擴(kuò)散加權(quán)成像ADC值在滑膜炎診斷及分級中的應(yīng)用＊

劉開放 孟 婕 周 楠 趙 成 魏 禺 何 健 孫凌云 周正揚,*

1.南京醫(yī)科大學(xué)鼓樓臨床醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像科(江蘇 南京 210008)

2.南京醫(yī)科大學(xué)鼓樓臨床醫(yī)學(xué)院風(fēng)濕免疫科(江蘇 南京 210008)

滑膜炎被認(rèn)為是類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA)的病理核心，通常在疾病早期出現(xiàn)[1]。如果滑膜炎沒有被阻止，滑膜細(xì)胞增殖，滑膜血管翳會損害軟骨和骨骼等組織[2]。因此，滑膜炎的診斷和分級對于RA患者的診療有十分重要的意義。對比增強磁共振成像被認(rèn)為是評價滑膜炎的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但是因為需要注射造影劑，可能會導(dǎo)致一些不良反應(yīng)[3]。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是一種無創(chuàng)、無需使用對比劑的磁共振功能成像技術(shù)，可以通過表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值定量地反映水分子的擴(kuò)散程度[4]。本研究旨在探討DWI-ADC值在滑膜炎的診斷及分級中的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 病例資料前瞻性收集2018年10月至2019年10月間，確診或者疑似RA的患者29例。本研究最終入組29例患者，其中男2例，女27例，年齡19～63歲，平均年齡(44±13)歲。本研究經(jīng)醫(yī)學(xué)倫理審查委員會審查批準(zhǔn)，受試者均簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：初次發(fā)病，至少有1個關(guān)節(jié)腫痛、無其他疾病可以解釋；臨床確診或者疑似類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎受試者(診斷標(biāo)準(zhǔn)為2010美國風(fēng)濕病學(xué)會與歐洲抗風(fēng)濕病聯(lián)盟(ACR-EULAR)共同制定的RA新分類標(biāo)準(zhǔn)評分)；首次就診行MRI檢查(包含DWI序列)；臨床資料完整，包括患者性別、年齡、身高及相關(guān)免疫組化信息。

排除標(biāo)準(zhǔn)：有腎功能不全或有造影劑過敏史者；有MRI檢查禁忌證的受試者(如幽閉恐懼癥、心臟起搏器或金屬植入物等)或懷孕的受試者；急性創(chuàng)傷受試者。

1.2 檢查方法MRI檢查使用3.0T MR掃描儀(Ingenia 3.0T；Philips Medical Systems，Best，The Netherlands)進(jìn)行，使用膝關(guān)節(jié)線圈覆蓋慣用或疼痛的單個手腕。患者采取俯臥位，頭先進(jìn)。掃描參數(shù)：冠狀位T2WI-SPAIR序列，TR為3280ms，TE為80ms，視野150mm×240mm，矩陣252×327，層厚為2mm，層間距為0.2mm，激勵次數(shù)1；冠狀位DWI序列，TR為4000ms，TE為51ms，視野為150mm×244mm，矩陣為64×101，層厚為3mm，層間距0.3mm，激勵次數(shù)2；b值分別為0、800s/mm2；冠狀位T1WI增強MR序列，TR為4.8ms，TE為2.3ms，視野為240mm×152mm，矩陣為152×208，層厚6mm，層間距－3mm，激勵次數(shù)2；以3.0mL/s的速度注射造影劑(0.2mg/kg，gadodiamide；GE Healthcare Ireland，Shanghai，China)，隨后高壓注射器(Medrad Spectris Solaris EP MR Injector System，Indianola，Pa)注射15mL生理鹽水。

1.3 圖像分析所有的DWI原始圖像都傳輸?shù)斤w利浦后處理工作站，自動生成相應(yīng)ADC圖；評價部位包括尺橈骨遠(yuǎn)側(cè)關(guān)節(jié)、橈腕關(guān)節(jié)、腕骨間關(guān)節(jié)、第1～5腕掌關(guān)節(jié)、第1～5掌指關(guān)節(jié)、第1～5近端指間關(guān)節(jié)。勾畫方式：參照T2W-SPAIR序列，在ADC圖上采用多邊形的感興趣區(qū)(regions of interest，ROI)，分別由兩2位分別具有3和7年肌骨MR診斷經(jīng)驗影像科醫(yī)生獨立測量每例病灶圖像的ADC值(包括平均ADC值和最小ADC值)，2位醫(yī)生僅知道病灶位置，不知道病灶的強化程度。病灶(可疑的滑膜炎或者積液)的強化程度由另一位具有15年肌骨MR診斷經(jīng)驗影像科醫(yī)生進(jìn)行評分，評分標(biāo)準(zhǔn)為修改過的RAMRIS(RA-MRI-Scoring) 評分系統(tǒng)；按照強化程度將病灶分為0、1、2和3分，分別代表積液(無強化)、輕度滑膜炎(輕度強化)、中度滑膜炎(中度強化)和重度滑膜炎(重度強化)。1～3分代表滑膜炎(強化)。最終的ADC值結(jié)果采用兩位醫(yī)生測量值的平均值，2位醫(yī)生的結(jié)果用于觀察者間一致性分析。

1.4 統(tǒng)計分析采用SPSS 22.0和MedCalc 15.2軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。對變量首先進(jìn)行正態(tài)性檢驗，如果符合正態(tài)分布，以()表示；評分0組和評分(1～3)組兩組之間的ADC值(包括平均和最小ADC值)采用獨立樣本t檢驗(評分0組vs.評分1～3組)；用χ2分析(ANOVA)進(jìn)行不同強化程度間的ADC值(包括平均和最小ADC值)分析(評分0組、評分1組、評分2組和評分3組；四組間比較采用ANOVA)，兩兩比較采用Bonferroni法(評分0組vs.評分1組，評分0組vs.評分2組，評分0組vs.評分3組，評分1組vs.評分2組，評分1組vs.評分3組，評分2組vs.評分3組)；Spearman檢驗用于分析ADC值與不同強化程度之間的相關(guān)性；用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線和ROC曲線下面積(area under the ROC curve，AUC)分析擴(kuò)散加權(quán)成像ADC值的診斷效能，另外使用DeLong檢驗比較平均ADC值和最小ADC值的AUC。組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)用于一致性分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 評分結(jié)果29例患者一共發(fā)現(xiàn)有173個關(guān)節(jié)存在可疑滑膜炎或積液病灶，在這些病灶進(jìn)行勾畫感興趣區(qū)(ROI)，ROI的平均面積為16.2mm2(范圍：10.0～36.5mm2)，其中0分(67個)，1分(41個)，2分(21個)及3分(44個)；典型病灶如圖1和圖2所示。

2.2 ADC值在積液和滑膜炎中的差異評分0組的平均ADC值和最小ADC值均高于評分1～3組，差異有統(tǒng)計學(xué)差異[平均ADC值：(1.93±0.21)×10-3vs.(1.49±0.21)×10-3mm2/s，t=13.40，P＜0.001；最小ADC值：(1.34±0.26)×10-3vs.(1.02±0.32)×10-3mm2/s，t=6.87，P＜0.001]。

2.3 ADC值在不同強化程度滑膜炎中的差異ANOVA分析顯示不同強化程度滑膜炎間的ADC值(包括平均和最小ADC值)差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(評分0組、評分1組、評分2組和評分3組；四組間比較P＜0.001)；兩兩比較結(jié)果顯示，ADC值(平均和最小ADC值)在大部分評分組別中有顯著性差異(評分0組vs.評分1組，評分0組vs.評分2組，評分0組vs.評分3組，評分1組vs.評分3組，評分2組vs.評分3組；P均＜0.05)；在區(qū)分評分1組與評分2組時，平均ADC值和最小ADC值沒有顯著性差異(P=0.811，1.00)，見表1。

表1 不同強化程度滑膜炎的平均和最小ADC值

2.4 ADC值與不同強化程度評分滑膜炎的相關(guān)性由圖3可知，平均ADC值、最小ADC值與強化程度評分有顯著負(fù)相關(guān)(r=－0.740，P＜0.001；r=－0.549，P＜0.001)。

2.5 ADC值診斷不同強化程度滑膜炎的ROC曲線分析ROC曲線分析結(jié)果顯示，在鑒別不同強化程度滑膜炎時平均ADC值的AUC均大于最小ADC值的AUC(表2)；鑒別滑膜炎(評分1～3組)和積液(評分0組)時，平均ADC值的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性及AUC值為84.9%、92.5%、88.4%和0.939，最小ADC值的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性及AUC值為63.2%、85.1%、71.7%和0.798(圖4)，平均ADC值的AUC大于最小ADC值的AUC，二者差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.001)。

圖3 不同強化程度評分滑膜炎與平均ADC值和最小ADC值的相關(guān)性。圖4 ROC曲線分析顯示在鑒別滑膜炎和積液時，平均ADC值和最小ADC值的AUC值分別為0.939和0.798。

2.6 一致性分析平均ADC值的觀察者間的ICC(95%置信區(qū)間)為0.967(0.956～0.975)；最小ADC值的觀察者間的ICC(95%置信區(qū)間)為0.810(0.752～0.856)。

3 討 論

DWI是反映水分子在生物組織擴(kuò)散運動的功能成像技術(shù)，它可以通過ADC值定量反映水分子擴(kuò)散的快慢；DWI信號強度取決于水分子擴(kuò)散受限程度，ADC值可以量化自由水在生物組織中的運動，直接反映水生物組織的微觀結(jié)構(gòu)和功能變化。平均ADC值代表的是病灶內(nèi)水分子的平均擴(kuò)散狀態(tài)，最小ADC值代表的是病灶內(nèi)的水分子最小擴(kuò)散狀態(tài)[5]。DWI成像技術(shù)不需要造影劑，是臨床常用的功能成像，在腫瘤的診斷、分級及預(yù)后評估等方面均有廣泛應(yīng)用[6-7]。

滑膜炎的早期診斷與治療可以顯著改善RA患者的長期預(yù)后，對于臨床十分重要。然而，目前滑膜炎的磁共振成像，主要依賴于靜脈注射含釓造影劑的增強磁共振成像，但是有一部分患者，由于存在過敏反應(yīng)或者腎功能損傷病史，不能或者不愿意接受靜脈造影劑注射，所以需要一種不使用造影劑的磁共振技術(shù)用于滑膜炎成像。Li等[8]研究發(fā)現(xiàn)，DWI在滑膜炎診斷中表現(xiàn)良好，可以代替增強磁共振用于滑膜炎成像。先前的一些研究報道，ADC可以作為炎癥的成像指標(biāo)[9]，ADC值可以通過量化滑膜炎的微結(jié)構(gòu)的變化提示炎癥。滑膜炎發(fā)生時，滑膜襯里增生，炎性細(xì)胞浸潤明顯導(dǎo)致細(xì)胞外空間縮小，限制了水分子擴(kuò)散，并且由于大量小血管形成，對水分子的吸附作用變強，也限制了水分子的擴(kuò)散，并且隨著滑膜炎程度增加，擴(kuò)散受限程度增加。在積液中的水分子比滑膜中的水分子運動更自由，擴(kuò)散受限程度小。水分子擴(kuò)散受限程度越大，DWI信號越高，相應(yīng)的ADC值越低。

表2 ADC值鑒別不同強化程度滑膜炎的ROC曲線分析

本研究結(jié)果顯示，滑膜炎的平均和最小ADC值均低于積液，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，這與之前的一些研究結(jié)果一致[10-11]?？赡苁怯捎谘装Y細(xì)胞增生及大量微血管形成，阻礙了水分子的擴(kuò)散運動，導(dǎo)致滑膜炎擴(kuò)散受限。以往關(guān)于滑膜炎的研究大部分是基于平均ADC值。Barendregt等[12]在膝關(guān)節(jié)滑膜炎的研究中，滑膜炎ADC值為1.49×10-3mm2/s，這與我們的結(jié)果(1.49±0.21×10-3mm2/s)幾乎一致；然而Neubauer等[10]的研究結(jié)果顯示，滑膜炎ADC值為2.12×10-3mm2/s,高于我們的研究結(jié)果，Barendregt等[12]認(rèn)為導(dǎo)致這種差異的原因，可能是由于使用了不同的b值(50、600s/mm2vs.0～50、800～1000s/mm2)。另外Neubauer等[10]在研究中使用了1.5和3.0兩種MRI儀器。在另外一項研究中[11]，滑膜炎ADC值為1.92×10-3mm2/s，高于本研究結(jié)果，但是該研究僅僅是基于8個感興趣區(qū)(ROI)得出的結(jié)果，本研究中ROI為173個。在不同的研究中，不同的研究人群、不同的硬件和軟件設(shè)置以及感興趣區(qū)域的勾畫等因素都可能引起定量參數(shù)的變化。Li等[8]研究結(jié)果顯示，b=800s/mm2時DWI圖像表現(xiàn)出較好的診斷效能，因此本研究b值取0、800s/mm2。

本研究相關(guān)性分析顯示，平均ADC值、最小ADC值與強化程度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=－0.740，P＜0.001；r=-0.549，P＜0.001)，這和先前的一些研究結(jié)果相符[13-14]。在先前的大部分研究中，因為臨床實踐困難或因為倫理原因，未獲得患者組織學(xué)結(jié)果。陳悅熙等[15]研究表明，擴(kuò)散加權(quán)成像的ADC值與滑膜炎的病理評分呈負(fù)相關(guān)，并且滑膜炎病理評分為3分的ADC值為1.425，這與本研究結(jié)果非常相近，陳悅熙等[15]認(rèn)為滑膜炎的評分越高、ADC值越低的原因是因為炎性細(xì)胞增生及微血管增多，水分子的運動會受到限制。本研究結(jié)果顯示，ADC值(包括平均和最小ADC值)在兩兩比較中，在大部分組別中均有統(tǒng)計學(xué)差異(評分0組vs.評分1組，評分0組vs.評分2組，評分0組vs.評分3組，評分1組vs.評分3組，評分2組vs.評分3組，P均＜0.05)，ADC值在區(qū)分評分1組與評分2組時存在困難，這點在先前的報道中有過相似結(jié)果[13]，Barendregt等[13]認(rèn)為使用DWI和ADC圖鑒別輕度滑膜炎存在很大挑戰(zhàn)。

本研究結(jié)果顯示，在區(qū)分不同的強化組別時(除評分1組vs.評分2組)，平均和最小ADC值均有顯著性差異(P＜0.001)，并且平均ADC值與最小ADC值的AUC均大于或等于0.700，二者均表現(xiàn)出良好的診斷效能。在鑒別評分0組與評分1～3組時，平均ADC值的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性及AUC(84.9%、92.5%、88.4%、0.939)，高于最小ADC值的敏感性、特異性、準(zhǔn)確性及AUC(63.2%、85.1%、71.7%、0.798)。Li等[8]發(fā)現(xiàn)DWI檢測滑膜炎的敏感性、特異性分別為75.6%、89.3%，低于本研究結(jié)果，但是他們僅僅是用了DWI原始圖像分析，并沒有使用ADC值。Qu等[3]的研究結(jié)果表明DWI聯(lián)合ADC分別圖鑒別滑膜炎的敏感性、特異性和AUC分別達(dá)到了91%、90%和0.974，敏感性大于本研究結(jié)果，特異性低于本研究結(jié)果，因為Qu等[3]的研究未進(jìn)行一致性分析，因此暫時不能進(jìn)一步對比分析。本研究結(jié)果的ICC為0.810～0.967，顯示出較好的一致性，另外本研究還進(jìn)行了其他組的兩兩比較，平均ADC值與最小ADC值均顯示出較好的診斷效能，在區(qū)分評分0組與評分1組時，平均ADC值與最小ADC值的AUC分別為0.908、0.700，輕度或者早期滑膜炎的診斷對臨床也十分重要，ADC值對此可以提供一些有用的信息。

本研究的局限性：(1)由于臨床實踐困難，本研究缺乏組織病理學(xué)研究，沒有獲得滑膜炎的病理，但本研究結(jié)果與陳悅熙等[15]的研究結(jié)果非常接近。(2)人為勾畫ROI可能會有存在一定主觀因素，但是本研究一致性分析顯示，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)優(yōu)異。

綜上所述，擴(kuò)散加權(quán)成像ADC值無創(chuàng)、無需使用對比劑，臨床操作方便，期望能在早期RA病人臨床不能明確診斷情況下，通過擴(kuò)散加權(quán)成像的ADC值對滑膜炎進(jìn)行診斷及分級，有望幫助臨床用類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的早期診斷及治療評估。