中轴型脊柱关节病活动性骶髂关节炎1H-MRS初探

庄儒耀，郭仕涛，黄钟杰，黄瑞滨，肖征宇，刘源*

中轴型脊柱关节病(spondyloarthropathy，SpA)主要累及中轴骨关节，以强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)为原型，骶髂关节(sacroiliac joint，SIJ)常最早累及。SIJ炎是中轴型SpA的病理性标志[1]和诊断关键。综合评价SIJ炎的炎症活动性对指导临床治疗、及早控制炎症，延缓病情的进展有重要意义。常规MRI及动态MRI增强(DCEMRI)可作为评价及监测中轴型SpA炎症活动性的客观指标[2]。但前者不能对炎症水肿灶准确量化；后者虽可半定量评价炎症活动程度，但需注射对比剂，应用受到限制。1H-MRS是较新的功能性MRI技术之一，已逐步应用于骨骼肌肉系统并日益受到重视[3-6]。目前国内外应用1H-MRS对中轴型SpA活动性SIJ炎的研究未见报道。笔者初步探讨中轴型Sp A活动性SIJ炎1H-MRS频谱特征及意义。

1 材料与方法

1.1 一般资料

病例组10例，为2010年4月至2012年10月在我院风湿专科确诊的中轴型SpA活动性SIJ炎患者，符合2009年国际脊柱关节炎评估协会(ASAS)发布的新版分类标准[7-8]，共计20个SIJ，其中男7例，女3例，年龄20～24岁，中位数为21岁，病程2～3年，SIJ MRI分级0～Ⅱ级[9]。所有患者均有不同程度下腰背痛或交替性臀区疼痛等临床症状，经常规MRI检查明确有双侧和单侧活动性SIJ炎各5例，即15个SIJ处于炎症活动期、5个处于非活动期。对照组11例，为同期汕头大学在校学生(性别、年龄、身高、体质量、体重指数相匹配)，共计22个SIJ，其中男8例，女3例，年龄20～25岁，中位数为23岁，均无慢性腰痛和外周关节疼痛、骨髓相关疾病、化疗、放疗、激素等免疫抑制剂治疗及骨质疏松病史。受检者均签署知情同意书后接受检查。

1.2 检查方法与成像参数

采用GE Signal HDx TwinSpeed 1.5 T超导型MR成像仪，8通道相控阵体线圈。受检者常规准备后，取仰卧，体线圈中心置于盆部。常规定位、扫描，取SIJ斜冠状面(平行于骶1和骶3背侧连线)，层厚4 mm，层距1 mm，层数12层。扫描序列：FSE-T1WI，TR 3500 ms，TE minimum，STIR-T2WI，TR 3000 ms，TE 60 ms，TI 150 ms。1H-MRS扫描：在常规MRI扫描的基础上行双侧SIJ1H-MRS扫描，采用单体素PRESS序列，TR 2000 ms，TE 155 ms。在STIR序列斜冠状面图像上进行空间定位，每一侧SIJ为一个单体素。VOI选择：对照 组及非活动组选择显示SIJ滑膜部最清晰的层面；活动组选择显示骨髓水肿最明显的层面，尽量选择SIJ滑膜部；选择时避开血管、韧带。VOI大小为32 mm×16 mm×10 mm，其中32 mm为SIJ长径方向。扫描前进行自动匀场，不抑水，水峰半高全宽(FWHM)<15 Hz，若自动均场效果不佳，则采用手动均场。每个体素采集时间约为4 min 48 s。

1.3 图像分析及频谱后处理

由2名MRI诊断医师在GE ADW 4.3工作站对常规MRI图像盲法分别进行阅片、图像评价、达成一致结果。主要观察关节区及关节旁骨髓、关节软骨、软骨下骨质侵蚀、骨质硬化及脂肪沉积等。然后，将频谱数据采集完毕后机器产生包含原始FID数据的P文件传送到SGI工作站，采用LCModel软件(6.2-2A版本)(操作手册http://www.s-provencher.com/pages/lcm-manual.shtml)，利用模型上脂类代谢物谱线作为基础集[由Provencher博士(48 Chancery Lane，Oakville，Ontario L6J 5P6，Canada)提供]，使用最小二乘法，对原始谱线自动进行基线校正、平滑，拟合活体谱线，观察脂质峰、水峰位置及记录计算水脂比(water to lipid ratio，WLR)。

1.4 统计学方法

统计学分析采用IBM SPSS Statistics 19.0统计软件。WLR用±s表示，计量资料组间比较采用两独立样本非参数Mann-Whitney U检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 常规MRI图像评价及表现

对照组11例及病例组10例经过扫描获得的常规MRI图像质量好、伪影轻，SIJ旁骨髓信号均匀，显示率100%。对照组关节区呈“低-中等-低信号”的三层平行状结构，信号均匀连续；关节旁骨髓表现：1例双侧SIJ髂侧关节面下可见对称性小片状骨质硬化，2例关节旁可见少许絮片状脂肪沉积灶，未见活动性炎症及慢性结构性改变；其余均无特殊。病例组10例计20个SIJ，其中15个SIJ均能见到两处以上骨髓水肿灶，提示病灶处于炎症活动期，5个未见骨髓水肿灶，处于非活动期；18个SIJ可见软骨改变及软骨下骨板侵蚀灶，表现为软骨粗细不均、扭曲、中断，侵蚀灶均以髂侧明显、部分融合；2例髂侧关节面下可见对称性条片状骨质硬化；4例8个SIJ旁出现斑片状脂肪沉积，以骶侧或侵蚀灶周围明显；10例均未见骨性强直或关节间隙“假性增宽”改变。

图1 健康志愿者，女，20岁。A：右侧SIJ单体素定位图；B：对照组右侧SIJ频谱图，基线平稳，从右到左可清楚观察到位于0.9、1.3、2.0、5.3 ppm的脂质峰和位于4.7 ppm的水峰，WLR为0.69 图2 中轴SpA患者，男，20岁。A：非活动组左侧SIJ单体素定位图；B：左侧非活动性SIJ频谱图，基线平稳，1.3 ppm的脂质峰高耸、0.9、1.3、2.0 ppm脂质联合峰面积较水峰大，WLR为0.50 图3 中轴SpA患者，男，20岁。A：活动组右侧SIJ炎单体素定位图；B：右侧活动性SIJ炎频谱图，基线平稳，水峰高耸，面积大，0.9、1.3、2.0 ppm脂质联合峰矮小、面积较小，WLR为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频谱特征

经1H-MRS扫描、频谱后处理，所有研究对象均获得满意的频谱图，基线平稳，信噪比高，可清楚观察到多个代谢物谱峰。脂质峰可有多个位置：位于0.9 ppm的甲基峰(-CH3)，1.3 ppm的亚甲基峰[-(CH2)n-]、1.6 ppm邻近羰基团的亚甲基峰(-CH2CH2CO-)、2.0 ppm邻近烯属基团的亚甲基峰(-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。上述代谢物谱峰中，位于1.3 ppm的脂质峰及位于4.7 ppm的水峰是频图上最明显的共振峰；位于0.9 ppm、1.3 ppm、1.6 ppm的三个脂质峰紧密相连、无明显分界，测量时将三者作为一个联合峰共同测量。另外，位于2.0 ppm、5.3 ppm的脂质峰不稳定、信号低，因而本研究未纳入统计分析(图1～3)。

2.3 对照组及活动组、非活动组WLR分析比较

活动组、非活动组和对照组WLR分别为1.71±1.14、0.43±0.08、0.42±0.23。活动组WLR高于对照组，差异有统计学意义(Z=－4.46，P=0.00<0.05)；非活动组WLR低于活动组，差异有统计学意义(Z=－2.92，P=0.00<0.05)；对照组与非活动组之间WLR相接近，差异无统计学意义(Z=－0.87，P=0.38<0.05)。

3 讨论

3.1 选择1H-MRS对本研究的意义

骨髓主要由脂质和水两大成分组成，与乳腺组织一样富含脂质及水，近年来国外已有学者[10]成功分析了正常乳腺组织及乳腺肿瘤1H-MRS WLR的变化。笔者借鉴乳腺组织1H-MRS，以脂质峰峰下面积作为参照物对水信号进行相对定量分析。本研究有别于常规颅脑MRS，因为主要观察谱线中脂质峰、水峰并测量WLR，波谱采集及频谱后处理均不需要抑脂及抑水，水峰、脂质峰信号处在同一数量级，不会由于一方信号过强导致另一方信号被掩盖。另外，在分析、阅读频谱数据时，笔者发现本研究中位于0.9 ppm、1.6 ppm的脂质峰与位于1.3 ppm的脂质峰紧密相连、无明显分界，因此，无法准确测量1.3 ppm脂质峰峰下面积，为减少误差，笔者将三者作为一个联合峰进行测量，其峰下面积总和作为参照物进行相对定量分析。

3.2 SIJ1H-MRS谱线分析

研究表明，脂质所包含的成分复杂，化学结构不一，脂质峰的位置不确定，可有多个位置[11]。脂质依化学结构可以分为两大类，即饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，1.5 ppm之前多为饱和脂肪酸，1.5 ppm之后为不饱和脂肪酸。而且，脂质化学结 构与化学位移具有一定的对应关系[12]，如：甲基峰(-CH3)位于0.9 ppm邻近、亚甲基峰[-(CH2)n-]位于1.3 ppm邻近、邻近羰基团的亚甲基峰(-CH2CH2CO-)位于1.6 ppm邻近、邻近烯属基团的亚甲基峰(-HC=CHCH2-)位于2.0 ppm邻近、乙烯基峰(-HC=CH-)位于5.3 ppm邻近；位于5.3 ppm区域的脂质峰，可以独立于4.7 ppm的水峰，也可以与其延续，可能是谷氨酸盐类的代谢物。本研究同样观察到位于0.9、1.3、1.6、2.0、5.3 ppm的脂质峰，与上述研究吻合。水峰位置相对固定，位于4.7 ppm，有研究认为骨髓水峰来自红骨髓，主要由髓样细胞、红系、淋巴系细胞产生[13-15]。

3.3 正常SIJ关节旁骨髓1H-MRS表现分析

本研究对照组年龄为20～25岁，SIJ关节旁骨髓以黄骨髓为主[16]，1H-MRS表现为位于0.9 ppm、1.3 ppm、1.6 ppm的联合脂质峰高耸、峰下面积大，位于4.7 ppm的水峰相对较低、峰下面积相对较小，WLR小、仅为0.42±0.23。

3.4 中轴型SpA活动SIJ炎1H-MRS表现分析

Jimenez-Boj等[17]通过外科手术病理证实炎症浸润累及SIJ关节旁骨髓组织，细胞外间隙水分增多，STIR像表现为高信号。Appel等[18]对8例AS患者腰椎关节突关节穿刺病理活检，显示STIR像水肿灶可见骨髓间隙水肿及大量单核细胞渗出，而对照组未见骨髓间隙水肿。李君等[19]、庄儒耀等[20]采用DWI进行研究，结果认为SIJ炎关节旁骨髓水肿灶ADC值增高是由于该区域炎症细胞浸润，局部炎性因子释放增多，新生炎性血管充血扩张，血管通透性增高，细胞外间隙水分子增多，水分子弥散增强。本研究中，MRS虽然无法绝对定量炎症局部水分量的增加，但通过WLR相对定量显示活动性炎症局部区域水峰积分面积相对脂峰增加，WLR增高，且高于对照组、非活动组，从而间接反映SIJ活动性炎症的上述病理改变。同时，亦表明1H-MRS具有区别骨髓水肿、判断SIJ炎症活动性的价值，具有潜在的临床意义。

3.5 本研究局限性及展望

本研究样本量较少，未能对活动性SIJ炎不同分级骨髓水肿的WRL进行相关分析。另一方面，本研究采用相对定量指标WLR量化活动性SIJ炎的水肿程度，脂质峰的数值不可能在任何条件下都能保持恒定，使本实验有一定的局限性，本实验组将进一步设计外标准法对水脂浓度进行绝对定量。

3.6 结论

综上所述，1H-MRS作为无创性检测活体组织分子水平信息的技术，可以在常规MRI基础上通过代谢物信号改变量化SIJ炎的水肿程度，有望成为评价SIJ炎症活动性的一种新手段。

[References]

[1]Bol low M,Braun J,Hamm B.Sacroiliitis:the key symptom of spondylathropathies.1.The clinical aspects.Rofo,1997,166(2):95-100.

[2]Rudwaleit M,Baraliakos X,Listing J,et al.Magnetic resonance imaging of the spine and the sacroiliac joints in ankylosing spondylitis and undifferentiated spondyloarthritis during treatment with etanercept.Ann Rheum Dis,2005,64(9):1305-1310.

[3]Shih TT,Chang CJ,Hsu CY,et al.Correlation of bone marrow lipid water content with bone mineral density on the lumbar spine.Spine,2004,29(24):2844-2850.

[4]Shang W,Yu W,Lin Q,et al.MR spectroscopy in evaluating the bone marrow of vertebra.J Pract Radiol,2010,26(1):63-66.尚伟,余卫,林强,等.椎体骨髓状况的磁共振波谱评估.实用放射学杂志,2010,26(1):63-66.

[5]Liu Y,Tang GY,Tang RB,et al.Study of1H MR spectroscopy of vertebral body marrow.J Pract Radiol,2010,26(2):219-223.刘勇,汤光宇,汤榕彪,等.1H-MRS对椎体骨髓研究初步应用.实用放射学杂志,2010,26(2):219-223.

[6]Chen HY,Yuan HS.Marrow fat quantification by magnetic resonance technology:the application and prospect in bone diseases.Chin J Magn Reson Imaging,2014,5(2):150-155.陈慧莹，袁慧书.磁共振脂肪定量技术在骨骼疾病中的应用与展望.磁共振成像,2014,5(2):150-155.

[7]Rudwaleit M,der Heijde DV,Landewe R,et al.The development of Assessment of SpondyloArthritis international Society classification criteria for axial spondyloarthritis (part II):validation and final selection.Ann Rheum Dis,2009,68(6):777-783.

[8]Rudwaleit M,Landewe R,der Heijde DV,et al.The development of Assessment of SpondyloArthritis international Society classification criteria for axial spondyloarthritis (part I):classification of paper patients by expert opinion including uncertainty appraisal.Ann Rheum Dis,2009,68(6):770-776.

[9]Bollow M,Braun J,Taupitz M,et al.CT-guided intraarticular corticosteroid injection into the sacroiliac joints in patients with spondyloarthropathy:indication and follow-up with contrast-enhanced MRI.J Comput Assist Tomogr,1996,20(4):512-521.

[10]Kumar M,Jagannathan NR,Seenu V,et al.Monitoring the therapeutic response of locally advanced breast cancer patients:sequential in vivo proton MR spectroscopy study.J Magn Reson Imaging,2006,24(2):325-332.

[11]Schellinger D,Lin CS,Hatipoglu HG,et al.Potential value of vertebral proton MR spectroscopy in determining bone weakness.AJNR Am J Neuroradiol,2001,22(8):1620-1627.

[12]Zancanaro C,Nano R,Marchioro C,et al.Magnetic resonance spectroscopy investigations of brown adipose tissue and isolated brown adipocytes.J Lipid Res,1994,35(12):2191-2199.

[13]Schick F,Einsele H,Weiss B,et al.Assessment of the composition of bone marrow prior to and following autologous BMT and PBSCT by magnetic resonance.Ann Hematol,1996,72(6):361-370.

[14]Schick F,Bongers H,Jung WI,et al.Volume-selective proton MRS in vertebral bodies.Magn Reson Med,1992,26(2):207-217.

[15]Mulkern RV,Meng J,Bowers JL,et al.In vivo bone marrow lipid characterization with line scan Carr-Purcell-Meiboom-Gill proton spectroscopic imaging.Magn Reson Imaging,1997,15(7):823-837.

[16]Moore SG,Dawson KL.Red and yellow marrow in the femur:agerelated changes in appearance at MR imaging.Radiology,1990,175(1):219-223.

[17]Jimenez-Boj E,Nobauer-Huhmann I,Hanslik-Schnabel B,et al.Bone erosions and bone marrow edema as defined by magnetic resonance imaging reflect true bone marrow inflammation in rheumatoid arthritis.Arthritis Rheum,2007,56(4):1118-1124.

[18]Appel H,Loddenkemper C,Grozdanovic Z,et al.Correlation of histopathological findings and magnetic resonance imaging in the spine of patients with ankylosing spondylitis.Arthritis Res Ther,2006,8(5):R143.

[19]Li J,Xu JR,Chen ZA,et al.Role of diffusion-weighted MRI in detecting active sacroiliitis of ankylosing spondylitis.Chin J Magn Reson Imaging,2011,2(2):90-94.李君,许建荣,陈增爱,等.弥散加权成像对强直性脊柱炎活动性骶髂关节炎的诊断价值.磁共振成像,2011,2(2):90-94.

[20]Zhuang RY,Guo ST,Huang ZJ,et al.Evaluation of DWI in detecting active sacroiliitis in patients with axial spondyloarthritis.Chin J Prim Med Pharm,2014,21(19):2890-2893.庄儒耀,郭仕涛,黄钟杰,等.中轴型脊柱关节病活动性骶髂关节炎磁共振扩散加权成像意义初探.中国基层医药,2014,21(19):2890-2893.