單側(cè)激素性股骨頭壞死患者正常側(cè)股骨頭脂肪含量及局部微循環(huán)：MR IDEAL-IQ和IVIM-DWI研究

韓曉蕊， 洪郭駒， 劉宇， 趙曼， 冷曉明， 陳雷雷

單側(cè)激素性股骨頭壞死患者正常側(cè)股骨頭脂肪含量及局部微循環(huán)：MR IDEAL-IQ和IVIM-DWI研究

韓曉蕊， 洪郭駒， 劉宇， 趙曼， 冷曉明， 陳雷雷

目的利用磁共振IDEAL-IQ和IVIM-DWI定量分析技術(shù)，評估單髖激素性股骨頭壞死患者正常側(cè)股骨頭的脂肪含量及局部微循環(huán)狀況及其臨床意義。方法將30例經(jīng)臨床首次確診的單髖激素性股骨頭壞死初治患者及16例性別和年齡相匹配的健康志愿者(對照組)納入研究，所有患者行X線及MRI檢查(包括常規(guī)序列、IDEAL-IQ及IVIM-DWI)，經(jīng)圖像后處理，獲得股骨頭脂肪含量(FF)及灌注分?jǐn)?shù)(f)值。對各定量參數(shù)值在壞死側(cè)、對側(cè)及對照組之間的差異進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，并采用ROC曲線評估其診斷效能。結(jié)果對照組的FF值小于對側(cè)組及壞死組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。壞死組的f值小于對側(cè)正常組及對照組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。FF值的ROC曲線下面積為0.974，相應(yīng)的敏感度和特異度分別為96.9%和86.7%(P<0.01)。f值的診斷效能無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論單髖激素性股骨頭壞死患者的對側(cè)股骨頭在常規(guī)MRI上無異常形態(tài)學(xué)改變，但I(xiàn)DEAL-IQ及IVIM-DWI定量分析技術(shù)卻能顯示其內(nèi)的脂肪含量和微循環(huán)狀況已發(fā)生改變，為股骨頭壞死的超早期診斷提供可能。

股骨頭壞死； 脂肪含量； 微循環(huán)； 磁共振成像； 擴(kuò)散加權(quán)成像

圖1 股骨頭分區(qū)及ROI勾畫示意圖。a) 在T1WI上以正中持重線為中軸，平行于B0線并通過股骨頭的中心，勾畫-30°～﹢30°的扇形區(qū)； b) 在f偽彩圖上按照股骨頭分區(qū)方法來選取ROI。

傳統(tǒng)MRI對股骨頭壞死的診斷具有較高的敏感性，對股骨頭壞死的早期診斷及病情進(jìn)展的評估有重要價值。但其僅僅能觀察到股骨頭壞死后出現(xiàn)的形態(tài)學(xué)改變，而無法檢測到尚未發(fā)生形態(tài)學(xué)改變的超早期壞死[1]。磁共振功能成像技術(shù)可無創(chuàng)地定量檢測組織內(nèi)的病理生理改變，使得對疾病的研究從宏觀層面拓展到微觀領(lǐng)域，極大地促進(jìn)了我們對疾病的認(rèn)識和研究，近年來越來越受到關(guān)注。目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為脂肪代謝紊亂學(xué)說及血管內(nèi)凝血學(xué)說是導(dǎo)致股骨頭壞死的兩大最主要的發(fā)病機(jī)制[2]。而MRI非對稱回波的最小二乘估算法迭代水脂分離序列(iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation sequence，IDEAL-IQ)及體素內(nèi)不相關(guān)運(yùn)動擴(kuò)散加權(quán)成像(intravo-xel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)可以無創(chuàng)地定量檢測組織內(nèi)的脂肪含量及局部微循環(huán)情況[3-5]。本研究通過IDEAL-IQ及IVIM-DWI技術(shù)測量組織內(nèi)的脂肪含量及反映局部微循環(huán)的相關(guān)指標(biāo)，旨在為股骨頭壞死的超早期診斷及其發(fā)病機(jī)制的探索提供幫助。

材料與方法

1.研究對象

將2016年1月-2017年3月在我院確診為單側(cè)股骨頭壞死的30例患者納入研究，其中男17例，女13例，年齡17～59歲，中位年齡41歲；病變位于左髖16例、右髖14例。所有患者均行X線、CT及MRI檢查。本研究以壞死股骨頭對側(cè)的正常股骨頭作為研究對象。另將16例健康志愿者(共32個髖關(guān)節(jié))作為對照組納入研究，其中男10例，女6例，年齡19～60歲，中位年齡42歲。本研究通過了我院倫理委員會審核，所有受試者檢查前簽署了知情同意書。

股骨頭壞死的診斷標(biāo)準(zhǔn)：①參照2015年股骨頭壞死臨床診療規(guī)范[6]，選擇激素性單側(cè)股骨頭壞死的患者；②所有患者且在行X、CT和MRI掃描前未進(jìn)行任何治療。排除標(biāo)準(zhǔn)：①創(chuàng)傷性、酒精性股骨頭壞死及有髖關(guān)節(jié)基礎(chǔ)性疾病的患者；②檢查前進(jìn)行國有創(chuàng)檢查及/或治療者。

2.檢查方法

使用GE HDxt 3.0T磁共振掃描儀和體部相控陣線圈。患者取仰臥位，雙側(cè)髖同時掃描，掃描序列包括常規(guī)MRI、IDEAL-IQ及IVIM-DWI。IDEAL-IQ序列掃描參數(shù)：TR 4.2 ms，TE 1.3 ms，視野350 mm×320 mm，層厚4 mm，層間距0.5 mm。IVIM-DWI掃描參數(shù)：單次激發(fā)SE-EPI序列，采用10個b值(10、20、30、50、80、100、200、400、1000和1500 s/mm2)，TR 5800 ms，TE 76.8 ms，層厚4 mm，層間距0.5 mm，視野300 mm×300 mm，矩陣128×128。

3.圖像后處理

將所有掃描數(shù)據(jù)傳輸至AW4.5工作站進(jìn)行后圖像處理。由2位影像科副主任醫(yī)師分別閱片，意見不一致時協(xié)商統(tǒng)一。IDEAL-IQ圖像的后處理步驟：首先選中IDEAL序列中的脂相和同相位；其次進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，將Image(S)A設(shè)為1，Image(S)C設(shè)為2，生成相應(yīng)的偽彩圖像；最后勾畫感興趣區(qū)ROI(region of interest,ROI)，獲得FF值，F(xiàn)F值代表局部組織內(nèi)的脂肪含量。IVIM-DWI數(shù)據(jù)的后處理方法：首先調(diào)整最小值滑塊至50，使雙側(cè)髖關(guān)節(jié)尤其是雙側(cè)股骨頭均被綠線所覆蓋；其次調(diào)整參數(shù)，將b值閾值設(shè)為200 s/mm2，生成一組圖像和各參數(shù)(D、D*及f)的偽彩圖，這一組圖像是由b值為10～200 s/mm2的圖像數(shù)據(jù)自動擬合形成的；最后在各參數(shù)的偽彩圖上于股骨頭內(nèi)勾畫ROI，獲得D、D*及f值。其中，f值反映局部微循環(huán)情況，是本研究中的主要分析指標(biāo)。ROI的選取方法： ROI為圓形，面積8～10 mm2；為了減小區(qū)域誤差，將股骨頭劃分為6等份[7-8]，以正中持重線為中軸(平行于B0線，并通過股骨頭的中心)，勾畫-30°～+30°之間的扇形區(qū)，分別測量-30°、正中持重線及+30°處的值，最后取3處值的平均值為最終測量結(jié)果(圖1)。為了保證測值的同一性，所有測值工作均由一個人獨立完成。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。首先采用方差分析比較對側(cè)組(壞死股骨頭對側(cè)正常股骨頭)、壞死組(壞死股骨頭)及對照組之間的FF和f值的總體差異，若三組間的FF值及f值存在差異，再使用LSDt檢驗進(jìn)行組間兩兩比較。并使用受試者工作特征(ROC)曲線分析FF及f值對鑒別正常和壞死股骨頭的診斷效能。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

三組的FF值和f值的測量結(jié)果及統(tǒng)計分析結(jié)果見表1、圖2～4。方差分析結(jié)果顯示，三組間FF及f值的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。組間多重比較結(jié)果顯示，對照組的FF值小于對側(cè)組及壞死組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.03和0.00)；對側(cè)組的FF值小于壞死組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.07)。壞死組的f值小于對側(cè)組及對照組(P<0.01)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；對側(cè)組及對照組間的f值比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

圖2 對側(cè)組。a) T1WI顯示股骨頭未見明顯異常； b) FF值偽彩圖顯示，股骨頭內(nèi)色階較均勻，未見明顯異常偽彩填充； c) f值偽彩圖。顯示股骨頭內(nèi)小片狀綠色偽彩填充。 圖3 壞死組。a) T1WI顯示股骨頭內(nèi)有不規(guī)則形狀的異常信號區(qū)，邊緣有異常條帶影包繞； b) FF值偽彩圖，顯示股骨頭內(nèi)偽彩色階明顯不均勻，有較大范圍藍(lán)色偽彩填充； c) f值偽彩圖顯示股骨頭內(nèi)色階分布明顯不均，可見混雜偽彩色填充。 圖4 對照組。a) T1WI顯示股骨頭未見明顯異常； b) FF值偽彩圖顯示，股骨頭內(nèi)色階較均勻，未見明顯異常偽彩填充； c) f值偽彩圖顯示股骨頭內(nèi)色階較均勻。

表1 三組的FF值及f值測量結(jié)果

ROC曲線分析結(jié)果顯示，當(dāng)FF界值取88.37時，其曲線下面積為0.974(圖5)，相應(yīng)的診斷敏感度和特異度分別為96.9%和86.7%(Z=31.52，P<0.01)；當(dāng)f值取界值0.38時，其相應(yīng)的診斷敏感和特異度分別為59.4%和66.7%(Z=1.25，P=0.21)。

討 論

股骨頭壞死是骨科的常見病及難治病之一，當(dāng)病變進(jìn)展到終末期，全髖關(guān)節(jié)置換成為其唯一的選擇，對于年輕患者來說無疑給其生活帶來巨大不便，因此股骨頭壞死的早期診斷與早期治療顯得至關(guān)重要，可大大提高患者保存自身關(guān)節(jié)的可能性，提高治療效果。傳統(tǒng)MRI對早期股骨頭壞死的診斷具有較高的敏感性和特異性，使股骨頭壞死的早期診斷成為可能。但是，有研究者對單側(cè)股骨頭壞死患者進(jìn)行兩年隨訪發(fā)現(xiàn)，58%的患者出現(xiàn)對側(cè)股骨頭的壞死[9]。還有研究結(jié)果顯示，單側(cè)股骨頭患者發(fā)生對側(cè)股骨頭壞死的概率是健康人群的4.8倍[10-11]。這些研究結(jié)果說明在已經(jīng)確診為單側(cè)股骨頭壞死的患者中，對側(cè)股骨頭亦存在發(fā)生壞死的高風(fēng)險，亦或許在股骨頭壞死在出現(xiàn)形態(tài)學(xué)改變之前，局部組織內(nèi)已發(fā)生了病理生理改變。患者在出現(xiàn)壞死的很長一段時間或壞死早期并無任何臨床癥狀及體征，傳統(tǒng)的MRI亦無法檢測到出現(xiàn)形態(tài)學(xué)改變之前的股骨頭壞死，因此常常延誤病情，給患者帶來巨大痛苦。如若能在股骨頭壞死出現(xiàn)形態(tài)學(xué)改變之前就能檢測出其生理成分的變化，對股骨頭壞死的預(yù)防及診斷治療將帶來重大意義，而近年來的磁共振功能成像技術(shù)如IDEAL-IQ及IVIM-DWI可無創(chuàng)地定量檢測組織內(nèi)的生化成分，為疾病的超早期診斷提供可能。

本研究通過使用IDEAL-IQ及IVIM-DWI技術(shù)對單側(cè)激素性股骨頭壞死患者的正常側(cè)、壞死側(cè)及對照組進(jìn)行對照研究，發(fā)現(xiàn)對照組的脂肪含量(FF值)較對側(cè)正常組和壞死組低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。此外，本研究結(jié)果顯示對側(cè)正常股骨頭內(nèi)的脂肪含量較正常組高。表明盡管這一側(cè)髖關(guān)節(jié)無任何相關(guān)臨床癥狀及體征，且傳統(tǒng)MRI檢查未發(fā)現(xiàn)異常，但股骨頭的微觀結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了組織病理學(xué)改變。我們還發(fā)現(xiàn)壞死組的f值較正常組及對照組均降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。提示股骨頭壞死側(cè)與對側(cè)正常股骨頭的局部微循環(huán)情況存在差異，但對側(cè)正常組及對照組之間f值的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，筆者分析原因為：①在出現(xiàn)壞死的相關(guān)形態(tài)學(xué)改變之前，正常側(cè)的局部微循環(huán)并未發(fā)生病理生理改變；②IVIM-DWI中的b值的選取尚無定論，且f值主要反映微循環(huán)灌注血流量的變化，有研究指出f值代表的灌注與傳統(tǒng)意義上的灌注并不完全相同[5,12-13]，還有研究表明，f值不僅受到血管內(nèi)微循環(huán)的影響，還受到骨髓流動等因素的影響，因此f值可能偏離實際水平[14]。國內(nèi)研究者施庭芳等[15]通過兩年的隨訪觀察，使用MRS測量壞死股骨頭對側(cè)正常股骨頭內(nèi)的脂肪含量(FF值)，得出對側(cè)正常股骨頭內(nèi)的FF值較健康對照組增高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。本研究與該研究結(jié)果一致。

圖5 ROC曲線圖，顯示FF值曲線位于機(jī)會線以上，f值曲線位于機(jī)會線以下。

總之，對已經(jīng)確診的單側(cè)股骨頭壞死患者，如行X線和常規(guī)MRI檢查未發(fā)現(xiàn)異常，宜行雙髖關(guān)節(jié)的生理成像技術(shù)，旨在對超早期股骨頭壞死做出診斷，從而有效指導(dǎo)臨床，提高診斷療效。

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Fatcontentandlocalmicro-circulationofthecontralateralhipinpatientswithsteroid-inducedosteonecrosisofsinglefemoralhead:apreliminarystudyusingMRIDEAL-IQtechniqueandIVIM-DWIHAN

Xiao-rui,HONG Guo-ju,LIU Yu,et al.

Department of Radiology,Guangzhou First People's Hospital,the Second Affiliated Hospital of South China University of Technology,Guangzhou 510405,China

Objective：To prospectively evaluate the efficacy of MR IDEAL-IQ (iterative decomposition of water and fat with echo asymmetry and least-squares estimation quantitation) technique and IVIM-DWI (intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging) in quantitatively measuring the local microcirculation and fat content of the contralateral hip in untreated patients with steroid-induced osteonecrosis of femoral head (ONFH) and its clinical significance.MethodsThirty patients with firstly diagnosed steroid-induced ONFH and 16 age- and gender-matched healthy volunteers as control group were included in this study,All the subjects underwent X-ray and MRI examination before treatment.Through the post-processing,f value and fat fraction (FF) of the femoral head were obtained on IVIM-DWI and IDEAL-IQ sequence respectively.The values of FF and f of ONFHs (ON group),normal FHs in contralateral side (contralateral group) and FHs in control group were compared statistically.Receiver operating characteristic curve (ROC) were used to evaluate the diagnostic efficacy of the FF and f.ResultsThe FF value in control group was lower than that in contralateral group and ON group (P<0.05).The f value in ON group was lower than that in the contralateral normal group and the normal group (P<0.01).The area under the ROC of FF was 0.974,and the corresponding sensitivity and specificity were 96.9% and 86.7%,respectively (P<0.01).ConclusionNo abnormal morphological changes are found in the contralateral side in patients with ONFH on conventional MRI,but the internal physiological changes of can be detected by quantitative MRI technique using IDEAL-IQ and IVIM-DWI.The Fat content increases in the contralateral normal femoral head,this may provide the possibility of ultra-early diagnosis of osteonecrosis of the femoral head.

Femoral head osteonecrosis； Fat content； Microcirculation； Magnetic resonance imaging； Diffusion weighted imaging

510180 廣州，廣州市第一人民醫(yī)院 華南理工大學(xué)附屬第二醫(yī)院(韓曉蕊 )；510405 廣州，廣州中醫(yī)藥大學(xué)(洪郭駒，劉宇)；510080 廣州，廣東藥科大學(xué)附屬第一醫(yī)院(趙曼)；510405 廣州，廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院(陳雷雷，冷曉明)

韓曉蕊(1990-)，女，山西呂梁人，碩士， 規(guī)培醫(yī)師，主要從事影像診斷和研究工作。

陳雷雷，E-mail：yutian_1010@sina.com；冷曉明，E-mail：359551056@qq.com

廣東省科技計劃項目(項目編號：2014A020212594)；國家自然科學(xué)基金(8167150729)；廣東省杰出青年科學(xué)基金(2015A030306037)

R445.2；R681.8

A

1000-0313(2017)12-1291-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.12.018

2017-04-24

2017-07-22)