MRI 4种不同序列对ARCOⅠ期股骨头缺血性坏死诊断比较研究

刘洋，林俊东

非创伤性股骨头缺血性坏死(avascular necrosis of thefemoral head，ANFH)起病隐匿。国际骨循环学会(Association Research Circulation Osseous,ARCO)分期为Ⅰ期的患者通常无自觉症状，在X线及CT图像上也无异常征象[1]。MRI是ANFH最敏感的无创检查方法，但不同序列对ARCOⅠ期ANFH诊断的敏感性不同，常常是通过检查临床症状体征明显的一侧时无意中发现对侧有ARCOⅠ期的征象来判断[2]。DSA是检查ANFH血管病变的“金标准”[3]。笔者搜集本院32例ARCOⅠ期ANFH临床和MRI资料，对照其DSA表现，评估不同序列对ARCOⅠ期ANFH诊断的敏感性，旨在提高诊断的准确率。

材料与方法

1.一般资料

纳入标准：①年龄20～60岁；②研究侧髋关节无临床症状、体征，对侧为ANFH；③研究侧髋关节X线及CT检查无异常表现；④研究侧MRI拟诊为ANFH ARCOⅠ期。排除标准：①研究侧髋关节外科手术史；②碘对比剂使用高危者；③研究侧髋关节发育不良。据以上标准搜集2010年4月-2020年11月符合条件患者32例，男22例，女10例，年龄20～60岁，平均(43.7±12.5)岁,均行MRI T1WI TSE序列、T2WI TSE序列、PDWI序列、PDWI-SPAIR序列扫描，一侧确诊为ANFH，对侧(研究侧)有ARCOⅠ期ANFH征象，2周内行股骨头滋养动脉DSA造影和经导管股骨头滋养动脉灌注术(transcatheter arterial infusion，TAI)治疗，有完整的病史采集、髋关节查体、髋关节MRI、DSA检查图像资料及手术记录等资料。本研究经院伦理委员会批准(20131110)且获得患者签署的知情同意书。

2.DSA造影检查及TAI手术情况

患者仰卧于DSA(Siemens Artis ZeeⅢ Ceiling)检查床上，对侧腹股沟区常规消毒铺巾，用2%利多卡因局部麻醉后经对侧股动脉入路,采用Seldinger技术置鞘,行逐条股骨头滋养动脉造影，用微导管超选择插管后行低分子右旋糖酐、罂粟碱、尿激酶、山莨菪碱和丹参混合液灌注，如伴有AVM，先予以栓塞微粒球或弹簧圈栓塞瘘口后再行TAI。详细记录手术过程以及病变血管名称、粗细、几级分支及有无异常分流。

3.MRI检查方法

采用Philips Achieva 1.5T MRI扫描仪，用体线圈行双髋关节图像采集。受检者取仰卧位，双下肢伸直且稍内旋，扫描范围包括髋骨、股骨上段。扫描序列：①T1WI冠状面(TR 646 ms，TE 18 ms，层厚3 mm、层距0.5 mm，FOV 285 mm×403 mm，矩阵 114×142)；②T2WI冠状面(TR 3612 ms，TE 100 ms，层厚3 mm、层距0.5 mm，FOV 285 mm×403 mm，矩阵252×270)；③T2WI横轴面(TR 3613 ms，TE 100 ms，层厚4 mm、层距0.5 mm，FOV 285 mm×403 mm，矩阵252×270)；④PDWI 横轴面(TR 2300 ms，TE 30 ms，层厚4 mm、层距0.4 mm，FOV 300 mm×350 mm，矩阵256×234)；⑤PDWI-SPAIR横轴面(TR 2300 ms，TE 30 ms，层厚4 mm、层距0.4 mm，FOV 300 mm×350 mm，矩阵256×234)；⑥PDWI-SPAIR 冠状面(TR 2300 ms,TE 30 ms，层厚3 mm、层距0.5 mm，FOV 285 mm×403 mm，矩阵244×240)。所有扫描序列FA 90°，NSA=1，全部图像均传送至图像存档通信系统(PACS)。

4.ANFH的ARCO分期Ⅰ期中MRI表现

股骨头有阳性征象，包括股骨头“双线征”、线样或局限性信号异常、骨髓水肿以及髋关节腔内积液。ⅠA期股骨头坏死范围占股骨头面积<15%；ⅠB期坏死范围占股骨头面积为15%-30%；ⅠC期坏死范围占股骨头面积>30%[1，2]。

5.ANFH的DSA定义

股骨头滋养动脉主干扭曲、变细，分支稀疏、纤细甚至闭塞或伴有AVM，TAI后10d左右行第二次TAI治疗前造影，对比相同时相的第一次图片，血管数量增多、增粗或者延长，闭塞血管再通，AVM瘘口被栓塞。

6.MRI图像评价

由两名高年资MRI诊断医师经同一认定培训后采用盲法记录、阅读图像。ARCOⅠ期ANFH的MRI相应序列见股骨头“双线征”、线样或局限性信号异常、骨髓水肿以及髋关节腔内积液[2]，髋关节积液厚度大于同层面的关节间隙最狭窄部位认定为阳性征象。意见不一致时通过协商讨论以达成一致意见。

7.统计学处理

采用SPSS 22.0统计分析软件，不同序列对股骨头异常信号、骨髓水肿、髋关节积液的显示率比较采用X2检验并运用X2分割进行两两比较。P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

1.MRI表现

32例患者研究侧MRI均拟诊为ARCOⅠ期ANFH，表现为股骨头“双线征”、线样或局限性信号异常，髋臼、股骨头、颈或粗隆间骨髓水肿或髋关节腔内积液(图1a～d)。不同序列上股骨头信号迥异，如T1WI-TSE序列上股骨头为等信号、T2WI-TSE序列上为线样征、PDWI 序列表现为斑片状低信号、PDWI-SPAIR 序列上则为斑片状高信号(图2a～d)。

图1 女，55岁，右侧股骨头ARCOⅠ期ANFH。a)T1WI像示右侧股骨头小斑片状稍低信号(箭)；b)T2WI像示右侧股骨头多发小斑片状低信号并见“双线征”(长箭)，髋关节腔内少量积液(箭)；c)PDW像示右侧股骨头多发小斑片状低信号并见“双线征”(箭)；d)PDW-SPAIR 像示 右侧股骨头病灶呈多发小斑片状高信号(箭)，并见股骨头颈部骨髓水肿(长箭)、髋关节腔内少量积液(箭头)；e)微导管超选择造影见右侧旋股内测动脉主干纡曲(箭)，分支纤细(长箭)；f)右侧旋股内测动脉起始处造影见臀下动脉、闭孔动脉、阴部内动脉均与之交通(箭)。

2.TAI术及DSA诊断结果

32例患者研究侧DSA造影显示30例有一支或多支血管异常改变，表现为股骨头的旋股内侧动脉、旋股外侧动脉或闭孔动脉主干扭曲，分支等滋养血管僵直、变细、狭窄、闭塞、纤细侧枝形成(图1e)，以及与邻近血管形成交通支，在关节囊周围见网状侧枝形成(图1f)，滋养动脉主干或分支AVM(图2e)。第二次TAI术前造影，对比第一次相同时相的图片，扭曲的主干舒展，滋养血管柔顺、数量增多、增粗并延长，闭塞及痉挛的血管再通或建立侧支循环血管，原动静脉分流道被栓塞。2例在PDW-SPAIR序列上见股骨头斑片状高信号，其滋养动脉DSA造影未见异常而排除了诊断，未做二次DSA检查。

图2 男，45岁，左侧股骨头ARCOⅠ期ANFH。a)T1WI冠状位面像示左侧股骨头未见明显异常信号；b)T2WI冠状面像示左侧股骨头线样低信号(箭)，髋关节腔内少量积液(长箭)；c)PDW像示左侧股骨头内上象限关节面下局限性低信号(箭)；d)PDW-SPAIR 冠状面像示左侧股骨头小斑片状高信号并骨髓水肿(箭)，髋关节腔内少量积液(长箭)；e)左侧旋股外侧动脉升支AVM(箭)，血流汇入股深静脉，未见滋养左侧股骨头。

3.MRI各个序列对ARCOⅠ期ANFH检出的主要征象比较

30例DSA证实为ARCOⅠ期ANFH中，1例见髋关节积液和骨髓水肿，1例仅见髋关节积液，另1例仅见骨髓水肿，其股骨头信号均未见异常。PDW-SPAIR序列对股骨头信号异常、骨髓水肿、关节积液的检出均高于其它3种序列(表1)。以DSA 为金标准，T1WI序列诊断的符合率为50.00%，灵敏度46.67%，特异度100.00%，阳性预测值100.00%，阴性预测值11.11%；T2WI序列上述数值分别为75.00%，73.33%，100.00%，100.00%，20.00%；PDW序列为78.13%，76.67%，100.00%，100.00%，22.22%；而PDW-SPAIR序列为90.63%，96.43%，50.00%，93.10%，66.67%。诊断效能统计学分析显示T1WI序列与T2WI、PDW、PDW-SPAIR序列之间差异均有统计学意义(P<0.05)，T2WI、PDW与PDW-SPAIR序列间差异均有统计学意义(P<0.05)，而T2WI、PDW序列间差异无统计学意义(P>0.05)。

表1 32例受检者不同序列MRI征象比较 n(%)

讨 论

新修订的ARCO分期为4分期体系，Ⅰ和Ⅱ期为塌陷前病变，Ⅲ期分为早、晚期，X线片出现关节间隙变窄、髋臼改变和关节破坏的骨关节炎表现归入Ⅳ期，并没有对早期ANFH的MRI表现与组织学间进行同步化研究，对ANFH治疗指导和预后判断的价值有待进一步验证[4]。股骨头的脂肪细胞死亡，纤维组织替代脂肪和造血细胞时MRI即可发现信号异常，故MRI是诊断ANFH最早、最敏感的无创检查技术[5]。ARCOI期ANFH可无临床症状和体征，MRI表现常不典型而漏诊，错失早期治疗的机会[3]。据ANFH单侧起病，最后累及双侧股骨头的特点[6]，笔者通过已确诊一侧的MRI图片，寻找对侧可能存在ARCOI期的MRI征象，再经DSA造影证实，评估各序列诊断的敏感性。

MRI不同序列的成像侧重点不同。T1WI上组织解剖结构清晰，T2WI对组织病理改变敏感，PDW序列信号主要来自组织中水分子和(或)脂肪中的氢质子[2]。PDW-SPAIR则是PHILIPS公司独特的脂肪抑制技术，更好地显示骨髓、软骨、水肿及积液等病变，图像解剖结构清晰，层次丰富[7]。ARCOⅠ期ANFH的MRI表现:①病灶边缘见硬化反应，T1WI上见局限性黑色线状低信号。②T2WI上低信号线内侧见一条高信号线，即双线征。③PDW序列上为局限性高信号、低信号及等信号。④病灶在PDW-SPAIR序列上为黑色背景下的高信号，显示最为敏感。本研究也表明PDW-SPAIR对股骨头信号异常诊断阳性率达90.63%，在所有检查序列中最高，是诊断ARCOⅠ期ANFH的优选序列。但PDW-SPAIR序列可能存在伪影[8]，而且还需要排除卧床、肥胖、运动、机体缺血缺氧、脂肪和水比例改变造成骨髓信号异常[9，10]，本组2例PDW-SPAIR序列上发现股骨头局限性高信号，拟诊ARCOⅠ期ANFH，经DSA造影修订了诊断，推测是受检者肥胖引起股骨头骨髓局限性信号异常，造成误判。

本组资料表明股骨近端骨髓水肿是ARCOⅠ期ANFH常见征象，以PDW-SPAIR序列最为敏感，阳性率达68.75%，进一步研究发现DSA造影时骨髓水肿区血管增多或存在异常交通支，笔者认为是因为此时ARCOⅠ期ANFH患者的机体启动代偿机制，病变周围侧支循环建立和潜在的交通支开放使相应区域灌注增加，完成股骨头坏死灶的营养供给及代谢产物的运输，即骨髓水肿与该区域过度灌注有关，是ARCOⅠ期ANFH可逆转的病理生理过程。Koo等[11]也对股骨近端骨髓水肿患者进行相关血管造影观察，结果显示患者股骨近端滋养血管扩张；应用核素扫描提示患者股骨近端核素摄取增加，表明该区域血流增加或毛细血管通透性增高，说明骨髓水肿是相应区域血流灌注增加所致，不是股骨头塌陷的先兆[12]。本研究表明髋关节积液是ARCOⅠ期ANFH仅次于股骨头信号异常的常见影像特征，同样以PDW-SPAIR序列最为敏感，阳性率高达84.38%，笔者推测上述的相应区域过度灌注促使髋关节囊分泌关节液进入关节腔，形成髋关节积液，并参与坏死区代谢物交换，从而使早期坏死灶得以修复，即ARCOⅠ期ANFH的髋关节积液也是机体的代偿表现。本研究3例仅见髋关节积液或/和骨髓水肿，股骨头信号无异常，DSA发现其旋股内侧动脉变细，臀下动脉侧支循环建立而诊断为ARCOⅠ期ANFH，经1次TAI后造影，上述MRI表现消失。故笔者认为ARCOⅠ期ANFH的滋养血管可以是代偿性增加，一旦致病因素消失或经过有效治疗可逆转影像学改变,反之，则出现ANFH典型的DSA及MRI征象。

ANFH分期体系应能定位和定量分析坏死区域，反应ANFH的病理演变，指导治疗方案的选择和评估预后。然而，本研究表明ARCOⅠ期ANFH的坏死灶可先位于对缺血缺氧敏感的骨髓而不累及股骨头表面，甚至在MRI各序列上股骨头均无病灶，仅见骨髓水肿和/或关节积液，因此，据股骨头坏死范围占股骨头面积来进行分期有明显缺陷。况且，新修订ANFH ARCO分期体系未阐明骨髓水肿及股骨头滋养血管改变的临床意义，值得商榷，相信这些不足之处在将来会得到不断修订和完善。

本研究的局限性：① 回顾性单中心资料，限制了统计学效能；② 基于对侧为ANFH的研究，难以避免样本选取的偏倚；③ 以DSA诊断ANFH，缺乏病理学依据。

总之，T2WI、PDW及PDW-SPAIR序列均可用来检出ARCOⅠ期ANFH，PDW-SPAIR序列是最佳序列,从而有效指导临床早期诊断及治疗。在一侧MRI图像上发现ANFH时，对侧尽可能行DSA造影检查有助于提高ARCOⅠ期ANFH诊断的准确率，避免漏诊，为可能介入治疗创造条件。