劉 超，陳 嬌，劉紹偉

（南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院放射科，南京 210029）

0 引言

股骨頭壞死是骨科常見(jiàn)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(guó)非創(chuàng)傷性股骨頭壞死患者已達(dá)近800多萬(wàn)，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(biāo)準(zhǔn)包括：臨床綜合癥狀、MRI 影像檢查結(jié)果、X 射線(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)的前2 條即可確診為股骨頭壞死，其余診斷標(biāo)準(zhǔn)為輔助診療的依據(jù)[3]。在股骨頭壞死的診斷標(biāo)準(zhǔn)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(píng)估股骨頭壞死最常用的影像學(xué)手段，但其為定性診斷，有一定主觀性且缺乏量化標(biāo)準(zhǔn)，不能準(zhǔn)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(guò)一次掃描生成8 組對(duì)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(shí)獲得病變組織的特征性弛豫值，還能對(duì)病變組織在不同時(shí)期的病理變化進(jìn)行定量評(píng)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(yīng)用國(guó)內(nèi)外還鮮有報(bào)道，因此本研究旨在探討MAGiC 序列對(duì)股骨頭壞死的定量診斷價(jià)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(guò)臨床病史、臨床癥狀及常規(guī)影像學(xué)方法（X 射線(xiàn)、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?。┑捏y關(guān)節(jié)MAGiC 序列圖像資料，包括壞死髖關(guān)節(jié)、正常髖關(guān)節(jié)（單側(cè)股骨頭壞死患者的健側(cè)髖關(guān)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(gè)、股骨頸30 個(gè)，股骨頭壞死患者壞死區(qū)83 個(gè)（其余1 個(gè)因圖像質(zhì)量欠佳未納入統(tǒng)計(jì)），因31 個(gè)壞死區(qū)無(wú)明顯股骨頸骨髓水腫，故水腫區(qū)為52 個(gè)。

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(xiàn)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(fù)時(shí)間640 ms，回波時(shí)間10 ms）、冠狀位T2WI-FS（重復(fù)時(shí)間3 228 ms，回波時(shí)間84 ms），軸位T2WI-FS（重復(fù)時(shí)間1 907 ms，回波時(shí)間84 ms），軸位MAGiC（重復(fù)時(shí)間9 500 ms，回波時(shí)間23/117 ms）。

1.3 MR 圖像數(shù)值測(cè)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(tái)MAGiC 處理軟件包內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，手工繪制ROI。ROI 選取如下：（1）患者健側(cè)髖關(guān)節(jié)的股骨頭及股骨頸，測(cè)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(cè)量同一區(qū)域的T1、T2、PD 值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。以Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)分析患者健側(cè)股骨頭及股骨頸計(jì)量資料的正態(tài)性，以Kolmogorov-Smirnov 檢驗(yàn)分析患者股骨頭壞死區(qū)及股骨頸骨髓水腫區(qū)計(jì)量資料的正態(tài)性，符合正態(tài)分布的計(jì)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(jì)量資料行配對(duì)t檢驗(yàn)；壞死區(qū)與正常股骨頭、水腫區(qū)與正常股骨頸的計(jì)量資料行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。對(duì)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)繪制ROC 曲線(xiàn)，計(jì)算其敏感度、特異度，評(píng)價(jià)其診斷股骨頭壞死的效能，并通過(guò)約登指數(shù)找出相對(duì)應(yīng)的閾值。AUC 比較采用Delong 檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(guān)節(jié)股骨頭T2值明顯高于股骨頸，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(jì)學(xué)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(jì)學(xué)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(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。詳見(jiàn)表1～4。

表1 正常髖關(guān)節(jié)股骨頭與股骨頸定量值比較（±s）

表1 正常髖關(guān)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(shí)存在股骨頭壞死和骨髓水腫。

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2.2 T1、T2 及PD 值對(duì)股骨頭壞死的診斷價(jià)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(duì)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(duì)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(xiàn)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(xiàn)

壞死區(qū)T1、T2、PD 值判斷正常股骨頭和壞死股骨頭的截?cái)嘀捣謩e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?cái)嘀捣謩e為584 ms 和86 pu。經(jīng)Delong 檢驗(yàn)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(jì)學(xué)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=0.902，P=0.367）；T1值對(duì)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(jì)學(xué)意義（Z=3.101，P=0.002），T1值對(duì)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(gè)壞死股骨頭中，Ⅰ期17 個(gè)、Ⅱ期25 個(gè)、Ⅲ期（如圖2 所示）38 個(gè)、Ⅳ期3 個(gè)（因不具有代表性，未納入進(jìn)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)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(jiàn)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(gè)股骨頭壞死中，骨髓水腫區(qū)52 個(gè)，水腫發(fā)生率為62.7%。其中ARCOⅠ期水腫9 個(gè)，發(fā)生率為52.9%（9/17）；Ⅱ期水腫（如圖3 所示）12 個(gè)，發(fā)生率為48.0%（12/25）；Ⅲ期水腫31 個(gè)，發(fā)生率為81.6%（31/38）；Ⅳ期0 個(gè)。Ⅰ期T1、T2、PD 值均最低，Ⅱ期T1、T2、PD 值均最高。詳見(jiàn)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(diǎn)，僅通過(guò)一次多動(dòng)態(tài)和多回波序列的掃描就能重建出具有多種不同對(duì)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(shí)間T1、T2，相應(yīng)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(lái)，隨著MAGiC 技術(shù)的不斷發(fā)展，其在骨骼、肌肉組織中的應(yīng)用逐漸增多[9]，包括脊柱、膝關(guān)節(jié)、肌肉等組織，多項(xiàng)研究表明MAGiC 合成圖像與常規(guī)MRI 在對(duì)骨骼、韌帶、半月板病變的診斷準(zhǔn)確性上是一致的[10-16]，且MAGiC 序列測(cè)量各定量值的可重復(fù)性好，不同觀察者對(duì)定量值測(cè)量具有較好的一致性，臨床應(yīng)用可行性較高[14，17]。對(duì)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(duì)是否合并骨性關(guān)節(jié)炎亦能準(zhǔn)確判斷，并對(duì)股骨頭壞死的定性診斷與傳統(tǒng)序列準(zhǔn)確性一致。

MAGiC 序列可在定性診斷股骨頭壞死的同時(shí)產(chǎn)生定量數(shù)據(jù)，可進(jìn)一步對(duì)不同ARCO 分期的股骨頭壞死患者的定量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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?cái)嘀?，根?jù)測(cè)量的定量數(shù)值即可對(duì)股骨頭壞死進(jìn)行分期，而不需要依賴(lài)X 射線(xiàn)及CT 的輔助。還可對(duì)比同一患者治療前后的定量數(shù)據(jù)，以評(píng)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(guān)節(jié)股骨頭與股骨頸的T2值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(jìn)行比較，水腫區(qū)與股骨頸定量值進(jìn)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(xiàng)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(duì)股骨頭壞死進(jìn)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的結(jié)果，與既往研究[4]定性診斷股骨頸水腫時(shí)T2WI 序列最敏感的結(jié)論不一致，可能部分T2WI 稍高信號(hào)并非為骨髓水腫，因?yàn)楣晒穷^壞死患者中年輕人較多，稍高信號(hào)可能為正常紅骨髓信號(hào)；也可能因?yàn)榇蟛糠止晒穷i水腫為輕度，T2值較正常值為輕度升高，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)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(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)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?yàn)锳RCO 分期的Ⅰ期股骨頭表現(xiàn)為靜脈擴(kuò)張、靜脈竇充血及間質(zhì)水腫，此時(shí)X 射線(xiàn)與CT 上均無(wú)法顯示骨質(zhì)改變，而MRI 表現(xiàn)為T(mén)1WI 稍低信號(hào)，T1值增大，T2WI 及PDWI 稍低信號(hào)，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(kuò)大，局部呈囊性病變，此時(shí)T1信號(hào)進(jìn)一步降低，T1值進(jìn)一步增大；T2及PD 信號(hào)進(jìn)一步降低，T2、PD 值進(jìn)一步減小。ARCO Ⅳ期為在股骨頭壞死Ⅲ期的基礎(chǔ)上并發(fā)骨性關(guān)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(guān)節(jié)間隙狹窄[3]，此期股骨頭改變與Ⅲ期相仿，推測(cè)Ⅲ期與Ⅳ期T1、T2、PD 值可能無(wú)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(yuǎn)高于Ⅰ期和Ⅳ期，而本研究結(jié)果為Ⅲ期水腫發(fā)生率遠(yuǎn)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(cè)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(zhǔn)確的結(jié)論，需進(jìn)一步擴(kuò)大各期樣本量，并采用定量評(píng)估的方式以得到更合理準(zhǔn)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(zhǔn)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(jì)學(xué)意義需進(jìn)一步研究。MAGiC 序列除了進(jìn)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(píng)估方面有較好的應(yīng)用前景，尤其是對(duì)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(duì)股骨頭壞死的診斷提供可量化依據(jù)。