基于DCE-MRI微血管通透性参数量化评估Sp A骶髂关节炎症活动性的研究

林敏贵，陈贤源，俞顺，马明平

中轴型脊柱关节炎(axial spondyl oar t hr it is，SpA)起病年龄较轻、病程长、非活动期和活动期的交替出现为其主要特点，活动期的频繁出现多提示预后不良，严重者可致骶髂关节和中轴脊柱的强直畸形，早期控制疾病活动状态能显著改善SpA患者预后和生活质量[1-2]。SpA疾病进展过程中影像学，尤其是MRI检查对诊断骶髂关节炎具有重要作用[3-4]。动态增强MRI(dynamic cont r ast-enhanced MRI，DCE-MRI)技术[5]通过观察对比剂由血管进入组织引起T1弛豫时间的改变，量化评估病灶的微循环灌注和血流动力学的改变，能够为骶髂关节活动性评估提供量化指标。

1 材料与方法

1.1 一般资料

回顾性收集2017年5月至2020年5月福建省立医院风湿科收治的65例SpA患者为病例组，18例排除SpA诊断的正常骶髂关节受检者为对照组。病例组纳入标准：(1)符合国际SpA评价工作组(Assessment of Spondyl oar t hr it is Int er nat ional Societ y，ASAS)推出2009年中轴型脊柱关节病分类标准[4]；(2)腰背疼痛持续1年以上，根据修订版纽约标准[3]确诊为强直性脊柱炎(ankyl osing spondyl itis，AS)；(3)临床及MRI检查资料齐全。对照组纳入标准：(1)临床排除SpA诊断；(2)骶髂关节正常，骨质未见破坏及增生、硬化，MRI短TI反转恢复(short TI inver sion r ecover y，STIR)序列双侧骶髂关节骨质未见高信号。以上所有受检者均排除MRI检查禁忌证和对比剂过敏、排除患有原发性骨质疏松、代谢性系统疾病、免疫性系统疾病、肿瘤或癌症、合并其他骨病以及近6个月有激素和免疫药物用药史。

1.2 试验分组

对照组18例，年龄17～59(38.5±12.3)岁，ASDAS-CRP评分为(0.60±0.00)；病例组65例，年龄17～71(36.8±13.4)岁，强直性脊柱炎疾病活动评价积分(ankyl osing spondyl itis disease act ivit y scor e，ASDAS)-CRP评分平均为(2.33±1.28)。结合ASDAS-CRP评分[6]，病例组中活动组(ASDAS-CRP＞1.3)47例，男34例，女13例，年龄17～71(37.5±14.7)岁，ASDAS-CRP评 分 平 均 为(2.91±1.02)；非 活 动 组(ASDAS-CRP≤1.3)18例，男10例，女8例，年龄17～57(34.9±10.1)岁，ASDAS-CRP评分平均为(0.828±0.187)。对照组以及活动组、非活动组各组间的患者性别、年龄比较，差异均无统计学意义(P均＞0.05)。本研究经医院伦理委员会批准(批准文号：K2016-09-023)，所有患者签署知情同意书且全程参与研究。

1.3 检查方法

采用Siemens Aer a 1.5 T磁共振扫描仪，扫描序列及方位：常规横轴位T1WI、T2WI、T2WI-f s以及斜冠状位T1WI、PDWI-f s，DCE-MRI扫描采用三维容积内插值法屏气检查(vol umetric interpol ated breath-hol d examinat ion，VIBE)T1WI序列，横断面，先扫描(3°、6°、9°)三组T1-vibe序列，利用多翻转角技术，产生T1原始图(Tlmap图)，计算出增强前定量的T1基线值，随后进行DCE-MRI T1-Vibe序列扫描(TR 4.41 ms，TE 1.51 ms，FOV 340 mm×340 mm，激励次数1，层厚3.5 mm，间隔0.7 mm，矩阵192×154)，在第1次采集结束后，经手背静脉以3.5 mL/s的速率0.1 mmol/kg的剂量注入钆对比剂，每次釆集时间为6.9 s，共采集40次动态增强数据，扫描时间4 min 34 s，DCE-MRI检查前后序列扫描定位层面相一致。

1.4 参数后处理

由两位拥有资深影像诊断经验以及熟练掌握Omni Kinet ics软件的高年资主治医师将DCE-MRI原始数据导入图像灌注处理软件(Omni-Kinet ics，Gener al El ect r ic syst ems)，最适拟合AFI曲线通过勾画髂内或髂外动脉，利用Tof t s两室血流动力学模型计算感兴趣区域定量渗透参数[容积转运常数(Ktrans)、血管内容积分数(Vp)、血管外细胞外容积分数(Ve)、反流速率常数(Kep)]、定量灌注参数[血容积(bl ood vol ume，BV)、血流速(bl ood f l ow，BF)、对比剂平均通过时间(mean t r ansit t ime，MTT)]和半定量参数[达峰时间(t ime t o peak，TTP)、最大浓度(Cmax)、最大斜率(Sl opemax)、浓度-时间曲线下面积(AUC)]。通过观察骶髂关节动态增强图像上影像学改变，结合骶髂关节常规横轴位及斜冠状位压脂图像，分别在骶侧、髂侧软骨下骨髓区手工勾画3个ROI，大小约25 mm2，3个ROI测量值的平均值作为最终测量值，病例组的ROI选取病灶范围最广的层面，根据病灶的范围调整ROI大小。ROI的选定应尽量靠近关节软骨，但不包括关节软骨，且应该远离血管、骨皮质等区域。

1.5 统计学分析

应用SPSS 25.0软件进行统计学分析。各组数据进行正态性检验：服从正态分布，则采用配对t检验；不服从正态分布，则采用秩和检验；比较病例组和对照组、非活动组和活动组组间的量化参数；并对有统计学意义的差异性量化参数与ASDAS-CRP评分进行等级相关性分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 对照组、病例组骶髂关节常规MRI及DCE-MRI表现

对照组骶髂关节各组成骨形态、结构、信号未见异常，关节间隙未见狭窄、增宽及异常信号，关节面光滑，周围软组织未见异常信号(图1A、1B)，增强扫描骶髂关节面下骨质及关节软骨未见异常强化(图1C)，定量参数伪彩图颜色均匀，以蓝绿色为主(图1D)。SpA患者双侧骶髂关节表现不同程度骨质增生硬化、骨髓内脂肪蓄积、关节面下骨破坏侵蚀、关节软骨破坏(图2A、2B；图3A、3B)，关节面下骨质炎症水肿表现为长T1长T2信号(图3A、3B)，T2WI脂肪抑制序列表现为高信号(图3B)，增强扫描非活动组关节面下骨质及关节软骨强化不明显(图2C)，活动组关节面下骨质及关节软骨表现为不同程度斑片状异常强化(图3C)，定量参数伪彩图随着炎症活动性提高逐渐混杂(图2D，图3D)，炎症活动性越高，伪彩图偏向红黄色为主(图3D)。

图1 对照组：男，28岁，HLA-B27：-，CRP：0.754 mg/L，ESR：2 mm/h，ASDAS-CRP：0.6。A、B：T1WI冠状位、T2WI轴位压脂序列提示双侧骶髂关节面下骨质未见明显异常信号；C：DCE-MRI增强扫描双侧骶髂关节面下骨质及周围软组织未见明显异常强化；D：Ktrans伪彩图，软骨下骨质的定量参数值Ktrans、Kep、Ve、Vp分别为0.0174 min-1、0.7762 min-1、0.0978、0.0072 图2 病例组中非活动组：女，39岁，HLA-B27：+，CRP：4.1 mg/L，ESR：23 mm/h，ASDAS-CRP：1。A、B：T1WI冠状位、T2WI轴位压脂序列提示双侧骶髂关节骨质增生、硬化，骨髓脂肪变，未见明显炎症、水肿异常信号；C：DCE-MRI增强扫描后双侧骶髂关节面下骨质强化不明显，周围软组织未见明显异常强化；D：Ktrans伪彩图，软骨下骨质的定量参数值Ktrans、Kep、Ve、Vp分别为0.0939 min-1、1.8916 min-1、0.0409、0.0081 图3 病例组活动组：男，18岁，HLA-B27：+，CRP：12.1 mg/L，ESR：7.5 mm/h，ASDAS-CRP：3.8。A、B：T1WI冠状位提示双侧骶髂关节面下骨质见多发边界模糊的斑片状、片状低信号；压脂T2WI轴位病灶呈不均匀高信号，以左侧中上部为著，相应关节面欠光整；C：DCE-MRI增强扫描双侧骶髂相应关节面下骨质不均匀强化，以左侧中上部为著；D：Ktrans伪彩图，软骨下骨质病灶处定量参数值Ktrans、Kep、Ve、Vp分别为0.1602 min-1、1.9996 min-1、0.0817、0.0007Fig.1 Control group:male,28 years old,HLA-B27:-,CRP:0.754 mg/L,ESR:2 mm/h,ASDAS-CRP:0.6.A,B:T1WIcoronal and T2WIaxial fat suppression sequences showed that there was no obvious abnormal signal in the subarticular bone of bilateral sacroiliac joint;C:DCE-MRI enhanced scan showed no obvious abnormal enhancement of bone and surrounding soft tissue under the surface of bilateral sacroiliac joint;D:Ktrans pseudo-color map showed that the quantitative parameter values of Ktrans,Kep,Ve and Vp of subchondral bone were 0.0174 min-1,0.7762 min-1,0.0978 and 0.0072,respectively.Fig.2 Inactive group in case group:female,39 years old,HLA-B27:+,CRP:4.1 mg/L,ESR:23 mm/h,ASDAS-CRP:1.A,B:T1WIcoronal and T2WIaxial fat suppression sequences,showed hyperosteogeny,sclerosis and bone marrow steatosis of bilateral sacroiliac joint,and no obvious abnormal signals of inflammation and edema were found;C:DCE-MRIenhanced scan showed the bone under the surface of bilateral sacroiliac joints wasslightly enhanced,and no obvious abnormal enhancement was found in the surrounding soft tissue;D:Ktrans pseudo-color map showed that the quantitative parameter values of Ktrans,Kep,Ve and Vp of subchondral bone were 0.0939 min-1,1.8916 min-1,0.0409 and 0.0081,respectively.Fig.3 Inactive group in case group:male,18 years old,HLA-B27:+,CRP:12.1 mg/L,ESR:7.5 mm/h,ASDAS-CRP:3.8.A:The coronal plane of T1WI,showed multiple patchy and patchy low signal intensity with blurred boundaries in the subarticular bone of the bilateral sacroiliac joint;B:T2WI axial fat suppression sequences showed inhomogeneous high signal intensity,especially in the middle and upper part of the left side,and the corresponding articular surfaces were not smooth;C:DCE-MRI enhanced scan showed inhomogeneous bone enhancements under the corresponding joint surface of bilateral sacroiliac joint,especially in the middle and upper part of the left side;D:Ktrans pseudo-color map showed that the quantitative parameter valuesof Ktrans,Kep,Ve and Vp of subchondral bone were 0.1602 min-1,1.9996 min-1,0.0817 and 0.0007,respectively.

2.2 病例组和对照组之间骶髂关节微血管通透性参数比较

病例组和对照组定量渗透参数、定量灌注参数、半定量参数不符合正态分布，运用秩和检验比较组间参数，病例组中Ktrans、Ve、Kep、TTP均高于对照组，差异具有统计学意义(P均＜0.05)，在病例组和对照组比较中Vp、BV、BF、MTT、Cmax、Sl opemax、AUC差异不具有统计学意义(P＞0.05)，见表1。

表1 对照组和病例组之间动态增强MRI微血管通透性参数对比Tab.1 Comparison of dynamic enhanced MRImicrovascular permeability parameters between the control group and the case group

2.3 病例组中非活动组和活动组之间骶髂关节微血管通透性参数比较

非活动组和活动组定量渗透参数、定量灌注参数、半定量参数不符合正态分布，运用秩和检验比较组间参数，活动组中Ktrans、Ve、Kep、TTP均高于非活动组，差异具有统计学意义(P均＜0.05)；在活动组和非活动组比较中，Vp、BV、BF、MTT、Cmax、Sl opemax、AUC差异不具有统计学意义(P＞0.05)，见表2。

表2 非活动组和活动组之间动态增强MRI微血管通透性参数值对比Tab.2 Comparison of dynamic enhanced MRImicrovascular permeability parametersbetween the inactivegroup and the activegroup

2.4 与ASDAS-CRP评分之间的相关性

运用Spear man等级相关性分析，组间具有统计差异定量指标Ktrans、Kep、Ve与ASDAS-CRP评分均相关，其中Ktrans与ASDAS-CRP评分之间高度相关(相关系数为0.663)，相关性优于Kep(0.286)、Ve(0.441)。

3 讨论

中轴型脊柱关节炎引起的骶髂关节炎病理改变较为复杂，早期主要表现为骨髓水肿[7]，STIR序列从宏观水含量的角度诊断骨髓水肿[8-9]，然而骨髓水肿属于炎症级联反应链产生的结果，文献[10-11]证实骶髂关节软骨下骨髓炎症病理表现为炎性细胞浸润，骨髓血管翳的侵入，从而导致炎性因子进一步激活，加剧炎症反应链，血管通透性增加导致骨髓水肿。对于骶髂关节炎症引起局部血流动力学和微循环灌注的改变，STIR序列无法量化，存在局限性。DCE-MRI通过将顺磁性对比剂注入静脉，从而缩短组织的T1弛豫时间，并通过动态监测受检部位不同时间的图像变化，计算对比剂到达受检组织前后T1弛豫时间的变化，从而间接评估受检组织血流运动状态和微循环灌注的改变，为骶髂关节炎症活动性评估提供量化指标。

3.1 DCE-MRI成像原理和微血管通透性参数分析

本研究DCE-MRI利用图像灌注处理软件(Omni-Kinet ics)双室模型对骶髂关节软骨面下骨质血流运动状态进行量化，获得半定量参数、定量灌注参数、定量渗透参数，该技术广泛运用于心、脑等部位疾病的研究，尤其是对肿瘤的评价受到了广泛的认可[12-14]。

半定量参数主要是对对比剂廓清的速度和幅度进行量化[15]。定量灌注参数主要体现对比剂在病灶微血管内的含量和通过的速度[16]，缺乏与血管外组织间隙的联系。定量渗透参数同时包括了组织微循环灌注和血管通透性的信息，并可以将血管内和血管外组织间隙联系起来[17]，主要参数Ktrans表示单位时间内对比剂由血液渗透到组织间隙的转运系数，Ktrans值与组织内血管通透性有关，Ktrans越大，微血管灌注和通透性越大；Kep表示单位时间内对比剂由组织间隙渗透到血管的速率，Kep也可以作为微血管通透性的指标；Ve表示对比剂在血管外细胞外间隙的容积，可以反映组织坏死和细胞化程度，Ve越大，则提示细胞化程度越低或坏死程度越高；Vp代表对比剂在血管内的容积。

3.2 DCE-MRI微血管通透性参数对骶髂关节炎症活动性定量评估的诊断价值

骶髂关节炎症进展过程中，炎性细胞的聚集，骨髓血管翳的形成，炎性因子的激活，会导致血管的扩张和局部血流量的增加，表现为骶髂关节软骨面下骨质不同程度强化，DCE-MRI微血管通透性参数改变。本研究活动组的Ktrans、Ve、Kep均高于非活动组，与王娟等[18]的研究结果相符，提示骶髂关节炎症活动时关节滑膜、骨髓的血管和微循环通透性增加，炎性因子的作用导致活动组骶髂关节病灶局部的微血管灌注和通透性增加高于非活动组，从而导致了Ktrans和Kep的增加；Ve升高一方面提示骨髓水肿程度，血管通透性增加，血管外组织间隙内渗出增多，另一方面可能提示组织坏死程度[19]，炎性因子对骨髓组织有一定的破坏作用，骨髓坏死增加，血管外细胞外间隙容积增大，Ve增高。Vp值在病例组和对照组之间、非活动组和活动组差异不具有统计学意义，与初广宇等[19]及仰肖敏[20]的研究结论相符，可能由于双室模型中骨髓组织间隙容量相对于血管的容量明显较小，自骨髓组织间隙进入血管的对比剂容量无法引起血管内对比剂容量统计意义的变化，未来可利用不同的数学模型进一步证实。

骶髂关节炎活动期彩色多普勒超声提示骶髂关节血流增多，频谱为低阻血流，理论推断随着骶髂关节炎症活动度提高，半定量参数TTP值应表现为缩短[21]，本研究发现病例组的TTP值高于对照组，活动组的TTP值高于非活动组，与杨洋等[22]研究炎性关节病变的结果不符合。分析原因与本次纳入研究的活动组和非活动组样本量差异有关，另外活动组内部分患者年龄较大、病程较长，血管损害较重，微血管弹性下降，阻力增高，血管床充盈时间延长，增加活动组整体TTP值。同时研究发现部分患者在TTP值延长的同时，Ktrans值也表现为减低，可能是灌注不足的同时影响了血管内和组织间隙之间对比剂的渗透。因此半定量参数虽然易于测量，但是结果易受到多种因素的影响，如仪器参数、对比剂浓度、采集方式等，且个体之间可因骨髓内毛细血管和血窦数目不同，动脉血压和血管舒缩因子的差别，导致半定量参数差异较大，结果之间难以相互比较。

3.3 与ASDAS-CRP评分相关性

临床上评估SpA炎症活动性缺乏金标准，病理活检较为困难，目前常采用ASDAS-CRP评分系统。ASDAS-CRP评分是在评估患者症状的基础上结合了客观血清学炎性指标得出的一个较为综合的评分标准，虽优于单一主观因素的BASDAI评分[23]，但其也受到患者主观因素及血清学指标的影响，往往不能客观、准确、及时地反映病情活动性和药物疗效的变化，所以临床需要一种较准确、客观的评估方法。

本研究中Ktrans、Kep、Ve值与ASDAS-CRP评分都有较好的正相关，尤其Ktrans值与ASDAS-CRP评分具有高度相关性，说明DCE-MRI微血管通透性参数与ASDAS-CRP评分有很强的一致性。DCE-MRI技术能够通过定量渗透参数值的改变(Ktrans、Kep、Ve)检出血流动力学异常的骶髂关节，评估骶髂关节炎活动状态，提供量化指标。结合ASDAS-CRP评分和DCE-MRI微血管通透性参数得到的综合指标对提高SpA炎症活动性评估的诊断效能是未来进一步研究的方向。

综上，动态增强MRI微血管通透性参数可以直观反映骶髂关节软骨下骨髓区域微循环灌注状态，Ktrans值与ASDAS-CRP评分具有高度相关性，可为评估骶髂关节炎症活动性提供重要量化指标。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。