發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良復(fù)位后股骨頭壞死影像學(xué)診斷研究進(jìn)展

周華冬，孟燕，魯釗，潘詩農(nóng)

1 發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良復(fù)位后股骨頭壞死概況

發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良(developmental dysplasia of the hip，DDH)是髖臼和股骨頭發(fā)育異常的一種疾病，其發(fā)病原因很多，總體包括環(huán)境因素和遺傳因素[1-2]。臨床上通常根據(jù)患兒年齡及治療效果來制訂和調(diào)整治療方案，6～18個(gè)月患兒需要首先考慮閉合復(fù)位[3]；倘若閉合復(fù)位失敗，則需要考慮切開復(fù)位等其他方法。

閉合復(fù)位后最常見的方式為石膏外固定術(shù)，發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良行石膏外固定術(shù)可能出現(xiàn)髖關(guān)節(jié)再脫位、股骨頭缺血壞死、骨折、神經(jīng)麻痹和髖關(guān)節(jié)僵硬或活動(dòng)受限等術(shù)后并發(fā)癥，而股骨頭骨骺缺血性壞死則是其中最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一[4-5]。這種病病情發(fā)展快，治療時(shí)間長，難度大，所以早期診斷，早期治療一直都是臨床醫(yī)生關(guān)注的問題，如果病情惡化，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，甚至需要進(jìn)行髖關(guān)節(jié)置換術(shù)[6-7]。因此，兒童發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良閉合復(fù)位后早期發(fā)現(xiàn)股骨頭缺血在臨床工作中是非常重要的。

2 發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良復(fù)位后股骨頭壞死發(fā)病機(jī)制

出生后6個(gè)月的兒童股骨頭二次骨化中心尚未出現(xiàn)，骨骺及生長板呈軟骨性，股骨近端可見臨時(shí)鈣化帶，6個(gè)月以后，二次骨化中心出現(xiàn)并逐漸增大，血管也會(huì)逐漸向股骨頭生長，因此股骨頭供血系統(tǒng)相對變異多，個(gè)體的差異也相對較大，18歲時(shí)股骨軟骨骨化核基本形成。成人股骨頭血供主要來源于三組血管：髖關(guān)節(jié)囊外動(dòng)脈環(huán)、圓韌帶動(dòng)脈和股骨干營養(yǎng)動(dòng)脈。囊外動(dòng)脈環(huán)由旋股內(nèi)側(cè)動(dòng)脈分出的內(nèi)、外、后支持帶動(dòng)脈以及旋股外側(cè)動(dòng)脈發(fā)出的前支持帶動(dòng)脈共同組成，囊外動(dòng)脈環(huán)供應(yīng)股骨頭70%以上血液[8]。

發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良閉合復(fù)位后發(fā)生股骨頭壞死的發(fā)病機(jī)制尚不明確，但主要原因?yàn)楦鞣N因素造成股骨頭營養(yǎng)供給不足，從而導(dǎo)致股骨頭形態(tài)學(xué)的變化。各種因素主要包括：(1)復(fù)位后的髖臼覆蓋股骨頭稍差，股骨頭與髖臼接觸面積較復(fù)位前減小，單位面積壓力的增加導(dǎo)致股骨頭著力點(diǎn)處骨小梁經(jīng)常受到擠壓，引起股骨頭局部血液循環(huán)的不暢，從而導(dǎo)致股骨頭局部缺血壞死的發(fā)生。Russell等[9]通過對髖關(guān)節(jié)受力進(jìn)行三維分析，發(fā)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)累積接觸壓力范圍在正常對照組與發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良組有顯著性差異。發(fā)育不良髖關(guān)節(jié)與正常髖關(guān)節(jié)相比，累積接觸壓力明顯增加2～3倍，但受力面積減少甚至呈點(diǎn)狀。因此可以認(rèn)為髖關(guān)節(jié)長期高應(yīng)力狀態(tài)使股骨頭血供減少，形成股骨頭壞死[10]；(2) 股骨近端和關(guān)節(jié)軟骨發(fā)育不良，關(guān)節(jié)囊及周圍軟組織長期受牽拉形成損傷，關(guān)節(jié)腔內(nèi)關(guān)節(jié)液減少，可以加重股骨頭壞死[11]；(3)發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良可以引起關(guān)節(jié)腔內(nèi)壓力不斷增高，關(guān)節(jié)軟骨血運(yùn)持續(xù)減少，髖關(guān)節(jié)內(nèi)靜脈回流障礙，亦可導(dǎo)致股骨頭缺血壞死[12]。Wingstrand等[13]通過試驗(yàn)證明正常髖關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)囊內(nèi)壓力明顯低于發(fā)育不良髖關(guān)節(jié)，而且股骨頭血流量隨著髖關(guān)節(jié)內(nèi)壓力的增高而持續(xù)下降，髖關(guān)節(jié)囊內(nèi)壓力增高可以導(dǎo)致股骨頭動(dòng)脈灌注不足、髖關(guān)節(jié)處靜脈回流受阻，骨細(xì)胞長期處于缺血缺氧狀態(tài)，股骨頭壞死極易形成。Jaramillo等[14]研究認(rèn)為發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良患兒行外展固定時(shí)股骨頭骨骺前后兩部分發(fā)生缺血壞死的原因可能不全相同，股骨頭骨骺前部的缺血與大血管的阻塞有關(guān)，而后部的缺血?jiǎng)t與髖臼對股骨頭的直接壓迫有關(guān)系。骨骺血管的壓迫可能是兒童蛙氏固定治療引起股骨頭缺血的主要原因，這種壓迫可能來自腰大肌與髖臼之間，也可能是髖臼對股骨頭的直接壓迫。骨骺內(nèi)的血管槽受到壓迫后，引起血流的流通不暢，從而導(dǎo)致股骨頭骨骺的缺血壞死。

Jaramillo等[14]通過模擬人體髖關(guān)節(jié)閉合復(fù)位蛙氏位固定，成功制作了股骨頭骨骺缺血的動(dòng)物模型，并證明早期股骨頭骨骺缺血是可恢復(fù)的，也就是說早期發(fā)現(xiàn)股骨頭缺血是可以糾正的。因此，股骨頭骨骺缺血的早期診斷、早期干預(yù)具有非常重要的臨床價(jià)值。

3 發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良復(fù)位后股骨頭壞死影像學(xué)檢查現(xiàn)狀和進(jìn)展

發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良閉合復(fù)位后股骨頭缺血壞死在X線通常采用Kalamchi和MacEwen等[15]的分型，可以分為以下4型：Ⅰ型，復(fù)位后股骨頭骨骺核延遲出現(xiàn)，股骨頸受輕微影響，骨骺核高度少量丟失，偶爾出現(xiàn)髖內(nèi)翻；Ⅱ型，骨骺核改變加上外側(cè)骺板破壞；Ⅲ型，骨骺核改變加上中央骺板破壞；Ⅳ型，股骨頭和骺板均破壞。

3.1 X線檢查

X線為最早出現(xiàn)的用來診斷股骨頭壞死的影像學(xué)手段。股骨頭缺血壞死的X線征象為相應(yīng)承重區(qū)斑片狀骨質(zhì)硬化，局部出現(xiàn)片狀高密度影，骨質(zhì)疏松，骨小梁模糊。由于X線檢查敏感度差，根據(jù)股骨頭形態(tài)上改變而進(jìn)行判斷，明確診斷時(shí)基本已發(fā)展為股骨頭缺血壞死晚期[16]。

3.2 CT檢查

CT檢查出現(xiàn)稍晚，對股骨頭缺血壞死的早期表現(xiàn)主要為股骨頭星芒結(jié)構(gòu)增粗，斑片狀骨硬化，其中可見片狀低密度影，骨小梁缺少或部分骨小梁被吸收而消失，關(guān)節(jié)間隙未改變。由于CT的密度分辨率及空間分辨率相比X-線有明顯優(yōu)勢，所以發(fā)展較快。但CT也有劣勢，即CT對于判斷肉芽組織浸潤、骨髓壞死以及股骨頭局部血供情況有一定限制。因此，明確診斷時(shí)亦已發(fā)展成股骨頭壞死中晚期[16-17]。

3.3 MR常規(guī)序列

MRI常規(guī)序列分別為T1WI、T2WI及T2WI脂肪抑制序列，股骨頭壞死在MR上T1WI股骨頭外上方線樣低信號或新月形、邊界清楚的不均勻信號，T2WI呈高信號或稍高信號，周圍不均勻稍低信號環(huán)繞，即典型的雙線征。

MRI具有良好的軟組織分辨能力，可以觀察股骨頭周圍軟組織形態(tài)，評價(jià)DDH后關(guān)節(jié)軟骨、盂唇、周圍肌肉及韌帶的變化情況，并且對人體無輻射。因此，在股骨頭未發(fā)生明顯變形，關(guān)節(jié)間隙及關(guān)節(jié)囊正常的情況下，MRI仍然可以發(fā)現(xiàn)股骨頭壞死征象。但MR的劣勢在于無法在股骨頭灌注不足時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)病變，當(dāng)股骨頭缺血導(dǎo)致發(fā)生相應(yīng)改變時(shí)，可能錯(cuò)過最佳的干預(yù)時(shí)機(jī)。

3.4 MR灌注成像

磁共振灌注成像(MR perfusion weighted imaging，MR-PWI)可以反映股骨頭內(nèi)微血管分布和血流灌注的情況，提供血流動(dòng)力學(xué)方面的信息，具有高時(shí)間分辨率和空間分辨率，短時(shí)間內(nèi)重復(fù)性好等優(yōu)勢，是近些年正在發(fā)展的一種針對血運(yùn)功能的成像技術(shù)。

3.4.1 MR灌注成像的基本原理

磁共振灌注加權(quán)成像的過程即為血流從動(dòng)脈向毛細(xì)血管網(wǎng)灌注然后通過匯人靜脈流出的過程[18]，通過磁共振成像測量并計(jì)算病變組織滲透程度及毛細(xì)血管灌注情況，和病理狀態(tài)下組織毛細(xì)血管生成等相關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，快速無創(chuàng)準(zhǔn)確地評價(jià)活體病變組織的微血管分布，為疾病提供有意義的血運(yùn)方面的信息，從而判斷是否會(huì)發(fā)生疾病[19]。該過程也就是當(dāng)對比劑在短時(shí)間內(nèi)高濃度通過某一區(qū)域的毛細(xì)血管網(wǎng)時(shí)，通過對比劑濃度的變化反映出血流通過的情況。

由于股骨頭病變區(qū)血管數(shù)量及血管功能的改變，組織強(qiáng)化程度可以反映血管密度、血流量大小、毛細(xì)血管表面積、毛細(xì)血管通透性及血管外細(xì)胞間隙的大小等病理基礎(chǔ)，MR灌注成像可分析股骨頭及干骺端血流灌注，在活體內(nèi)觀察組織微循環(huán)血流動(dòng)力學(xué)，完整記錄對比劑進(jìn)入和排出組織動(dòng)力學(xué)過程，通過測量MR灌注成像參數(shù)如容量轉(zhuǎn)移常數(shù)(Ktrans)、血管外間隙所占的容積百分?jǐn)?shù)(Vp)、擴(kuò)散系數(shù)(f)和血管外間隙容積分?jǐn)?shù)(Ve)，來評估組織微血管密度(microvascular density，MVD)、通透性以及病變組織血管生成及間質(zhì)纖維化程度[20-23]。

3.4.2 MR灌注成像的分類與優(yōu)劣勢對比

為了找到有效的血流動(dòng)力學(xué)信息，需要使用示蹤劑在組織和血管間自由擴(kuò)散，由于示蹤劑的來源不同，可以分為外源性和內(nèi)源性兩類。其中，外源性示蹤劑磁共振灌注成像方式分為動(dòng)態(tài)成像法和靜態(tài)成像法，內(nèi)源性則包括動(dòng)脈血質(zhì)子自旋標(biāo)記磁共振成像及血氧水平依賴功能磁共振成像[24]。

外源性示蹤劑法是目前臨床上最常用的一種灌注成像技術(shù)，成像方式分為動(dòng)態(tài)成像法和靜態(tài)成像法兩種。外源性示蹤劑動(dòng)態(tài)成像法中應(yīng)用的Gd-DTPA具有以下幾個(gè)優(yōu)勢：對比劑在有效使用濃度范圍內(nèi)不進(jìn)入細(xì)胞，劑量相對比較穩(wěn)定；具有良好的時(shí)間分辨率和空間分辨率；該檢查不會(huì)導(dǎo)致放射性損傷；研究范圍不受探測裝置的限制[25]。動(dòng)態(tài)灌注成像相對于穩(wěn)態(tài)成像法的空間分辨率較低，對于病變部位的灌注參數(shù)評估的準(zhǔn)確性稍差，但穩(wěn)態(tài)成像法的信噪比低，并且要求患者始終不能活動(dòng)，患者配合度降低可能導(dǎo)致圖像質(zhì)量差而診斷效能減低，因此臨床上應(yīng)用穩(wěn)態(tài)成像較少，大多使用動(dòng)態(tài)灌注成像[26-27]。

內(nèi)源性示蹤劑法是一種使用自身物質(zhì)行對比的方式，無需注射外源性對比劑。動(dòng)脈質(zhì)子標(biāo)記技術(shù)從標(biāo)記血流質(zhì)子到標(biāo)記的血流質(zhì)子到達(dá)成像層面而使T1反轉(zhuǎn)，需要相對較長的時(shí)間，因其檢查時(shí)間長，灌注對比較低，信噪比較差，臨床上并沒有被廣泛應(yīng)用[28]。血氧水平依賴功能磁共振成像(Bold-fMRI)有以下幾個(gè)問題：成像和分析時(shí)間較長，受試者配合程度較低；可重復(fù)性和空間定位的準(zhǔn)確性稍差；目前只能做到定性而無法定量[29]。

因此，在臨床上比較常用Gd-DTPA，而且適用的范圍也比較廣，目前是最佳的選擇。

3.4.3 MR灌注成像對于股骨頭缺血壞死的作用

股骨頭缺血性壞死初期是由于微循環(huán)的損傷造成局部血流灌注不足，在尚未發(fā)展為骨壞死前可以提示細(xì)胞代謝異常。MR灌注成像可在微循環(huán)損傷但常規(guī)MRI未出現(xiàn)改變的階段，即股骨頭缺血性壞死的超早期變化階段預(yù)測或發(fā)現(xiàn)病變，對股骨頭缺血壞死早期診斷的敏感性高于MR平掃和常規(guī)增強(qiáng)MRI[30-32]。因此可應(yīng)用在臨床高危人群中，評估股骨頭血流灌注情況，為早期診斷和隨訪復(fù)查提供依據(jù)，警惕股骨頭缺血性壞死發(fā)生的可能性。灌注曲線與常規(guī)MR掃描和Gd-DTPA增強(qiáng)掃描結(jié)合有利于臨床醫(yī)師判斷病程，評估組織活性，為選擇治療方案提供更有效的影像學(xué)依據(jù)。

李小明等[33]將乳豬髖關(guān)節(jié)極度外展固定30 min后，利用MR灌注成像觀察血流灌注的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)外展固定時(shí)增強(qiáng)率明顯低于自然體位，因此只有盡早發(fā)現(xiàn)因體位改變所引起的缺血，及時(shí)調(diào)整因手術(shù)引起的變化，才能達(dá)到既有股骨頭復(fù)位的效果又能避免股骨頭缺血壞死的發(fā)生。吳勇等[34]找到49例成人進(jìn)行髖關(guān)節(jié)脫位手法復(fù)位，采用MR灌注成像對股骨頭缺血壞死進(jìn)行評估，在復(fù)位后半年及一年的隨訪中，發(fā)生股骨頭壞死概率均為32.65%。

3.4.4 MR灌注成像目前不足與展望

雖然MR灌注成像能直接顯示骨組織的血流灌注，但生理狀態(tài)下股骨頭內(nèi)黃骨髓占一定比例，股骨頭通過的血流相對減低，因此，通過MR灌注成像準(zhǔn)確測量局部血流灌注尚處于研究階段[8]，兒童股骨頭處于發(fā)育過程中，每個(gè)階段血流供應(yīng)程度有差別，不同階段的股骨頭MR灌注曲線及參數(shù)是否有差別仍待探索。該技術(shù)另外存在三個(gè)不足：(1)與常規(guī)MR掃描相比，MR灌注成像的信噪比和空間分辨率相對較低，因此需要聯(lián)合MR平掃成像觀察圖像特點(diǎn)。(2)股骨頭灌注成像的定量分析技術(shù)還在起步階段。(3)時(shí)間分辨率較低，部分容積效應(yīng)可能會(huì)影響通透性參數(shù)的測量結(jié)果[35-36]。目前灌注成像技術(shù)在腦、乳腺已有較廣泛的應(yīng)用，在胰腺，肝臟也已經(jīng)逐步進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段和臨床，而在骨骼系統(tǒng)尤其是股骨頭的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

MR灌注成像技術(shù)的出現(xiàn)意味著現(xiàn)代影像學(xué)從宏觀形態(tài)學(xué)到微觀細(xì)胞分子水平的方向發(fā)展。它可以評價(jià)股骨頭的微循環(huán)信息，在股骨頭缺血壞死的超早期變化階段就可以預(yù)測或發(fā)現(xiàn)病變，那么可以考慮利用這種技術(shù)針對高危人群進(jìn)行早期的篩查，減少股骨頭壞死發(fā)生的可能性，間接提高股骨頭壞死高危人群的生存質(zhì)量并且對社會(huì)勞動(dòng)力和家庭和諧也是一種保障。