激素性股骨头坏死与股骨头、颈部骨髓脂肪含量关系的MRI研究

陈兴灿 邬亚军 潘永青 张永强 刘淼 何东

激素性股骨头坏死与股骨头、颈部骨髓脂肪含量关系的MRI研究

陈兴灿 邬亚军 潘永青 张永强 刘淼 何东

目的 通过MRI检查研究激素性股骨头坏死与股骨头、颈部骨髓脂肪含量的关系。 方法 对18周岁以上，无任何髋关节疾病及糖皮质激素治疗病史的27例患者（其中类风湿性关节炎12例，强直性脊柱炎10例，肾移植5例），在正规糖皮质激素治疗前后作MRI检查并进行随访，包括糖皮质激素治疗前基础MRI检查及糖皮质激素治疗后（基础MRI检查后）25、50周共2次随访MRI检查。采用GE/AW4．2工作站提供的T1信号值测量软件对基础MRI检查的股骨头、颈部骨髓进行T1信号值测量；MRI显示股骨头坏死者均经活检病理检查证实。 结果 4例发生股骨头坏死（左右侧各2例）。所有患者左右侧股骨头、颈部大范围平均T1信号值均无明显统计学差异（均P＞0．05）。发生股骨头坏死者的股骨头、颈部大范围平均T1信号值均较无股骨头坏死者明显减小，差异均有统计学意义（均P＜0．05）。 结论 激素性股骨头坏死的发生与激素治疗前的股骨头、颈部骨髓高脂肪含量有关。

激素性 股骨头坏死 MRI

应用糖皮质激素被认为是非创伤性股骨头坏死的最常见病因，虽然发病机制不十分清楚，但已有人提出糖皮质激素通过作用于骨髓干细胞，引发股骨头坏死的病理过程[1-3]。临床实践还显示并非所有用过糖皮质激素治疗的患者都发生股骨头坏死，即便是曾使用大剂量糖皮质激素治疗的SARS患者治愈后发生的高比率股骨头坏死，其发病率仍在70%左右，显然，股骨头、颈部

骨髓自身结构的个体差异起着很重要的作用。有文献报道，在用糖皮质激素治疗的患者中，MRI显示股骨头坏死患者的股骨颈骨髓脂肪含量高于相仿年龄的无股骨头坏死者，且骨髓脂肪含量与糖皮质激素剂量呈正相关[4-5]。但是，迄今为止尚未见有关糖皮质激素治疗前股骨头、颈部骨髓脂肪含量与治疗后发生股骨头坏死关系的研究。对此，我们试图用MRI检查方法寻找它们之间的内在联系，现将结果报道如下。

1 对象和方法

1.1 研究对象 系本院2009-12—2012-12收治的，经影像学检查提示股骨头坏死的患者。入选患者年龄＞18周岁，无任何髋关节疾病，从未有糖皮质激素治疗史，主要有两类：（1）诊断明确，需要正规糖皮质激素治疗的类风湿性关节炎和强直性脊柱炎患者。类风湿性关节炎患者口服强的松10mg/d，持续1个月后根据病情减到10～5mg/d，再持续3个月，如果ESR及C-反应蛋白仍超过标准，关节肿痛仍然明显，需继续用药，但一般不超过1年。强直性脊柱炎患者口服强的松5mg/d，持续3个月。（2）肾移植患者，术后前3d，静脉滴注甲强龙500mg/d；术后第4、5天，甲强龙减至240mg/d；术后第6天，甲强龙减至120 mg/d；术后第7天，甲强龙减至80 mg/d；术后第8天起改为口服强的松80mg/d，每日减10mg，至20mg/d，约1～2个月后减至10mg/d，终生维持。纳入研究的患者共27例，包括类风湿性关节炎12例，其中男5例，女7例，年龄19～65岁，平均46.8岁；强直性脊柱炎10例，男女各5例，年龄27～59岁，平均43.3岁；肾移植5例，其中男1例，女4例，年龄23～43岁，平均37.4岁。

1.2 MRI检查 （1）糖皮质激素治疗前的基础MRI检查：使用1.5T GE Signa excite。受检髋关节置于表面线圈内。冠状位和横断位检查序列为T1WI、T2WI、STIRE（脂肪抑制）及DWI（弥散成像），T1WI技术参数为TR/ TE=267/20ms，矩阵 256×256，3net，FOV20cm，层厚3mm，间隔1mm。（2）糖皮质激素治疗后随访MRI检查：基础MRI检查后第25周和第50周，共2次。冠状位和横断位的T1WI、T2WI、STIRE及DWI序列与技术参数同基础MRI检查。（3）大范围T1信号值：采用GE/AW4.2工作站提供的T1信号值测量软件测定T1信号的数值。测量方法：MR横断面T1WI股骨头以最大层面测量，股骨颈部以最粗层面测量。由2位高级职称放射学医师进行双盲阅片，并对每个研究对象共3次MRI图像进行自身对照。

1.3 病理学检查 MRI显示股骨头坏死征像时，在DSA引导下，对股骨头坏死区域行穿刺活检，作病理学检查以明确诊断。

1.4 统计学处理 采用SPSS17.0统计软件，计量资料用表示，组间比较采用t检验。

2 结果

2.1 27例患者股骨头、颈部基础T1信号值 左侧股骨头大范围平均T1信号值555.57±200.46，右侧股骨头大范围平均T1信号值627.17±230.64，两者无明显统计学差异（t=1.217，P＞0.05）；左侧股骨颈大范围平均T1信号值502.33±232.68，右侧股骨颈大范围平均T1信号值577.32±249.29，两者也无明显统计学差异（t=1.143，P＞0.05）。

2.2 股骨头坏死检出情况 所有患者髋关节基础MRI检查显示股骨头正常，在第25周随访时MRI检查显示4例发生一侧股骨头坏死，随访至第50周，MRI检查显示该4例患者股骨头坏死形态无明显改变，发生率为14.81%（4/27）。均在DSA引导下对股骨头坏死区域行穿刺活检，并经病理学检查证实诊断。4例患者中男3例，女1例，年龄23～59岁；左侧2例，右侧2例，均无明显临床表现。包括类风湿性关节炎1例，男，52岁；强直性脊柱炎2例，男女各1例，年龄52、59岁（图1）；肾移植患者1例，男，23岁（图2）。

图1 59岁女性强直性脊柱炎患者左侧股骨头MRI检查所见（a：治疗前未见明显异常；b：治疗后第25周显示左侧股骨头坏死，箭头所示）

图2 23岁男性肾移植患者右侧股骨头MRI检查所见（a：移植前未见明显异常；b：移植后第25周显示右侧股骨头坏死，箭头所示）

2.3 股骨头坏死和非股骨头坏死患者的股骨头、颈部基础T1信号值比较 25个右侧正常股骨头大范围平均T1信号值652.19±220.19，2个右侧坏死股骨头大范围平均T1信号值314.37±90.23，两者有明显统计学差异（t= 2.123，P＜0.05）；25个右侧正常股骨颈大范围平均T1信号值608.49±223.19，2个右侧坏死股骨头的股骨颈大范围平均T1信号值187.77±71.70，两者也有明显统计学差异（t=2.52，P＜0.05）。同样，25个左侧正常股骨头大范围平均T1信号值587.69±169.76，2个左侧坏死股骨头大范围平均T1信号值154.08±70.63，两者有明显统计学差异（t=3.535，P＜0.05）；25个左侧正常股骨颈大范围平均T1信号值531.98±214.96，2个左侧坏死股骨头的股骨颈大范围平均T1信号值131.73±45.42，两者也有明显统计学差异（t=2.58，P＜0.05）。

3 讨论

3.1 激素性股骨头坏死的研究现状及存在的问题 临床实践表明糖皮质激素治疗意味着骨坏死的可能，SARS患者治愈后高比率股骨头坏死的出现，使人们对激素性股骨头坏死的发生机制、早期诊断和治疗更为关注[6-8]。目前主要有以下几种发病学说：脂肪栓塞学说、微血管损伤学说、骨内压增高和静脉淤滞学说、骨细胞脂肪变性坏死学说、骨质疏松及负重学说、血管内凝血学说、免疫学说等等，但是其确切的发病机制仍然不明，脂肪代谢的改变被怀疑在股骨头坏死的发病过程中发挥了重要作用[9]。实验研究显示激素可引起骨髓基质细胞的基因发生变化，使其向脂肪细胞分化，从而造成骨髓腔内脂肪细胞堆积，压力增高，血液循环发生障碍而引起骨坏死。在此过程中还会发生一系列的病理改变，包括股骨头骨系细胞对低氧状态的反应，如低氧诱导因子（HIF）、胰岛素样生长因子（IGF）对股骨头坏死的作用等等[10]。目前，有关激素性股骨头坏死的研究尚存在以下一些问题：（1）激素性股骨头坏死的动物模型大多是实验兔子，而兔子是四肢着地的动物，故与人有很大的差异，同时，用于实验的激素都是大剂量的，而临床治病的激素用量远低于动物实验用量，两者是否具有可比性尚有疑问；（2）临床经验表明用糖皮质激素治疗的患者只有部分发生股骨头坏死，不清楚糖皮质激素治疗与股骨头坏死之间的关系；（3）早期诊断的方法目前普遍认为是MRI检查，但不明白早期股骨头坏死MRI征象与骨髓成份变化之间的关系等。

3.2 T1信号值与T1时间的关系 众所周知，T1时间即纵向弛豫时间，又称自旋-晶格弛豫时间，是自旋核与周围物质相互作用能量交换过程的时间，它反映的是组织纵向磁化的恢复速度，T1时间的大小与氢核所处的分子结构、环境温度及静磁场强度等因素有关，通过一个特定的公式可以计算。人体内游离水分子具有较长的T1时间，故T1WI显示低信号，即低T1信号值，而脂肪组织的T1时间较短，则T1WI显示高信号，即高T1信号值。T1信号值可以通过设备提供的T1信号值测量软件测定，因此，T1信号值不等于T1时间，因为它不是一个时间值，但与T1时间具有相同的意义。

3.3 MRI显示股骨头、颈部骨髓脂肪含量与激素性股骨头坏死关系的重要作用 股骨头、颈部的结构是发生激素性股骨头坏死的内因，而糖皮质激素的使用只是发生激素性股骨头坏死的外因，其原因在于使用治疗剂量糖皮质激素发生骨坏死的部位极大多数在股骨头。已有MRI研究提出激素性股骨头坏死患者的股骨转子间骨髓内脂肪含量明显多于无股骨头坏死者，但没有说明股骨转子间骨髓内脂肪含量增多的原因，即是股骨转子间骨髓内本来解剖结构的问题，还是经过使用糖皮质激素后脂肪增多的问题，而体外实验已证明糖皮质激素能使骨髓干细胞向脂肪细胞分化[11]。因此，有必要对坏死发生前的股骨头、颈部骨髓脂肪含量进行测定。对此可以从两方面着手，一是用MRI检测糖皮质激素治疗前的股骨头、颈部骨髓成份；二是用MRI检测糖皮质激素治疗后股骨头坏死的发生情况，分析股骨头、颈部骨髓脂肪含量与股骨头坏死之间的关系。本研究结果显示同一个体左右侧股骨头、颈部平均大范围T1信号值无明显统计学差异，说明同一个体左右侧股骨头、颈部骨髓脂肪含量基本相同；但发生股骨头坏死患者的股骨头、颈部平均大范围T1信号值明显小于无股骨头坏死患者，差异有统计学意义，说明股骨头坏死患者的股骨头、颈部骨髓脂肪含量明显多于无股骨头坏死患者。虽然，本研究发生股骨头坏死的病例数较少，但也说明股骨头、颈部骨髓脂肪含量与激素性股骨头坏死具有一定的相关性。另外，本组4例激素性股骨头坏死病例中，除1例为年青肾移植患者外，其余3例均为年长患者，即年龄都在50岁以上，而且男性多于女性，为3︰1，因此，我们认为男性及年长者比女性、年青者更容易患股骨头坏死。3.4 本研究存在的不足 （1）股骨头坏死应该是多种因素综合作用的结果，但本组病例数偏少，在统计学处理时不能进行多因素分析，需要在今后的研究中积累更多的病例；（2）本组患者中使用糖皮质激素治疗的疾病只有3种，即类风湿性关节炎、强直性脊柱炎和肾移植术后，无系统性红斑狼疮和抗磷脂综合征等与股骨头坏死联系更密切的疾病，因此，必须扩大研究范围，才能得到更正确的结果；（3）本研究尚不能充分解释同一病例为什么只发生单侧股骨头坏死，有待于作进一步研究；（4）本研究的随访时间为50周，是否存在迟发的激素性股骨头坏死尚需进一步观察。

总之，笔者认为股骨头、颈部骨髓脂肪含量与发生股骨头坏死有关，当患者需要作糖皮质激素正规治疗时，可采用MRI检查股骨头、颈部骨髓脂肪含量来预判可能的结局，同时，MRI检查是诊断早期股骨头坏死的首选方法。

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Relationship between bone marrow fat content of femoral head-neck and femoral head osteonecrosis in corticosteroid-treated patients

Objective To investigate the relationship between bone marrow fat content of femoral head-neck and femoral head osteonecrosis in corticosteroid-treated patients． Methods Twenty seven patients aged above 18 years,with rheumatoid arthritis(n=12),ankylosing spondylitis(n=10)or renal transplantation(n=5),who had no history of hip disorders and previous corticosteroid treatment,underwent corticosteroid treatment．MRI examinations were performed before and 25,50 weeks after the initiation of corticosteroid therapy．The bulk T1signal intensity values were measured by GE/AW4．2 work station．If MRI showed femoral head osteonecrosis,the pathology examination was followed．t test was used(P＜0．05)for statistical analysis．Results Four patients developed lateral femoral head osteonecrosis（2 in right and 2 in left）at week 25．The mean base T1value of femoral head-neck before corticosteroid treatment was significantly shorter in femoral head osteonecrosis than that in normal femoral head (P＜0．05)．Conclusion The development of corticosteroid associated femoral head osteonecrosis is correlated with a high fat content in the marrow of femoral head-neck before corticosteroid therapy．

Corticosteroid Femoral head osteonecrosis MRI

2014-01-02）

（本文编辑：沈叔洪）

南京军区医学科研基金（06MA169）；浙江省医药卫生科研基金（09A181）

310013 杭州，中国人民解放军第117医院放射科