常规MRI双髋检查对股骨头坏死ARCO分期的可行性研究

方军杰 李峰 孙微 王小会 许佳颖 干放 吴丹 陈良 张景峰

股骨头坏死是骨科常见的难治性疾病。对任何年龄段、任何分期的患者，作出适合其个人的规范诊疗方案非常重要[1]。股骨头坏死塌陷的整个过程是不可逆的，是疾病进展非常重要的征象[2]。因此，准确的临床分期对疾病治疗和患者预后都具有重要意义。临床上股骨头坏死的分期方法较多，而国际骨循环研究学会（Association Research Circulation Osseous，ARCO）的临床分期应用较广，并在2019年根据临床治疗方案的进展进行了调整，使该分期方案能更好地服务于临床[3]。但该分期是临床分期，需要根据MRI、CT 或X 线影像学表现综合判断。虽然MRI 检查是最有效的诊断工具，特别是发现早期坏死较敏感[4]，但有学者认为常规MRI 检查很难在塌陷周围期准确地进行股骨头坏死分期[5-7]。而CT 检查发现早期坏死的敏感性较差，且许多患者尚在育龄期，需考虑辐射对性腺的影响。而随着MRI 检查的普及和图像质量的提升，使基于MRI 影像的分期成为可能，但目前为止，关于ARCO 分期对应的MRI 表现解读报道较少。本研究旨在分析使用常规MRI 双髋检查对股骨头坏死ARCO 分期的可行性，现将结果报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 回顾2019年1月至2022年6月宁波市第二医院治疗随访的股骨头坏死137 例（180 侧）患者，男76 例，女61 例，年龄21～85（57.7±14.9）岁。单侧病变94 例，双侧病变43 例，其中右髋92 侧，左髋88 侧；激素应用史67 例，酗酒23 例，股骨颈骨折史14 例，未知原因33 例。纳入标准：（1）在半个月内接受了双髋MRI检查和CT 检查；（2）未经髓内钉及微骨折手术等有创性治疗。排除标准：（1）只行MRI 检查，未行CT 检查；（2）有微骨折或髓内钉等治疗者；（3）股骨颈骨折畸形愈合者；（4）图像伪影影响观察。本研究经本院医学伦理委员会批准（PJ-NBEY-KY-2018-042-01）。

1.2 方法 采用1.5T（德国西门子公司，型号：AG）及3.0T（德国西门子公司，型号：Magnetom Prisma）MRI 仪使用相控阵体线圈进行大视野（field of view，FOV）常规双髋扫描。扫描方案：仰卧位，双侧髂前上棘处于同一水平线，扫描序列分别是横断位和冠状位T1WI-快速自旋回波序列（turbo spin echo，TSE）序列、横断位T2WI-脂肪抑制（fat saturated，FS）-TSE 序列、冠状位质子密度加权成像（proton density weighted imaging，PDWI）-FS-水脂分离技术（Dixon）序列。扫描参数：T1WI-TSE 序列TR/TE 为650/10～11 ms，T2WI-FS-TSE序列TR/TE 为3 000～3 600/67～89 ms，PDWI-FS-Dixon序列TR/TE 为2 500/35～40 ms，层厚3.0～4.0 mm，层间距0.5～1.0 mm，FOV 360 mm×360 mm。CT 采用西门子SOMATOM Defifinition AS 扫描仪，扫描参数：管电压120 kV，自动管电流调制（90～130 mAs），FOV 320 mm×320 mm，层厚0.6 mm。同时扫描包括两侧髋关节，扫描范围为从髋臼顶部到股骨小转子。在PACS 系统中进行冠状面和矢状面重建，层厚2～3 mm。

1.3 图像评估 股骨头坏死的诊断标准参考《中国成人股骨头坏死临床诊疗指南》，分期采用2019 版ARCO分期系统[1，3]。由1 位骨肌专业放射科副主任医师（15年工作经验）和1 位关节外科主任医师（20年工作经验）对照结合MRI 和CT 影像资料，及临床症状、体征、术中情况（部分患者）等进行综合判断后分期，设为标准组。由2 位骨肌专业放射科主治医师根据（观察者A 有10年工作经验，观察者B 有9年工作经验），在未知分期结果的情况下，对全部患者根据MR 影像特征描述进行ARCO 分期。

ARCO 各期MRI 影像征象具体如下。（1）ARCOⅠ期：髋关节间隙正常，股骨头光整；股骨头前上部负重区在T1WI 上显示低信号线样影，T2WI 上显示为高信号条带或“双线征”；线样包绕区信号同正常骨髓信号（图1）。（2）ARCOⅡ期：髋关节间隙正常，股骨头光整；股骨头前上部负重区在T1WI 上有低信号带围绕的不均匀低信号区，在T2WI 上为不均匀高信号区；病灶区可见小范围骨质水肿（图2A、B）。（3）ARCO ⅢA 期：髋关节间隙正常，股骨头皮质线出现裂隙；或出现轻微塌陷、阶梯状改变，幅度≤2 mm；T2WI 部分可见裂隙中高信号积液进入；股骨头颈部可出现大片骨髓水肿；髋关节积液（图2C、D）。（3）ARCO ⅢB 期：髋关节间隙正常，股骨头变扁；皮质骨折塌陷深度＞2 mm，成明显阶梯状改变；T2WI 可见裂隙中关节积液进入（图3）。（4）ARCO Ⅳ期：髋关节间隙狭窄；骨质坏死塌陷，股骨头明显变扁；髋关节出现骨关节炎改变（图4）。股骨头塌陷测量方法沿用于X线的测量方法：在冠状位或斜矢状位（如有）的股骨头中点画同心圆，测塌陷区与圆圈最近边距离，测2次取平均值（图5）。

图1 45 岁女性患者左侧股骨头坏死ARCOⅠ期影像图（A、B：左侧股骨头负重区见清晰的T1WI 低信号，T2WI 高信号“双线征”，坏死区信号同正常黄骨髓信号；C：CT 检查对照，股骨头未见明确密度异常，骨皮质光整）

图2 53 岁女性患者双侧股骨头坏死ARCO Ⅱ～ⅢA 期影像图（A、B：Ⅱ期，MRI 检查发现右侧股骨头负重区条状T2WI 高信号，边界略模糊，坏死区T2WI 信号不均匀增高，CT 检查可见略高密度线影，股骨头皮质尚光整；C、D：ⅢA 期，MRI 检查发现左侧股骨头坏死区T2WI 信号混杂，见不均匀高信号，皮质下可见条状T2WI 高信号线，皮质线欠连续，股骨头颈部出现骨质水肿，髋关节积液。CT 检查出现负重区密度减低，局部皮质裂隙，塌陷＜2 mm）

图3 39 岁男性患者左侧股骨头坏死ARCO ⅢB 期影像图（A：坏死区MRI 信号更加混杂，呈明显T2WI 高信号，皮质低信号线局部塌陷，股骨头水肿及髋关节积液明显；B：CT 检查见股骨头下骨质密度减低，皮质塌陷，幅度＞2 mm）

图4 61 岁女性患者左侧股骨头坏死ARCO Ⅳ期影像图（A、B、C：MRI 和CT 检查均可显示髋关节间隙狭窄；股骨头骨质坏死塌陷，形态明显变扁；髋关节出现骨关节炎改变）

图5 42 岁男性患者右侧股骨头坏死（ARCO ⅢB 期）影像图（A、B：CT 和MRI 测量股骨头坏死塌陷深度方法，股骨头中点画同心圆，测塌陷区与圆圈最近边距离，图示测量距离约3.7～3.8 mm）

1.4 统计学处理 采用SPSS 22.0 统计软件。计量资料以表示。采用Kappa 分析评估标准组和观察组、观察者A 与观察者B 的诊断一致性，Kappa＜0.20 为一致性差，0.21≤Kappa＜0.40 为一致性一般，0.41≤Kappa＜0.60 为一致性中等，0.61≤Kappa＜0.80 为一致性较好，0.81≤Kappa＜1.00 为一致性好。

2 结果

标准组中Ⅰ期17 侧，Ⅱ期37 侧，ⅢA 期43 侧，ⅢB期33 侧，Ⅳ期50 侧。观察组中，观察者A 单纯采用常规MRI 扫描检查的分期准确率Ⅰ期为76.5%（13/17），Ⅱ期为78.4%（29/37），ⅢA 期为93.0%（40/43），ⅢB 期为93.9%（31/33），Ⅳ期为96.0%（48/50），总体准确率为89.4%（161/180）。观察者B 的准确率Ⅰ期为82.4%（14/17），Ⅱ期为86.5%（32/37），ⅢA 期为90.7%（39/43），ⅢB 期为90.9%（30/33），Ⅳ期为98.0%（49/50），总体准确率为91.1%（164/180）。标准组与观察者A 的Kappa 值为0.865，标准组与观察者B 的Kappa 值为0.886，两者一致性好。见表1、2。

表1 观察者A 相对于标准组的诊断准确率情况

表2 观察者B 相对于标准组的诊断准确率情况

以Ⅰ～Ⅱ期作为早期（塌陷前期），观察者A 塌陷前期的分期准确率为90.7%（49/54），只有5 例诊断为ⅢA 期；观察者B 塌陷前期的分期准确率为92.6%（50/54），只有4 例诊断为ⅢA 期。

3 讨论

股骨头坏死的影像诊断主要有X 线、CT、骨核素扫描及MRI 等检查，但不同检查方法都有优缺点。自从Ficat 等[8]在1980年首先依据X 线标准平片对股骨头缺血性坏死分为4 期以来，临床上已有多种针对股骨头坏死的临床分期，但绝大多数是基于X 及CT 检查，或辅以MRI 检查。目前临床常用的分期标准为ARCO 1992年制定的分期标准，后来几年又在此基础上进行修订[9]，该标准把股骨头缺血性坏死分为0～Ⅳ期，由MRI、X 或CT 检查进行联合判断。2019年ARCO分类系统作了进一步修改，去掉了0 期诊断，并简化了一些定量数值的测量，因此该分期方法可行性更强，但在Ⅰ～Ⅱ期的判断上仍需结合MRI 及X 线检查，而Ⅲ～Ⅳ主要由X 线检查来完成[10]。

MRI 检查对股骨头坏死的早期诊断有着极高的灵敏度及特异度，已被广泛认可，而且股骨头坏死的不同病理阶段还可根据影像学变化来判断[11]。但笔者发现ARCO 分期没有对MRI 征象有详细的描述，而以CT及X 线为主，这对于MRI日益普及的时代存在一定的反差。有研究提出由于MRI 对软骨下骨折的诊断价值有限，在分期判断中，常需要结合CT 或X 线双髋检查来提高塌陷周围期的准确分期[6]。但国内有学者认为，联合多种影像征象对于区分ARCOⅡ期和ⅢA 期的联合AUC 为0.967，灵敏度和特异度分别为1.000 和0.887，认为MRI 征象在区分股骨头坏死中ARCO Ⅱ期和ⅢA 期方面有很大的价值[12]。本研究观察者A、观察者B 在Ⅱ和ⅢA 期的诊断准确率分别为78.4%、86.5%和93.0%、90.7%，也与既往研究类似，表明单纯采用MRI 检查做双髋检查，也可以做较好的分期诊断。

本研究中，为了标准组对股骨头坏死的分期判断更接近于实际，本研究均有半个月内的MRI 和CT 检查资料；再根据两者影像表现，结合临床体征或术中情况进行ARCO 分期，并且由高年资的骨肌组及关节外科医师来共同判断，减少了错误分期的可能。然后根据分期标准，总结各期的MRI 影像特点，进行学习论证，使分期诊断标准更有一致性。在观察组中，研究发现单纯采用MRI 进行分期判断，两组都有较高的诊断分期的准确性，特别是对于Ⅲ～Ⅳ期的分期判断，准确率较大，超过了90%，并且两组间的准确率的一致性很好。但在单纯采用MRI 进行分期诊断中，也存在一些难点，如对于Ⅰ～Ⅱ期的准确率略低，只有80%左右。这似乎和MRI 对于股骨头坏死的早期发现的高灵敏度不符。但发现率和分期判断准确率是不同的，这并不说明MRI 对早期股骨头坏死的检出率较低，而是单纯采用MRI 分期中，由于Ⅰ期、Ⅱ期是个动态演变过程，Ⅰ期在分期定义中，以出现MRI 条带和双线征，而X 线未见密度异常，这说明此时刚刚发生局部缺血坏死，而坏死区域内尚没有出现骨的密度改变[13]。这时对照MRI 发现只有在坏死区域骨髓信号尚未出现异常信号改变时，X 线才未见异常，在单独采用MRI 来分期时，判断存在一定交叉。但如果把Ⅰ～Ⅱ期作为早期（塌陷前期），2 位观察者诊断分期准确率都超过了90%，有了明显提高，也证明了MRI 对于早期股骨头坏死的敏感性。

另一个难点就是对于ⅢA 与ⅢB 期的塌陷深度测量，以塌陷深度2 mm 为界，要求测量准确性非常高，X线、CT 三维重建中的测量方法同样也可以应用在MRI上测量[14]，比如在冠状位及斜矢状位股骨头中心层面画同心圆，来判断塌陷深度，或由对侧正常股骨头的直径做对照。但在测量中难免会出现测量误差，影响其分期的判断，类似的测量问题也会同样出现在X 线及CT 的测量上。

股骨头坏死的病因有多种，但目前公认的是因多种因素影响下股骨头血供的改变，MRI 可表现为早期的“双线征”，从病理角度是坏死骨-活骨界面连接带，主要组成部分是肉芽组织、水肿带。在修复过程中，死骨、充血、水肿、炎症细胞浸润和新骨共存，使信号较为多样[15-16]。本研究也显示坏死骨-活骨界面的连接带会随着影像分期的增加而增宽，由Ⅰ期的边界较清楚线影，到Ⅱ期的边界模糊条带状，Ⅲ期后界面处呈片状水肿，边界模糊。据推测，如承重的骨小梁骨被破坏，就会导致软骨下微骨折，从而出现充血和水肿反应相对严重。所以MRI 影像征象在股骨头坏死分期诊断上有一定的特点，并有病理学的支持。

本研究还存在不足之处。首先，本资料为回顾性研究，研究结果需要在临床工作中进一步验证。其次，虽然严格根据ARCO 分期，并由影像专家及骨科专家共同判断结果，但并不能保证标准组的分期100%准确。后期研究将收集患者术后大体病理作进一步对照。第三，本资料为单中心的研究，MRI 分期征象虽经过统一标准培训，但并不知道是否在其他中心放射诊断人员有类似的诊断分期准确率。接下来将和其他中心合作，进一步作多中心研究。

综上所述，结合股骨头MRI 各期的信号改变，能较好地判断出股骨头坏死区域有无皮质裂隙及塌陷等情况。通过对这些MRI 征象的仔细评估，可以有效地提高MRI 的ARCO 分期的准确性，从而制定精确、个性化的治疗计划。在股骨头坏死的分级评估中，单纯采用常规MRI 双髋检查对股骨头坏死进行ARCO 分期是可行的。