彌散加權(quán)成像對強直性脊柱炎骶髂關節(jié)炎活動性判斷的價值

任 翠，朱 巧，陳 雯，郎 寧，袁慧書

北京大學第三醫(yī)院放射科，北京 100191

強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)是一種病因不明以中軸骨受累為主的慢性炎癥性疾病。AS的活動性與治療方案的選擇密切相關[1-2]。大多數(shù)學者推薦加拿大脊柱關節(jié)炎研究協(xié)會(Spondyloarthritis Research Consortium Canada，SPARCC)制定的磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)骶髂關節(jié)評分系統(tǒng)評價骶髂關節(jié)炎的活動性[3-4]。有研究表明SPARCC骶髂關節(jié)評分與Bath強直性脊柱炎病情活動指數(shù)(Bath ankylosing spondylitis disease activity index，BASDAI)呈顯著正相關，此外，相對于其他評價方法，SPARCC評分系統(tǒng)具有較高的可重復性[5-6]，然而其對骨髓水腫的評估僅限于主觀的視覺評價。彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是一種不依賴對比劑，敏感、快速的成像方法，通過體素內(nèi)水分子擴散速度的不同提供圖像對比。近年,DWI在骨骼肌肉系統(tǒng)疾病中應用越來越廣泛[7-9]。DWI有助于早期診斷AS，并可能成為評估疾病活動性的生物學標記物[10-12]。然而，Boy等[13]研究表明脂肪抑制T2加權(quán)像(T2 weighted imaging，T2WI)判斷骶髂關節(jié)骨炎的敏感性最高，并且，DWI及動態(tài)增強掃描不能提供額外的診斷價值。此外，有文獻報道表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值與BASDAI評分具有一定的相關性，但相關系數(shù)相對較低(r=0.329)[7]。因此，本研究旨在進一步明確DWI在AS骶髂關節(jié)炎活動性評估中的作用。

對象和方法

對象選取2015年8月至2018年1月本院就診、符合國際脊柱關節(jié)病評價小組標準、經(jīng)臨床確診的AS患者，所有患者均在疾病活動性評估2周內(nèi)行常規(guī)MRI及DWI檢查。所有患者仍需符合以下入組條件：(1)無腰椎及骨盆手術(shù)史；(2)1年內(nèi)無骶髂關節(jié)外傷史；(3)無骶髂關節(jié)感染史；(4)不合并其他結(jié)締組織病史；(5)無惡性腫瘤病史。共78例患者符合入選標準，其中5例患者腸氣較多，DWI圖像偽影重被剔除。最終被納入研究的患者共73例，男性59例、女性14例，年齡15～41歲，平均(28.1±14.3)歲。

AS臨床活動性評價標準由兩名風濕免疫科醫(yī)師共同判斷患者的臨床活動性?；顒咏M：BASDAI評分≥6分或4分

MR檢查方法采用GE Discovery MR750 3.0T磁共振掃描儀，8通道體部線控相圈。患者取常規(guī)仰臥位，足先進。常規(guī)骶髂關節(jié)掃描序列包括斜冠狀位快速自旋回波T1 加權(quán)像：重復時間(repetition time，TR)/回波時間(echo time，TE)=450 ms/10 ms，層厚/間隔=4 mm/0.5 mm，視野(field of view，F(xiàn)OV) 30 cm×30 cm，矩陣352×256，激發(fā)次數(shù)(number of excitation，NEX)=1；斜冠狀位快速自旋回波脂肪抑制T2WI：TR/TE=3200 ms/85 ms，層厚/間隔=4 mm/0.5 mm，F(xiàn)OV 30 cm×30 cm，矩陣320×256，NEX=4；軸位快速自旋回波脂肪抑制T2WI：TR/TE=3900 ms/85 ms，層厚/間隔=4 mm/0.5 mm，F(xiàn)OV 32 cm×32 cm，矩陣320×256，NEX=4。橫軸位DWI：TR/TE=8.7 ms/minimum ms，層厚/間隔=4 mm/0.5 mm，F(xiàn)OV 38 cm×38 cm，矩陣 192×192，NEX=1，b=0、10、20、30、50、80、100、200、400、800 s/mm2。

圖像后處理及ADC值測量應用AW 4.6工作站Functool軟件重建出ADC圖。2名放射科醫(yī)生在不知曉患者AS臨床活動性的前提下，參照同層面軸位脂肪抑制T2WI，獨立測量病變區(qū)(不包括骨質(zhì)硬化)ADC值。在ADC圖上盡可能大地繪制類圓形感興趣區(qū)，每個感興趣區(qū)至少≥50個體素，并且避開血管、壞死、囊變、骨皮質(zhì)及關節(jié)軟骨區(qū)域，同時測量雙側(cè)骶髂關節(jié)骶骨及髂骨側(cè)病變內(nèi)及正常區(qū)域的ADC值，測量3次后取平均值。計算骶骨或髂骨病變與正常骶骨或髂骨的相對ADC(relative ADC，rADC)值，rADC值=ADC病變/ADC正常。

統(tǒng)計學處理采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進行分析，計算組內(nèi)相關系數(shù)(interclass correlation coefficient，ICC)，評價兩名醫(yī)師及同一醫(yī)師不同時間測量結(jié)果的一致性，ICC≥0.81，一致性好；ICC位于0.61～0.80，一致性中等；0.41～0.60，一致性一般；0.11～0.40，一致性差；0.1以下無一致性。采用更有經(jīng)驗醫(yī)師的測量結(jié)果進行ADC值、rADC值的組間比較，受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析及Pearson相關性分析?；顒咏M、穩(wěn)定組ADC值及rADC值的比較，若數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布采用兩獨立樣本t檢驗，若不滿足則采用Mann-WhitneyU檢驗。采用MedCalc 15.8軟件，通過ROC曲線分析，利用臨界值表選取最大約登指數(shù)對應的臨界值，作為ADC值及rADC值判斷骶髂關節(jié)炎活動性的最佳閾值，以AS患者臨床活動性評價結(jié)果為金標準，計算敏感性及特異性。ADC及rADC值與臨床BASDAI評分之間的相關關系采用Pearson相關性分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

一般情況73例AS患者，活動組43例，平均年齡(27.3±13.8)歲；穩(wěn)定組30例，平均年齡(29.9±12.9)歲。活動組及穩(wěn)定組年齡差異無統(tǒng)計學意義(t=1.06，P>0.05)。

AS骶髂關節(jié)炎MRI表現(xiàn)MRI圖像出現(xiàn)單和/或雙側(cè)骶髂關節(jié)面骨質(zhì)侵蝕35例(活動組11例、穩(wěn)定組24例)，表現(xiàn)為低信號骨皮質(zhì)線連續(xù)性中斷，關節(jié)面凹凸不平可見蟲蝕狀骨質(zhì)破壞。單和/或雙側(cè)骶髂關節(jié)面下骨髓水腫43例(活動組38例、穩(wěn)定組5例)，表現(xiàn)為長T1、長T2信號，DWI呈明顯高信號，ADC值升高。骶髂關節(jié)面下出現(xiàn)脂肪沉積52例(活動組22例、穩(wěn)定組30例)，表現(xiàn)為T1加權(quán)像(T1 weighted imaging，T1WI)呈高信號，脂肪抑制T2WI呈低信號，DWI信號不高，ADC值減低。骶髂關節(jié)面下出現(xiàn)骨質(zhì)增生硬化47例(活動組20例、穩(wěn)定組27例)，在所有磁共振成像序列上均表現(xiàn)為低信號，DWI信號不高，ADC值減低(圖1、2)。

測量結(jié)果一致性評價同一醫(yī)師兩次重復測量、兩名醫(yī)師分別測量ADC值及rADC值的ICC>0.81，一致性較好(表1)。

ADC值及rADC值ADC值及rADC值均服從正態(tài)分布，活動組、穩(wěn)定組骶髂關節(jié)ADC值分別為(0.667±0.122)×10-3mm2/s和(0.492±0.0651)×10-3mm2/s，差異有統(tǒng)計學意義(t=6.02，P<0.0001)?；顒咏M、穩(wěn)定組rADC值分別為(1.715±0.343)×10-3mm2/s和(1.289±0.209)×10-3mm2/s，差異有統(tǒng)計學意義(t=5.06，P<0.0001)。

AS：強直性脊柱炎；T1WI：T1加權(quán)像；T2WI：T2加權(quán)像；DWI：彌散加權(quán)成像；ADC：表觀彌散系數(shù)；ROI：感興趣區(qū)

AS：ankylosing spondylitis；T1WI：T1-weighted imaging；T2WI：T2-weighted imaging；DWI：diffusion-weighted imaging；ADC：apparent diffusion coefficient；ROI：region of interest

圖122歲男性AS患者活動性骶髂關節(jié)炎：雙側(cè)骶髂關節(jié)軟骨下骨髓水腫(箭頭)，冠狀位T1WI呈低信號(A)，軸位脂肪抑制T2WI呈高信號(B)，DWI骨髓水腫(類圓形區(qū)域)呈高信號(C)，ADC圖將 ROI(類圓形區(qū)域)置于右側(cè)髂骨骨髓水腫區(qū)，ADC值為0.960×10-3mm2/s(D)

Fig1Active sacroiliitis in a 22-year-old man with AS:bilateral subchondral bone marrow edema (arrow) was seen in both sacroiliac joints,T1WI showed low signal intensity (A)，and fat-saturated T2WI axial images showed subchondral bone marrow edema with high signal intensity (B),DWI image demonstrated hyperintensity representing bone marrow edema (circle-like area) (C),ADC map was obtained，and ROI (circle-like area) was placed on the marrow edema area of right iliac bone,the ADC value was 0.960×10-3mm2/s (D)

圖233歲女性AS患者穩(wěn)定的骶髂關節(jié)炎：雙側(cè)骶髂關節(jié)軟骨下脂肪沉積(箭頭)，冠狀位T1WI呈高信號(A)，軸位脂肪抑制T2WI呈低信號(B)，DWI脂肪沉積區(qū)(類圓形區(qū)域)呈低信號(C)，ADC圖將ROI(類圓形區(qū)域)置于右側(cè)髂骨脂肪沉積區(qū)，ADC值為0.397×10-3mm2/s(D)

Fig2Chronic sacroiliitis in a 33-year-old woman with AS：bilateral subchondral adipose deposition (arrow) was seen in both sacroiliac joints,T1WI showed high signal intensity (A)，and fat-saturated axial T2WI image showed low signal intensity (B),DWI image demonstrated hypointensity representing dipose deposition (circle-like area) (C),ADC map was obtained，ROI (circle-like area) was placed on the dipose deposition area of right iliac bone,the ADC value was 0.397×10-3mm2/s (D)

表1 DWI定量參數(shù)測量同一觀察者、不同觀察者一致性評價Table 1 Intra-observer and inter-observer agreement on DWI quantitative parameters measurement

rADC：相對表觀彌散系數(shù)；ICC：組內(nèi)相關系數(shù)

rADC：relative apparent diffusion coefficient ；ICC：interclass correlation coefficient

ROC曲線ADC值判斷骶髂關節(jié)炎活動性的最佳閾值為0.545×10-3mm2/s，ROC曲線下面積(area under curve，AUC)為0.909(0.789～0.973)，特異性、敏感性分別為81.8%、92.0%。rADC值判斷骶髂關節(jié)炎活動性的最佳閾值為1.467×10-3mm2/s，AUC為0.904(0.782～0.970)，特異性、敏感性分別為81.8%、88.0%。ADC值及rADC值的AUC差異無統(tǒng)計學意義(Z=0.0980，P=0.92)(圖3)。

圖3ADC值及rADC值鑒別AS骶髂關節(jié)炎活動性的受試者工作特征曲線

Fig3Receiver operating characteristic curves of ADC and rADC values for identifying the activity of sacroiliitis in AS

rADC值、ADC值與BASDAI評分的相關性活動組BASDAI評分為4.00～7.40分，中位數(shù)為5.30，四分位數(shù)間距為1.70；穩(wěn)定組BASDAI評分為1.00～3.50分，中位數(shù)為2.05，四分位數(shù)間距為1.03。ADC值、rADC值與BASDAI評分呈顯著正相關(Pearson相關系數(shù)分別為0.82、0.80，P<0.0001)。

討 論

本研究表明DWI有助于判斷AS骶髂關節(jié)炎的活動性，活動組的ADC值及rADC值顯著高于穩(wěn)定組，這一結(jié)果可能與以下因素有關：骶髂關節(jié)炎骨髓水腫引起細胞外水分子的比例增加、毛細血管輸送到骨髓腔的血液增加以及水分子的擴散運動增加[14-16]。這些因素均會引起ADC值升高。此外，ADC值同時也受黃骨髓的影響，黃骨髓可以降低水分子的密度，并且相對于紅骨髓內(nèi)較小的造血細胞，黃骨髓中含有較多大的脂質(zhì)細胞能在更大程度上限制水分子的運動，此外，脂肪的疏水性不僅是擴散的物理屏障，而且對水分子的運動起排斥作用[17-18]。AS骶髂關節(jié)面下脂肪沉積被認為是對活動性炎癥的修復[5，19]，穩(wěn)定組ADC值降低可能與骶髂關節(jié)脂肪沉積增多有關。本研究與以往的研究結(jié)果類似[10，12，14]。本研究ROC曲線分析顯示ADC值、rADC值判斷AS活動性的最佳閾值分別為0.545×10-3mm2/s、1.467×10-3mm2/s，特異性均為81.8%，敏感性分別為92. 0%、88.0%，這一結(jié)果與其他研究結(jié)果類似[12，14，20]，ADC值鑒別AS骶髂關節(jié)炎活動性的特異度及敏感度均在80%以上，因此可作為一種有效的生物學定量參數(shù)判斷AS的活動性，然而由于ADC值受不同設備、場強、b值及繪制感興趣區(qū)隨機性的影響，目前仍不能制定統(tǒng)一的ADC值鑒別AS活動性的最佳閾值，rADC值也許在一定程度上能夠降低上述因素對ADC值差異的影響。然而，據(jù)筆者所知，僅Vendhan 等[21]利用rADC值鑒別附著點炎相關關節(jié)炎(幼年特發(fā)性關節(jié)炎的1個亞型)骶髂關節(jié)炎的活動性，而幾乎所有的研究僅測量了ADC值的“絕對值”判斷成人AS的活動性，然而非常有必要測量rADC值，因為隨著年齡增加，黃骨髓的比例會增加，rADC值可以減少不同年齡AS患者ADC值的內(nèi)在差異。雖然本研究rADC值判斷AS骶髂關節(jié)炎活動性的能力并沒有顯著高于ADC值，可能與本研究的樣本量相對較小、研究對象主要是年輕人有關。

本研究采用單指數(shù)衰減模型評價ADC值，該模型計算的ADC值同時受水分子擴散及毛細血管微循環(huán)灌注的影響，不能反映水分子的真實擴散運動?；陔p指數(shù)衰減模型的DWI可以計算出組織內(nèi)水分子純彌散系數(shù)、微循環(huán)灌注相關系數(shù)及微循環(huán)灌注在DWI信號衰減中所占的比重[22-23]。然而，有文獻比較了單、雙指數(shù)模型的DWI檢出AS活動性骶髂關節(jié)炎的能力，結(jié)果表明ADC值鑒別活動及非活動性骶髂關節(jié)炎的能力顯著高于所有雙指數(shù)模型產(chǎn)生的定量參數(shù)[20]，此外有研究表明ADC值、純彌散系數(shù)鑒別Ⅰ、Ⅱ型卵巢上皮癌的能力差異無統(tǒng)計學意義[24]。也有類似研究表明ADC值鑒別肝臟良、惡性腫瘤，評價腎功能不全的能力顯著高于純彌散系數(shù)[25-26]。此外，盡管動態(tài)增強掃描表明活動性骶髂關節(jié)炎會引起局部微循環(huán)的灌注增加，但是骶髂關節(jié)是一個少血供器官，筆者推測微循環(huán)灌注可能對ADC值的影響較小，并且Henkelman等[27]認為由雙指數(shù)衰減模型計算的灌注參數(shù)能夠更完整地評價通過單個體素的總血流灌注情況，這可能不同于使用血管內(nèi)造影劑測量的灌注參數(shù)，由于缺少組織病理學對照，因此本研究僅評價了ADC值及rADC值在AS骶髂關節(jié)炎中作用。

目前用于評價AS骶髂關節(jié)炎活動性的MRI序列主要包括：T1WI增強掃描、FS-T2WI及DWI。AS骶髂關節(jié)炎活動期，炎性細胞和血管源性水腫導致血流灌注增加，微血管結(jié)構(gòu)破壞，行T1WI增強掃描，活動性炎癥區(qū)域明顯強化[28]。動態(tài)對比增強掃描，可以繪制出病變區(qū)的時間-信號強度曲線，可對炎性病變的嚴重程度進行定量分析，然而，該檢查需要靜脈注射對比劑，可能出現(xiàn)過敏反應及腎源性系統(tǒng)性纖維化風險，同時增加了掃描時間。FS-T2WI是診斷脊柱關節(jié)病骨炎非常敏感的成像序列，活動性骶髂關節(jié)炎在FS-T2WI上表現(xiàn)為明顯高信號，然而FS-T2WI不能定量分析病變的嚴重程度，不利于準確評價AS的治療反應。DWI無需對比劑，掃描時間短，可以對活動性炎癥進行定量分析，與BASDAI評分具有較好的相關性，是評價AS骶髂關節(jié)炎非常有價值的成像方法之一。在DWI上活動性炎癥表現(xiàn)為明顯高信號，而病變的ADC值升高，這與DWI的“T2穿透效應”有關，同時，細胞毒性水腫、高細胞密度和高黏度可能也是導致病變區(qū)DWI上呈高信號的原因[29]。

本研究具有一定的局限性：(1)樣本量相對較小，有必要進行大樣本的研究進一步證實DWI判斷AS骶髂關節(jié)炎活動性的價值。(2)不同醫(yī)師判斷AS臨床活動性的一致性尚未評價。(3)ADC值的變化并沒有相應組織病理學對照研究，然而臨床工作中并不推薦骶髂關節(jié)活檢評價AS活動性。(4)本研究并未觀察與骶髂關節(jié)炎活動性相關的其他結(jié)構(gòu)，如滑膜、軟骨、韌帶及周圍軟組織病變。(5)治療方法及治療時間對ADC值的影響，尚未評價。

綜上，本研究結(jié)果表明DWI有助于定量評價AS骶髂關節(jié)炎的活動性?；顒咏MADC值及rADC值顯著高于穩(wěn)定組。