MRI征象及定量測(cè)量壞死體積對(duì)非創(chuàng)傷性股骨頭壞死的預(yù)測(cè)價(jià)值

郝　麗，王　琪

（大慶市龍南醫(yī)院磁共振影像科，黑龍江 大慶　163453）

MRI征象及定量測(cè)量壞死體積對(duì)非創(chuàng)傷性股骨頭壞死的預(yù)測(cè)價(jià)值

郝麗，王琪

（大慶市龍南醫(yī)院磁共振影像科，黑龍江 大慶163453）

目的：探討分析影響非創(chuàng)傷性股骨頭壞死（Osteonecrosis of the femoral head，ONFH）塌陷的危險(xiǎn)因素，評(píng)估其預(yù)測(cè)ONFH塌陷的臨床應(yīng)用價(jià)值。方法：收集經(jīng)影像學(xué)檢查診斷為早期ONFH（ARCOⅠ、Ⅱ）的患者共計(jì)112例（152髖），對(duì)以上患者進(jìn)行隨訪觀察。利用X線圖像觀察股骨頭的塌陷情況；利用MRI圖像觀察髖關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)腔積液、骨髓腔水腫、壞死區(qū)信號(hào)特點(diǎn)、壞死部位及壞死形態(tài)等指標(biāo)，并測(cè)量股骨頭壞死體積，計(jì)算其壞死體積百分比。對(duì)分類變量采用卡方檢驗(yàn)；對(duì)計(jì)量資料采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)。對(duì)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的影像學(xué)指標(biāo)采用Logistic回歸分析其危險(xiǎn)因素。結(jié)果：112例（152髖）患者發(fā)生股骨頭塌陷者62髖，未塌陷者90髖。除塌陷組與未塌陷組間性別（P=0.078）、年齡（P=0.631）、病因（P=0.604）和壞死信號(hào)比較（P=0.071）之外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。塌陷組及未塌陷組總的壞死體積百分比平均值分別為40.1%±20.1%、18.3%±19.8%；除塌陷組與未塌陷組后內(nèi)下（PIM）象限比較（P=0.143）之外，其他各象限值均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。ARCO分期、壞死形態(tài)、骨髓水腫、總壞死體積百分比、前外上（ASL）象限壞死體積百分比、后外上（PSL）象限壞死體積百分比均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值＜0.05）。結(jié)論：MRI檢查和測(cè)量在ONFH的定量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)塌陷中具有重要的臨床價(jià)值，但預(yù)測(cè)股骨頭塌陷時(shí)亦應(yīng)綜合考慮各種臨床因素影響，從而進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

股骨頭壞死；磁共振成像

股骨頭壞死（Osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是以中青年好發(fā)，由于不同原因引起股骨頭血供中斷或受損，導(dǎo)致骨細(xì)胞缺血、壞死、骨小梁斷裂、股骨頭塌陷的一種病變，是骨科領(lǐng)域常見(jiàn)且難治性疾病之一［1］?？v觀ONFH的診療史，髖關(guān)節(jié)X線攝影和MRI的應(yīng)用變得越來(lái)越重要，已經(jīng)成為ONFH評(píng)估不可缺少的一部分。尤其是MRI檢查，相較X線平片，更能較容易的早期發(fā)現(xiàn)沒(méi)有明顯臨床癥狀的ONFH。本研究采用Malizos等［2］提出的把股骨頭當(dāng)作標(biāo)準(zhǔn)的球體并將其均勻的分成八個(gè)象限的定量評(píng)估方法，測(cè)量并計(jì)算股骨頭的壞死體積與其百分比，了解壞死病灶的分布情況，量化評(píng)估壞死病灶的大小，同時(shí)結(jié)合MRI顯示的其他征象，旨在探討一種臨床實(shí)用和較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)股骨頭塌陷的影像學(xué)方法或生物學(xué)指標(biāo)。

1　材料與方法

1.1一般材料

本研究納入標(biāo)準(zhǔn)：診斷標(biāo)準(zhǔn)參考中華醫(yī)學(xué)會(huì)骨科分會(huì)顯微修復(fù)學(xué)組及中國(guó)修復(fù)重建外科專業(yè)委員會(huì)骨缺損及骨壞死學(xué)組提出的成人ONFH診療標(biāo)準(zhǔn)專家共識(shí)［3］。選取2010年8月—2012年12月在本院經(jīng)髖關(guān)節(jié)X線攝影及MRI檢查診斷為早期ONFH（ARCOⅠ、Ⅱ）的患者共計(jì)112例（152髖），其中男84例，女28例，平均年齡49歲（24～76歲）；Ⅰ期64髖，Ⅱ期88髖。病因包括激素性壞死34髖，酒精性壞死44髖，特發(fā)性壞死70髖，髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良性壞死4髖。最短隨訪時(shí)間10月，最長(zhǎng)隨訪時(shí)間42.5月，平均隨訪時(shí)間21.6月。

1.2X線攝影與MRI檢查技術(shù)

所有患者在首診時(shí)均行髖關(guān)節(jié)X線攝影正、蛙式位攝片以及MRI檢查，在隨診時(shí)亦行髖關(guān)節(jié)X線正、蛙式位攝片，部分患者同時(shí)行MRI檢查。MRI成像掃描在1.5T Philips或3.0T Siemens MRI設(shè)備下采集完成，其中1.5T 92例，3.0T 20例，患者仰臥位，使用標(biāo)準(zhǔn)體部線圈。評(píng)判塌陷的方法：采用數(shù)字X線攝影系統(tǒng)在PACS工作站中，由兩名有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師評(píng)估塌陷情況。根據(jù)Aaron等［4］提出，由Nishii等［5］改良的觀測(cè)股骨頭塌陷進(jìn)展的方法，在髖關(guān)節(jié)X線平片股骨頭上畫同心圓以與股骨頭輪廓保持最大程度的符合度為宜，如果同心圓的外緣超過(guò)股骨頭的輪廓，則定義為此股骨頭存在塌陷。MRI測(cè)量股骨頭壞死體積方法：將MRI圖像中的股骨頭看作為一個(gè)數(shù)學(xué)概念上的標(biāo)準(zhǔn)球體，分別計(jì)算每個(gè)象限的壞死體積百分比，即前外上（ASL）、后外上（PSL）、前內(nèi)上（ASM）、后內(nèi)上（PSM）、前外下（AIL）、后外下（PIL）、前內(nèi)下（AIM）、后內(nèi)下（PIM）8個(gè)象限。根據(jù)以上所介紹的體積測(cè)量法，計(jì)算壞死體積百分比，股骨頭總壞死體積百分比（V）=總壞死體積/股骨頭體積×100%，各個(gè)象限的壞死體積百分比=每個(gè)象限的壞死體積/每個(gè)象限的體積×100%。

1.3影像學(xué)觀察指標(biāo)

壞死形態(tài)：中心型壞死、周圍型壞死。壞死信號(hào)：1類高信號(hào)、2類混雜信號(hào)、3類低信號(hào)。骨髓水腫：骨髓腔有水腫和無(wú)水腫兩種狀況。關(guān)節(jié)腔積液：參照Mitchell等［6］對(duì)關(guān)節(jié)腔液體定量方法：0級(jí)：關(guān)節(jié)腔內(nèi)無(wú)液體；1級(jí)：少量液體，僅限于關(guān)節(jié)腔上、下隱窩內(nèi)；2級(jí)：中等量液體，液體包繞股骨頸周圍；3級(jí)：大量液體，液體擴(kuò)展到關(guān)節(jié)囊周圍的髂腰肌滑膜囊內(nèi)。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 20.0版對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)數(shù)資料和等級(jí)資料采用獨(dú)立樣本卡方檢驗(yàn)，計(jì)量資料采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，評(píng)估各觀測(cè)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的指標(biāo)作Logistic回歸模型多因素分析，得出哪些觀測(cè)指標(biāo)是危險(xiǎn)因素，并分析其對(duì)股骨頭塌陷率的影響。

圖1　男，45歲，ARCOⅡ期ONFH的患者。圖1a為2012年3月的X線正位圖像，隨診至2013年6月X線圖像（圖1b）上可見(jiàn)塌陷，塌陷位于上關(guān)節(jié)面（箭頭指示）?！D2　面積測(cè)量工具（Freehand ROI）沿著圖像中低信號(hào)外緣勾勒出股骨頭的壞死區(qū)域，從而得出各個(gè)層面及象限下壞死區(qū)面積的數(shù)據(jù)?！D3　右側(cè)股骨上段未見(jiàn)骨髓水腫，左側(cè)股骨上段可見(jiàn)明顯骨髓水腫。Figure 1.Male，45 years old，the patient of ONFH for ARCOⅡ period：Figure 1a for March 2012 anteroposterior X-ray image，followup to June 2013 appear visible on X-ray images（Figure 1b）collapse，collapse is located on the articular surface（arrows）.　Figure 2.Using the area measurement tools（Freehand ROI）outlining along the outer edge of the image sketched out a low signal area of necrosis of the femoral head，so as to arrive at all levels and lower quadrants necrotic area data.　Figure 3.　The upper segment of right femur has no bone marrow edema，the bone marrow edema of left femur can be seen clearly.

2　結(jié)果

2.1隨訪結(jié)果及MRI征象評(píng)估

112例（152髖）患者平均隨訪時(shí)間為21.6月（10～42.5月）。發(fā)生股骨頭塌陷者有62髖，未塌陷者90髖。除塌陷組與未塌陷組間性別（P=0.078）、年齡（P=0.631）、病因（P=0.604）和壞死信號(hào)比較（P= 0.071）之外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.000 1）（表1）。

圖4　圖4a示右髖關(guān)節(jié)積液Ⅰ級(jí)，左髖關(guān)節(jié)積液Ⅱ級(jí)。圖4b示右髖關(guān)節(jié)積液0級(jí)，左髖關(guān)節(jié)積液Ⅲ級(jí)?！D5　右側(cè)ONFH病灶為周圍型壞死，左側(cè)ONFH病灶為中央型壞死（箭頭所示）?！D6　Malizos等提出的八分法股骨頭示意圖，將其當(dāng)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的球體。Figure 4.　Figure 4a shows right hip joint effusion gradeⅠ，left hip joint effusion gradeⅡ；Figure 4b shows right hip joint effusion grade 0，the left hip gradeⅢ.　Figure 5.　The lesion of right ONFH was peripheral necrosis，the lesion of left ONFH was central necrosis（arrows）.　Figure 6.　Eighth schematic femoral head proposed by Malizos，which was used as a standard ball.

表1　塌陷組與未塌陷組各指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2股骨頭總壞死體積及各個(gè)象限壞死體積百分比塌陷組62髖中，總的壞死體積百分比平均值為40.1%±20.1%，未塌陷組90髖中，平均壞死百分

比為18.3%±19.8%。結(jié)果表明，除塌陷組與未塌陷組PIM象限比較（P=0.143）之外，其他各象限值均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表2）。

表2　股骨頭總壞死體積百分比與各象限壞死體積百分比在塌陷組與非塌陷組的比較

2.3股骨頭塌陷危險(xiǎn)因素Logistic回歸分析結(jié)果

結(jié)果表明，ARCO分期、壞死形態(tài)、骨髓水腫、總壞死體積百分比、ASL象限壞死體積百分比、PSL象限壞死體積百分比均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）?？倝乃荔w積百分比、ASL象限壞死體積百分比、PSL象限壞死體積百分比則是股骨頭壞死塌陷的危險(xiǎn)因素。另外，ARCO分期、壞死形態(tài)、骨髓水腫的相對(duì)危險(xiǎn)度（OR值）均為0.2左右，而總壞死體積百分比、ASL象限壞死體積百分比、PSL象限壞死體積百分比的OR值均＞1（表3）。

3　討論

非創(chuàng)傷性O(shè)NFH是一種嚴(yán)重影響年輕患者的疾病，一般均會(huì)進(jìn)展為破壞性骨關(guān)節(jié)病。研究發(fā)現(xiàn)［7］如果未經(jīng)治療，80%的ONFH患者會(huì)發(fā)生進(jìn)展，最終需要全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)。X線攝影和MRI是目前最主要的成像方法，尤其MRI是僅有的被用來(lái)診斷早期ONFH的檢查，且被用于一些主要的分型系統(tǒng)中。ONFH病灶的大小和受累程度被認(rèn)為是ONFH預(yù)后和治療方式選擇的主要影響因素［8-9］。X線攝影上很難評(píng)估壞死病灶的大小，研究表明MRI上中等大小和比較大的壞死病灶預(yù)示股骨頭有塌陷的風(fēng)險(xiǎn)［10］。相應(yīng)的評(píng)估病灶受累程度的方法也經(jīng)歷了從壞死指數(shù)［11］、負(fù)重區(qū)面積百分比［12］和精確的壞死體積測(cè)量［2］。本研究應(yīng)用Malizos等［2］提出的股骨頭八分法隨訪研究早期未塌陷的ONFH患者，結(jié)合MRI分析影響ONFH塌陷的危險(xiǎn)因素，找出臨床上較實(shí)用且準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)ONFH塌陷的方法指導(dǎo)臨床。

表3　股骨頭塌陷危險(xiǎn)因素Logistic回歸分析結(jié)果

3.1MRI觀測(cè)指標(biāo)對(duì)ONFH塌陷的影響

MRI可提供豐富的顯示ONFH位置、范圍及程度等方面的客觀信息，并可通過(guò)特定的方法與軟件進(jìn)行定量測(cè)量，因此對(duì)評(píng)估ONFH的病情及預(yù)判是否塌陷的趨勢(shì)具有不可替代的重要作用。本研究顯示，ARCO分期（Ⅱ）、壞死形態(tài)（周圍型）和骨髓水腫的存在是股骨頭塌陷的危險(xiǎn)因素。ARCO分期與ONFH塌陷的發(fā)生率具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本研究中處于ARCOⅠ期ONFH 60髖中僅有4髖（6.67%）發(fā)生塌陷，而ARCOⅡ期ONFH的92髖中有58髖（63.04%）發(fā)生塌陷，ARCOⅡ期發(fā)生塌陷的概率明顯高于前者。由ARCO的分期標(biāo)準(zhǔn)［13］可知，ARCOⅠ期的股骨頭僅能在MRI上表現(xiàn)異常，組織學(xué)研究結(jié)果表明，該異常信號(hào)帶代表修復(fù)界面，并可在修復(fù)帶中觀測(cè)到完整的間隙存在［14］。本研究發(fā)現(xiàn)，MRI上ONFH形態(tài)也是ONFH塌陷的危險(xiǎn)因素之一，其中94髖中央型ONFH僅有14髖（14.89%）發(fā)生塌陷，而58髖周圍型ONFH者有48髖（82.76%）發(fā)生塌陷；周圍型ONFH發(fā)生塌陷的概率明顯高中央型者。根據(jù)兩種分型的定義可知，中央型壞死的外圍尚保留有部分未壞死的骨質(zhì)，即股骨頭關(guān)節(jié)軟骨下骨質(zhì)，這一部分尚存在一些支撐作用；而周圍型壞死區(qū)的外圍無(wú)正常骨質(zhì)，僅有一層軟骨下的骨板結(jié)構(gòu)存在，對(duì)骨質(zhì)的支撐作用較弱，極易引起軟骨下骨板骨折，發(fā)生塌陷。近年來(lái)對(duì)股骨頭的力學(xué)分析也印證了以上觀點(diǎn)和研究結(jié)果［15-17］，由于股骨頭內(nèi)部骨小梁的排布結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，正常股骨頭將身體傳導(dǎo)來(lái)的壓力均勻分布到骨小梁的特殊結(jié)構(gòu)中，同時(shí)此結(jié)構(gòu)也能加強(qiáng)股骨頭的承載負(fù)荷的能力。當(dāng)股骨頭發(fā)生壞死時(shí)，造成骨小梁結(jié)構(gòu)紊亂，常常會(huì)產(chǎn)生正常與壞死組織交界區(qū)的應(yīng)力集中，長(zhǎng)期反復(fù)的積累就會(huì)引起股骨頭關(guān)節(jié)面的皺縮，最終出現(xiàn)塌陷。

本研究結(jié)果表明，MRI上顯示的骨髓水腫也是影響股骨頭塌陷的危險(xiǎn)因素。先前的較多研究認(rèn)為，骨髓水腫與ONFH的發(fā)病密切相關(guān)，是ONFH的早期改變，但隨著MRI檢查技術(shù)的廣泛應(yīng)用于臨床，也有諸多研究認(rèn)為［18-19］，骨髓水腫并非是早期ONFH的缺血改變，其發(fā)生可能是由ONFH后應(yīng)力集中引起的應(yīng)力損傷所致，為生物力學(xué)改變所引起的繼發(fā)表現(xiàn)，臨床上常伴隨有髖關(guān)節(jié)疼痛，且隨著水腫的消失而減輕或消失。本研究中66髖有骨髓腔水腫的ONFH中，有50髖（75.76%）發(fā)生塌陷，無(wú)骨髓水腫的86髖ONFH中僅有12髖（13.95%）發(fā)生塌陷，有骨髓水腫的ONFH的塌陷概率明顯高于無(wú)骨髓水腫，由此可知骨髓水腫出現(xiàn)時(shí)股骨頭內(nèi)部可能已經(jīng)發(fā)生不同程度的損傷，降低了股骨頭的力學(xué)性能，如若未加重視，長(zhǎng)期易發(fā)生塌陷。如果在MRI上出現(xiàn)骨髓水腫，應(yīng)當(dāng)采取積極的治療措施，以延緩或抑制ONFH病情的發(fā)展。

3.2壞死體積百分比對(duì)股骨頭塌陷的影響

基于MRI某些征象及其程度的評(píng)估有可能成為預(yù)測(cè)ONFH塌陷與否的重要生物學(xué)標(biāo)志。但尚有其它指標(biāo)也是影響ONFH發(fā)生塌陷的因素，如ONFH分期、壞死病灶大小或位置、髖關(guān)節(jié)疼痛等均常用來(lái)作為評(píng)估ONFH塌陷及其預(yù)后的重要影響因素，其中ONFH的程度被認(rèn)為是最重要的［20］。本研究采用Malizos等［2］提出的股骨頭八分法測(cè)量ONFH體積取得滿意的效果，既能準(zhǔn)確描述股骨頭的壞死大小，又能結(jié)合其壞死部位提供相應(yīng)的位置信息。通過(guò)對(duì)本組ONFH患者隨診觀察并經(jīng)過(guò)回歸分析得出，V、ASL與PSL對(duì)ONFH塌陷的預(yù)測(cè)具有重要的臨床價(jià)值，塌陷組壞死體積百分比均值均大于未塌陷組均值（P＜0.000 1），說(shuō)明壞死體積百分比值大的股骨頭更易發(fā)生塌陷，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)在ASL和PSL象限的產(chǎn)生壞死對(duì)預(yù)測(cè)塌陷更有幫助。研究者應(yīng)用經(jīng)緯度對(duì)股骨頭的壞死位置進(jìn)行精確定位發(fā)現(xiàn)：當(dāng)壞死灶＜30%時(shí)，股骨頭發(fā)生塌陷常與壞死位置明顯相關(guān)，而當(dāng)壞死灶＞30%時(shí)，兩者之間則不存在明顯的相關(guān)性，發(fā)生塌陷的股骨頭，其壞死灶的中心多位于中、高緯度區(qū)，即位于股骨頭的前上部［11］。韋竑宇等［21］研究59例（92髖）ARCOⅡ期ONFH患者，隨訪2年以上發(fā)現(xiàn)，當(dāng)壞死體積＞23%時(shí)，股骨頭發(fā)生塌陷的風(fēng)險(xiǎn)較高。雷新瑋［22］應(yīng)用生物力學(xué)研究分析壞死體積的大小，壞死體積包含壞死深度與寬度；當(dāng)壞死寬度較大時(shí)，ONFH更易發(fā)生塌陷?；貧w分析的結(jié)果可知，總壞死體積百分比、ASL象限壞死體積百分比、PSL象限壞死體積百分比的OR值均大于1，大于ARCO分期、壞死形態(tài)、骨髓水腫的OR值（0.2左右），說(shuō)明壞死體積的大小對(duì)ONFH塌陷的發(fā)生更具有危險(xiǎn)性，這與諸多學(xué)者的觀點(diǎn)相一致［20，23］。

綜上所述，MRI檢查和測(cè)量在ONFH的定量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)塌陷中具有重要的臨床價(jià)值。ARCO分期、壞死形態(tài)、骨髓水腫、總壞死體積百分比、ASL與PSL象限壞死體積百分比均是ONFH塌陷發(fā)生的危險(xiǎn)因素，并且位于股骨頭外上象限（ASL+PSL）的壞死對(duì)塌陷的貢獻(xiàn)較大。V、ASL與PSL象限壞死體積百分比預(yù)測(cè)股骨頭塌陷的臨界值有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值。

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The predictive value of MRI signs and necrosis volume quantitative measurement for non-traumatic osteonecrosis of femoral head

HAO Li，WANG Qi
（Department of Radiology，Longnan Hospital of Daqing City，Daqing Heilongjiang 163453，China）

Objective：To investigate the risk factors affecting the collapse of non-traumatic osteonecrosis of femoral head（ONFH）.And assess the value of clinical application in predicting the collapse of ONFH.Methods：By the imaging diagnosis of early osteonecrosis（ARCOⅠ，Ⅱ）a total of 112 cases of patients（152 hips）were collected for follow-up observation.All patients underwent initial examination of hip with anteroposterior and frog-position X-ray and MRI scans at the time of diagnosis.To evaluate the collapse of the femoral head at each X-ray examination；observe the hip joint effusion，bone marrow edema，necrosis signal features，location of necrotic lesions and necrotic morphology at the first MRI images，and measure the volume of femoral head necrosis，calculate the percentage of necrosis volume.Nominal data were analyzed with the chi-square test and measurement data were analyzed with independent sample T-test.Logistic regression analysis was used to analyze the risk factors.Results：In 112 cases（152 hips），62 hips were with femoral head collapse，90 hips were not.In addition to the difference of sex（P=0.078），age（P=0.631），etiology（P=0.604）and necrotic signal comparison（P=0.071）between the collapse group and non-collapse group，other indicators were statistically significant.The total average of the necrosis volume percentage in the collapse and non-collapse groups were 40.1%±20.1%，18.3%±19.8%，seperately.In addition to PIM quadrant comparison（P=0.143），the difference between collapse group and non-collapse group was statistically significant.ARCO stage，necrotic morphology，bone marrow edema，and necrosis of the total volume percentage，ASL quadrant necrosis volume percentage，PSL quadrant volume percentage of necrosis were statistically significant（P＜0.05）.Conclusion：MRI examination and quantitative measurement has important clinical value for evaluation and prediction of the collapse of femoral head，but various factors should be taken into account for predicting collapse of the femoral head，thus improving the accuracy of predictions.

Femur head necrosis；Magnetic resonance imaging

R681.8；R445.2

A

1008-1062（2015）06-0427-05

2014-12-16

郝麗（1977-），女，黑龍江大慶人，主治醫(yī)師。