MRI在骨髓炎特征性表现诊断中的应用进展

朱林，田翔，李会超，赵占娟，赵建喜

(1.河北大学附属医院，河北 保定 071000；2.河北大学临床医学院，河北 保定 071000；3.河北大学基础医学院，河北 保定 071000)

骨髓炎是继发于感染的骨骼炎症[1]，这种感染首先局限于骨髓，随着疾病的进展，波及骨皮质、骨膜和周围的软组织，是目前儿童及成人发病和病死的重要原因之一。骨髓炎的典型临床表现为患处疼痛、红斑和水肿，无特异性，可由多种疾病引起[2]。影像学作为辅助诊断手段之一，在有效诊断各分期骨髓炎和确定疾病扩散程度方面起不可或缺的作用，MRI是软组织感染最敏感的检查方式，对软组织等有较高的分辨率，不仅可以很好地观察解剖细节，还能有效评估周围组织受累程度[3]。过去的研究主要集中在骨髓炎的MRI一般影像学表现上，无特异性，这些非特异性MRI征象可能与其他疾病影像表现相似，如骨肿瘤或软组织感染。骨髓炎的延迟治疗会显著降低治愈率，增加并发症的发生率[4]，因此及时而准确地诊断骨髓炎可以提高治愈率，降低并发症的发生率。骨髓炎不同分期的特征性MRI表现是骨髓炎影像诊断的关键问题，有重大的临床研究意义，现将对骨髓炎不同分期的特征性MRI表现进行系统的综述。

1 MRI在骨髓炎诊断中的应用

MRI是大多数肌肉骨骼感染的首选检查方法，MRI可较好地同时评估骨骼和邻近软组织的感染程度，使用液体敏感序列的MRI能为临床诊断和治疗方案提供有用的信息。液体敏感序列包括T2加权成像(T2-wighted imaging，T2WI)和短时间反转恢复序列(short time inversion recovery，STIR)，其很容易显示水肿。有研究[5]显示，液体敏感序列检查对儿童骨骼肌肉感染的诊断敏感度为100%，特异度为61.3%；增强检查的敏感度为100%，特异度为71.0%，该研究最终得出结论：仅使用液体敏感序列的简化MRI检查在确定儿童骨骼肌肉感染方面具有与增强检查相同的高度敏感性，可用于排除感染性关节炎和骨髓炎。有文献[6]报道，如果所有脉冲序列中骨髓正常时，MRI可以排除骨髓炎，具有100%的阴性预测价值。还有一些学者[7]对60个疑似骨髓炎足部溃疡的MRI进行回顾性分析显示，在T2/STIR图像上增加的骨髓感兴趣区(region of interest ，ROI)信号/关节液比值是发展为骨髓炎的最强风险因素。最新应用的先进成像技术还包括弥散加权成像[8]，弥散加权成像补充了T1加权成像(T1-wighted imaging，T1WI)、液体敏感和增强磁共振序列，能同时进行定性和定量分析[9]。

2 MRI在急性骨髓炎特征性表现诊断中的应用

急性骨髓炎的临床表现一般为突发性高热，并同时伴有一些非特异性的全身症状，如活动受限、局部水肿、红斑和压痛等[10]。正常骨髓由于髓质内脂肪含量较高，T1WI信号较高。急性骨髓炎时，骨髓腔内充满液体和脓液，MRI呈弥漫分布的斑片状及“迂曲蜿蜒”状异常信号，与邻近正常骨髓信号相比，T1WI呈低信号，T2WI呈高信号，在液体敏感序列和增强序列上病变显示更清楚，表现为高信号，但无明显边界。骨皮质周围软组织内可见广泛分布的T1WI低信号及 T2WI 高信号影，边界模糊不清[11-12]。

据文献[13]报道，急性骨髓炎最早的MRI表现是骨髓水肿，可在骨髓感染后1～2 d出现。MRI在骨髓炎的诊断方面具有很高的准确性，但由于难以区分感染过程和邻近的反应性骨髓水肿，往往高估了感染的程度[14]。急性骨髓炎的MRI表现还包括继发于骨膜隆起的骨膜反应、骨内脓肿和软组织改变等。在某些情况下，这些非特异性MRI征象可能与其他情况重叠，如应力性骨折、骨肿瘤或软组织感染等[2]。因此，在急性骨髓炎的影像诊断中，其MRI的特征性表现具有一定的临床意义，可为急性骨髓炎的诊断提供帮助。有学者[15-17]报道：脂肪球征是诊断急性骨髓炎的特征性MRI表现。相关文献[18]将脂肪球定义为单发或多发，直径至少2 mm，T1WI上接近或高于皮下脂肪的高信号，可在2个或2个以上成像平面上检测到，脂肪抑制序列能将其信号完全抑制。脂肪球主要表现为圆形、条片状、脂液平(当脂肪球与骨髓炎形成的脓液同时出现并分层时可形成脂液平[16，19-20])。在脂肪抑制T2WI、脂肪抑制质子密度成像等液体敏感序列，脂肪球周围可有环状高信号，称晕征[21]。有少量相关文献[22-23]回顾性分析经病理证实为急性骨髓炎并且含有脂肪球征患者的MRI资料，结果表明所有病例均符合Robinson等[21]提出的脂肪球征MRI特点。

骨髓炎的关键影像表现与潜在的病理过程相关，了解脂肪球征的形成机制对理解该MRI特征性表现有很大的帮助，相关研究[15，20]描述了脂肪球征的形成机制：脂肪球是骨髓炎的炎性反应引起骨髓腔内充血、渗出及水肿，最终导致骨髓腔内压力增高，骨髓腔内大量脂肪细胞快速坏死释放出游离脂质并聚集形成脂肪球。脂肪球征是短时间内大量脂髓细胞的坏死形成，而并非单个脂髓细胞的坏死，但在某些方面，这种现象与传统的脂肪坏死不同，因为病变区骨组织中缺乏与假定的脂肪球相关的泡沫巨噬细胞。骨髓炎患者骨组织中存有骨髓空腔的组织学改变，证实了破坏的骨组织释放脂肪球这一理论。

Mattis等[16]研究表明，脂肪小球以及髓外脂肪-液体水平的发现有助于提高MRI对此诊断的特异度，还探讨了儿童骨髓炎的MRI表现与临床特点的关系，认为儿童急性骨髓炎脂肪球征的MRI表现与其青春期相关。与儿童相比，青少年中黄骨髓的比例增加可能是骨髓炎体征不同的原因。虽然脂肪小球不是骨髓炎的病因，但在骨梗死、创伤和葡萄糖脑苷脂沉积病的病例中，脂肪小球可能在诊断中发挥重要作用[18]。有文献报道：在9～42岁的骨髓炎患者中，70%患者有脂肪球征的MRI表现[20]。还有一项研究[24]表明脂肪球征对于骨髓炎的诊断准确率小于50%。

脂肪球征不仅有助于诊断急性骨髓炎，还可作为鉴别诊断。Davies等[15]认为，MRI中骨髓内出现脂肪球是骨髓炎特征性表现，此征象可作为鉴别诊断的要点。但部分学者[25-26]认为，脂肪球并非骨髓炎特征性表现，需要与外伤或者含脂质成分的软组织肿块，如脂肪肉瘤、皮样囊肿等相鉴别。以前的研究只包括了骨髓炎患者，髓内或髓外脂肪小球的存在被认为是骨髓炎的特异性征象，同时这个征象被认为是鉴别骨髓炎和恶性肿瘤的潜在有用的征象[15]。然而，Kasalak等[24]的研究没有显示这些征象有诊断价值。在指导临床治疗方面：脂肪球的出现提示髓内压力增高以及大量髓内脂肪细胞坏死，病情进展迅速，可警示临床医生应进行紧急手术治疗；脂肪球的出现还提示骨皮质是否遭破坏，若骨髓外软组织中出现脂肪球时提示骨髓炎已经引起骨皮质的破坏[27]。

3 MRI在亚急性骨髓炎特征性表现诊断中的应用

亚急性骨髓炎通常继发于急性骨髓炎，若急性骨髓炎治疗不当或不及时，将会进展为亚急性骨髓炎。亚急性骨髓炎在临床上一般很难诊断，因为其缺乏急性骨髓炎的特征性临床表现，通常情况下没有全身疾病，没有局部感染的特征表现。有相关文献[28-29]描述了亚急性骨髓炎的影像学表现，但这些影像表现并不具有特异性，该疾病往往会误诊断为一些良恶性骨肿瘤。据文献[30]记载：在儿童年龄组中，50%亚急性骨髓炎病例会与肿瘤的病例诊断混淆，所以在临床上及时对亚急性骨髓炎作出有效诊断是一项挑战，亚急性骨髓炎的MRI特征性表现可能会在诊断上有所帮助。

最近有文献[31]报道了1例成年男性胫骨Brodie脓肿，MRI显示胫骨近端有范围约0.7 cm×1.2 cm的脓液腔，增强扫描后周围有强化，并有半暗带征，诊断为Brodie脓肿伴亚急性骨髓炎。Brodie脓肿是一种以骨内脓肿形成为特征的亚急性骨髓炎，有相关研究[32]报道了Brodie脓肿相关病例，描述了Brodie脓肿的临床表现和结果。Brodie[33]于1832年首次描述了Brodie脓肿，在一名截肢后的24岁男性胫骨内发现有核桃大小的脓液聚集区。有研究人员[34]在对407名患者的系统回顾中观察到Brodie脓肿最常发生在胫骨(49%)和股骨(31%)。

在Brodie脓肿的诊断中，影像检查是必不可少的，MRI上有一个特征性的靶征，也称为半暗带征，它包括四层：中央区T1WI呈低信号，T2WI和STIR序列呈高信号，代表空洞坏死；内层与肌肉信号相同，呈等信号，代表肉芽肿组织层；外层在所有序列上均呈低信号，是周围纤维组织或反应性硬化；最外层为T1WI呈低信号的水肿环[33，35]。肉芽组织层含有血管成分，增强扫描时肉芽组织层会明显强化。肉芽组织在平扫T1WI上会出现不成比例的高信号，有研究[36]表明，这可能是由于肉芽组织的高蛋白含量。

半暗带征高度提示亚急性骨髓炎，是亚急性骨髓炎的一种特征性MRI表现。但其并不具有病因学特征，该特征性病变的鉴别范围较广，包括软骨母细胞瘤、骨样骨瘤、单纯性骨囊肿、局限性朗格汉斯细胞组织细胞增生症，以及罕见的恶性骨肿瘤[37-38]。有相关病例报告提到，半暗带征对肌肉骨骼感染的特异度高达96%，但敏感度低至27%，该征象有助于区分肿瘤和感染[39]。也有学者在一项病例报告中提到，半暗带征在亚急性骨髓炎的诊断中具有75%的敏感度，特异度以及阳性和阴性预测值均高于90%[40]。

Brodie脓肿与骨样骨瘤及单纯性骨囊肿等病灶相鉴别时，周围骨硬化的存在是关键诊断点[41]，其表明骨髓炎中有反应性骨改变，骨样骨瘤病灶内可能含有硬化性骨，并且血管化程度很高。而Brodie脓肿通常缺乏硬化性骨，是乏血供病变。Brodie脓肿还可能显示出一条进入邻近骨板的通道，这种表现是骨髓炎的一种病理征象，称为隧道效应[42]。

4 MRI在慢性骨髓炎特征性表现诊断中的应用

如果急性骨髓炎长时间治疗不当，疾病会发展为慢性骨髓炎。慢性骨髓炎的病理特征是死骨，死骨是在骨髓炎急性期的骨内和骨膜血液供应中断引起的骨坏死，感染后的骨头碎片从存活的骨骼中分离出来，从而形成死骨[43]。死骨内的细菌不受抗生素和内源性免疫反应的影响，因此形成可能持续多年的慢性感染的病灶。根据病理学的定义，死骨是指在坏死过程中从周围骨骼中分离出来的一块失去活力的骨骼[44]。死骨的放射学定义是透亮区中可见的钙化影，与周围骨骼完全分离，不涉及钙化组织的血管状态和组织学性质[45]。

死骨和骨包壳的形成是慢性骨髓炎的特征性改变。在将死骨分离的过程中，会发生以破骨细胞吸收和骨膜新骨形成为特征的炎症反应。脓液、肉芽组织以及由新生骨产生的反应性包壳会将死骨包围。这种反应性包壳称为骨包壳，可产生窦道，通过窦道可以排出脓液或死骨。死骨在T1WI和T2WI中均呈低信号，增强扫描无明显强化；骨髓腔内活动性炎症呈混合长T1、长T2信号，窦道是一个线性的充满液体的结构，为直线状或曲线样T2WI高信号影，由髓腔延伸至周围软组织；与脓肿一样，窦道被血管丰富的肉芽组织覆盖，增强扫描后周边会有强化。骨包壳是围绕死骨增厚和硬化的包膜，显示正常信号或水肿样改变[43]。

发现死骨是慢性骨髓炎重要的诊断挑战。在所有脉冲序列中，死骨显示低信号，窦道和邻近软组织水肿可能并存。MRI可能有助于评估感染的程度。增强MRI对慢性骨髓炎的诊断有一定的价值，活跃的炎症区域会增强。在早期阶段，死骨层可能被强化的肉芽组织包围，随着时间的推移，死骨会通过引流窦道排出，延伸到邻近的软组织内。增强扫描可判断死骨是否有血供，可与有血供的残骨片段相区分[45]。死骨不是特定于一种疾病，任何侵袭性的原发性骨肿瘤都可能导致死骨的形成，死骨可见于几种骨疾病，Mulligan等[46]提出，在纤维肉瘤、恶性纤维组织细胞瘤、淋巴瘤、促纤维增生性纤维瘤和嗜酸性肉芽肿中也会出现死骨。

5 结语与展望

MRI是诊断肌肉骨骼感染影像的重要检查方法，对肌肉骨骼感染的评估具有较高的敏感度和特异度，有多种先进的影像成像技术应用于骨髓炎的诊断中。目前对骨髓炎影像学表现的了解已不再局限于一些非特异性表现，急性期的脂肪球征，亚急性期的半影征以及慢性期的死骨、窦道等为影像诊断骨髓炎提供了有意义的参考价值。了解上述特征性影像表现可以更准确地诊断骨髓炎，最终目的是让患者早诊断、早治疗，减少并发症的发生。虽然这些特异性征象在临床的影像诊断中得到了证实，但仍存在局限性，还需结合微生物学、病理学等对骨髓炎影像特征性表现进行多学科的探索研究。