幼年特發性關節炎MRI滑膜體積定量分析與血清學對比研究

任麗香 ，普有登 ，王加奇 ，王亞軍 ，袁會梅 ，黃懿宸 ，李 清 ，易三莉

（1）云南省第一人民醫院MRI科；2）昆明市第一人民醫院甘美醫院骨科；3）云南省第一人民醫院兒科，云南 昆明 650032；4）昆明理工大學信息工程與自動化學院，云南 昆明 650500）

幼年特發性關節炎（juvenile idiopathic arthritis，JIA）的病因未明，可能是在基因遺傳基礎上由于環境等因素影響所致的全身免疫性疾病，致殘性和致殘率很高，早期診斷和有效治療可明顯改善其預后[1]。JIA的關節受累可遍及四肢大小關節、骶髂關節、顳頜關節等，而髖關節、膝關節、踝關節受累較常見。目前在臨床上判斷預后、監測病情變化的評價指標主要為臨床癥狀及實驗室指標，但部分患者雖然臨床癥狀明顯好轉，血清學指標明顯下降，仍會出現滑膜增厚改善不明顯甚至出現關節骨質破壞等情況。目前MRI被公認為顯示JIA關節病變的最佳影像學方法[2]，但MRI單純的影像征象不能很好的總結滑膜變化情況，因此臨床急需一種監測及客觀評價滑膜活動性的方法，本文采用自主研發MRI體積定量分析軟件測量同一關節（膝、髖、踝關節）治療前、后滑膜炎體積，將滑膜體積變化量與檢查同期紅細胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate，ESR）、C反應蛋白（C-reactive protein，CRP）變化量進行相關性分析，并觀察治療后有無明顯強化血管翳，以期對臨床做出客觀評價。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

納入標準：收集2014年3月至2019年10月云南省第一人民醫院兒科收治的30例患者，所有患兒均符合國際風濕病聯盟（（International League of Association for Rheumatology，ILAR），兒科常委專家組診斷標準[3]，即指發病年齡在16歲以下，累及1個或1個以上的關節炎，關節炎癥狀持續時間6周以上，排除標準：除外其他原因（如感染、外傷等）所導致關節炎。治療前納入組患兒均處于RA中高活動期（JADAS27≥3.2），其中多關節炎型18例，少關節型12例，膝關節17例，髖關節4例，踝關節9例。男18例、女12例，年齡3.2～13.5歲，平均（8.9±3.1）歲，治療上規律服用甲氨碟呤、白芍總苷、皮下注射依那西普等藥物1 a，患者分別行治療前后膝關節、髖關節、踝關節MRI平掃及三維容積增強掃描，獲得與MRI檢查同期的ESR、CRP指標。本研究經云南省第一人民醫院倫理委員會批準，所有患者均知情同意并自愿參加。

1.2 方法

1.2.1 磁共振檢查方法采用3.0T GE HDxt磁共振掃描儀，8通道正交線圈。

體積定量分析模型預試驗：使用3D-Cube掃描，第一次測試為40 mL注射器，內充滿水，其內氣體已盡量排空；第二次測試為60 mL注射器，內充水及部分氣體。體積換算均采用1 mL=1 000 mm3，40 mL=40 000 mm3，60 mL=60 000 mm3。

臨床前瞻性研究：髖關節掃描行仰臥位，頭先進，膝、踝關節掃描行仰臥位，腳先進，掃描部位均至于線圈中央，制動，使用最優化序列：膝、踝關節行脂肪抑制質子密度加權像（FS PDWI）、T1加權成像（T1WI）、三維穩態毀損梯度回返采集序列（FS 3D spoiled gradienrecalled acquisition insteady state，3D-FSPGR）矢狀位、冠狀位掃描，髖關節行脂肪抑制質子密度加權像（FS PDWI）、T1WI、3D-FSPGR矢狀位、橫斷位掃描，平掃完成后經肘靜脈注射釓噴酸葡胺注射液（0.2 mL/kg），再行3D-FSPGR增強掃描，并在注射造影劑5 min內完成。3D-FSPGR參數如表1。

表1 3D-FSPGR參數Tab.1 The parameters of 3D-FSPGR

1.2.2 影像學定量分析由兩名掌握JIA診斷的影像學醫師獨立閱片，運用昆明理工大學研發體積定量分析軟件測量預試驗中水體積（圖1、圖2）；臨床研究中分別記錄滑膜炎位置，勾畫滑膜范圍，測量治療前、后3DFSPGR增強掃描像上滑膜炎總體積（圖3，膝、踝關節采用矢狀位，髖關節采用冠狀位作為軟件分析序列），均測量3次，其中滑膜炎體積測量包括炎性血管翳及混合性血管翳，纖維性血管翳不在計算范圍之內，單位為mm3，無滑膜增厚計為0，最后兩名醫師對比結果，采用均值。

圖1 40 mL體積定量分析模型Fig.1 40 ml volume quantitative analysis model

圖2 60 mL體積定量分析模型Fig.2 60 mL volume quantitative analysis model

圖3 滑膜體積測量圖Fig.3 Synovial volume measurement diagram

1.2.3 數據收集觀察指標為治療前后滑膜炎體積、ESR、CRP，并計算出各組相應變化量。

1.2.4 統計學處理采用SPSS17.0統計學軟件進行數據分析，對治療前后滑膜炎體積、ESR、CRP指標進行正態分布（Kolmogorov-Smirnov）檢驗及方差齊性檢驗，正態分布數據用表示，非正態性分布數據采用M（P25，P75）表示。對治療前后各組數據采用配對t檢驗或Wilcoxon符號秩檢驗進行統計學分析；以Spearman相關分析評價治療前后MRI滑膜定量分析變化量與血清學指標變化量的相關性，|r|≥0.6為強相關，0.4≤|r| ＜0.6為中等相關，|r|＜0.4為弱相關，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 建立體積定量分析模型

第一次40 mL標準模具中，軟件實際測量水體積為39 152.1 mm3，差值847.9 mm3，分析原因：盡管注射器內氣體已盡量排空，但附壁仍有少許氣體，即不到1 mL氣體，附壁低信號影，箭頭所指，見圖1。

第二次60 mL標準模具中，軟件實際測量水體積結果56 570.6 mm3，相差3 429.4 mm3，換算約3.5 m氣體，后盡量將氣體集中后目測體積約3 mL左右（圖2）附壁低信號影，箭頭所指。

2.2 JIA受累關節（膝、髖、踝關節）治療前后滑膜炎體積、CRP、ESR各組數據對比分析

30例患者中，治療前均處于JIA中高活動期，均存在滑膜炎，經規律治療1 a后滑膜炎體積減少28例（滑膜減少典型病例見圖4），增多2例；ESR值27例下降至正常水平，3例治療前后均在正常值范圍內；CRP值28例下降至正常水平，1例治療前后均在正常值范圍內，1例仍超出正常范圍。其中膝關節滑膜體積明顯減少16例，稍增多1例；踝關節滑膜體積減少8例，明顯增多1例；4例髖關節滑膜體積均轉陰（0為滑膜無增厚）。

圖4 同一患者治療前后滑膜量對比圖Fig.4 Synovial volume of the same patient before and after treatment

各組數據治療前、后對比均有統計學意義（P均＜0.05），治療后各組數據均降低，見表2。

表2 JIA受累關節（膝、髖、踝關節）治療前與治療后滑膜炎體積、ESR、CRP值比較[/M（P25，P75）]Tab.2 Comparison of synovitis volume（mm3），ESR and CRP values of affected joints（knee，hip and ankle）of JIA before and after treatment [/M（P25，P75）]

表2 JIA受累關節（膝、髖、踝關節）治療前與治療后滑膜炎體積、ESR、CRP值比較[/M（P25，P75）]Tab.2 Comparison of synovitis volume（mm3），ESR and CRP values of affected joints（knee，hip and ankle）of JIA before and after treatment [/M（P25，P75）]

*P＜0.05。

2.3 治療前后滑膜炎變化量分別與ESR、CRP變化量相關性分析

Spearman 相關分析顯示，滑膜炎體積變化量分別與ESR、CRP變化量具有強相關性（r值分別為0.655、0.752，P均＜0.05）。ESR、CRP兩者變化值亦呈正相關（r值為0.625，P＜0.05），見表3。

表3 JIA受累關節（膝、髖、踝關節）治療前后滑膜體積、ESR、CRP變化值相關性分析Tab.3 Correlation analysis of synovial volume，ESR and CRP changes of Jia affected joints（knee，hip and ankle）before and after treatment

3 討論

滑膜炎是JIA關節受累最基礎的病理改變，是出現最多的征象，在關節破壞進程中起著舉足輕重的作用，若未及時、有效治療，易造成不可逆性關節畸形和強直，以往對病情的分析和轉歸，臨床主要依靠疾病活動指標ESR、CRP等，對預后有一定參考價值[4]。但有一部分患者雖然實現了臨床癥狀緩解，血清指標下降，仍存在局部滑膜炎并最終導致鄰近關節骨質破壞，因此臨床急需一種監測滑膜活動性的方法，來對滑膜炎的活動度進行客觀、準確評價，以便及時調整治療方案。

MRI對滑膜增生具有很高的敏感性，可全面評估滑膜炎的嚴重程度。由于JIA通常累及多個關節，如僅對某一特定關節進行評價并不能真實、客觀反映疾病情況，因此本研究采用多部位觀察。正常情況下關節滑膜覆蓋在關節囊內層，厚度約2 mm，在MRI圖像上通常不被顯示，一旦顯示即提示滑膜增厚，運用3DFSPGR增強序列，滑膜炎顯示更佳。既往對JIA關節受累的評估方法主要基于對滑膜炎、關節積液、骨侵蝕等征象的定性診斷[5-9]及累及范圍的半定量評估，如T1WI增強序列中，測量觀察部位滑膜最大厚度大于1.5 mm是目前廣泛采用的半定量評估方法[10]。但該方法對臨床療效評價的敏感性不佳，并受醫師主觀經驗影響較大，且未能體現滑膜炎真正體積，對于踝關節、手腕關節等關節來說，測量較為困難。近年來，國內、外研究熱點正在由單純的形態學征象總結向定量分析進行轉變[11-12]，以期對疾病的活動度進行具體的量化評估，為臨床提供更為精準的客觀依據，因此滑膜炎定量分析的研究對于JIA預后具有較大的意義。

劉艷杰等[13]認為按照疾病活動程度不同，血管翳可分為炎性血管翳、纖維性血管翳及介與兩者之間的混合性血管翳，炎性血管翳及混合性血管翳提示病情處于急性期和活動期，炎性細胞浸潤，釋放各種炎性介質，血運豐富，血管通透性增加，強化明顯，為筆者研究重點，在實際操作過程中如對所有強化滑膜以手工勾畫形式進行體積測量、累加，工作量大，耗時長，操作性不強，并存在人為選擇感興趣區時的漏診和誤診的影響因素。云南省第一人民醫院兒科聯合昆明理工大學研發體積定量分析軟件，在3DFSPGR像上計算滑膜炎總體積，操作簡單、方便、精確，并且可對非感興趣區域進行去層，對組織進行分割，在預實驗及前期工作[14]中已得到肯定。本軟件缺點為：因血管強化程度與炎性血管翳強化程度相似，無法對血管進行剔除，因此測量總體積內亦包括了一部分血管體積，這就要求筆者在選取感興趣區時盡量將血管排除在外。

研究結果顯示，滑膜炎體積、ESR、CRP治療前、后分別進行比較，均有統計學意義（P均 ＜0.05），大部分患者治療后三者數值均降低，說明治療有效。炎性滑膜炎體積與組織炎癥特別是纖維素沉積和細胞通透性增加有高度相關性，并且炎性血管翳與骨侵蝕關系密切，因此可以作為疾病活動的標記。進一步研究發現，滑膜炎體積變化量分別與同期ESR、CRP變化量具有高度相關性（r=0.66，0.75；P均＜0.05），說明滑膜體積的測定可以與ESR、CRP同作為判斷預后及評價療效的指標，并可作為一種較準確的量化指標。ESR和CRP是臨床廣泛應用的炎性指標，敏感性高而特異性低，多數患者經治療后ESR和CRP明顯降低，治療有效，但實驗室指標僅能粗略判斷JIA處于活動性狀態或非活動性狀態，且影響實驗室指標因素較多，結果有時不穩定，同時筆者發現，本研究部分患者治療前臨床癥狀較明顯，但ESR和CRP結果為陰性，因此ESR和CRP對于實驗室指標陰性患者病情診斷帶來一定困惑，且對于療效評定無提示意義。MRI滑膜定量分析指標不僅可以動態顯示滑膜炎體積數據的變化，非常敏感地反應治療效果，且可提示臨床治療后是否存在殘余強化血管翳，為臨床提供客觀的循證醫學依據。

綜上所述，昆明理工大學研發滑膜體積定量分析軟件為監測JIA病情變化以及評價治療效果提供更加準確的量化指標。但由于本研究病例樣本數偏少，需在后期加大樣本量研究，以期對軟件進行進一步評估。