MRI征象及定量测量坏死体积对非创伤性股骨头坏死的预测价值

郝　丽，王　琪

（大庆市龙南医院磁共振影像科，黑龙江 大庆　163453）

MRI征象及定量测量坏死体积对非创伤性股骨头坏死的预测价值

郝丽，王琪

（大庆市龙南医院磁共振影像科，黑龙江 大庆163453）

目的：探讨分析影响非创伤性股骨头坏死（Osteonecrosis of the femoral head，ONFH）塌陷的危险因素，评估其预测ONFH塌陷的临床应用价值。方法：收集经影像学检查诊断为早期ONFH（ARCOⅠ、Ⅱ）的患者共计112例（152髋），对以上患者进行随访观察。利用X线图像观察股骨头的塌陷情况；利用MRI图像观察髋关节的关节腔积液、骨髓腔水肿、坏死区信号特点、坏死部位及坏死形态等指标，并测量股骨头坏死体积，计算其坏死体积百分比。对分类变量采用卡方检验；对计量资料采用独立样本T检验。对有统计学意义的影像学指标采用Logistic回归分析其危险因素。结果：112例（152髋）患者发生股骨头塌陷者62髋，未塌陷者90髋。除塌陷组与未塌陷组间性别（P=0.078）、年龄（P=0.631）、病因（P=0.604）和坏死信号比较（P=0.071）之外，其他各项指标均有显著的统计学意义。塌陷组及未塌陷组总的坏死体积百分比平均值分别为40.1%±20.1%、18.3%±19.8%；除塌陷组与未塌陷组后内下（PIM）象限比较（P=0.143）之外，其他各象限值均具有统计学意义。ARCO分期、坏死形态、骨髓水肿、总坏死体积百分比、前外上（ASL）象限坏死体积百分比、后外上（PSL）象限坏死体积百分比均具有统计学意义（P值＜0.05）。结论：MRI检查和测量在ONFH的定量评价和预测塌陷中具有重要的临床价值，但预测股骨头塌陷时亦应综合考虑各种临床因素影响，从而进一步提高预测的准确性。

股骨头坏死；磁共振成像

股骨头坏死（Osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是以中青年好发，由于不同原因引起股骨头血供中断或受损，导致骨细胞缺血、坏死、骨小梁断裂、股骨头塌陷的一种病变，是骨科领域常见且难治性疾病之一［1］。纵观ONFH的诊疗史，髋关节X线摄影和MRI的应用变得越来越重要，已经成为ONFH评估不可缺少的一部分。尤其是MRI检查，相较X线平片，更能较容易的早期发现没有明显临床症状的ONFH。本研究采用Malizos等［2］提出的把股骨头当作标准的球体并将其均匀的分成八个象限的定量评估方法，测量并计算股骨头的坏死体积与其百分比，了解坏死病灶的分布情况，量化评估坏死病灶的大小，同时结合MRI显示的其他征象，旨在探讨一种临床实用和较为准确的预测股骨头塌陷的影像学方法或生物学指标。

1　材料与方法

1.1一般材料

本研究纳入标准：诊断标准参考中华医学会骨科分会显微修复学组及中国修复重建外科专业委员会骨缺损及骨坏死学组提出的成人ONFH诊疗标准专家共识［3］。选取2010年8月—2012年12月在本院经髋关节X线摄影及MRI检查诊断为早期ONFH（ARCOⅠ、Ⅱ）的患者共计112例（152髋），其中男84例，女28例，平均年龄49岁（24～76岁）；Ⅰ期64髋，Ⅱ期88髋。病因包括激素性坏死34髋，酒精性坏死44髋，特发性坏死70髋，髋关节发育不良性坏死4髋。最短随访时间10月，最长随访时间42.5月，平均随访时间21.6月。

1.2X线摄影与MRI检查技术

所有患者在首诊时均行髋关节X线摄影正、蛙式位摄片以及MRI检查，在随诊时亦行髋关节X线正、蛙式位摄片，部分患者同时行MRI检查。MRI成像扫描在1.5T Philips或3.0T Siemens MRI设备下采集完成，其中1.5T 92例，3.0T 20例，患者仰卧位，使用标准体部线圈。评判塌陷的方法：采用数字X线摄影系统在PACS工作站中，由两名有经验的医师评估塌陷情况。根据Aaron等［4］提出，由Nishii等［5］改良的观测股骨头塌陷进展的方法，在髋关节X线平片股骨头上画同心圆以与股骨头轮廓保持最大程度的符合度为宜，如果同心圆的外缘超过股骨头的轮廓，则定义为此股骨头存在塌陷。MRI测量股骨头坏死体积方法：将MRI图像中的股骨头看作为一个数学概念上的标准球体，分别计算每个象限的坏死体积百分比，即前外上（ASL）、后外上（PSL）、前内上（ASM）、后内上（PSM）、前外下（AIL）、后外下（PIL）、前内下（AIM）、后内下（PIM）8个象限。根据以上所介绍的体积测量法，计算坏死体积百分比，股骨头总坏死体积百分比（V）=总坏死体积/股骨头体积×100%，各个象限的坏死体积百分比=每个象限的坏死体积/每个象限的体积×100%。

1.3影像学观察指标

坏死形态：中心型坏死、周围型坏死。坏死信号：1类高信号、2类混杂信号、3类低信号。骨髓水肿：骨髓腔有水肿和无水肿两种状况。关节腔积液：参照Mitchell等［6］对关节腔液体定量方法：0级：关节腔内无液体；1级：少量液体，仅限于关节腔上、下隐窝内；2级：中等量液体，液体包绕股骨颈周围；3级：大量液体，液体扩展到关节囊周围的髂腰肌滑膜囊内。

1.4统计学方法

应用统计学软件SPSS 20.0版对评估指标进行统计学分析。计数资料和等级资料采用独立样本卡方检验，计量资料采用独立样本T检验，评估各观测指标的统计学意义，对于具有统计学意义的指标作Logistic回归模型多因素分析，得出哪些观测指标是危险因素，并分析其对股骨头塌陷率的影响。

图1　男，45岁，ARCOⅡ期ONFH的患者。图1a为2012年3月的X线正位图像，随诊至2013年6月X线图像（图1b）上可见塌陷，塌陷位于上关节面（箭头指示）。　图2　面积测量工具（Freehand ROI）沿着图像中低信号外缘勾勒出股骨头的坏死区域，从而得出各个层面及象限下坏死区面积的数据。　图3　右侧股骨上段未见骨髓水肿，左侧股骨上段可见明显骨髓水肿。Figure 1.Male，45 years old，the patient of ONFH for ARCOⅡ period：Figure 1a for March 2012 anteroposterior X-ray image，followup to June 2013 appear visible on X-ray images（Figure 1b）collapse，collapse is located on the articular surface（arrows）.　Figure 2.Using the area measurement tools（Freehand ROI）outlining along the outer edge of the image sketched out a low signal area of necrosis of the femoral head，so as to arrive at all levels and lower quadrants necrotic area data.　Figure 3.　The upper segment of right femur has no bone marrow edema，the bone marrow edema of left femur can be seen clearly.

2　结果

2.1随访结果及MRI征象评估

112例（152髋）患者平均随访时间为21.6月（10～42.5月）。发生股骨头塌陷者有62髋，未塌陷者90髋。除塌陷组与未塌陷组间性别（P=0.078）、年龄（P=0.631）、病因（P=0.604）和坏死信号比较（P= 0.071）之外，其他各项指标均有显著的统计学意义（P＜0.000 1）（表1）。

图4　图4a示右髋关节积液Ⅰ级，左髋关节积液Ⅱ级。图4b示右髋关节积液0级，左髋关节积液Ⅲ级。　图5　右侧ONFH病灶为周围型坏死，左侧ONFH病灶为中央型坏死（箭头所示）。　图6　Malizos等提出的八分法股骨头示意图，将其当作为一个标准的球体。Figure 4.　Figure 4a shows right hip joint effusion gradeⅠ，left hip joint effusion gradeⅡ；Figure 4b shows right hip joint effusion grade 0，the left hip gradeⅢ.　Figure 5.　The lesion of right ONFH was peripheral necrosis，the lesion of left ONFH was central necrosis（arrows）.　Figure 6.　Eighth schematic femoral head proposed by Malizos，which was used as a standard ball.

表1　塌陷组与未塌陷组各指标的统计结果

2.2股骨头总坏死体积及各个象限坏死体积百分比塌陷组62髋中，总的坏死体积百分比平均值为40.1%±20.1%，未塌陷组90髋中，平均坏死百分

比为18.3%±19.8%。结果表明，除塌陷组与未塌陷组PIM象限比较（P=0.143）之外，其他各象限值均具有统计学意义（表2）。

表2　股骨头总坏死体积百分比与各象限坏死体积百分比在塌陷组与非塌陷组的比较

2.3股骨头塌陷危险因素Logistic回归分析结果

结果表明，ARCO分期、坏死形态、骨髓水肿、总坏死体积百分比、ASL象限坏死体积百分比、PSL象限坏死体积百分比均具有统计学意义（P＜0.05）。总坏死体积百分比、ASL象限坏死体积百分比、PSL象限坏死体积百分比则是股骨头坏死塌陷的危险因素。另外，ARCO分期、坏死形态、骨髓水肿的相对危险度（OR值）均为0.2左右，而总坏死体积百分比、ASL象限坏死体积百分比、PSL象限坏死体积百分比的OR值均＞1（表3）。

3　讨论

非创伤性ONFH是一种严重影响年轻患者的疾病，一般均会进展为破坏性骨关节病。研究发现［7］如果未经治疗，80%的ONFH患者会发生进展，最终需要全髋关节置换术。X线摄影和MRI是目前最主要的成像方法，尤其MRI是仅有的被用来诊断早期ONFH的检查，且被用于一些主要的分型系统中。ONFH病灶的大小和受累程度被认为是ONFH预后和治疗方式选择的主要影响因素［8-9］。X线摄影上很难评估坏死病灶的大小，研究表明MRI上中等大小和比较大的坏死病灶预示股骨头有塌陷的风险［10］。相应的评估病灶受累程度的方法也经历了从坏死指数［11］、负重区面积百分比［12］和精确的坏死体积测量［2］。本研究应用Malizos等［2］提出的股骨头八分法随访研究早期未塌陷的ONFH患者，结合MRI分析影响ONFH塌陷的危险因素，找出临床上较实用且准确的预测ONFH塌陷的方法指导临床。

表3　股骨头塌陷危险因素Logistic回归分析结果

3.1MRI观测指标对ONFH塌陷的影响

MRI可提供丰富的显示ONFH位置、范围及程度等方面的客观信息，并可通过特定的方法与软件进行定量测量，因此对评估ONFH的病情及预判是否塌陷的趋势具有不可替代的重要作用。本研究显示，ARCO分期（Ⅱ）、坏死形态（周围型）和骨髓水肿的存在是股骨头塌陷的危险因素。ARCO分期与ONFH塌陷的发生率具有较好的对应关系。本研究中处于ARCOⅠ期ONFH 60髋中仅有4髋（6.67%）发生塌陷，而ARCOⅡ期ONFH的92髋中有58髋（63.04%）发生塌陷，ARCOⅡ期发生塌陷的概率明显高于前者。由ARCO的分期标准［13］可知，ARCOⅠ期的股骨头仅能在MRI上表现异常，组织学研究结果表明，该异常信号带代表修复界面，并可在修复带中观测到完整的间隙存在［14］。本研究发现，MRI上ONFH形态也是ONFH塌陷的危险因素之一，其中94髋中央型ONFH仅有14髋（14.89%）发生塌陷，而58髋周围型ONFH者有48髋（82.76%）发生塌陷；周围型ONFH发生塌陷的概率明显高中央型者。根据两种分型的定义可知，中央型坏死的外围尚保留有部分未坏死的骨质，即股骨头关节软骨下骨质，这一部分尚存在一些支撑作用；而周围型坏死区的外围无正常骨质，仅有一层软骨下的骨板结构存在，对骨质的支撑作用较弱，极易引起软骨下骨板骨折，发生塌陷。近年来对股骨头的力学分析也印证了以上观点和研究结果［15-17］，由于股骨头内部骨小梁的排布结构特点，正常股骨头将身体传导来的压力均匀分布到骨小梁的特殊结构中，同时此结构也能加强股骨头的承载负荷的能力。当股骨头发生坏死时，造成骨小梁结构紊乱，常常会产生正常与坏死组织交界区的应力集中，长期反复的积累就会引起股骨头关节面的皱缩，最终出现塌陷。

本研究结果表明，MRI上显示的骨髓水肿也是影响股骨头塌陷的危险因素。先前的较多研究认为，骨髓水肿与ONFH的发病密切相关，是ONFH的早期改变，但随着MRI检查技术的广泛应用于临床，也有诸多研究认为［18-19］，骨髓水肿并非是早期ONFH的缺血改变，其发生可能是由ONFH后应力集中引起的应力损伤所致，为生物力学改变所引起的继发表现，临床上常伴随有髋关节疼痛，且随着水肿的消失而减轻或消失。本研究中66髋有骨髓腔水肿的ONFH中，有50髋（75.76%）发生塌陷，无骨髓水肿的86髋ONFH中仅有12髋（13.95%）发生塌陷，有骨髓水肿的ONFH的塌陷概率明显高于无骨髓水肿，由此可知骨髓水肿出现时股骨头内部可能已经发生不同程度的损伤，降低了股骨头的力学性能，如若未加重视，长期易发生塌陷。如果在MRI上出现骨髓水肿，应当采取积极的治疗措施，以延缓或抑制ONFH病情的发展。

3.2坏死体积百分比对股骨头塌陷的影响

基于MRI某些征象及其程度的评估有可能成为预测ONFH塌陷与否的重要生物学标志。但尚有其它指标也是影响ONFH发生塌陷的因素，如ONFH分期、坏死病灶大小或位置、髋关节疼痛等均常用来作为评估ONFH塌陷及其预后的重要影响因素，其中ONFH的程度被认为是最重要的［20］。本研究采用Malizos等［2］提出的股骨头八分法测量ONFH体积取得满意的效果，既能准确描述股骨头的坏死大小，又能结合其坏死部位提供相应的位置信息。通过对本组ONFH患者随诊观察并经过回归分析得出，V、ASL与PSL对ONFH塌陷的预测具有重要的临床价值，塌陷组坏死体积百分比均值均大于未塌陷组均值（P＜0.000 1），说明坏死体积百分比值大的股骨头更易发生塌陷，同时研究发现在ASL和PSL象限的产生坏死对预测塌陷更有帮助。研究者应用经纬度对股骨头的坏死位置进行精确定位发现：当坏死灶＜30%时，股骨头发生塌陷常与坏死位置明显相关，而当坏死灶＞30%时，两者之间则不存在明显的相关性，发生塌陷的股骨头，其坏死灶的中心多位于中、高纬度区，即位于股骨头的前上部［11］。韦竑宇等［21］研究59例（92髋）ARCOⅡ期ONFH患者，随访2年以上发现，当坏死体积＞23%时，股骨头发生塌陷的风险较高。雷新玮［22］应用生物力学研究分析坏死体积的大小，坏死体积包含坏死深度与宽度；当坏死宽度较大时，ONFH更易发生塌陷。回归分析的结果可知，总坏死体积百分比、ASL象限坏死体积百分比、PSL象限坏死体积百分比的OR值均大于1，大于ARCO分期、坏死形态、骨髓水肿的OR值（0.2左右），说明坏死体积的大小对ONFH塌陷的发生更具有危险性，这与诸多学者的观点相一致［20，23］。

综上所述，MRI检查和测量在ONFH的定量评价和预测塌陷中具有重要的临床价值。ARCO分期、坏死形态、骨髓水肿、总坏死体积百分比、ASL与PSL象限坏死体积百分比均是ONFH塌陷发生的危险因素，并且位于股骨头外上象限（ASL+PSL）的坏死对塌陷的贡献较大。V、ASL与PSL象限坏死体积百分比预测股骨头塌陷的临界值有较好的临床应用价值。

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The predictive value of MRI signs and necrosis volume quantitative measurement for non-traumatic osteonecrosis of femoral head

HAO Li，WANG Qi
（Department of Radiology，Longnan Hospital of Daqing City，Daqing Heilongjiang 163453，China）

Objective：To investigate the risk factors affecting the collapse of non-traumatic osteonecrosis of femoral head（ONFH）.And assess the value of clinical application in predicting the collapse of ONFH.Methods：By the imaging diagnosis of early osteonecrosis（ARCOⅠ，Ⅱ）a total of 112 cases of patients（152 hips）were collected for follow-up observation.All patients underwent initial examination of hip with anteroposterior and frog-position X-ray and MRI scans at the time of diagnosis.To evaluate the collapse of the femoral head at each X-ray examination；observe the hip joint effusion，bone marrow edema，necrosis signal features，location of necrotic lesions and necrotic morphology at the first MRI images，and measure the volume of femoral head necrosis，calculate the percentage of necrosis volume.Nominal data were analyzed with the chi-square test and measurement data were analyzed with independent sample T-test.Logistic regression analysis was used to analyze the risk factors.Results：In 112 cases（152 hips），62 hips were with femoral head collapse，90 hips were not.In addition to the difference of sex（P=0.078），age（P=0.631），etiology（P=0.604）and necrotic signal comparison（P=0.071）between the collapse group and non-collapse group，other indicators were statistically significant.The total average of the necrosis volume percentage in the collapse and non-collapse groups were 40.1%±20.1%，18.3%±19.8%，seperately.In addition to PIM quadrant comparison（P=0.143），the difference between collapse group and non-collapse group was statistically significant.ARCO stage，necrotic morphology，bone marrow edema，and necrosis of the total volume percentage，ASL quadrant necrosis volume percentage，PSL quadrant volume percentage of necrosis were statistically significant（P＜0.05）.Conclusion：MRI examination and quantitative measurement has important clinical value for evaluation and prediction of the collapse of femoral head，but various factors should be taken into account for predicting collapse of the femoral head，thus improving the accuracy of predictions.

Femur head necrosis；Magnetic resonance imaging

R681.8；R445.2

A

1008-1062（2015）06-0427-05

2014-12-16

郝丽（1977-），女，黑龙江大庆人，主治医师。