股骨頭缺血性壞死的影像學研究現狀及進展

陳釗

摘要：成人股骨頭缺血性壞死是常見疾病，早期診斷和療效評估是其重要的診療行為，多種影像學技術的應用為其診療提供了重要依據。本文對成人股骨頭缺血性壞死不同影像學技術的相關文獻進行綜述，包括X射線，計算機斷層掃描（CT），核磁共振成像（MRI）技術。分析在股骨頭缺血性壞死的診斷中不同影像學技術的優缺點、對臨床診療的作用以及研究現狀和進展。

關鍵詞：股骨頭缺血性壞死;X線;CT;MRI

中圖分類號：R681.8;R445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.11.014

文章編號：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

股骨頭缺血性壞死（femoral head avascular necrosis，FHAVN）是一種常見的髖關節疾病，血流灌注受損、骨內壓增高是壞死的主要原因，好發于30～60歲的男性，若早期未發現，該疾病將可能進展為髖關節骨性關節炎，最終需關節置換[1]。早期發現、準確分期、及時識別股骨頭崩塌風險、預測預后，并在此基礎上制定適當的治療計劃至關重要，為此，一些已有的以及先進的影像學技術應用一直是FHAVN臨床實驗的熱點。本文對成人FHAVN不同影像學技術的相關文獻進行綜述，包括X射線，計算機斷層掃描（computed tomography，CT），核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技術，分析在FHAVN的診斷中不同影像學技術的優缺點、對臨床診療的作用以及研究現狀和進展。

1 FHAVN常規X射線的應用現狀

X線檢查是FHAVN診斷的主要依據，它簡單、易行、費用低廉，被公認為該病一線影像診斷技術。雖然X線檢查對疾病早期變化不靈敏，但是對FHANV的中晚期具有典型的影像特征，因此，用于中晚期患者的篩查，可以避免額外的影像學評估，多采用髖關節正位及“蛙腿”位攝片，這些體位有助于提高病變的顯示率和診斷的準確性。疾病從早期到晚期，其典型X線表現特征依次如下：初期時，股骨頭內出現散在的斑片狀或條帶狀密度增高區，邊界模糊，股骨頭外形和關節間隙未見明顯改變。中期時，股骨頭表面出現塌陷改變（臺階征、階梯征），亦可出現代表軟骨下骨折和壞死骨分離的“新月征”，這些征象是X光片判斷股骨頭塌陷的早期不可逆轉的征象;晚期時，股骨頭崩解，其內可見死骨、硬化和透光區，股骨頭變扁或變形，內有彌漫或局限性硬化或囊變區，碎塊可成為關節腔游離體，髖臼緣和股骨頭基底部骨質增生，可有囊變，股骨頸短縮，關節間隙變窄，可有半脫位，呈現骨性關節炎表現[1-3]。實際上，FHAVN在發病后的數月內股骨頭外觀仍可能保持正常，然而，股骨頭內一旦出現囊性病變，這往往被認為是未來塌陷的負性預后因子，而骨關節炎是該病的最終進展[4]。僅18%的病例在X線檢查時具有典型的影像學特征而被得到及時診斷和治療，有些病例在未發展至骨性關節炎的階段，關節間隙變窄也可能出現，而且可以先于“新月征”，此外，由于存在正常的骨吸收導致骨形成的減少，因而骨修復的X線表現（如硬化）在一些病例中可能并不明顯，這些假陰性的表現在臨床實踐中或許更需要關注，臨床疑慮時或許需要采取進一步的影像學檢查，以免貽誤診斷或不恰當分期。晚期患者中，FHAVN需要與骨性關節炎鑒別，兩者影像學鑒別診斷要點為后者典型X表現多以關節間隙變窄及骨贅為主[3]。平片可用來評估FHAVN的嚴重程度，可以利用病變累及股骨頭的范圍進行分級;也可以利用在前后位攝片中病變導致的負重區塌陷的百分比來進行分級;還可以在前后位和側位片中測量和利用股骨頭表面弧度的變化，對FHAVN的股骨頭損害程度進行分級。

總之，與能識別早期無癥狀患者的更先進的影像技術相比，常規的X線技術可能并不準確、靈敏，但在疾病中后期階段的評估中仍然具有十分重要的價值。

2 FHAVN的CT應用現狀及研究進展

CT技術具有高空間分辨率，對骨壞死的發現較X線敏感的多，但它仍然主要在疾病的中后期階段做出準確診斷，而對早期病變敏感度較低。綜合文獻并結合我們的經驗，建議的圖像采集方案如下：選用薄層（1～2 mm）和小間距（1～1.5 mm），常采用512×512的矩陣，并相應減少視野（field of view，FOV），多平面重建可以明顯提高關節面形態評估的精度。典型的FHAVN在CT中表現為：早期股骨頭形態正常，正常時股骨頭中心因持重應力的作用骨小梁生理性密度增高呈“星芒征”，當發現骨缺血性壞死時，星芒狀骨小梁吸收且不均勻增粗，呈網眼狀，或扭曲或消失，有時表現為股骨頭單純硬化病變，內見簇狀、條帶狀和斑片狀高密度硬化帶影，邊緣模糊;中期稱為塌陷期，股骨頭關節面下見透亮帶，即“新月征”，股骨頭前上部硬化周圍和邊緣部出現條帶狀或類圓形低密度區，內為軟組織密度，股骨頭輕度塌陷，股骨頭皮質皺褶、成角，出現臺階征、裂隙征和碎裂征，關節囊可增厚，關節積液;晚期股骨頭塌陷變形，股骨頭內不同程度囊變，周圍有硬化，塌陷區可見碎骨片和關節游離體，股骨頭內的硬化隨病程進展可逐漸縮小，或呈高低密度混雜改變，最終出現關節腔積液、關節囊增厚并鈣化、關節游離體、關節間隙變窄等繼發骨性關節炎的改變[1，3，5]。

近年一些文獻比較了FHAVN患者的MRI及CT的應用價值，發現相較于MRI，CT在軟骨下骨折的檢測方面更具優越[6，7]。另外，Yeh LR[7]等發現假陽性診斷在核磁共振成像中更常見，在Steinberg分期系統中，往往導致將Ⅱ期誤評為Ⅲ期，從而影響治療計劃。Barille MF等[8]最近的一項回顧性研究表明，在早期階段，與MRI相比較，CT漏診率達80%以上，從而導致CT的早期診斷靈敏度降低。最近，郭山山等[9]的研究發現CT與MRI對FHAVN中后期和晚期的診斷準確率無統計學差異，而MRI對早期和中早期的診斷準確率高于CT。在術后礦化過程、骨科硬件位置和骨痂連續性與否的評價中，多層螺旋CT可以做為優選檢查技術，但是存在金屬修復體引起偽影時，需要應用特殊的技術調整，例如雙能CT技術、能譜CT技術等，以利于增加靈敏度。

3 FHAVN常規MRI的應用現狀及研究進展

MRI被認為是FHAVN早期診斷的金標準檢查技術，靈敏度和特異度均可達到90%左右，因此，在早期階段，臨床分期系統均十分重視MRI的應用價值[8，10]。綜合文獻并結合我們的經驗，MRI掃描的建議方案包括T1WI矢狀位快速自旋回波序列（FSE）、短時間反轉恢復序列（STIR），冠狀位和軸位PWI脂肪抑制系列以及T2WI軸位快速自旋回波序列。術后的評估可能還需要利用T2WI精準頻率反轉恢復序列（spectral adiabatic inversion recovery，SPAIR），因為這個序列受到金屬偽影的影響更少，有利于觀察金屬修復體的骨通道及其周圍骨髓腔的信號變化。增強掃描可進一步展現缺乏強化的壞死區及其周邊呈環狀增強的肉芽組織，但這并不能增加診斷價值，所以常規不進行增強掃描。FHAVN的MRI典型表現從早期至晚期依次如下：超早期MRI可表現正常或只在MRI動態增強掃描時出現強化減弱的“冷點”;早期在T1WI上股骨頭負重區（根據關節軟骨結構和功能的特點，將股骨頭軟骨面分為三個部份，外上方與髖臼軟骨面相差的壓力負重區、壓力負重區內側的非壓力負重區和外側周圍的非壓力負重區）顯示線樣低信號，T2WI脂肪抑制呈現高信號;中早期股骨頭不變形，關節間隙正常，T1WI上線樣低信號范圍擴大，典型者表現為新月形邊界清楚的不均勻低信號，T2WI顯示為中等稍高信號，周圍出現典型的雙線征;中后期股骨頭變形，軟骨下骨折、塌陷，新月體形成，T1WI呈帶狀低信號，T2WI示中等或高信號，由關節積液進入軟骨下骨折線的裂隙所致，新月形壞死骨是由于應力性軟骨下骨折并與關節軟骨分離;后期關節軟骨被完全破壞，關節間隙變窄，股骨頭顯著塌陷變形，表現為髖臼硬化、囊性變及邊緣骨贅等非特異性繼發性骨關節炎[3，8-11]。

MRI平掃時，早期及中早期的股骨頭壞死區在T1加權像中出現局限性“帶狀”低信號是其特征性表現，這些低信號代表著壞死骨組織與活性骨組織之間反應的界面，基于FHAVN延伸的范圍和形態不同，低信號影可表現為新月形、蛇形、環形、楔形或地圖樣，另外，一些患者中可呈現另一個特征性改變，即在T2加權圖像的“雙線”征，這被認為可能由化學位移偽影引起，影像特點是外邊緣由化學位移效應引起的低信號影，內緣為肉芽組織導致的高信號[8，11]。軟骨下骨折表現為關節面下平滑的凹向關節面的低信號線，不同于形狀不規則、表面凸起的功能不全性骨折，由于積液或氣體，骨折間隙在T2WI上的信號強度可能隨之變化。另外，FHAVN常見骨髓水腫（bone marrow edema，BME），在T2WI脂肪抑制系列上顯示最明顯，其程度和范圍與FHAVN分期、臨床癥狀及預后密切相關[12]。新近文獻報道了不同疼痛分級之間骨髓水腫發生率不同，骨髓水腫的發生與加重預示著股骨頭壞死面積增大[13]。

MRI除顯示骨髓腔信號改變外，也可評估股骨頭形態變化，研究表明基于MRI某些征象及其程度以及壞死位置的評估、臨床分期、髖關節疼痛等均有可能是股骨頭塌陷預測因素，其中壞死體積被認為是最重要的，>23%時股骨頭塌陷風險較高，且壞死體積<30%時，股骨頭發生塌陷常與壞死位置相關，>30%時兩者之間則不存在相關性[14]。MRI也被用于評估療效，文獻報道早期FHAVN在中西醫結合治療后的MRI征象隨著臨床的Harris評分增加而改善[15]。艾松濤等[16]研究則發現體外高能震波治療FHAVN的臨床評分改善與關節腔積液MRI分級有相關性，而與股骨頭的MRI病灶大小變化無相關性。最近的文獻認為MRI可準確評估FHAVN的髖臼骨質及軟骨受累，為臨床是否決定行全髖置換提供依據[3]。

4 FHAVN功能MRI的研究進展

為了提高MRI在FHAVN檢查中的靈敏度、特異度、風險及預后評估能力，各種功能MRI技術也受到了關注，如擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI），灌注成像（perfusion imaging，PWI）和磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy，MRS）。

DWI能描繪水分子運動狀態，早前的FHAVN的動物模型證實，FHAVN的DWI短暫擴散受限，緊接著水分子的擴散增快[17]。然而，Ozel BD等[18]臨床研究表明，FHAVN水分子擴散運動加快，推測這種現象可能是與骨髓內細胞種類較多、病理過程識別較晚、壞死與修復同時進行的過程中毛細血管增生導致灌注增加有關。另外，ADC值與FHAVN的病程之間相關性仍需商榷，有學者發現FHAVN各階段擴散狀態沒有差異[18]。Mueller D等[19]的研究證實了在FHAVN的骨骺與干骺端擴散增快，但未發現短暫性骨髓水腫（transient bone marrow edema，TBME）、FHAVN以及軟骨下不全骨折（subchondral insufficiency fractures，SIF）間的表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）值的差異。也許，DWI在超早期診斷FHAVN的能力以及分期價值尚需進一步探索。

骨灌注MR成像可以反映在缺血性骨髓中灌注的改變，骨壞死是與灌注降低有關，而隨著壞死的增多，肉芽組織增殖可致血流量增加，目前多利用兩種方法，即動態磁敏感對比增強法和動態T1WI增強法，由于骨骼磁敏感偽影較重，前者的應用受到限制，近年來隨著MRI軟件和硬件的升級，后者進行骨灌注研究逐漸深入。Hayashi S等[20]基于時間信號曲線，發現兔激素性FHAVN模型中初始斜率和增強比的降低與VEGF的增多和DNA氧化損傷相關。最近，Mueller D等[19]發現基于動態T1WI增強掃描MRI，TBME、FHAVN、SIF之間的最大強化值、斜率和達峰時間有統計學差異。張海平等[21]利用藥代動力學MRI定量技術，發現轉運常數（Ktrans）值與FHAVN的ARCO分期呈正相關性。總之，灌注成像技術或許可以用來分辨FHAVN的不同階段，觀察股骨頭的微血管和微循環性狀變化。

磁共振波譜分析已用于識別骨髓的代謝變化，其內的脂質和水分子在缺血性或代謝紊亂的環境中很容易發生改變，Hou CH等[22]分析了FHAVN患者對側正常的股骨頭MRS，并與正常志愿者對照，得出結果：FHAVN者正常股骨頭的脂肪與水的線寬（line width，LW）小于對照組，兩組的脂/水比例有臨界意義（P=0.06），認為質子MRS可以呈現骨髓內環境的變化，它也許可以做為預測FHAVN發生風險的潛在工具。關于FHAVN的MRS報道較稀少，需要更多研究來支持該技術的臨床應用價值。

軟骨定量MRI，包括T2值圖、T2*值圖、dGEMIC等，是評價關節軟骨成分變化的新技術，冷曉明等[23]發現正常股骨頭、ARCOⅠ期和Ⅱ期之間軟骨T2值無差異，進展至Ⅲ期T2值升高，提示軟骨損害加重，認為能反映股骨頭塌陷前的軟骨狀態，為臨床保髖治療提供一定依據。而潘振宇等[24]利用定量MRI技術檢測兔FHAVN模型的骨髓組份和微結構的改變，他們的實驗表明股骨頭區、骺下區及髓腔骺端的T2、T2*值先下降后部分恢復，與不同階段的骨髓腔成分及病理變化相關，他們認為T2、T2*值非線性變化可以反映FHAVN不同病程股骨頭骨髓組份和骨小梁微結構的動態變化。這種新的MRI定量技術如果展現FHAVN的軟骨損害評估、股骨頭塌陷風險預測、治療策略的抉擇等方面的潛能，仍然需要臨床實踐和研究的進一步驗證和探索。

綜上所述，X線、CT、常規MRI在FHAVN的分期、診療和隨訪中均具有十分重要的作用，各有優勢，需根據不同的臨床癥候選擇合適的影像學檢查方法，并在此基礎上制定不同的治療方案。功能MRI雖然不是FHAVN臨床應用的首選檢查，但是在FHAVN的微血管性狀、微循環灌注、骨組織活性、骨代謝等臨床實驗和研究方面具有巨大潛力。

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收稿日期：2019-3-1;修回日期：2019-3-10

編輯/楊倩