MRI征象及定量測量壞死體積對非創傷性股骨頭壞死的預測價值

郝　麗，王　琪

（大慶市龍南醫院磁共振影像科，黑龍江 大慶　163453）

MRI征象及定量測量壞死體積對非創傷性股骨頭壞死的預測價值

郝麗，王琪

（大慶市龍南醫院磁共振影像科，黑龍江 大慶163453）

目的：探討分析影響非創傷性股骨頭壞死（Osteonecrosis of the femoral head，ONFH）塌陷的危險因素，評估其預測ONFH塌陷的臨床應用價值。方法：收集經影像學檢查診斷為早期ONFH（ARCOⅠ、Ⅱ）的患者共計112例（152髖），對以上患者進行隨訪觀察。利用X線圖像觀察股骨頭的塌陷情況；利用MRI圖像觀察髖關節的關節腔積液、骨髓腔水腫、壞死區信號特點、壞死部位及壞死形態等指標，并測量股骨頭壞死體積，計算其壞死體積百分比。對分類變量采用卡方檢驗；對計量資料采用獨立樣本T檢驗。對有統計學意義的影像學指標采用Logistic回歸分析其危險因素。結果：112例（152髖）患者發生股骨頭塌陷者62髖，未塌陷者90髖。除塌陷組與未塌陷組間性別（P=0.078）、年齡（P=0.631）、病因（P=0.604）和壞死信號比較（P=0.071）之外，其他各項指標均有顯著的統計學意義。塌陷組及未塌陷組總的壞死體積百分比平均值分別為40.1%±20.1%、18.3%±19.8%；除塌陷組與未塌陷組后內下（PIM）象限比較（P=0.143）之外，其他各象限值均具有統計學意義。ARCO分期、壞死形態、骨髓水腫、總壞死體積百分比、前外上（ASL）象限壞死體積百分比、后外上（PSL）象限壞死體積百分比均具有統計學意義（P值＜0.05）。結論：MRI檢查和測量在ONFH的定量評價和預測塌陷中具有重要的臨床價值，但預測股骨頭塌陷時亦應綜合考慮各種臨床因素影響，從而進一步提高預測的準確性。

股骨頭壞死；磁共振成像

股骨頭壞死（Osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是以中青年好發，由于不同原因引起股骨頭血供中斷或受損，導致骨細胞缺血、壞死、骨小梁斷裂、股骨頭塌陷的一種病變，是骨科領域常見且難治性疾病之一［1］。縱觀ONFH的診療史，髖關節X線攝影和MRI的應用變得越來越重要，已經成為ONFH評估不可缺少的一部分。尤其是MRI檢查，相較X線平片，更能較容易的早期發現沒有明顯臨床癥狀的ONFH。本研究采用Malizos等［2］提出的把股骨頭當作標準的球體并將其均勻的分成八個象限的定量評估方法，測量并計算股骨頭的壞死體積與其百分比，了解壞死病灶的分布情況，量化評估壞死病灶的大小，同時結合MRI顯示的其他征象，旨在探討一種臨床實用和較為準確的預測股骨頭塌陷的影像學方法或生物學指標。

1　材料與方法

1.1一般材料

本研究納入標準：診斷標準參考中華醫學會骨科分會顯微修復學組及中國修復重建外科專業委員會骨缺損及骨壞死學組提出的成人ONFH診療標準專家共識［3］。選取2010年8月—2012年12月在本院經髖關節X線攝影及MRI檢查診斷為早期ONFH（ARCOⅠ、Ⅱ）的患者共計112例（152髖），其中男84例，女28例，平均年齡49歲（24～76歲）；Ⅰ期64髖，Ⅱ期88髖。病因包括激素性壞死34髖，酒精性壞死44髖，特發性壞死70髖，髖關節發育不良性壞死4髖。最短隨訪時間10月，最長隨訪時間42.5月，平均隨訪時間21.6月。

1.2X線攝影與MRI檢查技術

所有患者在首診時均行髖關節X線攝影正、蛙式位攝片以及MRI檢查，在隨診時亦行髖關節X線正、蛙式位攝片，部分患者同時行MRI檢查。MRI成像掃描在1.5T Philips或3.0T Siemens MRI設備下采集完成，其中1.5T 92例，3.0T 20例，患者仰臥位，使用標準體部線圈。評判塌陷的方法：采用數字X線攝影系統在PACS工作站中，由兩名有經驗的醫師評估塌陷情況。根據Aaron等［4］提出，由Nishii等［5］改良的觀測股骨頭塌陷進展的方法，在髖關節X線平片股骨頭上畫同心圓以與股骨頭輪廓保持最大程度的符合度為宜，如果同心圓的外緣超過股骨頭的輪廓，則定義為此股骨頭存在塌陷。MRI測量股骨頭壞死體積方法：將MRI圖像中的股骨頭看作為一個數學概念上的標準球體，分別計算每個象限的壞死體積百分比，即前外上（ASL）、后外上（PSL）、前內上（ASM）、后內上（PSM）、前外下（AIL）、后外下（PIL）、前內下（AIM）、后內下（PIM）8個象限。根據以上所介紹的體積測量法，計算壞死體積百分比，股骨頭總壞死體積百分比（V）=總壞死體積/股骨頭體積×100%，各個象限的壞死體積百分比=每個象限的壞死體積/每個象限的體積×100%。

1.3影像學觀察指標

壞死形態：中心型壞死、周圍型壞死。壞死信號：1類高信號、2類混雜信號、3類低信號。骨髓水腫：骨髓腔有水腫和無水腫兩種狀況。關節腔積液：參照Mitchell等［6］對關節腔液體定量方法：0級：關節腔內無液體；1級：少量液體，僅限于關節腔上、下隱窩內；2級：中等量液體，液體包繞股骨頸周圍；3級：大量液體，液體擴展到關節囊周圍的髂腰肌滑膜囊內。

1.4統計學方法

應用統計學軟件SPSS 20.0版對評估指標進行統計學分析。計數資料和等級資料采用獨立樣本卡方檢驗，計量資料采用獨立樣本T檢驗，評估各觀測指標的統計學意義，對于具有統計學意義的指標作Logistic回歸模型多因素分析，得出哪些觀測指標是危險因素，并分析其對股骨頭塌陷率的影響。

圖1　男，45歲，ARCOⅡ期ONFH的患者。圖1a為2012年3月的X線正位圖像，隨診至2013年6月X線圖像（圖1b）上可見塌陷，塌陷位于上關節面（箭頭指示）。　圖2　面積測量工具（Freehand ROI）沿著圖像中低信號外緣勾勒出股骨頭的壞死區域，從而得出各個層面及象限下壞死區面積的數據。　圖3　右側股骨上段未見骨髓水腫，左側股骨上段可見明顯骨髓水腫。Figure 1.Male，45 years old，the patient of ONFH for ARCOⅡ period：Figure 1a for March 2012 anteroposterior X-ray image，followup to June 2013 appear visible on X-ray images（Figure 1b）collapse，collapse is located on the articular surface（arrows）.　Figure 2.Using the area measurement tools（Freehand ROI）outlining along the outer edge of the image sketched out a low signal area of necrosis of the femoral head，so as to arrive at all levels and lower quadrants necrotic area data.　Figure 3.　The upper segment of right femur has no bone marrow edema，the bone marrow edema of left femur can be seen clearly.

2　結果

2.1隨訪結果及MRI征象評估

112例（152髖）患者平均隨訪時間為21.6月（10～42.5月）。發生股骨頭塌陷者有62髖，未塌陷者90髖。除塌陷組與未塌陷組間性別（P=0.078）、年齡（P=0.631）、病因（P=0.604）和壞死信號比較（P= 0.071）之外，其他各項指標均有顯著的統計學意義（P＜0.000 1）（表1）。

圖4　圖4a示右髖關節積液Ⅰ級，左髖關節積液Ⅱ級。圖4b示右髖關節積液0級，左髖關節積液Ⅲ級。　圖5　右側ONFH病灶為周圍型壞死，左側ONFH病灶為中央型壞死（箭頭所示）。　圖6　Malizos等提出的八分法股骨頭示意圖，將其當作為一個標準的球體。Figure 4.　Figure 4a shows right hip joint effusion gradeⅠ，left hip joint effusion gradeⅡ；Figure 4b shows right hip joint effusion grade 0，the left hip gradeⅢ.　Figure 5.　The lesion of right ONFH was peripheral necrosis，the lesion of left ONFH was central necrosis（arrows）.　Figure 6.　Eighth schematic femoral head proposed by Malizos，which was used as a standard ball.

表1　塌陷組與未塌陷組各指標的統計結果

2.2股骨頭總壞死體積及各個象限壞死體積百分比塌陷組62髖中，總的壞死體積百分比平均值為40.1%±20.1%，未塌陷組90髖中，平均壞死百分

比為18.3%±19.8%。結果表明，除塌陷組與未塌陷組PIM象限比較（P=0.143）之外，其他各象限值均具有統計學意義（表2）。

表2　股骨頭總壞死體積百分比與各象限壞死體積百分比在塌陷組與非塌陷組的比較

2.3股骨頭塌陷危險因素Logistic回歸分析結果

結果表明，ARCO分期、壞死形態、骨髓水腫、總壞死體積百分比、ASL象限壞死體積百分比、PSL象限壞死體積百分比均具有統計學意義（P＜0.05）。總壞死體積百分比、ASL象限壞死體積百分比、PSL象限壞死體積百分比則是股骨頭壞死塌陷的危險因素。另外，ARCO分期、壞死形態、骨髓水腫的相對危險度（OR值）均為0.2左右，而總壞死體積百分比、ASL象限壞死體積百分比、PSL象限壞死體積百分比的OR值均＞1（表3）。

3　討論

非創傷性ONFH是一種嚴重影響年輕患者的疾病，一般均會進展為破壞性骨關節病。研究發現［7］如果未經治療，80%的ONFH患者會發生進展，最終需要全髖關節置換術。X線攝影和MRI是目前最主要的成像方法，尤其MRI是僅有的被用來診斷早期ONFH的檢查，且被用于一些主要的分型系統中。ONFH病灶的大小和受累程度被認為是ONFH預后和治療方式選擇的主要影響因素［8-9］。X線攝影上很難評估壞死病灶的大小，研究表明MRI上中等大小和比較大的壞死病灶預示股骨頭有塌陷的風險［10］。相應的評估病灶受累程度的方法也經歷了從壞死指數［11］、負重區面積百分比［12］和精確的壞死體積測量［2］。本研究應用Malizos等［2］提出的股骨頭八分法隨訪研究早期未塌陷的ONFH患者，結合MRI分析影響ONFH塌陷的危險因素，找出臨床上較實用且準確的預測ONFH塌陷的方法指導臨床。

表3　股骨頭塌陷危險因素Logistic回歸分析結果

3.1MRI觀測指標對ONFH塌陷的影響

MRI可提供豐富的顯示ONFH位置、范圍及程度等方面的客觀信息，并可通過特定的方法與軟件進行定量測量，因此對評估ONFH的病情及預判是否塌陷的趨勢具有不可替代的重要作用。本研究顯示，ARCO分期（Ⅱ）、壞死形態（周圍型）和骨髓水腫的存在是股骨頭塌陷的危險因素。ARCO分期與ONFH塌陷的發生率具有較好的對應關系。本研究中處于ARCOⅠ期ONFH 60髖中僅有4髖（6.67%）發生塌陷，而ARCOⅡ期ONFH的92髖中有58髖（63.04%）發生塌陷，ARCOⅡ期發生塌陷的概率明顯高于前者。由ARCO的分期標準［13］可知，ARCOⅠ期的股骨頭僅能在MRI上表現異常，組織學研究結果表明，該異常信號帶代表修復界面，并可在修復帶中觀測到完整的間隙存在［14］。本研究發現，MRI上ONFH形態也是ONFH塌陷的危險因素之一，其中94髖中央型ONFH僅有14髖（14.89%）發生塌陷，而58髖周圍型ONFH者有48髖（82.76%）發生塌陷；周圍型ONFH發生塌陷的概率明顯高中央型者。根據兩種分型的定義可知，中央型壞死的外圍尚保留有部分未壞死的骨質，即股骨頭關節軟骨下骨質，這一部分尚存在一些支撐作用；而周圍型壞死區的外圍無正常骨質，僅有一層軟骨下的骨板結構存在，對骨質的支撐作用較弱，極易引起軟骨下骨板骨折，發生塌陷。近年來對股骨頭的力學分析也印證了以上觀點和研究結果［15-17］，由于股骨頭內部骨小梁的排布結構特點，正常股骨頭將身體傳導來的壓力均勻分布到骨小梁的特殊結構中，同時此結構也能加強股骨頭的承載負荷的能力。當股骨頭發生壞死時，造成骨小梁結構紊亂，常常會產生正常與壞死組織交界區的應力集中，長期反復的積累就會引起股骨頭關節面的皺縮，最終出現塌陷。

本研究結果表明，MRI上顯示的骨髓水腫也是影響股骨頭塌陷的危險因素。先前的較多研究認為，骨髓水腫與ONFH的發病密切相關，是ONFH的早期改變，但隨著MRI檢查技術的廣泛應用于臨床，也有諸多研究認為［18-19］，骨髓水腫并非是早期ONFH的缺血改變，其發生可能是由ONFH后應力集中引起的應力損傷所致，為生物力學改變所引起的繼發表現，臨床上常伴隨有髖關節疼痛，且隨著水腫的消失而減輕或消失。本研究中66髖有骨髓腔水腫的ONFH中，有50髖（75.76%）發生塌陷，無骨髓水腫的86髖ONFH中僅有12髖（13.95%）發生塌陷，有骨髓水腫的ONFH的塌陷概率明顯高于無骨髓水腫，由此可知骨髓水腫出現時股骨頭內部可能已經發生不同程度的損傷，降低了股骨頭的力學性能，如若未加重視，長期易發生塌陷。如果在MRI上出現骨髓水腫，應當采取積極的治療措施，以延緩或抑制ONFH病情的發展。

3.2壞死體積百分比對股骨頭塌陷的影響

基于MRI某些征象及其程度的評估有可能成為預測ONFH塌陷與否的重要生物學標志。但尚有其它指標也是影響ONFH發生塌陷的因素，如ONFH分期、壞死病灶大小或位置、髖關節疼痛等均常用來作為評估ONFH塌陷及其預后的重要影響因素，其中ONFH的程度被認為是最重要的［20］。本研究采用Malizos等［2］提出的股骨頭八分法測量ONFH體積取得滿意的效果，既能準確描述股骨頭的壞死大小，又能結合其壞死部位提供相應的位置信息。通過對本組ONFH患者隨診觀察并經過回歸分析得出，V、ASL與PSL對ONFH塌陷的預測具有重要的臨床價值，塌陷組壞死體積百分比均值均大于未塌陷組均值（P＜0.000 1），說明壞死體積百分比值大的股骨頭更易發生塌陷，同時研究發現在ASL和PSL象限的產生壞死對預測塌陷更有幫助。研究者應用經緯度對股骨頭的壞死位置進行精確定位發現：當壞死灶＜30%時，股骨頭發生塌陷常與壞死位置明顯相關，而當壞死灶＞30%時，兩者之間則不存在明顯的相關性，發生塌陷的股骨頭，其壞死灶的中心多位于中、高緯度區，即位于股骨頭的前上部［11］。韋竑宇等［21］研究59例（92髖）ARCOⅡ期ONFH患者，隨訪2年以上發現，當壞死體積＞23%時，股骨頭發生塌陷的風險較高。雷新瑋［22］應用生物力學研究分析壞死體積的大小，壞死體積包含壞死深度與寬度；當壞死寬度較大時，ONFH更易發生塌陷。回歸分析的結果可知，總壞死體積百分比、ASL象限壞死體積百分比、PSL象限壞死體積百分比的OR值均大于1，大于ARCO分期、壞死形態、骨髓水腫的OR值（0.2左右），說明壞死體積的大小對ONFH塌陷的發生更具有危險性，這與諸多學者的觀點相一致［20，23］。

綜上所述，MRI檢查和測量在ONFH的定量評價和預測塌陷中具有重要的臨床價值。ARCO分期、壞死形態、骨髓水腫、總壞死體積百分比、ASL與PSL象限壞死體積百分比均是ONFH塌陷發生的危險因素，并且位于股骨頭外上象限（ASL+PSL）的壞死對塌陷的貢獻較大。V、ASL與PSL象限壞死體積百分比預測股骨頭塌陷的臨界值有較好的臨床應用價值。

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The predictive value of MRI signs and necrosis volume quantitative measurement for non-traumatic osteonecrosis of femoral head

HAO Li，WANG Qi
（Department of Radiology，Longnan Hospital of Daqing City，Daqing Heilongjiang 163453，China）

Objective：To investigate the risk factors affecting the collapse of non-traumatic osteonecrosis of femoral head（ONFH）.And assess the value of clinical application in predicting the collapse of ONFH.Methods：By the imaging diagnosis of early osteonecrosis（ARCOⅠ，Ⅱ）a total of 112 cases of patients（152 hips）were collected for follow-up observation.All patients underwent initial examination of hip with anteroposterior and frog-position X-ray and MRI scans at the time of diagnosis.To evaluate the collapse of the femoral head at each X-ray examination；observe the hip joint effusion，bone marrow edema，necrosis signal features，location of necrotic lesions and necrotic morphology at the first MRI images，and measure the volume of femoral head necrosis，calculate the percentage of necrosis volume.Nominal data were analyzed with the chi-square test and measurement data were analyzed with independent sample T-test.Logistic regression analysis was used to analyze the risk factors.Results：In 112 cases（152 hips），62 hips were with femoral head collapse，90 hips were not.In addition to the difference of sex（P=0.078），age（P=0.631），etiology（P=0.604）and necrotic signal comparison（P=0.071）between the collapse group and non-collapse group，other indicators were statistically significant.The total average of the necrosis volume percentage in the collapse and non-collapse groups were 40.1%±20.1%，18.3%±19.8%，seperately.In addition to PIM quadrant comparison（P=0.143），the difference between collapse group and non-collapse group was statistically significant.ARCO stage，necrotic morphology，bone marrow edema，and necrosis of the total volume percentage，ASL quadrant necrosis volume percentage，PSL quadrant volume percentage of necrosis were statistically significant（P＜0.05）.Conclusion：MRI examination and quantitative measurement has important clinical value for evaluation and prediction of the collapse of femoral head，but various factors should be taken into account for predicting collapse of the femoral head，thus improving the accuracy of predictions.

Femur head necrosis；Magnetic resonance imaging

R681.8；R445.2

A

1008-1062（2015）06-0427-05

2014-12-16

郝麗（1977-），女，黑龍江大慶人，主治醫師。