中軸型脊柱關節病活動性骶髂關節炎1H-MRS初探

莊儒耀，郭仕濤，黃鐘杰，黃瑞濱，肖征宇，劉源*

中軸型脊柱關節病(spondyloarthropathy，SpA)主要累及中軸骨關節，以強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)為原型，骶髂關節(sacroiliac joint，SIJ)常最早累及。SIJ炎是中軸型SpA的病理性標志[1]和診斷關鍵。綜合評價SIJ炎的炎癥活動性對指導臨床治療、及早控制炎癥，延緩病情的進展有重要意義。常規MRI及動態MRI增強(DCEMRI)可作為評價及監測中軸型SpA炎癥活動性的客觀指標[2]。但前者不能對炎癥水腫灶準確量化；后者雖可半定量評價炎癥活動程度，但需注射對比劑，應用受到限制。1H-MRS是較新的功能性MRI技術之一，已逐步應用于骨骼肌肉系統并日益受到重視[3-6]。目前國內外應用1H-MRS對中軸型SpA活動性SIJ炎的研究未見報道。筆者初步探討中軸型Sp A活動性SIJ炎1H-MRS頻譜特征及意義。

1 材料與方法

1.1 一般資料

病例組10例，為2010年4月至2012年10月在我院風濕專科確診的中軸型SpA活動性SIJ炎患者，符合2009年國際脊柱關節炎評估協會(ASAS)發布的新版分類標準[7-8]，共計20個SIJ，其中男7例，女3例，年齡20～24歲，中位數為21歲，病程2～3年，SIJ MRI分級0～Ⅱ級[9]。所有患者均有不同程度下腰背痛或交替性臀區疼痛等臨床癥狀，經常規MRI檢查明確有雙側和單側活動性SIJ炎各5例，即15個SIJ處于炎癥活動期、5個處于非活動期。對照組11例，為同期汕頭大學在校學生(性別、年齡、身高、體質量、體重指數相匹配)，共計22個SIJ，其中男8例，女3例，年齡20～25歲，中位數為23歲，均無慢性腰痛和外周關節疼痛、骨髓相關疾病、化療、放療、激素等免疫抑制劑治療及骨質疏松病史。受檢者均簽署知情同意書后接受檢查。

1.2 檢查方法與成像參數

采用GE Signal HDx TwinSpeed 1.5 T超導型MR成像儀，8通道相控陣體線圈。受檢者常規準備后，取仰臥，體線圈中心置于盆部。常規定位、掃描，取SIJ斜冠狀面(平行于骶1和骶3背側連線)，層厚4 mm，層距1 mm，層數12層。掃描序列：FSE-T1WI，TR 3500 ms，TE minimum，STIR-T2WI，TR 3000 ms，TE 60 ms，TI 150 ms。1H-MRS掃描：在常規MRI掃描的基礎上行雙側SIJ1H-MRS掃描，采用單體素PRESS序列，TR 2000 ms，TE 155 ms。在STIR序列斜冠狀面圖像上進行空間定位，每一側SIJ為一個單體素。VOI選擇：對照 組及非活動組選擇顯示SIJ滑膜部最清晰的層面；活動組選擇顯示骨髓水腫最明顯的層面，盡量選擇SIJ滑膜部；選擇時避開血管、韌帶。VOI大小為32 mm×16 mm×10 mm，其中32 mm為SIJ長徑方向。掃描前進行自動勻場，不抑水，水峰半高全寬(FWHM)<15 Hz，若自動均場效果不佳，則采用手動均場。每個體素采集時間約為4 min 48 s。

1.3 圖像分析及頻譜后處理

由2名MRI診斷醫師在GE ADW 4.3工作站對常規MRI圖像盲法分別進行閱片、圖像評價、達成一致結果。主要觀察關節區及關節旁骨髓、關節軟骨、軟骨下骨質侵蝕、骨質硬化及脂肪沉積等。然后，將頻譜數據采集完畢后機器產生包含原始FID數據的P文件傳送到SGI工作站，采用LCModel軟件(6.2-2A版本)(操作手冊http://www.s-provencher.com/pages/lcm-manual.shtml)，利用模型上脂類代謝物譜線作為基礎集[由Provencher博士(48 Chancery Lane，Oakville，Ontario L6J 5P6，Canada)提供]，使用最小二乘法，對原始譜線自動進行基線校正、平滑，擬合活體譜線，觀察脂質峰、水峰位置及記錄計算水脂比(water to lipid ratio，WLR)。

1.4 統計學方法

統計學分析采用IBM SPSS Statistics 19.0統計軟件。WLR用±s表示，計量資料組間比較采用兩獨立樣本非參數Mann-Whitney U檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 常規MRI圖像評價及表現

對照組11例及病例組10例經過掃描獲得的常規MRI圖像質量好、偽影輕，SIJ旁骨髓信號均勻，顯示率100%。對照組關節區呈“低-中等-低信號”的三層平行狀結構，信號均勻連續；關節旁骨髓表現：1例雙側SIJ髂側關節面下可見對稱性小片狀骨質硬化，2例關節旁可見少許絮片狀脂肪沉積灶，未見活動性炎癥及慢性結構性改變；其余均無特殊。病例組10例計20個SIJ，其中15個SIJ均能見到兩處以上骨髓水腫灶，提示病灶處于炎癥活動期，5個未見骨髓水腫灶，處于非活動期；18個SIJ可見軟骨改變及軟骨下骨板侵蝕灶，表現為軟骨粗細不均、扭曲、中斷，侵蝕灶均以髂側明顯、部分融合；2例髂側關節面下可見對稱性條片狀骨質硬化；4例8個SIJ旁出現斑片狀脂肪沉積，以骶側或侵蝕灶周圍明顯；10例均未見骨性強直或關節間隙“假性增寬”改變。

圖1 健康志愿者，女，20歲。A：右側SIJ單體素定位圖；B：對照組右側SIJ頻譜圖，基線平穩，從右到左可清楚觀察到位于0.9、1.3、2.0、5.3 ppm的脂質峰和位于4.7 ppm的水峰，WLR為0.69 圖2 中軸SpA患者，男，20歲。A：非活動組左側SIJ單體素定位圖；B：左側非活動性SIJ頻譜圖，基線平穩，1.3 ppm的脂質峰高聳、0.9、1.3、2.0 ppm脂質聯合峰面積較水峰大，WLR為0.50 圖3 中軸SpA患者，男，20歲。A：活動組右側SIJ炎單體素定位圖；B：右側活動性SIJ炎頻譜圖，基線平穩，水峰高聳，面積大，0.9、1.3、2.0 ppm脂質聯合峰矮小、面積較小，WLR為4.24Fig.1 A 20-year-old female healthy control.A is the single voxel spectra location map of the right SIJ.B is the spectra of the right SIJ in healthy control group with smooth baseline,well-defi ned metabolite peaks around 0.9,1.3,2.0,5.3 ppm of the lipid chain and the water peak at 4.7 ppm ,and the WLR is 0.69.Fig.2 A 20-year-old male SpA patient.A is the single voxel spectra location map of the left SIJ in inactive case group.B is the spectra of the left SIJ in inactive case group with smooth baseline,high lipid peak at 1.3 ppm,larger area of lipid chain peak at 0.9,1.3 2.0 ppm than the area of water peak,and the WLR is 0.50. Fig.3 A 20-year-old male SpA patient.A is the single voxel spectra location map of the right infl ammatory SIJ.B is the spectra of the right infl ammatory SIJ in active case group with smooth baseline,high and large area water peak,low and smaller area lipid chain peak around 0.9,1.3,2.0 ppm,and the WLR is 4.24.

2.2 SIJ1H-MRS頻譜特征

經1H-MRS掃描、頻譜后處理，所有研究對象均獲得滿意的頻譜圖，基線平穩，信噪比高，可清楚觀察到多個代謝物譜峰。脂質峰可有多個位置：位于0.9 ppm的甲基峰(-CH3)，1.3 ppm的亞甲基峰[-(CH2)n-]、1.6 ppm鄰近羰基團的亞甲基峰(-CH2CH2CO-)、2.0 ppm鄰近烯屬基團的亞甲基峰(-HC=CHCH2-)，位于5.3 ppm的乙烯基峰(-HC=CH-)。水峰位置固定，位于4.7 ppm。上述代謝物譜峰中，位于1.3 ppm的脂質峰及位于4.7 ppm的水峰是頻圖上最明顯的共振峰；位于0.9 ppm、1.3 ppm、1.6 ppm的三個脂質峰緊密相連、無明顯分界，測量時將三者作為一個聯合峰共同測量。另外，位于2.0 ppm、5.3 ppm的脂質峰不穩定、信號低，因而本研究未納入統計分析(圖1～3)。

2.3 對照組及活動組、非活動組WLR分析比較

活動組、非活動組和對照組WLR分別為1.71±1.14、0.43±0.08、0.42±0.23。活動組WLR高于對照組，差異有統計學意義(Z=－4.46，P=0.00<0.05)；非活動組WLR低于活動組，差異有統計學意義(Z=－2.92，P=0.00<0.05)；對照組與非活動組之間WLR相接近，差異無統計學意義(Z=－0.87，P=0.38<0.05)。

3 討論

3.1 選擇1H-MRS對本研究的意義

骨髓主要由脂質和水兩大成分組成，與乳腺組織一樣富含脂質及水，近年來國外已有學者[10]成功分析了正常乳腺組織及乳腺腫瘤1H-MRS WLR的變化。筆者借鑒乳腺組織1H-MRS，以脂質峰峰下面積作為參照物對水信號進行相對定量分析。本研究有別于常規顱腦MRS，因為主要觀察譜線中脂質峰、水峰并測量WLR，波譜采集及頻譜后處理均不需要抑脂及抑水，水峰、脂質峰信號處在同一數量級，不會由于一方信號過強導致另一方信號被掩蓋。另外，在分析、閱讀頻譜數據時，筆者發現本研究中位于0.9 ppm、1.6 ppm的脂質峰與位于1.3 ppm的脂質峰緊密相連、無明顯分界，因此，無法準確測量1.3 ppm脂質峰峰下面積，為減少誤差，筆者將三者作為一個聯合峰進行測量，其峰下面積總和作為參照物進行相對定量分析。

3.2 SIJ1H-MRS譜線分析

研究表明，脂質所包含的成分復雜，化學結構不一，脂質峰的位置不確定，可有多個位置[11]。脂質依化學結構可以分為兩大類，即飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，1.5 ppm之前多為飽和脂肪酸，1.5 ppm之后為不飽和脂肪酸。而且，脂質化學結 構與化學位移具有一定的對應關系[12]，如：甲基峰(-CH3)位于0.9 ppm鄰近、亞甲基峰[-(CH2)n-]位于1.3 ppm鄰近、鄰近羰基團的亞甲基峰(-CH2CH2CO-)位于1.6 ppm鄰近、鄰近烯屬基團的亞甲基峰(-HC=CHCH2-)位于2.0 ppm鄰近、乙烯基峰(-HC=CH-)位于5.3 ppm鄰近；位于5.3 ppm區域的脂質峰，可以獨立于4.7 ppm的水峰，也可以與其延續，可能是谷氨酸鹽類的代謝物。本研究同樣觀察到位于0.9、1.3、1.6、2.0、5.3 ppm的脂質峰，與上述研究吻合。水峰位置相對固定，位于4.7 ppm，有研究認為骨髓水峰來自紅骨髓，主要由髓樣細胞、紅系、淋巴系細胞產生[13-15]。

3.3 正常SIJ關節旁骨髓1H-MRS表現分析

本研究對照組年齡為20～25歲，SIJ關節旁骨髓以黃骨髓為主[16]，1H-MRS表現為位于0.9 ppm、1.3 ppm、1.6 ppm的聯合脂質峰高聳、峰下面積大，位于4.7 ppm的水峰相對較低、峰下面積相對較小，WLR小、僅為0.42±0.23。

3.4 中軸型SpA活動SIJ炎1H-MRS表現分析

Jimenez-Boj等[17]通過外科手術病理證實炎癥浸潤累及SIJ關節旁骨髓組織，細胞外間隙水分增多，STIR像表現為高信號。Appel等[18]對8例AS患者腰椎關節突關節穿刺病理活檢，顯示STIR像水腫灶可見骨髓間隙水腫及大量單核細胞滲出，而對照組未見骨髓間隙水腫。李君等[19]、莊儒耀等[20]采用DWI進行研究，結果認為SIJ炎關節旁骨髓水腫灶ADC值增高是由于該區域炎癥細胞浸潤，局部炎性因子釋放增多，新生炎性血管充血擴張，血管通透性增高，細胞外間隙水分子增多，水分子彌散增強。本研究中，MRS雖然無法絕對定量炎癥局部水分量的增加，但通過WLR相對定量顯示活動性炎癥局部區域水峰積分面積相對脂峰增加，WLR增高，且高于對照組、非活動組，從而間接反映SIJ活動性炎癥的上述病理改變。同時，亦表明1H-MRS具有區別骨髓水腫、判斷SIJ炎癥活動性的價值，具有潛在的臨床意義。

3.5 本研究局限性及展望

本研究樣本量較少，未能對活動性SIJ炎不同分級骨髓水腫的WRL進行相關分析。另一方面，本研究采用相對定量指標WLR量化活動性SIJ炎的水腫程度，脂質峰的數值不可能在任何條件下都能保持恒定，使本實驗有一定的局限性，本實驗組將進一步設計外標準法對水脂濃度進行絕對定量。

3.6 結論

綜上所述，1H-MRS作為無創性檢測活體組織分子水平信息的技術，可以在常規MRI基礎上通過代謝物信號改變量化SIJ炎的水腫程度，有望成為評價SIJ炎癥活動性的一種新手段。

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