股骨头缺血性坏死的影像学研究现状及进展

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　　摘要：成人股骨头缺血性坏死是常见疾病，早期诊断和疗效评估是其重要的诊疗行为，多种影像学技术的应用为其诊疗提供了重要依据。本文对成人股骨头缺血性坏死不同影像学技术的相关文献进行综述，包括X射线，计算机断层扫描（CT），核磁共振成像（MRI）技术。分析在股骨头缺血性坏死的诊断中不同影像学技术的优缺点、对临床诊疗的作用以及研究现状和进展。
　　关键词：股骨头缺血性坏死;X线;CT;MRI
　　中图分类号：R681.8;R445                             文献标识码：A                             DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.11.014
　　文章编号：1006-1959（2019）11-0048-04
　　Abstract：Adult femoral head avascular necrosis is a common disease. Early diagnosis and evaluation of curative effect are important medical treatments. The application of various imaging techniques provides an important basis for diagnosis and treatment. This article reviews the literature on different imaging techniques for adult femoral head avascular necrosis， including X-ray， computed tomography （CT）， and magnetic resonance imaging （MRI） techniques. To analyze the advantages and disadvantages of different imaging techniques in the diagnosis of femoral head avascular necrosis， the role of clinical diagnosis and treatment， as well as the research status and progress.
　　Key words：Femoral head avascular necrosis;X-ray;CT;MRI
　　股骨頭缺血性坏死（femoral head avascular necrosis，FHAVN）是一种常见的髋关节疾病，血流灌注受损、骨内压增高是坏死的主要原因，好发于30～60岁的男性，若早期未发现，该疾病将可能进展为髋关节骨性关节炎，最终需关节置换[1]。早期发现、准确分期、及时识别股骨头崩塌风险、预测预后，并在此基础上制定适当的治疗计划至关重要，为此，一些已有的以及先进的影像学技术应用一直是FHAVN临床实验的热点。本文对成人FHAVN不同影像学技术的相关文献进行综述，包括X射线，计算机断层扫描（computed tomography，CT），核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术，分析在FHAVN的诊断中不同影像学技术的优缺点、对临床诊疗的作用以及研究现状和进展。
　　1 FHAVN常规X射线的应用现状
　　X线检查是FHAVN诊断的主要依据，它简单、易行、费用低廉，被公认为该病一线影像诊断技术。虽然X线检查对疾病早期变化不灵敏，但是对FHANV的中晚期具有典型的影像特征，因此，用于中晚期患者的筛查，可以避免额外的影像学评估，多采用髋关节正位及“蛙腿”位摄片，这些体位有助于提高病变的显示率和诊断的准确性。疾病从早期到晚期，其典型X线表现特征依次如下：初期时，股骨头内出现散在的斑片状或条带状密度增高区，边界模糊，股骨头外形和关节间隙未见明显改变。中期时，股骨头表面出现塌陷改变（台阶征、阶梯征），亦可出现代表软骨下骨折和坏死骨分离的“新月征”，这些征象是X光片判断股骨头塌陷的早期不可逆转的征象;晚期时，股骨头崩解，其内可见死骨、硬化和透光区，股骨头变扁或变形，内有弥漫或局限性硬化或囊变区，碎块可成为关节腔游离体，髋臼缘和股骨头基底部骨质增生，可有囊变，股骨颈短缩，关节间隙变窄，可有半脱位，呈现骨性关节炎表现[1-3]。实际上，FHAVN在发病后的数月内股骨头外观仍可能保持正常，然而，股骨头内一旦出现囊性病变，这往往被认为是未来塌陷的负性预后因子，而骨关节炎是该病的最终进展[4]。仅18%的病例在X线检查时具有典型的影像学特征而被得到及时诊断和治疗，有些病例在未发展至骨性关节炎的阶段，关节间隙变窄也可能出现，而且可以先于“新月征”，此外，由于存在正常的骨吸收导致骨形成的减少，因而骨修复的X线表现（如硬化）在一些病例中可能并不明显，这些假阴性的表现在临床实践中或许更需要关注，临床疑虑时或许需要采取进一步的影像学检查，以免贻误诊断或不恰当分期。晚期患者中，FHAVN需要与骨性关节炎鉴别，两者影像学鉴别诊断要点为后者典型X表现多以关节间隙变窄及骨赘为主[3]。平片可用来评估FHAVN的严重程度，可以利用病变累及股骨头的范围进行分级;也可以利用在前后位摄片中病变导致的负重区塌陷的百分比来进行分级;还可以在前后位和侧位片中测量和利用股骨头表面弧度的变化，对FHAVN的股骨头损害程度进行分级。 　　总之，与能识别早期无症状患者的更先进的影像技术相比，常规的X线技术可能并不准确、灵敏，但在疾病中后期阶段的评估中仍然具有十分重要的价值。
　　2 FHAVN的CT应用现状及研究进展
　　CT技术具有高空间分辨率，对骨坏死的发现较X线敏感的多，但它仍然主要在疾病的中后期阶段做出准确诊断，而对早期病变敏感度较低。综合文献并结合我们的经验，建议的图像采集方案如下：选用薄层（1～2 mm）和小间距（1～1.5 mm），常采用512×512的矩阵，并相应减少视野（field of view，FOV），多平面重建可以明显提高关节面形态评估的精度。典型的FHAVN在CT中表现为：早期股骨头形态正常，正常时股骨头中心因持重应力的作用骨小梁生理性密度增高呈“星芒征”，当发现骨缺血性坏死时，星芒状骨小梁吸收且不均匀增粗，呈网眼状，或扭曲或消失，有时表现为股骨头单纯硬化病变，内见簇状、条带状和斑片状高密度硬化带影，边缘模糊;中期称为塌陷期，股骨头关节面下见透亮带，即“新月征”，股骨头前上部硬化周围和边缘部出现条带状或类圆形低密度区，内为软组织密度，股骨头轻度塌陷，股骨头皮质皱褶、成角，出现台阶征、裂隙征和碎裂征，关节囊可增厚，关节积液;晚期股骨头塌陷变形，股骨头内不同程度囊变，周围有硬化，塌陷区可见碎骨片和关节游离体，股骨头内的硬化随病程进展可逐渐缩小，或呈高低密度混杂改变，最终出现关节腔积液、关节囊增厚并钙化、关节游离体、关节间隙变窄等继发骨性关节炎的改变[1，3，5]。
　　近年一些文献比较了FHAVN患者的MRI及CT的应用价值，发现相较于MRI，CT在軟骨下骨折的检测方面更具优越[6，7]。另外，Yeh LR[7]等发现假阳性诊断在核磁共振成像中更常见，在Steinberg分期系统中，往往导致将Ⅱ期误评为Ⅲ期，从而影响治疗计划。Barille MF等[8]最近的一项回顾性研究表明，在早期阶段，与MRI相比较，CT漏诊率达80%以上，从而导致CT的早期诊断灵敏度降低。最近，郭山山等[9]的研究发现CT与MRI对FHAVN中后期和晚期的诊断准确率无统计学差异，而MRI对早期和中早期的诊断准确率高于CT。在术后矿化过程、骨科硬件位置和骨痂连续性与否的评价中，多层螺旋CT可以做为优选检查技术，但是存在金属修复体引起伪影时，需要应用特殊的技术调整，例如双能CT技术、能谱CT技术等，以利于增加灵敏度。
　　3 FHAVN常规MRI的应用现状及研究进展
　　MRI被认为是FHAVN早期诊断的金标准检查技术，灵敏度和特异度均可达到90%左右，因此，在早期阶段，临床分期系统均十分重视MRI的应用价值[8，10]。综合文献并结合我们的经验，MRI扫描的建议方案包括T1WI矢状位快速自旋回波序列（FSE）、短时间反转恢复序列（STIR），冠状位和轴位PWI脂肪抑制系列以及T2WI轴位快速自旋回波序列。术后的评估可能还需要利用T2WI精准频率反转恢复序列（spectral adiabatic inversion recovery，SPAIR），因为这个序列受到金属伪影的影响更少，有利于观察金属修复体的骨通道及其周围骨髓腔的信号变化。增强扫描可进一步展现缺乏强化的坏死区及其周边呈环状增强的肉芽组织，但这并不能增加诊断价值，所以常规不进行增强扫描。FHAVN的MRI典型表现从早期至晚期依次如下：超早期MRI可表现正常或只在MRI动态增强扫描时出现强化减弱的“冷点”;早期在T1WI上股骨头负重区（根据关节软骨结构和功能的特点，将股骨头软骨面分为三个部份，外上方与髋臼软骨面相差的压力负重区、压力负重区内侧的非压力负重区和外侧周围的非压力负重区）显示线样低信号，T2WI脂肪抑制呈现高信号;中早期股骨头不变形，关节间隙正常，T1WI上线样低信号范围扩大，典型者表现为新月形边界清楚的不均匀低信号，T2WI显示为中等稍高信号，周围出现典型的双线征;中后期股骨头变形，软骨下骨折、塌陷，新月体形成，T1WI呈带状低信号，T2WI示中等或高信号，由关节积液进入软骨下骨折线的裂隙所致，新月形坏死骨是由于应力性软骨下骨折并与关节软骨分离;后期关节软骨被完全破坏，关节间隙变窄，股骨头显著塌陷变形，表现为髋臼硬化、囊性变及边缘骨赘等非特异性继发性骨关节炎[3，8-11]。
　　MRI平扫时，早期及中早期的股骨头坏死区在T1加权像中出现局限性“带状”低信号是其特征性表现，这些低信号代表着坏死骨组织与活性骨组织之间反应的界面，基于FHAVN延伸的范围和形态不同，低信号影可表现为新月形、蛇形、环形、楔形或地图样，另外，一些患者中可呈现另一个特征性改变，即在T2加权图像的“双线”征，这被认为可能由化学位移伪影引起，影像特点是外边缘由化学位移效应引起的低信号影，内缘为肉芽组织导致的高信号[8，11]。软骨下骨折表现为关节面下平滑的凹向关节面的低信号线，不同于形状不规则、表面凸起的功能不全性骨折，由于积液或气体，骨折间隙在T2WI上的信号强度可能随之变化。另外，FHAVN常见骨髓水肿（bone marrow edema，BME），在T2WI脂肪抑制系列上显示最明显，其程度和范围与FHAVN分期、临床症状及预后密切相关[12]。新近文献报道了不同疼痛分级之间骨髓水肿发生率不同，骨髓水肿的发生与加重预示着股骨头坏死面积增大[13]。
　　MRI除显示骨髓腔信号改变外，也可评估股骨头形态变化，研究表明基于MRI某些征象及其程度以及坏死位置的评估、临床分期、髋关节疼痛等均有可能是股骨头塌陷预测因素，其中坏死体积被认为是最重要的，>23%时股骨头塌陷风险较高，且坏死体积<30%时，股骨头发生塌陷常与坏死位置相关，>30%时两者之间则不存在相关性[14]。MRI也被用于评估疗效，文献报道早期FHAVN在中西医结合治疗后的MRI征象随着临床的Harris评分增加而改善[15]。艾松涛等[16]研究则发现体外高能震波治疗FHAVN的临床评分改善与关节腔积液MRI分级有相关性，而与股骨头的MRI病灶大小变化无相关性。最近的文献认为MRI可准确评估FHAVN的髋臼骨质及软骨受累，为临床是否决定行全髋置换提供依据[3]。 　　4 FHAVN功能MRI的研究进展
　　为了提高MRI在FHAVN检查中的灵敏度、特异度、风险及预后评估能力，各种功能MRI技术也受到了关注，如扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI），灌注成像（perfusion imaging，PWI）和磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）。
　　DWI能描绘水分子运动状态，早前的FHAVN的动物模型证实，FHAVN的DWI短暂扩散受限，紧接着水分子的扩散增快[17]。然而，Ozel BD等[18]临床研究表明，FHAVN水分子扩散运动加快，推测这种现象可能是与骨髓内细胞种类较多、病理过程识别较晚、坏死与修复同时进行的过程中毛细血管增生导致灌注增加有关。另外，ADC值与FHAVN的病程之间相关性仍需商榷，有学者发现FHAVN各阶段扩散状态没有差异[18]。Mueller D等[19]的研究证实了在FHAVN的骨骺与干骺端扩散增快，但未发现短暂性骨髓水肿（transient bone marrow edema，TBME）、FHAVN以及软骨下不全骨折（subchondral insufficiency fractures，SIF）间的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值的差异。也许，DWI在超早期诊断FHAVN的能力以及分期价值尚需进一步探索。
　　骨灌注MR成像可以反映在缺血性骨髓中灌注的改变，骨坏死是与灌注降低有关，而随着坏死的增多，肉芽组织增殖可致血流量增加，目前多利用两种方法，即动态磁敏感对比增强法和动态T1WI增强法，由于骨骼磁敏感伪影较重，前者的应用受到限制，近年来随着MRI软件和硬件的升级，后者进行骨灌注研究逐渐深入。Hayashi S等[20]基于时间信号曲线，发现兔激素性FHAVN模型中初始斜率和增强比的降低与VEGF的增多和DNA氧化损伤相关。最近，Mueller D等[19]发现基于动态T1WI增强扫描MRI，TBME、FHAVN、SIF之间的最大强化值、斜率和达峰时间有统计学差异。张海平等[21]利用药代动力学MRI定量技术，发现转运常数（Ktrans）值与FHAVN的ARCO分期呈正相关性。总之，灌注成像技术或许可以用来分辨FHAVN的不同阶段，观察股骨头的微血管和微循环性状变化。
　　磁共振波谱分析已用于识别骨髓的代谢变化，其内的脂质和水分子在缺血性或代谢紊乱的环境中很容易发生改变，Hou CH等[22]分析了FHAVN患者对侧正常的股骨头MRS，并与正常志愿者对照，得出结果：FHAVN者正常股骨头的脂肪与水的线宽（line width，LW）小于对照组，两组的脂/水比例有临界意义（P=0.06），认为质子MRS可以呈现骨髓内环境的变化，它也许可以做为预测FHAVN发生风险的潜在工具。关于FHAVN的MRS报道较稀少，需要更多研究来支持该技术的临床应用价值。
　　软骨定量MRI，包括T2值图、T2*值图、dGEMIC等，是评价关节软骨成分变化的新技术，冷晓明等[23]发现正常股骨头、ARCOⅠ期和Ⅱ期之间软骨T2值无差异，进展至Ⅲ期T2值升高，提示软骨损害加重，认为能反映股骨头塌陷前的软骨状态，为临床保髋治疗提供一定依据。而潘振宇等[24]利用定量MRI技术检测兔FHAVN模型的骨髓组份和微結构的改变，他们的实验表明股骨头区、骺下区及髓腔骺端的T2、T2*值先下降后部分恢复，与不同阶段的骨髓腔成分及病理变化相关，他们认为T2、T2*值非线性变化可以反映FHAVN不同病程股骨头骨髓组份和骨小梁微结构的动态变化。这种新的MRI定量技术如果展现FHAVN的软骨损害评估、股骨头塌陷风险预测、治疗策略的抉择等方面的潜能，仍然需要临床实践和研究的进一步验证和探索。
　　综上所述，X线、CT、常规MRI在FHAVN的分期、诊疗和随访中均具有十分重要的作用，各有优势，需根据不同的临床症候选择合适的影像学检查方法，并在此基础上制定不同的治疗方案。功能MRI虽然不是FHAVN临床应用的首选检查，但是在FHAVN的微血管性状、微循环灌注、骨组织活性、骨代谢等临床实验和研究方面具有巨大潜力。
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　　收稿日期：2019-3-1;修回日期：2019-3-10
　　编辑/杨倩
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