MRI在糖尿病足骨髓炎診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

曹勝男 舒 政 馬宜傳

糖尿病足骨髓炎(diabetic foot osteomyelitis，DFO)是糖尿病足病嚴(yán)重階段的表現(xiàn)之一，DFO不僅難以診斷及治療，而且有較高的復(fù)發(fā)率和截肢率。此外，與中重度的軟組織感染者比較，DFO患者常需面對(duì)更多的手術(shù)和截肢、更長(zhǎng)的住院時(shí)間、更高的復(fù)發(fā)感染率和感染再入院率。既往DFO需要結(jié)合臨床表現(xiàn)、血清標(biāo)志物和普通X線來(lái)診斷。近年來(lái)，隨著磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術(shù)的不斷發(fā)展，其對(duì)DFO的診斷具有較高的敏感性和特異性，美國(guó)放射學(xué)院將MRI作為對(duì)疑似DFO患者進(jìn)行確診的首選方法。但是MRI對(duì)DFO的準(zhǔn)確診斷仍然存在一些困難，近年來(lái)一些MRI技術(shù)的更新及科研工作者的研究致力于克服這些難題，本文擬對(duì)MRI各項(xiàng)檢查技術(shù)在DFO診斷中的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。

1 常規(guī)MRI成像在DFO診斷中的應(yīng)用

DFO通常表現(xiàn)為單個(gè)骨彌漫性骨髓受累，常見于腳趾、跖骨頭、跟骨的負(fù)重面。DFO在MRI上通常表現(xiàn)為骨髓TWI序列的低信號(hào)，TWI脂肪抑制序列或STIR序列的高信號(hào)。DFO的主要征象是TWI序列明顯低信號(hào)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，糖尿病足的骨感染是通過皮膚潰瘍直接接種的結(jié)果，90%以上的足部骨髓炎與皮膚潰瘍有關(guān)，并且軟組織感染在鄰近骨骨髓炎診斷中具有較高的特異性(平均為85%)。所以在MRI上觀察骨髓炎最簡(jiǎn)單的方法就是沿著皮膚潰瘍或竇道到臨近骨的路徑，評(píng)估該臨近骨的骨髓信號(hào)強(qiáng)度。骨髓炎的其他MRI表現(xiàn)包括皮質(zhì)破壞和骨膜炎等。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)在MRI中可見低信號(hào)鈣化骨膜被高信號(hào)膿液或液體從骨上剝離，然而相較之下，上述骨膜反應(yīng)在普通X線上顯示更佳。“半影征”是亞急性骨髓炎的特征性MRI表現(xiàn)，它描述了在常規(guī)的未增強(qiáng)的TWI圖像上，可見一比中心膿腫低信號(hào)區(qū)和其周圍較低的骨髓水腫信號(hào)強(qiáng)度高的離散外圍區(qū)域。但并非所有在TWI圖像上明顯的低信號(hào)都對(duì)應(yīng)于骨髓炎。Collins等最初描述了疑似踏板骨髓炎在TWI圖像中出現(xiàn)的3種不同的降低信號(hào)模式，包括融合的髓內(nèi)(confluent intramedullary，即范圍包括皮質(zhì)和部分髓腔)、皮質(zhì)下(subcortical，即局限于皮質(zhì)下薄的線性區(qū)域)、模糊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(hazy reticular，位于正常髓腔內(nèi)網(wǎng)狀模糊影)。研究表明，TWI圖像上信號(hào)減低的融合的髓內(nèi)模式對(duì)于骨髓炎檢測(cè)的敏感性(95%)和特異性(91%)極高，另兩種模式均不代表骨髓炎。

在TWI脂肪抑制序列或STIR序列中，與DFO相似的骨髓異常高信號(hào)包括反應(yīng)性骨髓水腫(臨近軟組織或皮質(zhì)骨感染)、神經(jīng)性關(guān)節(jié)病、與負(fù)重相關(guān)應(yīng)力性改變和近期術(shù)后改變。對(duì)于反應(yīng)性骨髓水腫、應(yīng)力性改變、術(shù)后改變而言，其MRI主要表現(xiàn)為骨髓TWI圖像上高信號(hào)，但TWI圖像是正常的，與DFO影像鑒別相對(duì)簡(jiǎn)單，再結(jié)合相關(guān)臨床情況，更有助區(qū)別。神經(jīng)性關(guān)節(jié)病(即Charcot足)和DFO臨床和影像學(xué)表現(xiàn)相似，鑒別存在一定難度，同時(shí)，不能忽略神經(jīng)性關(guān)節(jié)病存在合并骨髓炎的情況，兩者的鑒別需綜合考慮。

2 化學(xué)位移和Dixon成像在DFO診斷中的應(yīng)用

脂肪抑制技術(shù)在評(píng)估糖尿病足中起重要作用。在經(jīng)典的脂肪抑制序列中，使用化學(xué)位移成像評(píng)估肌肉、骨骼系統(tǒng)，特別是骨髓的評(píng)估受到越來(lái)越多的關(guān)注。水和脂肪以不同的頻率共振，這一現(xiàn)象可以用來(lái)分離化學(xué)位移成像時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)，并由此進(jìn)行反相位和同相位成像，這項(xiàng)技術(shù)十分有助于區(qū)分骨髓水腫或造血骨髓與真正的骨髓病變，如腫瘤或感染。近年來(lái)，技術(shù)上的改進(jìn)使得Dixon成像中的化學(xué)位移現(xiàn)象得到了優(yōu)化。Dixon技術(shù)可用于獲取同一序列中的多個(gè)回波，并通過數(shù)據(jù)的數(shù)字化后處理將它們組合起來(lái)，從而不僅獲得同相或反相圖像，而且還獲得純脂肪圖像和純水圖像。與其他脂肪抑制技術(shù)相比，Dixon序列，特別是多點(diǎn)Dixon采集，對(duì)B0(主磁場(chǎng))和B1(旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng))磁場(chǎng)的不均勻性不太敏感，并且提供了更均勻的脂肪抑制，可以減少移位偽影，這對(duì)于評(píng)估遠(yuǎn)端肢體和足部肌肉、骨骼系統(tǒng)，特別是骨髓是十分有益的。此外，Dixon技術(shù)可用于例如梯度回波、快速自旋回波或其他信號(hào)加權(quán)等不同類型的序列。此種技術(shù)的延伸可以進(jìn)一步提高DFO的檢測(cè)，同時(shí)由于該序列圖像質(zhì)量的提高，可以通過水選擇性采集，增加對(duì)骨髓炎并發(fā)癥(如骨內(nèi)死骨和瘺管)的檢測(cè)。與神經(jīng)性關(guān)節(jié)病不同，在化學(xué)位移成像中，DFO骨髓信號(hào)強(qiáng)度無(wú)明顯變化，但仍有少量的研究顯示了化學(xué)位移成像在糖尿病足骨感染中的應(yīng)用價(jià)值。此外，Dixon技術(shù)中不同圖像集的信號(hào)強(qiáng)度量化為治療監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)有用的量化工具。

3 彌散加權(quán)磁共振成像在DFO診斷中的應(yīng)用

彌散加權(quán)磁共振成像(diffusion weighted imaging,DWI) 是一種無(wú)創(chuàng)性磁共振成像技術(shù)。擴(kuò)散是分子的一種隨機(jī)布朗運(yùn)動(dòng)，該序列磁共振成像可以檢測(cè)到分子在這個(gè)微觀尺度上的位置變化引起的信號(hào)衰減，這種特性可以間接評(píng)估細(xì)胞數(shù)量和細(xì)胞膜完整性，并已成功地應(yīng)用于許多解剖領(lǐng)域，主要用作腫瘤生物標(biāo)志物。DWI通常使用單次激發(fā)回波平面成像(single-shot echo planar imaging ，SS-EPI)序列來(lái)完成，但這種序列容易產(chǎn)生偽影，并且由于空氣、骨骼和軟組織之間的多個(gè)界面，這些偽影在足部變得更加明顯。長(zhǎng)軸定向優(yōu)選可以使偽影最小化，同時(shí)使用多通道線圈的并行成像(例如靈敏度編碼)也有助于減少偽影、減少捕獲時(shí)間，從而獲得足夠的信噪比。

擴(kuò)散信號(hào)強(qiáng)度在不同b值上的變化，決定了擴(kuò)散加權(quán)的程度，可以用表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)來(lái)測(cè)量。該參數(shù)表示擴(kuò)散信號(hào)的單個(gè)成分的指數(shù)衰減，這可能有助于病變特征的描述和治療監(jiān)測(cè)。DWI是一種評(píng)估DFO軟組織和骨髓水腫很有潛力的工具。單純性水腫顯示沒有擴(kuò)散限制，而在糖尿病足感染中，炎癥細(xì)胞、膿液和碎屑的存在，導(dǎo)致自由水?dāng)U散比無(wú)菌性神經(jīng)性關(guān)節(jié)病中檢測(cè)到的水腫減少。Eren等的一項(xiàng)研究顯示，在糖尿病足潰瘍患者中，骨髓炎區(qū)域ADC值低于臨近軟組織，ADC值為(0.75±0.16)×10mm/s。另一項(xiàng)研究表明，DWI成像中，DFO彌散受限，ADC值降低且較糖尿病性關(guān)節(jié)病患者更低，診斷DFO的敏感度為64.6%，準(zhǔn)確率為63.7%，其中兩名觀察者觀測(cè)到的骨髓炎ADC值分別(0.86±0.11)×10mm/s和(0.85±0.12)×10mm/s。ADC值有助于區(qū)分急性糖尿病性關(guān)節(jié)病和骨髓炎，但兩者ADC值存在部分重疊。分析造成數(shù)據(jù)重疊的原因除了其病理基礎(chǔ)可能有相似部分，亦有可能是樣本量少，DWI工具仍存在優(yōu)化空間等。但因DWI檢查快速便捷，又因ADC值是一個(gè)無(wú)創(chuàng)性的影像學(xué)參數(shù)，可以定量分析和診斷DFO，故仍認(rèn)為DWI序列對(duì)于DFO有診斷價(jià)值，未來(lái)它的應(yīng)用空間值得期待與探索。

軟組織感染一貫是DFO的常見并發(fā)癥，可以通過DWI技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。比如蜂窩織炎經(jīng)傳統(tǒng)的液體敏感序列很容易診斷，DWI可以顯示信號(hào)強(qiáng)度微弱增加，但ADC值因TWI的穿透效應(yīng)增加。DWI成像對(duì)膿腫的鑒別和定性有重要作用，且無(wú)需注射對(duì)比劑，因?yàn)槟撃[由于膿液和碎片的存在而顯示出明顯的內(nèi)部擴(kuò)散受限，這種限制性擴(kuò)散在關(guān)節(jié)周圍積液和關(guān)節(jié)積液是不常見的，這有助于避免假陽(yáng)性結(jié)果。而壞死組織可能表現(xiàn)為擴(kuò)散受限，但程度比膿腫小，因?yàn)闆]有活躍的炎癥過程。壞死組織的切除對(duì)于改善愈合是至關(guān)重要的，這也突出了影像科醫(yī)師識(shí)別這些區(qū)域的重要性。

此外，DWI的經(jīng)典分析方法是單指數(shù)法，只考慮細(xì)胞外室的存在。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion,IVIM)磁共振成像運(yùn)用雙指數(shù)模型同時(shí)獲得灌注和擴(kuò)散信息。IVIM需要對(duì)小于或大于100 s/mm的多個(gè)b值進(jìn)行采樣，以獲得更好的信號(hào)強(qiáng)度曲線衰減擬合。小于100 s/mm的b值用于估算假擴(kuò)散系數(shù)(D)和灌注分?jǐn)?shù)(f)；大于100 s/mm的b值用于評(píng)估純分子擴(kuò)散系數(shù)(D)。使用IVIM技術(shù)在評(píng)估DFO和并發(fā)感染軟組織的微循環(huán)方面很有潛力，且不需要靜脈注射對(duì)比劑，并且已經(jīng)有研究證明了這一點(diǎn)。對(duì)于有腎功能損害的糖尿病足患者，常規(guī)DWI和IVIM技術(shù)對(duì)DFO的評(píng)估可能更有意義。

4 動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像在DFO診斷中的應(yīng)用

動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)磁共振成像(dynamic contrast enhancement magnetic resonance imaging，DCE-MRI)序列可以同時(shí)進(jìn)行定性和定量分析。定性方法主要依賴于視覺評(píng)估感興趣區(qū)域(region of interest,ROI)內(nèi)是否存在早期動(dòng)脈強(qiáng)化(而不是后期強(qiáng)化)，這是臨床上常用的分析方法。而定量方法包括在ROI中觀察到的時(shí)間-強(qiáng)度曲線的發(fā)散式分析，譬如信號(hào)強(qiáng)度時(shí)間曲線(time signal intensity curve,TIC)的形狀、峰值強(qiáng)度、峰值時(shí)間和初始曲線的斜率，以及增強(qiáng)的開始和廓清率。更深入的動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)技術(shù)(dynamic contrast enhanced，DCE)通過藥物動(dòng)力學(xué)模型(簡(jiǎn)稱PK)，即PK建模方法來(lái)獲得骨髓炎區(qū)域的定量通透性參數(shù)。著名的PK-DCE測(cè)量方法是獲得諸如容積傳遞常數(shù)(Ktrans)、返回血管間隔的對(duì)比劑體積(Kep)和細(xì)胞外體積(Ve)等生理參數(shù)。這些參數(shù)是相關(guān)的，因?yàn)镵ep是通過Ktrans和Ve的比值得出的，而在臨床實(shí)踐中更推薦Ktrans和Ve這兩個(gè)參數(shù)。DCE-MRI是在注射對(duì)比劑后獲得多幅圖像的時(shí)間序列，通?；诰哂懈邥r(shí)間分辨率的3D梯度回波序列(每3～5 s采集一次，持續(xù)4～5 min)，與傳統(tǒng)的多相DCE-MR成像(通常時(shí)間分辨率為12～20 s)相比，這種方法顯示出一些優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢愿玫卦u(píng)估組織灌注，更好地了解骨和軟組織內(nèi)的微血管環(huán)境。不僅如此，該技術(shù)同時(shí)具有高時(shí)間分辨率和空間分辨率，允許同時(shí)獲取血管造影和灌注信息，避免需要雙倍劑量的釓螯合物。

相對(duì)于正常骨髓區(qū)域，骨髓炎區(qū)域TWI圖像上的信號(hào)強(qiáng)度局部降低，脂肪抑制的TWI圖像上的信號(hào)強(qiáng)度增加，注射對(duì)比劑后后局部信號(hào)增強(qiáng)。有研究顯示感染骨可以在T對(duì)比增強(qiáng)后的圖像上顯示地圖樣增強(qiáng)，如并發(fā)蜂窩織炎表現(xiàn)為細(xì)微的漸進(jìn)性增強(qiáng)，反映了炎癥過程；膿腫因肉芽組織的存在和病灶內(nèi)部沒有強(qiáng)化，會(huì)出現(xiàn)周圍包膜樣強(qiáng)化。此外還可有助于區(qū)分存活組織和壞死組織，后者不顯示任何增強(qiáng)，僅顯示地理邊界，同時(shí)DCE-MR成像還能顯示壞死組織內(nèi)的最小增強(qiáng)區(qū)域，這些數(shù)據(jù)將有助于血管外科醫(yī)生計(jì)劃更保守的手術(shù)。

Jans等的一項(xiàng)研究表明，在骨髓炎中，在TIC上觀察到最初的快速上升斜坡及隨后的逐漸緩慢上升階段，這反映了炎癥過程的發(fā)生；而在神經(jīng)病性關(guān)節(jié)病的水腫區(qū)僅發(fā)現(xiàn)較低的強(qiáng)化率，與基線相比，TIC斜率略有進(jìn)展性增加。Liao等首次使用DCE-MRI和擴(kuò)展的Tofts線性模型來(lái)量化糖尿病足患者的足部通透性及其與炎癥指標(biāo)的相關(guān)性，在ROC分析中說明了Ktrans和Ve對(duì)骨髓炎的診斷價(jià)值大于Kep，并且骨髓炎區(qū)Ktrans、Kep和Ve平均值明顯高于急性神經(jīng)性關(guān)節(jié)病區(qū)。而且在其研究中，骨髓炎區(qū)域的定量通透性參數(shù)與炎癥標(biāo)志物呈顯著相關(guān)，這表明DCE-MRI參數(shù)可以作為影像學(xué)生物標(biāo)志物，提供骨髓炎炎癥微環(huán)境的信息，并可能有助于預(yù)測(cè)患者預(yù)后。

臨床實(shí)踐中，骨髓炎灌注評(píng)估需要關(guān)注紅骨髓和黃骨髓的比例，由于正常黃骨髓在動(dòng)態(tài)顯像中與基線采集相比，信號(hào)強(qiáng)度無(wú)明顯變化。此外，年齡、血管供應(yīng)或骨質(zhì)疏松等其他因素可能影響糖尿病足的灌注，并可能改變DCE-MR成像的結(jié)果，當(dāng)用來(lái)評(píng)估DFO的時(shí)候，需將這些因素考慮進(jìn)去。

5 其他

彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是DWI技術(shù)的進(jìn)展及延伸，主要作用是顯示神經(jīng)纖維束。高分辨率DTI神經(jīng)成像技術(shù)具有特定的視野，可以獲取有關(guān)糖尿病引起的髓鞘損傷的功能信息。此外，DTI神經(jīng)造影通過分?jǐn)?shù)各向異性、平均擴(kuò)散率和徑向擴(kuò)散率等參數(shù)獲得定量信息，這些參數(shù)可作為糖尿病神經(jīng)病變進(jìn)展的生物標(biāo)志物。這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)或可用于DFO的鑒別診斷及評(píng)估DFO是否伴隨周圍神經(jīng)病變及其進(jìn)程。下肢血管超聲對(duì)糖尿病足血管病變的檢出有一定價(jià)值，但磁共振血管成像(magnetic resonanceangiography，MRA)提供了更多方法來(lái)評(píng)估外周血管，包括對(duì)比劑增強(qiáng)血管成像和非對(duì)比劑增強(qiáng)血管成像。通過MRA技術(shù)可以描繪糖尿病患者足部灌注的血管分布，以確定DFO患者是否有合適的遠(yuǎn)端血管床來(lái)決定手術(shù)方案。動(dòng)脈自旋標(biāo)記灌注成像(arterial spin labeling,ASL)和血氧水平依賴磁共振成像(blood oxygen level dependent, BOID)以及IVIM等評(píng)估肌肉和深層組織灌注的新技術(shù)也一直開發(fā)中，但可能不會(huì)很快在臨床上得到廣泛應(yīng)用，因此，評(píng)估糖尿病患者的血流灌注，尤其是評(píng)估DFO骨髓灌注仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)序列可以可靠地檢測(cè)到不同的脂質(zhì)成分，有研究顯示糖尿病足急性神經(jīng)性骨關(guān)節(jié)病，脂質(zhì)多不飽和指數(shù)高于對(duì)照組，雖然急性期無(wú)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)和血液學(xué)指標(biāo)來(lái)評(píng)估該病的活動(dòng)性，但MRS這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該能夠測(cè)量與急性神經(jīng)性骨關(guān)節(jié)病相關(guān)的炎癥過程的生化變化。MRS在DFO方面的應(yīng)用則鮮有報(bào)道，其在鑒別神經(jīng)性關(guān)節(jié)病和DFO方面的實(shí)用性，也需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。

綜上所述，DFO是糖尿病足病常見且比較嚴(yán)重的合并癥，對(duì)糖尿病足患者的治療和預(yù)后有很大影響。MRI以及一些新序列的應(yīng)用對(duì)DFO的診斷有較高的應(yīng)用價(jià)值，可為臨床個(gè)體化治療提供更加精準(zhǔn)的信息，最大程度的減少截肢范圍或足部畸形的發(fā)生，優(yōu)化和提高患者的生活質(zhì)量。但MRI檢查依然存在一些局限性，比如采集時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)解釋復(fù)雜、易受運(yùn)動(dòng)偽影和空間分辨率變化的影響、對(duì)比劑在糖尿病腎病患者中使用受限等。隨著技術(shù)不斷革新,其普遍可用性也在增加，MRI技術(shù)在DFO的評(píng)估和外科規(guī)劃中的實(shí)用價(jià)值值得期待。