中軸型脊柱關(guān)節(jié)炎MRI 診斷新進(jìn)展

劉君玲 溫生寶 李文方

青海大學(xué)附屬醫(yī)院影像中心，西寧 810000

脊柱關(guān)節(jié)炎（spondyloarthritis，SpA）既往因患者血液中類風(fēng)濕因子呈陰性也稱為血清陰性脊柱關(guān)節(jié)炎，該病是一組具有相同的遺傳及免疫學(xué)背景、相似的臨床特征，并與人類白細(xì)胞抗原B27 強(qiáng)相關(guān)的慢性炎性疾病。其中以強(qiáng)直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）最為典型，其他亞型還包括反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎、銀屑病關(guān)節(jié)炎、炎性腸病關(guān)節(jié)炎、幼年SpA 和未分化SpA。除幼年SpA 以外周關(guān)節(jié)炎為首發(fā)癥狀外[1]，其他亞型SpA 多以中軸關(guān)節(jié)炎為首發(fā)癥狀。反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎又稱瑞特綜合征，主要表現(xiàn)為尿道炎、宮頸炎或腹瀉后的髖關(guān)節(jié)炎[2]；銀屑病關(guān)節(jié)炎為在銀屑病皮疹患者中發(fā)生的中軸或外周關(guān)節(jié)炎[3]；炎性腸病關(guān)節(jié)炎是與腸道炎性疾病相關(guān)的SpA，可表現(xiàn)為外周寡關(guān)節(jié)炎、中軸關(guān)節(jié)炎和附著點(diǎn)炎[4]；未分化SpA 是一組癥狀譜和臨床相的命名，其表現(xiàn)多樣且不典型[5]。

SpA 的炎性標(biāo)志物主要包括C 反應(yīng)蛋白、血沉及血小板等；血中免疫球蛋白以免疫球蛋白A為主；血清堿性磷酸酶水平升高常提示病變廣泛或有骨骼侵蝕出現(xiàn)，但并不代表病情活動(dòng)；類風(fēng)濕因子和抗核抗體為陰性。目前較為公認(rèn)的SpA的易感基因?yàn)槿祟惏准?xì)胞抗原B27[6]；另有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)氨肽酶[7]、噬細(xì)胞集落刺激因子[8]、白細(xì)胞介素6 和TNF-α[9]也與SpA 相關(guān)。

2009 年國際脊柱關(guān)節(jié)炎協(xié)會（Assessment of Spondylo Arthritis International Society，ASAS）將SpA 分為中軸型脊柱關(guān)節(jié)炎（axial spondyloarthritis，axSpA）和外周型SpA[10-11]。但兩者之間多存在重疊，有研究報(bào)道axSpA 患者在病程中也可出現(xiàn)外周型SpA 的癥狀[12]。axSpA 主要是中軸關(guān)節(jié)受侵，可表現(xiàn)為附著點(diǎn)炎、趾炎、銀屑病、葡萄膜炎、炎性腸病和心臟受累等[13]。廣義的中軸關(guān)節(jié)是指自頸椎至骨盆、髖部的大小關(guān)節(jié)；狹義的中軸關(guān)節(jié)僅包括頸椎、胸椎、腰椎和骶髂關(guān)節(jié)。axSpA 包括AS 及放射學(xué)陰性中軸型脊柱關(guān)節(jié)炎（non-radiographic axial spondyloarthropathy，nr-axSpA）。此分類方法主要是彌補(bǔ)1984 年紐約標(biāo)準(zhǔn)[14]中對AS 的定義，該標(biāo)準(zhǔn)中AS 的確診依據(jù)必須有X 射線骶髂關(guān)節(jié)炎的證據(jù)，顯然漏診了那些還未出現(xiàn)關(guān)節(jié)骨質(zhì)結(jié)構(gòu)改變的早期AS 患者，因?yàn)閄 射線只能識別晚期已出現(xiàn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)改變者。將早期還未出現(xiàn)X 射線陽性征象的AS 定義為陰性只是因其X 射線檢查結(jié)果未出現(xiàn)關(guān)節(jié)破壞，這并不代表不存在關(guān)節(jié)炎癥。

AS 主要指發(fā)展為骶髂關(guān)節(jié)或脊柱結(jié)構(gòu)性損傷并在X 射線或CT 等影像上有明確表現(xiàn)的患者。Nr-axSpA 指診斷符合2009 年ASAS 對axSpA 的分類標(biāo)準(zhǔn)[10]，但不滿足1984 年修訂的紐約標(biāo)準(zhǔn)[14]的患者。其中，紐約標(biāo)準(zhǔn)中AS 的確診需符合X 射線影像學(xué)標(biāo)準(zhǔn)及1 項(xiàng)以上的臨床標(biāo)準(zhǔn)，X 射線影像學(xué)標(biāo)準(zhǔn)為雙側(cè)≥Ⅱ級骶髂關(guān)節(jié)炎，單側(cè)≥Ⅲ～Ⅳ級骶髂關(guān)節(jié)炎（0 級為正常；Ⅰ級為可疑；Ⅱ級為輕度異常，可見局限性侵蝕、硬化，但關(guān)節(jié)間隙正常；Ⅲ級為明顯異常，在Ⅱ級基礎(chǔ)上出現(xiàn)關(guān)節(jié)間隙增寬或狹窄；Ⅳ級為關(guān)節(jié)完全強(qiáng)直[15]）；ASAS 標(biāo)準(zhǔn)中確診AS 需滿足的影像學(xué)標(biāo)準(zhǔn)為MRI 上表現(xiàn)為急性（活動(dòng)性）骶髂關(guān)節(jié)炎。故nr-axSpA 定義為在X 射線上骶髂關(guān)節(jié)無明顯異常，但在MRI 上有骨髓水腫、骨炎、滑膜炎等急性骶髂關(guān)節(jié)炎的表現(xiàn)[16-17]。Nr-axSpA 的提出主要是為了在放射學(xué)結(jié)構(gòu)改變出現(xiàn)之前早期及時(shí)檢出骶髂關(guān)節(jié)炎。目前，對nr-axSpA與放射學(xué)陽性的早期AS 的關(guān)系存在較大爭議，有研究者將早期AS 歸類為nr-axSpA[18]，因?yàn)閮烧咴谂R床表現(xiàn)、人類白細(xì)胞抗原B27 陽性率及X 射線陰性表現(xiàn)等方面相似，同時(shí)對人TNF-α 抑制劑的療效相近。但對此也有研究者認(rèn)為nr-axSpA 并不全是早期AS，因?yàn)槠漕A(yù)后復(fù)雜，僅有一部分nr-axSpA患者后期可發(fā)展為AS[19]。早期AS 病變主要發(fā)生在骶髂關(guān)節(jié)，尤其是骶髂關(guān)節(jié)下1/3 處，臨床表現(xiàn)并不明顯，部分患者可出現(xiàn)厭食、疲倦和低熱等非特異性全身表現(xiàn)，這些癥狀在幼年患者中更為明顯[20]。AS 常見的早期癥狀為交替性臀部疼痛，以一側(cè)臀部或髖部疼痛為主，疼痛反復(fù)且雙側(cè)交替。X 射線及CT 檢查對早期AS 的檢出并不靈敏，雖能較好地顯示骨骼結(jié)構(gòu)的改變，但對骨髓水腫和滑膜病變等顯示不佳。因此，早期AS 的影像診斷主要采用MRI，骨髓水腫合并骨侵蝕可作為AS 早期診斷的MRI 特異性表現(xiàn)。

1 影像學(xué)特征

1984 年修訂的紐約標(biāo)準(zhǔn)通過CT 表現(xiàn)將骶髂關(guān)節(jié)炎進(jìn)行分級，因?yàn)镃T 能較好地顯示SpA 的微小病變，并能監(jiān)測到病變骨質(zhì)的進(jìn)展情況[14,20]。但該診斷標(biāo)準(zhǔn)是基于骶髂關(guān)節(jié)間隙改變或疑似改變開始分級的，對于骶髂關(guān)節(jié)間隙改變及骨質(zhì)破壞之前的病變，如骨髓水腫、滑膜炎及血管翳等的監(jiān)測并不靈敏，故易漏診早期病例。相較于CT，MRI能反映病變炎癥的本身情況，因此2009 年ASAS將MRI 檢查引入診斷標(biāo)準(zhǔn)[10]。近幾年興起的幾種MRI 新技術(shù)不僅能通過特定的參數(shù)值早期檢出病變，并且可對病情進(jìn)行定量分析。其中應(yīng)用較為成熟的技術(shù)包括弛豫時(shí)間圖成像、彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）及動(dòng)態(tài)對比增強(qiáng)成像等。

2 弛豫時(shí)間圖成像

2.1 弛豫時(shí)間圖成像的基礎(chǔ)

骶髂關(guān)節(jié)雙側(cè)骶骨面附有透明軟骨，軟骨由細(xì)胞外基質(zhì)和軟骨細(xì)胞組成，軟骨基質(zhì)由外胚層水、蛋白多糖、膠原蛋白及特殊蛋白質(zhì)組成，其中水占66%～78%，且水在軟骨中的分布不均勻，在關(guān)節(jié)表面的含量最高。蛋白多糖是由具有碳水化合物側(cè)鏈的高相對分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)組成，可產(chǎn)生大量的帶電分子吸引水分，因此，蛋白多糖是直接導(dǎo)致軟骨含水量高的原因。T2 mapping 和T2* mapping技術(shù)主要用于骨與軟骨病變的檢測，其成像基礎(chǔ)即為監(jiān)測組織內(nèi)水分子的微小變化。

AS 病變在常規(guī)MRI 壓脂像上表現(xiàn)為骨髓水腫，即呈高信號影，在T2 mapping 和T2* mapping偽彩圖上嚴(yán)重骨髓水腫區(qū)域表現(xiàn)為紅色，炎癥較輕區(qū)域表現(xiàn)為黃色或淺黃色，正常區(qū)域則表現(xiàn)為藍(lán)色[21]。AS 患者骶髂關(guān)節(jié)面下骨髓的T2 及T2*值較正常區(qū)域明顯增高[11]，但T2*值始終低于相對應(yīng)的T2 值[22]。

2.2 T2 mapping

T2 弛豫時(shí)間，即自旋-自旋弛豫時(shí)間，與橫向磁化衰減速率有關(guān)，由前射頻脈沖造成的相位相干性損失引起，主要反映自由水分子在軟骨基質(zhì)內(nèi)移動(dòng)和交換能量的能力，同時(shí)也能反映水分子與膠原纖維的相互作用。在軟骨組織中T2 值主要取決于細(xì)胞外基質(zhì)的水和膠原蛋白含量以及膠原纖維的排列取向。根據(jù)T2 值的取值范圍可生成與之相對應(yīng)的偽彩圖，通過色階更直觀地表現(xiàn)病灶的炎癥程度。

SpA 中以AS 為例，其骶髂關(guān)節(jié)病變可導(dǎo)致單核細(xì)胞和淋巴細(xì)胞炎性滲出增多，水含量增高，故引起T2 值的改變。甄濤[23]對AS 患者和單純慢性腰背痛患者進(jìn)行T2 mapping 序列檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)早期AS 患者的T2 值即可出現(xiàn)相應(yīng)變化，因此可對早期AS 患者與慢性腰背痛患者進(jìn)行鑒別。姚曉龍等[24]對AS 患者及健康體檢者的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AS 患者組骶髂關(guān)節(jié)面下骨髓T2 值明顯升高，同時(shí)，89%的患者在常規(guī)壓脂像上未見明顯異常病變，但在T2 mapping 偽彩圖上發(fā)現(xiàn)了骨髓水腫區(qū)，因此提出T2 mapping 技術(shù)在檢出AS 早期病變中有獨(dú)特價(jià)值。此外，朱啟航等[25]對依那西普治療的AS 患者進(jìn)行治療前后的T2 mapping 掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)治療后AS 患者的T2 值明顯低于治療前，證實(shí)了T2 mapping 技術(shù)可以作為評估AS 療效及預(yù)后的指標(biāo)。

不同序列下獲得的T2 mapping 的T2 值各不相同[26]，這些不同可能與每個(gè)序列對系統(tǒng)缺陷的不同靈敏度及不同的擬合方法有關(guān)，但無論在何種序列下獲得T2 值，其結(jié)論是一致的，即當(dāng)骨關(guān)節(jié)軟骨病變時(shí)，相應(yīng)區(qū)域的T2 值將不同程度增高。但也有研究者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軟骨病損嚴(yán)重時(shí)，T2 值會再次下降，并認(rèn)為T2 值可能不太適合更晚期的疾病階段[23]。姚曉龍等[24]對36 例AS 患者的研究結(jié)果顯示，有5 例患者的骶髂關(guān)節(jié)在偽彩圖上出現(xiàn)病變征象，但測得的T2 值未顯示異常。與其他弛豫時(shí)間圖成像相比，T2 mapping 最大的優(yōu)點(diǎn)是對磁場的局部不均勻性不敏感，即使患者存在術(shù)后金屬碎片也不影響成像。但其也有一定的局限性，T2 mapping大多使用二維多層自旋回波采集獲取T2 值，這種二維模式無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行重建獲取三維圖像。

2.3 T2* mapping

T2* mapping 是類似于T2 mapping 的技術(shù)，采用的是多回波梯度回波序列，由于不受自旋回波序列180°重聚焦脈沖對失相位的影響，因此T2*值不僅能反映組織中相鄰質(zhì)子間的自旋-自旋弛豫時(shí)間，同時(shí)還能反映由磁場不均勻性導(dǎo)致的相位偏移所產(chǎn)生的橫向弛豫時(shí)間[27]。T2* mapping 最大的優(yōu)勢是成像時(shí)間更短，三維成像的可能性更大，因此可能具有更高的空間分辨率，這些優(yōu)勢在關(guān)節(jié)薄且呈球型的軟骨表面極為重要。劉玉濤等[21]研究發(fā)現(xiàn)，T2* mapping 有助于AS 患者骶髂關(guān)節(jié)炎的定量分析。還有學(xué)者提出，T2* mapping 可與超短回波序列聯(lián)合使用，評估深層軟骨鈣化層[26]。但此類研究在骶髂關(guān)節(jié)中尚未見報(bào)道。

T2* mapping 序列也存在一定的局限性，如對易感性偽影和魔角效應(yīng)的敏感性高，在這方面，T2 mapping 技術(shù)優(yōu)于T2* mapping 技術(shù)。

3 MRI DWI

DWI 最顯著的特點(diǎn)是可以無創(chuàng)性地觀察活體組織中水分子的彌散特性，從而提供各組織的空間結(jié)構(gòu)信息。其中，水分子的彌散程度用彌散敏感梯度（b 值）及表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）來表示。該技術(shù)主要通過檢測病變區(qū)域的ADC 來量化診斷早期病變的程度及其活動(dòng)性。AS 患者病變區(qū)炎性因子浸潤，擴(kuò)散加強(qiáng)，在DWI 上表現(xiàn)為明顯高信號，其ADC 增高[28-29]。牛富業(yè)等[30]的相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ADC 與Bath 強(qiáng)直性脊柱炎疾病活動(dòng)性指數(shù)（BASDAI）評分、加拿大脊柱關(guān)節(jié)炎研究協(xié)會（SPARCC）評分呈正相關(guān)，故認(rèn)為DWI 可作為評價(jià)SpA 疾病活動(dòng)性的可靠指標(biāo)?？埖萚29]和鄭澤文[31]的研究也得出了相同結(jié)論。

盡管DWI 技術(shù)在腫瘤鑒別診斷方面具有較大價(jià)值，也能較為簡潔方便地量化分析SpA 早期病變，但其仍具有一定的局限性，其局限性主要來自b 值的不確定性：b 值越高，對水分子運(yùn)動(dòng)就越敏感，對病變的檢出率也就越高，但圖像的噪聲會增加，分辨率得不到保證；b 值較低時(shí)，ADC 將同時(shí)受灌注和擴(kuò)散的影響，此時(shí)對組織擴(kuò)散情況的反應(yīng)將失真。目前對于b 值的取值范圍仍缺乏一定的標(biāo)準(zhǔn)[32]。李貝貝等[32]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)取不同的b 值時(shí)，測得的ADC 具有明顯差異。

4 動(dòng) 態(tài) 增 強(qiáng) 對 比（dynamic contrast enhance，DCE）-MRI

DCE-MRI 主要是通過靜脈團(tuán)注水溶性對比劑后縮短T1 弛豫時(shí)間，迅速獲取T1 加權(quán)圖像，對比劑從血管進(jìn)入病變組織后，病灶呈現(xiàn)不同的強(qiáng)化形式，以此評價(jià)組織微循環(huán)及血流的灌注狀態(tài)，從而達(dá)到對病灶的半定量及定量診斷。DCE-MRI 主要用于各類腫瘤的診斷。DCE-MRI 序列半定量診斷主要是對病變ROI 繪制出時(shí)間-信號強(qiáng)度曲線，并計(jì)算出增強(qiáng)因子（Fenh）及增強(qiáng)斜率（Senh），從而定量檢測SpA 患者的活動(dòng)性及病變程度。李筱倩等[33]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，早期AS 患者病變區(qū)ADC與Fenh 之間呈高度正相關(guān)，DWI 和DCE-MRI 對早期SpA 病變的骨髓改變顯示較為靈敏。

DCE-DWI 序列的定量診斷主要是通過Tofts模型提出的3 個(gè)定量參數(shù)，即Ktrans（轉(zhuǎn)運(yùn)常數(shù)）、Ve（每單位體積組織中血管外細(xì)胞外間隙的容積分?jǐn)?shù)）和Kep（速率常數(shù)）來定量監(jiān)測SpA 病變的活動(dòng)性。初廣宇等[34]比較了AS 患者中活動(dòng)組與靜止組的Ktrans、Kep、Ve及各項(xiàng)指標(biāo)與Bath 強(qiáng)直性脊柱炎疾病活動(dòng)性指數(shù)（BASDAI）評分的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組患者各參數(shù)之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，證實(shí)DCE-MRI定量參數(shù)能夠評價(jià)SpA 的活動(dòng)性。

AS 患者在炎癥活動(dòng)期出現(xiàn)骨髓水腫，時(shí)間-信號強(qiáng)度曲線主要表現(xiàn)為Ⅱ型及Ⅲ型，其中以Ⅱ型（快速上升平臺型）為主，即早期速升，中后期強(qiáng)化程度保持恒定或稍有增加，晚期強(qiáng)化程度緩慢增加；Ⅲ型為持續(xù)快速上升型。正常者其時(shí)間-信號強(qiáng)度曲線表現(xiàn)為Ⅰ型，即速升緩降型，曲線上升到最大強(qiáng)度后再緩慢下降[29]。AS 患者病變區(qū)Ktrans、Kep、Ve增高，并與Bath 強(qiáng)直性脊柱炎疾病活動(dòng)性指數(shù)（BASDAI）評分呈正相關(guān)[28]。

但因DCE-MRI 需要注射對比劑，限制了其在臨床的廣泛應(yīng)用。目前DCE-MRI 多應(yīng)用于肝臟、泌尿系統(tǒng)及顱內(nèi)等腫瘤的定量診斷，較少用于骨關(guān)節(jié)方面疾病的診斷。

5 小結(jié)

SpA 病變進(jìn)展可導(dǎo)致脊柱關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及功能障礙，甚至可致殘疾，臨床治療只能延緩病情進(jìn)展及改善癥狀。而早期發(fā)現(xiàn)并對癥治療可防止脊柱和關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)及功能的改變，同時(shí)對早期炎癥的定量診斷可指導(dǎo)臨床精準(zhǔn)治療，因此，SpA 的早期檢出及定量分析極為重要。但MRI 同時(shí)也存在一定的局限性：一方面，MRI 對病變的分期有賴于影像診斷醫(yī)師的診斷水平，具有明顯的主觀性；另一方面，常規(guī)MRI 對脊柱關(guān)節(jié)的炎癥程度并不十分靈敏，在新標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，MRI 對SpA 患者活動(dòng)性骶髂關(guān)節(jié)炎的檢出率僅為72.4%[11]。相較于常規(guī)MRI，DWI、DCE-MRI 及弛豫時(shí)間圖成像等功能MRI 不僅可以靈敏地檢出SpA 病變，還能對病變進(jìn)行分期及定量分析。

利益沖突 本研究由署名作者按以下貢獻(xiàn)聲明獨(dú)立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明 劉君玲負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的查詢、論文的撰寫；溫生寶負(fù)責(zé)論文的審閱及校對；李文方負(fù)責(zé)論文的修改。