ARCO 2/3期股骨頭壞死骨質(zhì)吸收區(qū)MR影像評(píng)估＊

史 珊 羅 萍,* 楊學(xué)東,* 范洋洋 劉 歡 馬云瑤 張 闊 于 潼

1.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院放射科 (北京 100053)

2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院骨科 (北京 100053)

股骨頭壞死是由于股骨頭血流中斷或血供障礙引起骨細(xì)胞及骨髓成分死亡的病理過(guò)程，好發(fā)于中青年人群，是骨科難治性疾病之一[1]。股骨頭塌陷是股骨頭壞死病情進(jìn)展的重要標(biāo)志[2]。既往研究發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)吸收在股骨頭壞死塌陷進(jìn)程中起著重要作用[3-4]。骨質(zhì)吸收區(qū)在CT及X線上表現(xiàn)為無(wú)骨小梁的低密度區(qū)域，是由壞死骨小梁被破骨細(xì)胞吸收所致，主要由血管化的肉芽組織和纖維組織構(gòu)成[3]。骨質(zhì)吸收是股骨頭壞死修復(fù)過(guò)程中的一種表現(xiàn)，它首次出現(xiàn)在國(guó)際骨循環(huán)學(xué)會(huì)(association research circulation osseous，ARCO)分期2期病例中。由于其低密度的特點(diǎn)，而CT為斷層圖像，可以排除重疊偽像，因此在CT上顯示最佳，既往關(guān)于骨質(zhì)吸收區(qū)的研究均以CT成像為主[5]。目前尚無(wú)骨質(zhì)吸收區(qū)MR表現(xiàn)的相關(guān)研究。由于MR可以多參數(shù)、多序列成像[6]，更細(xì)節(jié)地顯示骨質(zhì)吸收區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組成，因此，本研究對(duì)股骨頭壞死ARCO 2、3期同時(shí)行髖關(guān)節(jié)MR和CT檢查的病例進(jìn)行回顧性分析，以CT圖像為參考，分析MR對(duì)骨質(zhì)吸收區(qū)的檢出率和骨質(zhì)吸收區(qū)MR影像特征，并進(jìn)一步探討骨質(zhì)吸收區(qū)不同MR信號(hào)可能的病理基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析2015年1月至2022年10月就診于我院骨科ARCO 2/3期股骨頭壞死患者。診斷標(biāo)準(zhǔn)為成人股骨頭壞死臨床診療指南(2016)[7]，分期標(biāo)準(zhǔn)為2019國(guó)際骨循環(huán)研究協(xié)會(huì)股骨頭壞死分期[8]。ARCO 2期的分期標(biāo)準(zhǔn)是X線和MRI均異常，可見骨硬化、局灶性骨質(zhì)疏松或股骨頭囊性改變等細(xì)微表現(xiàn)，無(wú)軟骨下骨折、壞死區(qū)骨折或股骨頭塌陷；ARCO 3期的分期標(biāo)準(zhǔn)是X線或CT示軟骨下骨折、壞死區(qū)骨折和(或)股骨頭塌陷，ARCO 3期根據(jù)股骨頭塌陷程度進(jìn)一步分為：ⅢA(早期)-股骨頭塌陷≤2mm，ⅢB(晚期)-股骨頭塌陷＞2mm[9]。由于ARCO 1期在臨床上較為少見，且無(wú)骨質(zhì)吸收區(qū)；ARCO 4期可見骨關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)，如關(guān)節(jié)間隙變窄，髖臼改變和關(guān)節(jié)破壞等，可能包含軟骨下骨囊變，易與骨質(zhì)吸收混淆，因此ARCO 1期和4期病例未包括在本研究范圍之內(nèi)。ARCO分期由兩名放射科醫(yī)師根據(jù)髖關(guān)節(jié)CT圖像協(xié)商確定。

納入標(biāo)準(zhǔn)：股骨頭壞死ARCO 2/3期，行髖關(guān)節(jié)MR檢查。由于我院進(jìn)行髖關(guān)節(jié)MR檢查的患者相對(duì)少于CT，故病例篩選以髖關(guān)節(jié)MR檢查為基礎(chǔ)。排除標(biāo)準(zhǔn):無(wú)髖關(guān)節(jié)CT檢查，髖關(guān)節(jié)CT和MR檢查間隔超過(guò)1個(gè)月，CT上股骨頭內(nèi)未見骨質(zhì)吸收區(qū)，有髖關(guān)節(jié)有創(chuàng)檢查史、手術(shù)史或外傷史，風(fēng)濕結(jié)締組織系統(tǒng)疾病。共納入312例行髖關(guān)節(jié)MR檢查的ARCO 2/3期股骨頭壞死患者，排除患者271例，其中包括無(wú)髖關(guān)節(jié)CT檢查、髖關(guān)節(jié)CT和MR檢查間隔超過(guò)1個(gè)月174例，髖關(guān)節(jié)CT圖像股骨頭內(nèi)未見骨質(zhì)吸收區(qū)89例，有髖關(guān)節(jié)有創(chuàng)檢查史、手術(shù)史或外傷史6例，風(fēng)濕結(jié)締組織系統(tǒng)疾病2例，最終納入41例，男/女=29/12。其中5例為雙側(cè)股骨頭壞死，共計(jì)46例股骨頭壞死。其中ARCO 2期16例，ARCO 3A期14例，ARCO 3B期16例。本研究經(jīng)醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(2022-089-KY)，所有納入患者均知情同意。

1.2 MRI檢查在磁共振3 T(Skyra,Siemens AG,Germany)掃描儀上使用相控陣體線圈進(jìn)行雙髖關(guān)節(jié)MRI檢查。掃描序列包括：軸位T1WI快速自旋回波(turbo spin echo，TSE)序列、軸位T2WI脂肪飽和(fat saturated，F(xiàn)S)TSE序列和冠狀質(zhì)子密度加權(quán)成像(proton density weighted imaging，PDWI)-FS-Dixon脂相/水相。在入組患者中，共有8例進(jìn)行了雙髖關(guān)節(jié)軸位DWI序列檢查，b值：0，500和1000s/mm2。(各序列參數(shù)見表1)。

表1 MR掃描參數(shù)

1.3 CT檢查髖關(guān)節(jié)CT采用德國(guó)西門子SOMATOM Definition Flash掃描儀進(jìn)行檢查。掃描參數(shù)管電壓為140kVp，自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流(90-130mA)；DFOV：35.6×35.6cm；層厚：0.75mm。雙髖關(guān)節(jié)同時(shí)掃描，掃描范圍自髖臼頂部至股骨小轉(zhuǎn)子水平。冠狀位重建采用骨算法B60s重建，層厚為3毫米。此外，在PACS系統(tǒng)(天健RIS 6.0及海納醫(yī)信醫(yī)療影像信息管理系統(tǒng))中進(jìn)行冠狀位圖像補(bǔ)充重建，層厚為1mm。所有受試者均為仰臥位，雙足處于中立位。

1.4 CT圖像評(píng)估骨質(zhì)吸收區(qū)的大小和密度分別由三名放射科醫(yī)師在隨機(jī)順序下采用盲法、獨(dú)立評(píng)估，并計(jì)算平均值作為最終結(jié)果。骨質(zhì)吸收區(qū)的數(shù)量和形狀，以及骨質(zhì)吸收區(qū)是否與軟骨下骨折相連，由兩位放射科醫(yī)生協(xié)商決定。所有CT征象均在冠狀位重建圖像(層厚3mm)上進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估，同時(shí)參考軸位原始薄層圖像和冠狀位補(bǔ)充重建圖像。

骨質(zhì)吸收區(qū)的數(shù)量：骨質(zhì)吸收區(qū)無(wú)論大小，凡CT可見的明確的無(wú)骨小梁、低密度的骨質(zhì)吸收區(qū)均計(jì)入。

骨質(zhì)吸收的形狀:在骨質(zhì)吸收區(qū)CT冠狀位最大層面上進(jìn)行評(píng)估，如果形狀近似圓形或橢圓形，視為形態(tài)規(guī)則，計(jì)為1；其他形狀被認(rèn)為是不規(guī)則的，計(jì)為0。

按照既往研究中的方法測(cè)量骨質(zhì)吸收區(qū)的冠狀位最大面積和密度[10]。骨質(zhì)吸收區(qū)冠狀位最大面積的測(cè)量方法如下：首先，選擇冠狀位上最大的骨質(zhì)吸收區(qū)，然后，選擇骨質(zhì)吸收區(qū)在冠狀位的最大層面，采用手工勾畫ROI測(cè)面積(mm2為單位)，沿骨質(zhì)吸收區(qū)的邊緣進(jìn)行勾畫測(cè)量，不包括周圍骨質(zhì)區(qū)域；骨質(zhì)吸收區(qū)密度的測(cè)量：在冠狀位圖像上，取最大骨質(zhì)吸收區(qū)最大層面，畫一個(gè)盡可能大的圓形或橢圓形感興趣區(qū)進(jìn)行測(cè)量(Hu為單位)，注意僅限在低密度的骨質(zhì)吸收區(qū)，不包括鄰近的骨質(zhì)區(qū)域。

骨質(zhì)吸收區(qū)是否與軟骨下骨折相連:如果低密度的骨質(zhì)吸收區(qū)與軟骨下骨折直接相連，計(jì)為1，否則計(jì)為0。

1.5 MR圖像評(píng)估在正式評(píng)估之前，先隨機(jī)選擇10名入組患者，由三名放射科醫(yī)生參照CT圖像觀察和研究骨質(zhì)吸收的相應(yīng)MR表現(xiàn)，而后再進(jìn)行正式評(píng)估。

骨質(zhì)吸收區(qū)的數(shù)量和大?。涸诠跔钗籔DWI-FS-Dixon水相圖像上，由兩位放射科醫(yī)生對(duì)骨質(zhì)吸收區(qū)的數(shù)目進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估，不一致的病例兩名醫(yī)師協(xié)商最終達(dá)成一致。骨質(zhì)吸收區(qū)冠狀位最大面積的測(cè)量方法與CT相同。

骨質(zhì)吸收區(qū)的T1WI和T2WI信號(hào)特征:

參照CT圖像評(píng)估入組病例的最大骨質(zhì)吸收區(qū)的T1和T2信號(hào)特征。

在軸位T1WI TSE序列上，評(píng)估骨質(zhì)吸收區(qū)的信號(hào)(Ⅰ型：等信號(hào)，相當(dāng)于肌肉信號(hào)；Ⅱ型：略高信號(hào)，高于肌肉信號(hào)但低于正常骨髓信號(hào)；Ⅲ型：混雜等和稍高信號(hào))。

在軸位T2WI FS TSE序列上，將骨質(zhì)吸收區(qū)的信號(hào)分為兩型，Ⅰ型，等或略高信號(hào)(等信號(hào):類似正常骨髓的信號(hào)強(qiáng)度，略高信號(hào):相當(dāng)于骨髓水腫的信號(hào)強(qiáng)度)；Ⅱ型，高信號(hào)(略低于或等于關(guān)節(jié)積液的信號(hào)強(qiáng)度)。

此外，評(píng)估T2信號(hào)是否均勻，信號(hào)混雜計(jì)為1，信號(hào)均勻計(jì)為0。

骨髓水腫：在軸位T1WI TSE和軸位T2WI FS TSE序列上進(jìn)行評(píng)估，骨髓水腫的程度根據(jù)其范圍評(píng)為1-3，1 代表骨髓水腫僅累及股骨頭，2 代表累及股骨頭、頸部，如果股骨頭、頸部和轉(zhuǎn)子間區(qū)域均累及，則評(píng)為3；無(wú)骨髓水腫則記為0[11]。

ADC值：ADC值參照T2WI FS TSE軸位圖像進(jìn)行測(cè)量，如骨質(zhì)吸收區(qū)在T2WI圖像上顯示不清的，則參考軸位CT圖像進(jìn)行測(cè)量。在西門子工作站(SYNGO VFA-SOF)上，選擇軸位ADC圖像上骨質(zhì)吸收區(qū)的最大層面，繪制盡可能大的圓形或橢圓形感興趣區(qū)進(jìn)行測(cè)量，注意避開鄰近的骨質(zhì)。

在圖像評(píng)估中，骨質(zhì)吸收區(qū)的數(shù)量、形狀和MR信號(hào)特征，骨質(zhì)吸收區(qū)是否與軟骨下骨折相連，以及骨髓水腫的程度由兩位放射科醫(yī)師共同協(xié)商確定。骨質(zhì)吸收的CT/MR冠狀位最大面積、密度和ADC值由三名放射科醫(yī)師獨(dú)立測(cè)量并取其平均值。

1.6 分組標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)骨質(zhì)吸收區(qū)的T2信號(hào)特點(diǎn)將病例分為兩組。組1-T2WI Ⅰ型信號(hào)，組2-T2WI Ⅱ型信號(hào)。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析連續(xù)變量用中位數(shù)(四分位數(shù)范圍)表示。分類變量用計(jì)數(shù)和百分比表示。采用Mann-Whitney檢驗(yàn)比較兩組間的年齡、骨髓水腫、骨質(zhì)吸收區(qū)的冠狀位最大面積、密度和ADC值(SPSS 22.0)。用卡方檢驗(yàn)對(duì)比兩組間的性別、骨質(zhì)吸收區(qū)的形狀、T1WI信號(hào)分型、T2信號(hào)均勻與否，以及骨質(zhì)吸收區(qū)是否與軟骨下骨折相連的差異。用Pearson相關(guān)分析評(píng)估骨質(zhì)吸收區(qū)在MR和CT上冠狀位最大面積間的相關(guān)性。通過(guò)組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分析3名放射科醫(yī)生測(cè)量數(shù)據(jù)的一致性。P＜0.05具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 MR對(duì)骨質(zhì)吸收區(qū)的檢出率CT檢出骨質(zhì)吸收區(qū)85個(gè)，MR檢出骨質(zhì)吸收區(qū)60個(gè)，MR檢出骨質(zhì)吸收區(qū)的敏感性為70.6%，特異性為100%，見表2。

表2 骨質(zhì)吸收區(qū)CT、MR檢出比較

2.2 骨質(zhì)吸收區(qū)在CT和MRI上冠狀位最大面積的相關(guān)性r=0.931，P＜0.001。

2.3 兩組患者的年齡、性別、ARCO分期、T1WI信號(hào)分型差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)。組2的骨質(zhì)吸收區(qū)數(shù)量、ADC值、骨髓水腫范圍及骨質(zhì)吸收區(qū)與軟骨下骨折相連幾率顯著高于組1。組2骨質(zhì)吸收區(qū)的密度顯著低于組1，見表3。

表3 骨質(zhì)吸收區(qū)兩組間一般資料及CT、MR征象比較

2.4 骨質(zhì)吸收區(qū)冠狀位最大面積、密度以及ADC值的評(píng)估者間的一致性良好，見表4。

表4 骨質(zhì)吸收區(qū)征象測(cè)量評(píng)估者間的一致性結(jié)果

3 討論

本研究為首次針對(duì)股骨頭壞死骨質(zhì)吸收區(qū)的MR檢出率及骨質(zhì)吸收區(qū)MR特征的研究。研究發(fā)現(xiàn)MR對(duì)骨質(zhì)吸收區(qū)的檢出具有良好的敏感性和極高的特異性。

MR檢測(cè)骨質(zhì)吸收區(qū)的敏感性較好，但尚有近30%的骨質(zhì)吸收區(qū)未被發(fā)現(xiàn)。主要原因有兩個(gè)：一是由于骨質(zhì)吸收區(qū)的信號(hào)特征，T2WI Ⅰ型信號(hào)因?yàn)槌实然蚵愿咝盘?hào)，不易被發(fā)現(xiàn)，特別是部分骨質(zhì)吸收區(qū)邊界不清(圖1和圖2)，在本研究中，有8例邊界不清的I型信號(hào)骨質(zhì)吸收區(qū)混淆在骨髓水腫中，未被發(fā)現(xiàn)。二是由于部分骨質(zhì)吸收區(qū)的體積較小，在本研究中，未被發(fā)現(xiàn)的17例T2WIⅡ型信號(hào)，是由于它們的直徑小于或等于4毫米。因?yàn)镸R冠狀位PDWI序列的層厚為4mm，層間距為0.8cm，對(duì)于小的骨質(zhì)吸收區(qū)來(lái)說(shuō)相對(duì)較厚，容易被漏診。根據(jù)既往研究，較小的骨質(zhì)吸收區(qū)(≤4mm)臨床意義不大[10]。綜上，應(yīng)重視T2WI Ⅰ型信號(hào)骨質(zhì)吸收區(qū)，盡量減少遺漏，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行CT檢查綜合評(píng)估。

圖1A-圖1D MRI未發(fā)現(xiàn)的骨質(zhì)吸收T2WI I型信號(hào)病例；男性，31歲，右側(cè)股骨頭壞死，ARCO 2期。軸位和冠狀位CT上可見明確的骨質(zhì)吸收區(qū)(2019-3-26，圖1A，圖1B，箭頭)，在相應(yīng)位置MR軸位FS T2WI (2019-3-26，圖1D，箭頭)和冠狀位PDWI(圖1C，箭頭)上顯示為等和略高信號(hào)，與鄰近骨髓水腫混淆，難以檢出。圖2A-圖2H 骨質(zhì)吸收T2WI I型信號(hào)病例；男性，51歲，右髖關(guān)節(jié)股骨頭壞死，ARCO 3A期。右髖關(guān)節(jié)CT冠狀位及軸位圖像 (2019-7-30，圖2C，圖2D，圖2G)，骨質(zhì)吸收區(qū)呈橢圓形(圖2C，箭頭)，形態(tài)規(guī)則，計(jì)分為0；骨質(zhì)吸收與軟骨下骨折相連(圖2D，箭頭)，計(jì)分為1；骨質(zhì)吸收的CT值為115HU，骨質(zhì)吸收冠狀位最大面積為96mm2。右髖關(guān)節(jié)MR圖像 (2019-8-1)，骨質(zhì)吸收區(qū)在T1WI上主要為等信號(hào)(圖2A，箭頭，參考軸位CT圖像評(píng)估(圖2G，箭頭))，在FS T2WI上顯示為等和略高的混雜信號(hào)(圖2b，箭頭)，為I型信號(hào)，在DWI上為等與略高的混雜信號(hào)(圖2F，箭頭，b=1000)，在ADC上為略高信號(hào)(圖2E，箭頭，與肌肉信號(hào)相比)。ADC值為1.941×10-3mm2/s，MR上骨質(zhì)吸收區(qū)冠狀位最大面積為102mm2。圖3A-圖3F 骨質(zhì)吸收T2WI I型信號(hào)病例；男性，53歲，右側(cè)股骨頭壞死，ARCO3A期。右髖關(guān)節(jié)冠狀位及軸位CT圖像 (2020-11-5，圖3A，圖3D，圖3E)，冠狀位圖像上骨質(zhì)吸收區(qū)形態(tài)規(guī)則，計(jì)為0(圖3A，箭頭)；骨質(zhì)吸收區(qū)與軟骨下骨折相連(圖3D，箭頭)，計(jì)分為1；骨質(zhì)吸收區(qū)冠狀位最大面積為50mm2，CT值為40HU。右髖關(guān)節(jié)MR圖像(2020-11-14，圖3B，圖3C，圖3F)，骨質(zhì)吸收區(qū)在軸位T1WI上表現(xiàn)為等信號(hào)(圖3C，箭頭)，在軸位FS T2WI(圖3F，箭頭)和冠狀位PDWI(圖3B，箭頭)表現(xiàn)為不均勻高信號(hào)，為T2WI II型信號(hào)；MR上骨質(zhì)吸收區(qū)冠狀位最大面積為46mm2。

MR檢測(cè)骨質(zhì)吸收區(qū)特異性高的原因:骨質(zhì)吸收區(qū)的主要和典型表現(xiàn)為邊界清晰的均勻或不均勻T2高信號(hào)，多位于骨質(zhì)壞死區(qū)，不易與其他征象混淆。

骨質(zhì)吸收區(qū)不同T2WI信號(hào)類型可能提示不同的病理基礎(chǔ)及病程進(jìn)展：

骨質(zhì)吸收區(qū)的T2信號(hào)部分不均勻，這表明其內(nèi)部成分復(fù)雜，既往研究發(fā)現(xiàn)，骨質(zhì)吸收區(qū)主要由富含血管的肉芽組織和纖維組織組成，甚至可見骨化[12-14]。本研究發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)吸收區(qū)有兩種不同類型的T2信號(hào)。T2WI Ⅱ型信號(hào)是T2WI高信號(hào)強(qiáng)度(圖3)，且其ADC值高，推測(cè)其內(nèi)富含氫質(zhì)子；同時(shí)由于骨質(zhì)吸收區(qū)密度比較低，因此，它最有可能是血管化的新鮮肉芽組織，可能處于骨質(zhì)吸收的早期階段。由于T2WI Ⅱ型信號(hào)與軟骨下骨折相連、且伴有大范圍的骨髓水腫的幾率更大，因此提示為破壞性修復(fù)、伴有嚴(yán)重的炎癥[15]，Gao等研究認(rèn)為骨質(zhì)吸收區(qū)伴微骨折、塌陷和新月征，往往提示局部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定[4]，因此股骨頭塌陷傾向于快速進(jìn)展。

T2WI Ⅰ型信號(hào)為等或稍高信號(hào)強(qiáng)度(圖1和圖2)，ADC值相對(duì)較低，密度相對(duì)較高，因此其成分最有可能為纖維化的肉芽組織，甚至有少量鈣質(zhì)沉積，推測(cè)可能處于骨質(zhì)吸收區(qū)的晚期階段。因?yàn)樵撔团c軟骨下骨折相連的幾率相對(duì)較低、伴隨骨髓水腫范圍相對(duì)較小，提示為有限性修復(fù)[15]，預(yù)后相對(duì)較好。

本研究的局限性：第一，本研究所有病例均無(wú)病理對(duì)照，很難對(duì)骨質(zhì)吸收區(qū)的信號(hào)特征做出準(zhǔn)確的解釋；第二，本研究中行DWI檢查的病例僅為少數(shù)，因此提供的相關(guān)信息仍有待擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究。

綜上所述，MR檢出股骨頭壞死骨質(zhì)吸收區(qū)有良好的敏感性和極高的特異性。應(yīng)仔細(xì)甄別T2WI Ⅰ型信號(hào)骨質(zhì)吸收區(qū)，避免漏診。T2WI Ⅱ型信號(hào)骨質(zhì)吸收區(qū)更常伴有軟骨下骨折和大范圍骨髓水腫，提示破壞性修復(fù)，臨床應(yīng)高度重視、密切觀察，及時(shí)干預(yù)。