定量MRI用于強(qiáng)直性脊柱炎研究進(jìn)展

郭曉琳，錢麗霞

(1.山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)系，山西 太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)附屬山西白求恩醫(yī)院磁共振科，山西 太原 030032)

強(qiáng)直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS)是病因尚不明確的以侵犯中軸關(guān)節(jié)為主的慢性炎癥性疾病，其發(fā)生和發(fā)展與人類白細(xì)胞抗原(human leukocyte antigen, HLA)-B27、腫瘤壞死因子和白細(xì)胞介素-17密切相關(guān)[1]，是引起骶髂關(guān)節(jié)和脊柱結(jié)構(gòu)改變的中軸型脊柱關(guān)節(jié)病(axial spondyloarthritis, axSpA)，多見于青少年。骶髂關(guān)節(jié)炎(sacroiliitis, SIS)是AS早期病理標(biāo)志之一。目前臨床常用X線、CT及MRI等影像學(xué)方法輔助診斷AS。常規(guī)X線和CT僅能顯示骨結(jié)構(gòu)變化，難以準(zhǔn)確顯示早期骨髓和軟骨變化。MRI雖具有較高的軟組織分辨率，但常規(guī)MRI診斷早期SIS的敏感度及特異度均不高。隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，MR定量成像技術(shù)逐漸用于關(guān)節(jié)炎早期診斷[2]。本文對定量MRI用于AS的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 定量MRI

1.1 彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)和體素內(nèi)不相干運(yùn)動(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像 DWI是目前常用于檢測活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動的無創(chuàng)方法，表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)為其重要參數(shù)。AS處于活動期時，病變區(qū)域水分子運(yùn)動加快，擴(kuò)散運(yùn)動增加，ADC值增高[3]。研究[4]證實DWI對檢出AS病變具有較高的敏感性和特異性。IVIM-DWI在DWI基礎(chǔ)上采用雙指數(shù)模型分別提取灌注及水分子擴(kuò)散特征信息，可在真實反映水分子擴(kuò)散過程的同時獲得灌注信息而無需對比劑，其主要參數(shù)值包括D值、D*值和f值。D值為純擴(kuò)散系數(shù)，代表單純水分子擴(kuò)散；D*值是灌注相關(guān)系數(shù)，主要反映微循環(huán)灌注所致擴(kuò)散情況；f值是灌注分?jǐn)?shù)，反映微循環(huán)所致灌注在總體擴(kuò)散中的比例。ZHAO等[5]以IVIM成像評估AS活動性，發(fā)現(xiàn)f值可提高診斷AS活動性的敏感度，而D值診斷準(zhǔn)確率更高。HILBERT等[6]采用IVIM成像觀察兒童關(guān)節(jié)炎，結(jié)果顯示根據(jù)f值可區(qū)分關(guān)節(jié)積液與滑膜增厚。ZHAO等[7]對44例AS患者分別行IVIM和動態(tài)對比增強(qiáng)MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)，發(fā)現(xiàn)IVIM的f值與DCE-MRI參數(shù)存在一定相關(guān)性，進(jìn)一步證實了IVIM用于早期診斷AS的可行性。QIN等[8]將40只大鼠隨機(jī)分為AS模型組和對照組，通過建模使AS組處于活動期，將2組IVIM結(jié)果與病理結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)AS活動期大鼠D值、f值和D*值均較對照組增加，可能原因在于滑膜組織內(nèi)毛細(xì)血管數(shù)量增加及水分子擴(kuò)散運(yùn)動受限，導(dǎo)致血流量和血液灌注比例增加，病理表現(xiàn)為血管翳增加。也有研究[9]認(rèn)為D值在鑒別AS活動性方面不及ADC值，不同研究間b值不同和研究對象不同可能是導(dǎo)致結(jié)果存在差異的主要原因。目前IVIM用于診斷AS尚處于探索階段，仍需開展大量研究觀察其是否有望成為診斷AS的常規(guī)MR序列。

1.2 彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI) DKI是通過多b值掃描反映組織微結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的更高階擴(kuò)散模型[10]，所檢測定量參數(shù)包括平均擴(kuò)散率(mean diffusion, MD)和平均峰度(mean kurtosis, MK)。MD指空間各方向水分子擴(kuò)散的平均值；MK為各方向擴(kuò)散峰度的平均值，組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，MK值越大。WANG等[11]將44例AS分為穩(wěn)定組、輕度活動組、高活動組及較高活動組，分別行DKI及DWI，結(jié)果顯示MD值與AS活動等級呈正相關(guān)，且MD值反映組織微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)于ADC值，而MK值與AS活動度呈負(fù)相關(guān)；原因可能在于隨著AS活動性增加，骨小梁結(jié)構(gòu)損傷和骨量丟失加重，骶髂關(guān)節(jié)(sacroiliac joint, SIJ)微結(jié)構(gòu)復(fù)雜度減低。既往研究[12]顯示DKI鑒別骨腫瘤良惡性的診斷效能較高。惡性病變MD值明顯低于良性，可能與惡性細(xì)胞排列緊密致擴(kuò)散受限有關(guān)；MK值高于良性，可能因惡性細(xì)胞異質(zhì)性較大，且易合并出血、壞死等，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性增加，導(dǎo)致MK值增加。

2 DCE-MRI

作為評估血管生成的非侵入性方法，DCE-MRI在診斷疾病、監(jiān)測治療效果和評估預(yù)后方面具有重要作用[13]；經(jīng)靜脈注射對比劑后掃描，獲得定量和半定量參數(shù)，可評估毛細(xì)血管通透性及灌注狀態(tài)，并清晰顯示滑膜增生情況[14]。DCE-MRI主要定量參數(shù)包括ktrans、Kep及Ve。ktrans為轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，反映對比劑從血管內(nèi)擴(kuò)散到血管外細(xì)胞外間隙的過程；Kep是速度常數(shù)，反映對比劑從血管外細(xì)胞外間隙返回血管內(nèi)的過程；Ve是容積分?jǐn)?shù)，代表對比劑在血管外細(xì)胞外間隙所占百分比。初廣宇等[15]采用DCE-MRI測量42例AS的相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)評估AS活動性的價值均較高，且同時ktrans、Kep、Ve均與AS活動指數(shù)調(diào)查表(bath ankylosing spondylitis disease activity index, BASDAI)評分存在顯著相關(guān)性。ZHANG等[16]采用DCE-MRI觀察42例AS，結(jié)果進(jìn)一步證實了DCE-MRI可用于早期評估AS活動性，Ktrans值與BASDAI評分的相關(guān)性最高。但DCE-MRI存在掃描時間長、需使用對比劑，因而可能加重腎臟負(fù)擔(dān)等不足，目前尚未列入常規(guī)序列檢查。

3 MR定量成像技術(shù)觀察SIJ

軟骨細(xì)胞主要由水和細(xì)胞外基質(zhì)組成。正常SIJ軟骨細(xì)胞含量較少。 AS早期膠原基質(zhì)減少、水分增加，定量MRI可顯示上述變化。目前用于觀察SIJ的定量MR序列主要包括T2-mapping、T2*-mapping及磁化傳遞(magnetization transfer, MT)技術(shù)等。

3.1 T2-mapping T2-mapping是采用多回波序列得到組織T2弛豫時間圖，再通過計算T2弛豫時間生成的參數(shù)圖，不僅能顯示常規(guī)MRI不能顯示的骨髓水腫，還可測量T2值以反映病變組織內(nèi)水分子含量，有助于在關(guān)節(jié)發(fā)生不可逆性解剖損傷之前識別早期軟骨改變。LEFEBVRE等[17]和ALBANO等[18]分別采用3.0T MR和1.5T MR系統(tǒng)觀察健康志愿者SIJ，結(jié)果顯示T2-mapping可用于評估SIJ，且可重復(fù)性好，為評估病理性SIJ奠定了基礎(chǔ)。ALBANO等[19]采用T2-mapping定量分析20例axSpA患者，發(fā)現(xiàn)T2值有助于早期診斷SIS。WANG等[20]采用T2-mapping觀察77例axSpA患者，結(jié)果顯示AS活動期患者T2值高于穩(wěn)定期患者；將T2值與ADC值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)ADC值診斷AS的效能高于T2值。T2-mapping技術(shù)對周圍組織環(huán)境更敏感，而WANG等[20]的研究未使用脂肪抑制技術(shù)，周圍脂肪可能對診斷結(jié)果產(chǎn)生一定影響。目前T2-mapping用于早期診斷AS處于探索階段，且其診斷效能相對常規(guī)DWI是否更優(yōu)尚未明確。

3.2 T2*-mapping T2*-mapping成像原理及其對組織的量化與T2-mapping基本相似，而臨床應(yīng)用效果優(yōu)于T2-mapping成像。有學(xué)者[21]采用T2*-mapping觀察AS患者，發(fā)現(xiàn)急性期軟骨下骨髓T2*值高于穩(wěn)定期，且與BASDAI評分相關(guān)，原因可能在于炎性細(xì)胞浸潤導(dǎo)致含水量增高。TAO等[22]以T2-mapping和T2*-mapping觀察膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶破裂后軟骨基質(zhì)變化，發(fā)現(xiàn)T2*-mapping較T2-mapping更為敏感，成像更快且空間分辨率更高：相反，也有學(xué)者[23]認(rèn)為T2*-mapping易受磁化偽影和魔角效應(yīng)影響而臨床應(yīng)用受限。

3.3 MT MT通過物理方法選擇性抑制組織信號(主要含蛋白組織)以增加圖像對比度或形成新的對比，即磁化轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的對比，稱為MT對比(MT contrast, MTC)，通過計算病灶ROI信號強(qiáng)度值獲得MT率(MT ratio, MTR)，進(jìn)而量化MTC。有學(xué)者[24]采用MT及DWI觀察無SIS的中軸型脊柱關(guān)節(jié)炎患者SIJ軟骨和骨髓，發(fā)現(xiàn)MT不僅可定量評估SIJ早期軟骨基質(zhì)變性，且MTR對早期SIS微觀變化的敏感性高于ADC值，證實MT技術(shù)可用于早期診斷SIS。寧秋萍等[25]對39例AS進(jìn)行MT和DWI聯(lián)合掃描，證實二者聯(lián)合可提高診斷AS的準(zhǔn)確率。

4 脂肪定量技術(shù)

脂肪化生是AS炎癥緩解后的組織特征，炎癥性病變通過脂肪浸潤組織化生過程生成新骨[26]。AS患者常規(guī)MRI表現(xiàn)無異常時，其組織細(xì)胞可能已發(fā)生分子水平病理變化，故評估早期脂肪浸潤對早期臨床診斷AS具有重要意義。目前用于SIJ的MR脂肪定量技術(shù)包括MR波譜(MR spectroscopy, MRS)和Dixon水脂分離技術(shù)。

4.1 MRS MRS是一種無創(chuàng)性研究活體器官內(nèi)組織代謝、生化指標(biāo)變化及化合物定量分析的方法，通過獲得多個代謝峰來分析骨的水脂比和脂肪含量。莊儒耀等[27]對10例axSpA患者及11名健康志愿者行MRS，結(jié)果顯示活動性SIS患者水脂高于穩(wěn)定期及健康對照者，表明1H MRS可量化SIS水腫程度，并有望成為評價SIS活動性的無創(chuàng)方法。但該技術(shù)亦存在掃描條件要求高、掃描時間長、脂質(zhì)峰在骨肌系統(tǒng)不穩(wěn)定以及后處理過程繁瑣等局限性，限制其臨床應(yīng)用。

4.2 Dixon水脂分離技術(shù) 根據(jù)脂肪和水之間的共振頻率差異，Dixon技術(shù)可在一次采集中得到脂肪和水的同反位圖像，量化骨病變內(nèi)的脂肪量。聯(lián)合應(yīng)用Dixon水脂分離技術(shù)與梯度回波、自旋回波技術(shù)可更精確地測量關(guān)節(jié)內(nèi)脂肪含量。

mDIXON-Quant及IDEAL技術(shù)均為Dixon技術(shù)的延伸，通過測量骨髓脂肪分?jǐn)?shù)評估AS患者SIJ脂肪浸潤情況。安穎穎等[28]采用mDIXON-Quant和DWI評估20例AS急性活動期(早期活動性)和31例慢性活動期患者，發(fā)現(xiàn)前者脂肪分?jǐn)?shù)值低于后者，而二者ADC值差異無統(tǒng)計學(xué)意義，提示mDIXON-Quant測量骨髓脂肪分?jǐn)?shù)值對鑒別AS早期活動性具有較高價值。GUO等[29]對40例AS患者行IDEAL掃描，結(jié)果顯示經(jīng)積極治療后患者脂肪浸潤減少或消失，而未治療者脂肪含量增加，但常規(guī)MRI信號無明顯變化，提示IDEAL可用于定量脂肪含量及監(jiān)測AS治療效果，且敏感性優(yōu)于常規(guī)MR序列。REN等[30]亦認(rèn)為IDEAL技術(shù)可用于評價AS患者的SIJ活動性。

綜上所述，常規(guī)DWI、IVIM、DKI、DCE-MRI、軟骨定量成像及脂肪定量技術(shù)均可用于早期診斷AS。相信隨著技術(shù)發(fā)展，定量MRI技術(shù)的應(yīng)用前景將更加廣闊。