發育性髖關節發育不良復位后股骨頭壞死影像學診斷研究進展

周華冬，孟燕，魯釗，潘詩農

1 發育性髖關節發育不良復位后股骨頭壞死概況

發育性髖關節發育不良(developmental dysplasia of the hip，DDH)是髖臼和股骨頭發育異常的一種疾病，其發病原因很多，總體包括環境因素和遺傳因素[1-2]。臨床上通常根據患兒年齡及治療效果來制訂和調整治療方案，6～18個月患兒需要首先考慮閉合復位[3]；倘若閉合復位失敗，則需要考慮切開復位等其他方法。

閉合復位后最常見的方式為石膏外固定術，發育性髖關節發育不良行石膏外固定術可能出現髖關節再脫位、股骨頭缺血壞死、骨折、神經麻痹和髖關節僵硬或活動受限等術后并發癥，而股骨頭骨骺缺血性壞死則是其中最嚴重的并發癥之一[4-5]。這種病病情發展快，治療時間長，難度大，所以早期診斷，早期治療一直都是臨床醫生關注的問題，如果病情惡化，會導致嚴重后果，甚至需要進行髖關節置換術[6-7]。因此，兒童發育性髖關節發育不良閉合復位后早期發現股骨頭缺血在臨床工作中是非常重要的。

2 發育性髖關節發育不良復位后股骨頭壞死發病機制

出生后6個月的兒童股骨頭二次骨化中心尚未出現，骨骺及生長板呈軟骨性，股骨近端可見臨時鈣化帶，6個月以后，二次骨化中心出現并逐漸增大，血管也會逐漸向股骨頭生長，因此股骨頭供血系統相對變異多，個體的差異也相對較大，18歲時股骨軟骨骨化核基本形成。成人股骨頭血供主要來源于三組血管：髖關節囊外動脈環、圓韌帶動脈和股骨干營養動脈。囊外動脈環由旋股內側動脈分出的內、外、后支持帶動脈以及旋股外側動脈發出的前支持帶動脈共同組成，囊外動脈環供應股骨頭70%以上血液[8]。

發育性髖關節發育不良閉合復位后發生股骨頭壞死的發病機制尚不明確，但主要原因為各種因素造成股骨頭營養供給不足，從而導致股骨頭形態學的變化。各種因素主要包括：(1)復位后的髖臼覆蓋股骨頭稍差，股骨頭與髖臼接觸面積較復位前減小，單位面積壓力的增加導致股骨頭著力點處骨小梁經常受到擠壓，引起股骨頭局部血液循環的不暢，從而導致股骨頭局部缺血壞死的發生。Russell等[9]通過對髖關節受力進行三維分析，發現髖關節累積接觸壓力范圍在正常對照組與發育性髖關節發育不良組有顯著性差異。發育不良髖關節與正常髖關節相比，累積接觸壓力明顯增加2～3倍，但受力面積減少甚至呈點狀。因此可以認為髖關節長期高應力狀態使股骨頭血供減少，形成股骨頭壞死[10]；(2) 股骨近端和關節軟骨發育不良，關節囊及周圍軟組織長期受牽拉形成損傷，關節腔內關節液減少，可以加重股骨頭壞死[11]；(3)發育性髖關節發育不良可以引起關節腔內壓力不斷增高，關節軟骨血運持續減少，髖關節內靜脈回流障礙，亦可導致股骨頭缺血壞死[12]。Wingstrand等[13]通過試驗證明正常髖關節關節囊內壓力明顯低于發育不良髖關節，而且股骨頭血流量隨著髖關節內壓力的增高而持續下降，髖關節囊內壓力增高可以導致股骨頭動脈灌注不足、髖關節處靜脈回流受阻，骨細胞長期處于缺血缺氧狀態，股骨頭壞死極易形成。Jaramillo等[14]研究認為發育性髖關節發育不良患兒行外展固定時股骨頭骨骺前后兩部分發生缺血壞死的原因可能不全相同，股骨頭骨骺前部的缺血與大血管的阻塞有關，而后部的缺血則與髖臼對股骨頭的直接壓迫有關系。骨骺血管的壓迫可能是兒童蛙氏固定治療引起股骨頭缺血的主要原因，這種壓迫可能來自腰大肌與髖臼之間，也可能是髖臼對股骨頭的直接壓迫。骨骺內的血管槽受到壓迫后，引起血流的流通不暢，從而導致股骨頭骨骺的缺血壞死。

Jaramillo等[14]通過模擬人體髖關節閉合復位蛙氏位固定，成功制作了股骨頭骨骺缺血的動物模型，并證明早期股骨頭骨骺缺血是可恢復的，也就是說早期發現股骨頭缺血是可以糾正的。因此，股骨頭骨骺缺血的早期診斷、早期干預具有非常重要的臨床價值。

3 發育性髖關節發育不良復位后股骨頭壞死影像學檢查現狀和進展

發育性髖關節發育不良閉合復位后股骨頭缺血壞死在X線通常采用Kalamchi和MacEwen等[15]的分型，可以分為以下4型：Ⅰ型，復位后股骨頭骨骺核延遲出現，股骨頸受輕微影響，骨骺核高度少量丟失，偶爾出現髖內翻；Ⅱ型，骨骺核改變加上外側骺板破壞；Ⅲ型，骨骺核改變加上中央骺板破壞；Ⅳ型，股骨頭和骺板均破壞。

3.1 X線檢查

X線為最早出現的用來診斷股骨頭壞死的影像學手段。股骨頭缺血壞死的X線征象為相應承重區斑片狀骨質硬化，局部出現片狀高密度影，骨質疏松，骨小梁模糊。由于X線檢查敏感度差，根據股骨頭形態上改變而進行判斷，明確診斷時基本已發展為股骨頭缺血壞死晚期[16]。

3.2 CT檢查

CT檢查出現稍晚，對股骨頭缺血壞死的早期表現主要為股骨頭星芒結構增粗，斑片狀骨硬化，其中可見片狀低密度影，骨小梁缺少或部分骨小梁被吸收而消失，關節間隙未改變。由于CT的密度分辨率及空間分辨率相比X-線有明顯優勢，所以發展較快。但CT也有劣勢，即CT對于判斷肉芽組織浸潤、骨髓壞死以及股骨頭局部血供情況有一定限制。因此，明確診斷時亦已發展成股骨頭壞死中晚期[16-17]。

3.3 MR常規序列

MRI常規序列分別為T1WI、T2WI及T2WI脂肪抑制序列，股骨頭壞死在MR上T1WI股骨頭外上方線樣低信號或新月形、邊界清楚的不均勻信號，T2WI呈高信號或稍高信號，周圍不均勻稍低信號環繞，即典型的雙線征。

MRI具有良好的軟組織分辨能力，可以觀察股骨頭周圍軟組織形態，評價DDH后關節軟骨、盂唇、周圍肌肉及韌帶的變化情況，并且對人體無輻射。因此，在股骨頭未發生明顯變形，關節間隙及關節囊正常的情況下，MRI仍然可以發現股骨頭壞死征象。但MR的劣勢在于無法在股骨頭灌注不足時及時發現病變，當股骨頭缺血導致發生相應改變時，可能錯過最佳的干預時機。

3.4 MR灌注成像

磁共振灌注成像(MR perfusion weighted imaging，MR-PWI)可以反映股骨頭內微血管分布和血流灌注的情況，提供血流動力學方面的信息，具有高時間分辨率和空間分辨率，短時間內重復性好等優勢，是近些年正在發展的一種針對血運功能的成像技術。

3.4.1 MR灌注成像的基本原理

磁共振灌注加權成像的過程即為血流從動脈向毛細血管網灌注然后通過匯人靜脈流出的過程[18]，通過磁共振成像測量并計算病變組織滲透程度及毛細血管灌注情況，和病理狀態下組織毛細血管生成等相關的血流動力學參數，快速無創準確地評價活體病變組織的微血管分布，為疾病提供有意義的血運方面的信息，從而判斷是否會發生疾病[19]。該過程也就是當對比劑在短時間內高濃度通過某一區域的毛細血管網時，通過對比劑濃度的變化反映出血流通過的情況。

由于股骨頭病變區血管數量及血管功能的改變，組織強化程度可以反映血管密度、血流量大小、毛細血管表面積、毛細血管通透性及血管外細胞間隙的大小等病理基礎，MR灌注成像可分析股骨頭及干骺端血流灌注，在活體內觀察組織微循環血流動力學，完整記錄對比劑進入和排出組織動力學過程，通過測量MR灌注成像參數如容量轉移常數(Ktrans)、血管外間隙所占的容積百分數(Vp)、擴散系數(f)和血管外間隙容積分數(Ve)，來評估組織微血管密度(microvascular density，MVD)、通透性以及病變組織血管生成及間質纖維化程度[20-23]。

3.4.2 MR灌注成像的分類與優劣勢對比

為了找到有效的血流動力學信息，需要使用示蹤劑在組織和血管間自由擴散，由于示蹤劑的來源不同，可以分為外源性和內源性兩類。其中，外源性示蹤劑磁共振灌注成像方式分為動態成像法和靜態成像法，內源性則包括動脈血質子自旋標記磁共振成像及血氧水平依賴功能磁共振成像[24]。

外源性示蹤劑法是目前臨床上最常用的一種灌注成像技術，成像方式分為動態成像法和靜態成像法兩種。外源性示蹤劑動態成像法中應用的Gd-DTPA具有以下幾個優勢：對比劑在有效使用濃度范圍內不進入細胞，劑量相對比較穩定；具有良好的時間分辨率和空間分辨率；該檢查不會導致放射性損傷；研究范圍不受探測裝置的限制[25]。動態灌注成像相對于穩態成像法的空間分辨率較低，對于病變部位的灌注參數評估的準確性稍差，但穩態成像法的信噪比低，并且要求患者始終不能活動，患者配合度降低可能導致圖像質量差而診斷效能減低，因此臨床上應用穩態成像較少，大多使用動態灌注成像[26-27]。

內源性示蹤劑法是一種使用自身物質行對比的方式，無需注射外源性對比劑。動脈質子標記技術從標記血流質子到標記的血流質子到達成像層面而使T1反轉，需要相對較長的時間，因其檢查時間長，灌注對比較低，信噪比較差，臨床上并沒有被廣泛應用[28]。血氧水平依賴功能磁共振成像(Bold-fMRI)有以下幾個問題：成像和分析時間較長，受試者配合程度較低；可重復性和空間定位的準確性稍差；目前只能做到定性而無法定量[29]。

因此，在臨床上比較常用Gd-DTPA，而且適用的范圍也比較廣，目前是最佳的選擇。

3.4.3 MR灌注成像對于股骨頭缺血壞死的作用

股骨頭缺血性壞死初期是由于微循環的損傷造成局部血流灌注不足，在尚未發展為骨壞死前可以提示細胞代謝異常。MR灌注成像可在微循環損傷但常規MRI未出現改變的階段，即股骨頭缺血性壞死的超早期變化階段預測或發現病變，對股骨頭缺血壞死早期診斷的敏感性高于MR平掃和常規增強MRI[30-32]。因此可應用在臨床高危人群中，評估股骨頭血流灌注情況，為早期診斷和隨訪復查提供依據，警惕股骨頭缺血性壞死發生的可能性。灌注曲線與常規MR掃描和Gd-DTPA增強掃描結合有利于臨床醫師判斷病程，評估組織活性，為選擇治療方案提供更有效的影像學依據。

李小明等[33]將乳豬髖關節極度外展固定30 min后，利用MR灌注成像觀察血流灌注的變化，結果發現外展固定時增強率明顯低于自然體位，因此只有盡早發現因體位改變所引起的缺血，及時調整因手術引起的變化，才能達到既有股骨頭復位的效果又能避免股骨頭缺血壞死的發生。吳勇等[34]找到49例成人進行髖關節脫位手法復位，采用MR灌注成像對股骨頭缺血壞死進行評估，在復位后半年及一年的隨訪中，發生股骨頭壞死概率均為32.65%。

3.4.4 MR灌注成像目前不足與展望

雖然MR灌注成像能直接顯示骨組織的血流灌注，但生理狀態下股骨頭內黃骨髓占一定比例，股骨頭通過的血流相對減低，因此，通過MR灌注成像準確測量局部血流灌注尚處于研究階段[8]，兒童股骨頭處于發育過程中，每個階段血流供應程度有差別，不同階段的股骨頭MR灌注曲線及參數是否有差別仍待探索。該技術另外存在三個不足：(1)與常規MR掃描相比，MR灌注成像的信噪比和空間分辨率相對較低，因此需要聯合MR平掃成像觀察圖像特點。(2)股骨頭灌注成像的定量分析技術還在起步階段。(3)時間分辨率較低，部分容積效應可能會影響通透性參數的測量結果[35-36]。目前灌注成像技術在腦、乳腺已有較廣泛的應用，在胰腺，肝臟也已經逐步進入實驗階段和臨床，而在骨骼系統尤其是股骨頭的應用還遠遠不夠。

MR灌注成像技術的出現意味著現代影像學從宏觀形態學到微觀細胞分子水平的方向發展。它可以評價股骨頭的微循環信息，在股骨頭缺血壞死的超早期變化階段就可以預測或發現病變，那么可以考慮利用這種技術針對高危人群進行早期的篩查，減少股骨頭壞死發生的可能性，間接提高股骨頭壞死高危人群的生存質量并且對社會勞動力和家庭和諧也是一種保障。