MR 集合序列定量診斷股骨頭壞死的價值

劉 超，陳 嬌，劉紹偉

（南京中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院放射科，南京 210029）

0 引言

股骨頭壞死是骨科常見的疾病，根據(jù)病因分為創(chuàng)傷性股骨頭壞死及非創(chuàng)傷性股骨頭壞死[1]，截至2015 年我國非創(chuàng)傷性股骨頭壞死患者已達近800多萬，男性患者數(shù)量約為女性患者的2 倍[2]。股骨頭壞死的診斷標準包括：臨床綜合癥狀、MRI 影像檢查結(jié)果、X 射線影像檢查結(jié)果、CT 掃描征象、放射性核素檢查結(jié)果、骨組織活檢及病理檢查結(jié)果、數(shù)字減影血管造影結(jié)果，通常符合診斷標準的前2 條即可確診為股骨頭壞死，其余診斷標準為輔助診療的依據(jù)[3]。在股骨頭壞死的診斷標準中，常規(guī)MRI 影像為臨床診斷股骨頭壞死的重要依據(jù)[4-5]，其是目前臨床評估股骨頭壞死最常用的影像學手段，但其為定性診斷，有一定主觀性且缺乏量化標準，不能準確反映股骨頭壞死的程度。MR 集合（magnetic resonance image compilation，MAGiC）序列是一種全新序列，能夠通過一次掃描生成8 組對比圖像及5 組定量圖像[6]，不僅能在定性診斷股骨頭壞死的同時獲得病變組織的特征性弛豫值，還能對病變組織在不同時期的病理變化進行定量評估，從而提供股骨頭壞死不同分期的定量依據(jù)，而MAGiC 序列在股骨頭壞死中的應用國內(nèi)外還鮮有報道，因此本研究旨在探討MAGiC 序列對股骨頭壞死的定量診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2022 年2 月至2023 年8 月在我院通過臨床病史、臨床癥狀及常規(guī)影像學方法（X 射線、CT 及常規(guī)MRI 序列）確診為股骨頭壞死的57例患者（30 例單側(cè)患病，27 例雙側(cè)患病）的髖關節(jié)MAGiC 序列圖像資料，包括壞死髖關節(jié)、正常髖關節(jié)（單側(cè)股骨頭壞死患者的健側(cè)髖關節(jié)）的MAGiC序列圖像。其中男46 例、女11 例，年齡18～65 歲，平均（34±11）歲。本研究最終納入正常股骨頭30 個、股骨頸30 個，股骨頭壞死患者壞死區(qū)83 個（其余1 個因圖像質(zhì)量欠佳未納入統(tǒng)計），因31 個壞死區(qū)無明顯股骨頸骨髓水腫，故水腫區(qū)為52 個。

1.2 檢查方法

患者均采用仰臥位平掃檢查。儀器采用3.0T MR（GE SIGNA Architect），16 通道腹部相控陣線圈。掃描參數(shù)：層厚為2 mm，層間距為1 mm。掃描序列：冠狀位T1WI（重復時間640 ms，回波時間10 ms）、冠狀位T2WI-FS（重復時間3 228 ms，回波時間84 ms），軸位T2WI-FS（重復時間1 907 ms，回波時間84 ms），軸位MAGiC（重復時間9 500 ms，回波時間23/117 ms）。

1.3 MR 圖像數(shù)值測量

由2 名診斷醫(yī)師參照T1WI 及T2WI-FS 圖像共同確定感興趣區(qū)（region of interest，ROI），在GE 主臺MAGiC 處理軟件包內(nèi)進行測量，手工繪制ROI。ROI 選取如下：（1）患者健側(cè)髖關節(jié)的股骨頭及股骨頸，測量同一區(qū)域的T1、T2、質(zhì)子密度（proton density，PD）值；（2）患者的股骨頭壞死區(qū)及骨髓水腫區(qū)，測量同一區(qū)域的T1、T2、PD 值。

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 26.0 統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)分析。以Shapiro-Wilk 檢驗分析患者健側(cè)股骨頭及股骨頸計量資料的正態(tài)性，以Kolmogorov-Smirnov 檢驗分析患者股骨頭壞死區(qū)及股骨頸骨髓水腫區(qū)計量資料的正態(tài)性，符合正態(tài)分布的計量資料以xˉ±s表示；健側(cè)股骨頭與股骨頸、壞死區(qū)與水腫區(qū)的計量資料行配對t檢驗；壞死區(qū)與正常股骨頭、水腫區(qū)與正常股骨頸的計量資料行獨立樣本t檢驗。對差異有統(tǒng)計學意義的參數(shù)繪制ROC 曲線，計算其敏感度、特異度，評價其診斷股骨頭壞死的效能，并通過約登指數(shù)找出相對應的閾值。AUC 比較采用Delong 檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 不同部位T1、T2 及PD 值定量結(jié)果比較

正常髖關節(jié)股骨頭T2值明顯高于股骨頸，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）；壞死區(qū)T1值明顯高于正常股骨頭，而T2、PD 值明顯低于正常股骨頭，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）；水腫區(qū)T1值明顯高于正常股骨頸，而PD 值明顯低于正常股骨頸，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）；壞死區(qū)T2、PD 值明顯低于水腫區(qū)，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）。詳見表1～4。

表1 正常髖關節(jié)股骨頭與股骨頸定量值比較（±s）

表1 正常髖關節(jié)股骨頭與股骨頸定量值比較（±s）

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表2 壞死區(qū)與正常股骨頭定量值比較（±s）

表2 壞死區(qū)與正常股骨頭定量值比較（±s）

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表3 水腫區(qū)與正常股骨頸定量值比較（±s）

表3 水腫區(qū)與正常股骨頸定量值比較（±s）

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表4 壞死區(qū)與水腫區(qū)定量值比較（±s）

表4 壞死區(qū)與水腫區(qū)定量值比較（±s）

注：n=52 表示同時存在股骨頭壞死和骨髓水腫。

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2.2 T1、T2 及PD 值對股骨頭壞死的診斷價值

壞死區(qū)T1、T2、PD 值診斷股骨頭壞死的AUC 分別為1.000、0.947 和0.914，敏感度分別為100.0%、89.2%、92.8%，特異度分別為100.0%、96.7%、76.7%，3 種定量值對股骨頭壞死的診斷效能均較高。水腫區(qū)T1、PD 值診斷骨髓水腫的AUC 分別為0.969 和0.797，敏感度分別為90.4%、86.5%，特異度分別為100.0%、60.0%，T1值對骨髓水腫的診斷效能較高。T1、T2、PD 值診斷股骨頭壞死和T1、PD 值診斷股骨頸骨髓水腫的ROC 曲線如圖1 所示。

圖1 T1、T2、PD 值診斷股骨頭壞死和T1、PD 值診斷股骨頸骨髓水腫的ROC 曲線

壞死區(qū)T1、T2、PD 值判斷正常股骨頭和壞死股骨頭的截斷值分別為567 ms、144 ms 和78 pu；水腫區(qū)T1、PD 值判斷正常股骨頸和水腫股骨頸的截斷值分別為584 ms 和86 pu。經(jīng)Delong 檢驗顯示，壞死區(qū)T1值與T2值、T1值與PD 值診斷股骨頭壞死的AUC差異有統(tǒng)計學意義（Z=2.483、2.927，P=0.013、0.003），T2值與PD 值診斷股骨頭壞死的AUC 差異無統(tǒng)計學意義（Z=0.902，P=0.367）；T1值對股骨頭壞死的診斷效能優(yōu)于T2、PD 值。水腫區(qū)T1值和PD 值的AUC差異有統(tǒng)計學意義（Z=3.101，P=0.002），T1值對骨髓水腫的診斷效能優(yōu)于PD 值。

2.3 不同ARCO 分期間T1、T2 及PD 值結(jié)果

根據(jù)股骨頭壞死的ARCO 分期[7]，83 個壞死股骨頭中，Ⅰ期17 個、Ⅱ期25 個、Ⅲ期（如圖2 所示）38 個、Ⅳ期3 個（因不具有代表性，未納入進一步研究）。Ⅰ～Ⅲ期患者平均年齡分別為（34±10）歲、（34±9）歲、（34±13）歲，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），隨著ARCO 分期增加，股骨頭壞死區(qū)T1值逐漸增大，T2、PD 值逐漸減小。詳見表5。

圖2 股骨頭壞死患者壞死區(qū)的CT、MRI 及各定量參數(shù)圖像

表5 ARCOⅠ～Ⅲ期患者股骨頭壞死區(qū)定量值（±s）

表5 ARCOⅠ～Ⅲ期患者股骨頭壞死區(qū)定量值（±s）

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83 個股骨頭壞死中，骨髓水腫區(qū)52 個，水腫發(fā)生率為62.7%。其中ARCOⅠ期水腫9 個，發(fā)生率為52.9%（9/17）；Ⅱ期水腫（如圖3 所示）12 個，發(fā)生率為48.0%（12/25）；Ⅲ期水腫31 個，發(fā)生率為81.6%（31/38）；Ⅳ期0 個。Ⅰ期T1、T2、PD 值均最低，Ⅱ期T1、T2、PD 值均最高。詳見表6。

圖3 股骨頭壞死患者股骨頸骨髓水腫區(qū)的MRI 及各定量參數(shù)圖像

表6 ARCOⅠ～Ⅲ期患者股骨頸骨髓水腫區(qū)定量值（±s）

表6 ARCOⅠ～Ⅲ期患者股骨頸骨髓水腫區(qū)定量值（±s）

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3 討論

3.1 MAGiC 序列概述

MAGiC 序列是一種新型MRI 集合序列，具有掃描速度快、可多組成像等特點，僅通過一次多動態(tài)和多回波序列的掃描就能重建出具有多種不同對比度的圖像。除了常規(guī)T1WI、T2WI、PDWI 等序列，還可以直接獲得反映組織生物物理特性的定量參數(shù)，如弛豫時間T1、T2，相應的弛豫率R1、R2、PD 值等可為疾病的定量診斷提供依據(jù)[8]。近年來，隨著MAGiC 技術的不斷發(fā)展，其在骨骼、肌肉組織中的應用逐漸增多[9]，包括脊柱、膝關節(jié)、肌肉等組織，多項研究表明MAGiC 合成圖像與常規(guī)MRI 在對骨骼、韌帶、半月板病變的診斷準確性上是一致的[10-16]，且MAGiC 序列測量各定量值的可重復性好，不同觀察者對定量值測量具有較好的一致性，臨床應用可行性較高[14，17]。對股骨頭壞死區(qū)及水腫區(qū)在MAGiC 合成圖像中均可清晰顯示，其對是否合并骨性關節(jié)炎亦能準確判斷，并對股骨頭壞死的定性診斷與傳統(tǒng)序列準確性一致。

MAGiC 序列可在定性診斷股骨頭壞死的同時產(chǎn)生定量數(shù)據(jù)，可進一步對不同ARCO 分期的股骨頭壞死患者的定量值進行統(tǒng)計分析，觀察不同分期的T1、T2、PD 值是否有差異，如有差異，則可以得出截斷值，根據(jù)測量的定量數(shù)值即可對股骨頭壞死進行分期，而不需要依賴X 射線及CT 的輔助。還可對比同一患者治療前后的定量數(shù)據(jù)，以評估治療效果。

3.2 股骨頭壞死的定量診斷

本研究發(fā)現(xiàn)，MAGiC 序列所得正常髖關節(jié)股骨頭與股骨頸的T2值差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001）。鑒于股骨頭壞死均發(fā)生于股骨頭，而骨髓水腫基本都位于股骨頸，所以將股骨頭壞死區(qū)與正常股骨頭定量值進行比較，水腫區(qū)與股骨頸定量值進行比較。在壞死區(qū)，T1值明顯增大，T2、PD 值明顯減小（P＜0.001），3項定量值敏感度均較高，T1、T2值特異度較高，其中T1值的診斷效能最優(yōu)，與既往研究[18]中T1WI、T2WI、PDWI 序列圖像對股骨頭壞死進行定性診斷，其中T1WI 圖像最容易顯示股骨頭壞死區(qū)，尤其是較小的病灶也不易漏診的結(jié)果相符。在水腫區(qū)，T1值明顯升高，PD 值明顯降低（P＜0.001），而T2值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），其中T1值的敏感度和特異度均較高，診斷效能最優(yōu)。T2值差異無統(tǒng)計學意義的結(jié)果，與既往研究[4]定性診斷股骨頸水腫時T2WI 序列最敏感的結(jié)論不一致，可能部分T2WI 稍高信號并非為骨髓水腫，因為股骨頭壞死患者中年輕人較多，稍高信號可能為正常紅骨髓信號；也可能因為大部分股骨頸水腫為輕度，T2值較正常值為輕度升高，但差異無統(tǒng)計學意義。本研究顯示，水腫區(qū)的T2、PD 值明顯高于壞死區(qū)（P＜0.05），可鑒別骨壞死與骨髓水腫；T1值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

3.3 不同ARCO 分期間股骨頭壞死定量差異

ARCOⅠ～Ⅲ期患者中，隨著分期的增加，股骨頭壞死區(qū)T1值也逐漸增加，T2、PD 值逐漸降低。因為ARCO 分期的Ⅰ期股骨頭表現(xiàn)為靜脈擴張、靜脈竇充血及間質(zhì)水腫，此時X 射線與CT 上均無法顯示骨質(zhì)改變，而MRI 表現(xiàn)為T1WI 稍低信號，T1值增大，T2WI 及PDWI 稍低信號，T2、PD 值減小。ARCOⅡ～Ⅲ期患者中，軟骨下出現(xiàn)骨折，壞死區(qū)域逐漸擴大，局部呈囊性病變，此時T1信號進一步降低，T1值進一步增大；T2及PD 信號進一步降低，T2、PD 值進一步減小。ARCO Ⅳ期為在股骨頭壞死Ⅲ期的基礎上并發(fā)骨性關節(jié)炎，主要病理改變?yōu)轶y臼囊變，股骨頭及髖臼邊緣骨質(zhì)增生，關節(jié)間隙狹窄[3]，此期股骨頭改變與Ⅲ期相仿，推測Ⅲ期與Ⅳ期T1、T2、PD 值可能無明顯差異。

股骨頭壞死患者骨髓水腫發(fā)生率為62.7%，Ⅰ～Ⅲ期水腫發(fā)生率分別為52.9%、48.0%、81.6%。既往研究[19]發(fā)現(xiàn)，Ⅱ期和Ⅲ期的水腫發(fā)生率遠高于Ⅰ期和Ⅳ期，而本研究結(jié)果為Ⅲ期水腫發(fā)生率遠高于其他期，但Ⅰ期與Ⅱ期發(fā)生率相近，這與既往研究結(jié)果不符，可能為研究樣本量均不夠多。本研究顯示T1值診斷股骨頸水腫的敏感度和特異度最高，而Ⅱ期T1值最高，Ⅰ期和Ⅲ期T1值接近，故推測Ⅱ期患者水腫程度最重，Ⅰ期與Ⅲ期患者水腫程度相近，與之前的研究不符[20]，可能由于之前的研究及本研究樣本量均不足，且ARCO 分期中Ⅰ期與Ⅱ期分期的判定存在主觀差異，故研究間存在較大偏差。為得到更準確的結(jié)論，需進一步擴大各期樣本量，并采用定量評估的方式以得到更合理準確的結(jié)果。

本研究的不足之處在于樣本量較少，尤其是處于股骨頭壞死Ⅰ期和Ⅳ期患者的樣本量較少，不能準確反映患者整體情況；具體各部位T1、T2、PD 值差異是否有統(tǒng)計學意義需進一步研究。MAGiC 序列除了進行疾病診斷之外，還能生成定量數(shù)據(jù)，所以在疾病治療效果評估方面有較好的應用前景，尤其是對ARCOⅠ～Ⅱ期采用保守治療的患者意義重大。

綜上所述，MAGiC 序列的T1、T2、PD 值是反映股骨頭壞死區(qū)的有效量化參數(shù)，T1、PD 值是反映股骨頭水腫區(qū)的有效量化參數(shù)，T2、PD 值是區(qū)別壞死區(qū)與水腫區(qū)的有效量化參數(shù)，可為臨床對股骨頭壞死的診斷提供可量化依據(jù)。