 ppm,larger area of lipid chain peak at 0.9,1.3 2.0 ppm than the area of water peak,and the WLR is 0.50. Fig.3 A 20-year-old male SpA patient.A is the single voxel spectra location map of the right infl ammatory SIJ.B is the spectra of the right infl ammatory SIJ in active case group with smooth baseline,high and large area water peak,low and smaller area lipid chain peak around 0.9,1.3,2.0 ppm,and the WLR is 4.24.

2.2 SIJ1H-MRS頻譜特征

經(jīng)1H-MRS掃描、頻譜后處理，所有研究對(duì)象均獲得滿意的頻譜圖，基線平穩(wěn)，信噪比高，可清楚觀察到多個(gè)代謝物譜峰。脂質(zhì)峰可有多個(gè)位置：位于0.9 ppm的甲基峰(-CH3)，1.3 ppm的亞甲基峰[-(CH2)n-]、1.6 ppm鄰近羰基團(tuán)的亞甲基峰(-CH2CH2CO-)、2.0 ppm鄰近烯屬基團(tuán)的亞甲基峰(-HC=CHCH2-)，位于5.3 ppm的乙烯基峰(-HC=CH-)。水峰位置固定，位于4.7 ppm。上述代謝物譜峰中，位于1.3 ppm的脂質(zhì)峰及位于4.7 ppm的水峰是頻圖上最明顯的共振峰；位于0.9 ppm、1.3 ppm、1.6 ppm的三個(gè)脂質(zhì)峰緊密相連、無明顯分界，測(cè)量時(shí)將三者作為一個(gè)聯(lián)合峰共同測(cè)量。另外，位于2.0 ppm、5.3 ppm的脂質(zhì)峰不穩(wěn)定、信號(hào)低，因而本研究未納入統(tǒng)計(jì)分析(圖1～3)。

2.3 對(duì)照組及活動(dòng)組、非活動(dòng)組WLR分析比較

活動(dòng)組、非活動(dòng)組和對(duì)照組WLR分別為1.71±1.14、0.43±0.08、0.42±0.23?；顒?dòng)組WLR高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=－4.46，P=0.00<0.05)；非活動(dòng)組WLR低于活動(dòng)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=－2.92，P=0.00<0.05)；對(duì)照組與非活動(dòng)組之間WLR相接近，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=－0.87，P=0.38<0.05)。

3 討論

3.1 選擇1H-MRS對(duì)本研究的意義

骨髓主要由脂質(zhì)和水兩大成分組成，與乳腺組織一樣富含脂質(zhì)及水，近年來國外已有學(xué)者[10]成功分析了正常乳腺組織及乳腺腫瘤1H-MRS WLR的變化。筆者借鑒乳腺組織1H-MRS，以脂質(zhì)峰峰下面積作為參照物對(duì)水信號(hào)進(jìn)行相對(duì)定量分析。本研究有別于常規(guī)顱腦MRS，因?yàn)橹饕^察譜線中脂質(zhì)峰、水峰并測(cè)量WLR，波譜采集及頻譜后處理均不需要抑脂及抑水，水峰、脂質(zhì)峰信號(hào)處在同一數(shù)量級(jí)，不會(huì)由于一方信號(hào)過強(qiáng)導(dǎo)致另一方信號(hào)被掩蓋。另外，在分析、閱讀頻譜數(shù)據(jù)時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)本研究中位于0.9 ppm、1.6 ppm的脂質(zhì)峰與位于1.3 ppm的脂質(zhì)峰緊密相連、無明顯分界，因此，無法準(zhǔn)確測(cè)量1.3 ppm脂質(zhì)峰峰下面積，為減少誤差，筆者將三者作為一個(gè)聯(lián)合峰進(jìn)行測(cè)量，其峰下面積總和作為參照物進(jìn)行相對(duì)定量分析。

3.2 SIJ1H-MRS譜線分析

研究表明，脂質(zhì)所包含的成分復(fù)雜，化學(xué)結(jié)構(gòu)不一，脂質(zhì)峰的位置不確定，可有多個(gè)位置[11]。脂質(zhì)依化學(xué)結(jié)構(gòu)可以分為兩大類，即飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，1.5 ppm之前多為飽和脂肪酸，1.5 ppm之后為不飽和脂肪酸。而且，脂質(zhì)化學(xué)結(jié) 構(gòu)與化學(xué)位移具有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系[12]，如：甲基峰(-CH3)位于0.9 ppm鄰近、亞甲基峰[-(CH2)n-]位于1.3 ppm鄰近、鄰近羰基團(tuán)的亞甲基峰(-CH2CH2CO-)位于1.6 ppm鄰近、鄰近烯屬基團(tuán)的亞甲基峰(-HC=CHCH2-)位于2.0 ppm鄰近、乙烯基峰(-HC=CH-)位于5.3 ppm鄰近；位于5.3 ppm區(qū)域的脂質(zhì)峰，可以獨(dú)立于4.7 ppm的水峰，也可以與其延續(xù)，可能是谷氨酸鹽類的代謝物。本研究同樣觀察到位于0.9、1.3、1.6、2.0、5.3 ppm的脂質(zhì)峰，與上述研究吻合。水峰位置相對(duì)固定，位于4.7 ppm，有研究認(rèn)為骨髓水峰來自紅骨髓，主要由髓樣細(xì)胞、紅系、淋巴系細(xì)胞產(chǎn)生[13-15]。

3.3 正常SIJ關(guān)節(jié)旁骨髓1H-MRS表現(xiàn)分析

本研究對(duì)照組年齡為20～25歲，SIJ關(guān)節(jié)旁骨髓以黃骨髓為主[16]，1H-MRS表現(xiàn)為位于0.9 ppm、1.3 ppm、1.6 ppm的聯(lián)合脂質(zhì)峰高聳、峰下面積大，位于4.7 ppm的水峰相對(duì)較低、峰下面積相對(duì)較小，WLR小、僅為0.42±0.23。

3.4 中軸型SpA活動(dòng)SIJ炎1H-MRS表現(xiàn)分析

Jimenez-Boj等[17]通過外科手術(shù)病理證實(shí)炎癥浸潤累及SIJ關(guān)節(jié)旁骨髓組織，細(xì)胞外間隙水分增多，STIR像表現(xiàn)為高信號(hào)。Appel等[18]對(duì)8例AS患者腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)穿刺病理活檢，顯示STIR像水腫灶可見骨髓間隙水腫及大量單核細(xì)胞滲出，而對(duì)照組未見骨髓間隙水腫。李君等[19]、莊儒耀等[20]采用DWI進(jìn)行研究，結(jié)果認(rèn)為SIJ炎關(guān)節(jié)旁骨髓水腫灶A(yù)DC值增高是由于該區(qū)域炎癥細(xì)胞浸潤，局部炎性因子釋放增多，新生炎性血管充血擴(kuò)張，血管通透性增高，細(xì)胞外間隙水分子增多，水分子彌散增強(qiáng)。本研究中，MRS雖然無法絕對(duì)定量炎癥局部水分量的增加，但通過WLR相對(duì)定量顯示活動(dòng)性炎癥局部區(qū)域水峰積分面積相對(duì)脂峰增加，WLR增高，且高于對(duì)照組、非活動(dòng)組，從而間接反映SIJ活動(dòng)性炎癥的上述病理改變。同時(shí)，亦表明1H-MRS具有區(qū)別骨髓水腫、判斷SIJ炎癥活動(dòng)性的價(jià)值，具有潛在的臨床意義。

3.5 本研究局限性及展望

本研究樣本量較少，未能對(duì)活動(dòng)性SIJ炎不同分級(jí)骨髓水腫的WRL進(jìn)行相關(guān)分析。另一方面，本研究采用相對(duì)定量指標(biāo)WLR量化活動(dòng)性SIJ炎的水腫程度，脂質(zhì)峰的數(shù)值不可能在任何條件下都能保持恒定，使本實(shí)驗(yàn)有一定的局限性，本實(shí)驗(yàn)組將進(jìn)一步設(shè)計(jì)外標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)水脂濃度進(jìn)行絕對(duì)定量。

3.6 結(jié)論

綜上所述，1H-MRS作為無創(chuàng)性檢測(cè)活體組織分子水平信息的技術(shù)，可以在常規(guī)MRI基礎(chǔ)上通過代謝物信號(hào)改變量化SIJ炎的水腫程度，有望成為評(píng)價(jià)SIJ炎癥活動(dòng)性的一種新手段。

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