中轴型脊柱关节炎MRI 诊断新进展

刘君玲 温生宝 李文方

青海大学附属医院影像中心，西宁 810000

脊柱关节炎（spondyloarthritis，SpA）既往因患者血液中类风湿因子呈阴性也称为血清阴性脊柱关节炎，该病是一组具有相同的遗传及免疫学背景、相似的临床特征，并与人类白细胞抗原B27 强相关的慢性炎性疾病。其中以强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）最为典型，其他亚型还包括反应性关节炎、银屑病关节炎、炎性肠病关节炎、幼年SpA 和未分化SpA。除幼年SpA 以外周关节炎为首发症状外[1]，其他亚型SpA 多以中轴关节炎为首发症状。反应性关节炎又称瑞特综合征，主要表现为尿道炎、宫颈炎或腹泻后的髋关节炎[2]；银屑病关节炎为在银屑病皮疹患者中发生的中轴或外周关节炎[3]；炎性肠病关节炎是与肠道炎性疾病相关的SpA，可表现为外周寡关节炎、中轴关节炎和附着点炎[4]；未分化SpA 是一组症状谱和临床相的命名，其表现多样且不典型[5]。

SpA 的炎性标志物主要包括C 反应蛋白、血沉及血小板等；血中免疫球蛋白以免疫球蛋白A为主；血清碱性磷酸酶水平升高常提示病变广泛或有骨骼侵蚀出现，但并不代表病情活动；类风湿因子和抗核抗体为阴性。目前较为公认的SpA的易感基因为人类白细胞抗原B27[6]；另有研究结果发现内质网氨肽酶[7]、噬细胞集落刺激因子[8]、白细胞介素6 和TNF-α[9]也与SpA 相关。

2009 年国际脊柱关节炎协会（Assessment of Spondylo Arthritis International Society，ASAS）将SpA 分为中轴型脊柱关节炎（axial spondyloarthritis，axSpA）和外周型SpA[10-11]。但两者之间多存在重叠，有研究报道axSpA 患者在病程中也可出现外周型SpA 的症状[12]。axSpA 主要是中轴关节受侵，可表现为附着点炎、趾炎、银屑病、葡萄膜炎、炎性肠病和心脏受累等[13]。广义的中轴关节是指自颈椎至骨盆、髋部的大小关节；狭义的中轴关节仅包括颈椎、胸椎、腰椎和骶髂关节。axSpA 包括AS 及放射学阴性中轴型脊柱关节炎（non-radiographic axial spondyloarthropathy，nr-axSpA）。此分类方法主要是弥补1984 年纽约标准[14]中对AS 的定义，该标准中AS 的确诊依据必须有X 射线骶髂关节炎的证据，显然漏诊了那些还未出现关节骨质结构改变的早期AS 患者，因为X 射线只能识别晚期已出现关节结构改变者。将早期还未出现X 射线阳性征象的AS 定义为阴性只是因其X 射线检查结果未出现关节破坏，这并不代表不存在关节炎症。

AS 主要指发展为骶髂关节或脊柱结构性损伤并在X 射线或CT 等影像上有明确表现的患者。Nr-axSpA 指诊断符合2009 年ASAS 对axSpA 的分类标准[10]，但不满足1984 年修订的纽约标准[14]的患者。其中，纽约标准中AS 的确诊需符合X 射线影像学标准及1 项以上的临床标准，X 射线影像学标准为双侧≥Ⅱ级骶髂关节炎，单侧≥Ⅲ～Ⅳ级骶髂关节炎（0 级为正常；Ⅰ级为可疑；Ⅱ级为轻度异常，可见局限性侵蚀、硬化，但关节间隙正常；Ⅲ级为明显异常，在Ⅱ级基础上出现关节间隙增宽或狭窄；Ⅳ级为关节完全强直[15]）；ASAS 标准中确诊AS 需满足的影像学标准为MRI 上表现为急性（活动性）骶髂关节炎。故nr-axSpA 定义为在X 射线上骶髂关节无明显异常，但在MRI 上有骨髓水肿、骨炎、滑膜炎等急性骶髂关节炎的表现[16-17]。Nr-axSpA 的提出主要是为了在放射学结构改变出现之前早期及时检出骶髂关节炎。目前，对nr-axSpA与放射学阳性的早期AS 的关系存在较大争议，有研究者将早期AS 归类为nr-axSpA[18]，因为两者在临床表现、人类白细胞抗原B27 阳性率及X 射线阴性表现等方面相似，同时对人TNF-α 抑制剂的疗效相近。但对此也有研究者认为nr-axSpA 并不全是早期AS，因为其预后复杂，仅有一部分nr-axSpA患者后期可发展为AS[19]。早期AS 病变主要发生在骶髂关节，尤其是骶髂关节下1/3 处，临床表现并不明显，部分患者可出现厌食、疲倦和低热等非特异性全身表现，这些症状在幼年患者中更为明显[20]。AS 常见的早期症状为交替性臀部疼痛，以一侧臀部或髋部疼痛为主，疼痛反复且双侧交替。X 射线及CT 检查对早期AS 的检出并不灵敏，虽能较好地显示骨骼结构的改变，但对骨髓水肿和滑膜病变等显示不佳。因此，早期AS 的影像诊断主要采用MRI，骨髓水肿合并骨侵蚀可作为AS 早期诊断的MRI 特异性表现。

1 影像学特征

1984 年修订的纽约标准通过CT 表现将骶髂关节炎进行分级，因为CT 能较好地显示SpA 的微小病变，并能监测到病变骨质的进展情况[14,20]。但该诊断标准是基于骶髂关节间隙改变或疑似改变开始分级的，对于骶髂关节间隙改变及骨质破坏之前的病变，如骨髓水肿、滑膜炎及血管翳等的监测并不灵敏，故易漏诊早期病例。相较于CT，MRI能反映病变炎症的本身情况，因此2009 年ASAS将MRI 检查引入诊断标准[10]。近几年兴起的几种MRI 新技术不仅能通过特定的参数值早期检出病变，并且可对病情进行定量分析。其中应用较为成熟的技术包括弛豫时间图成像、弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）及动态对比增强成像等。

2 弛豫时间图成像

2.1 弛豫时间图成像的基础

骶髂关节双侧骶骨面附有透明软骨，软骨由细胞外基质和软骨细胞组成，软骨基质由外胚层水、蛋白多糖、胶原蛋白及特殊蛋白质组成，其中水占66%～78%，且水在软骨中的分布不均匀，在关节表面的含量最高。蛋白多糖是由具有碳水化合物侧链的高相对分子质量的蛋白质组成，可产生大量的带电分子吸引水分，因此，蛋白多糖是直接导致软骨含水量高的原因。T2 mapping 和T2* mapping技术主要用于骨与软骨病变的检测，其成像基础即为监测组织内水分子的微小变化。

AS 病变在常规MRI 压脂像上表现为骨髓水肿，即呈高信号影，在T2 mapping 和T2* mapping伪彩图上严重骨髓水肿区域表现为红色，炎症较轻区域表现为黄色或浅黄色，正常区域则表现为蓝色[21]。AS 患者骶髂关节面下骨髓的T2 及T2*值较正常区域明显增高[11]，但T2*值始终低于相对应的T2 值[22]。

2.2 T2 mapping

T2 弛豫时间，即自旋-自旋弛豫时间，与横向磁化衰减速率有关，由前射频脉冲造成的相位相干性损失引起，主要反映自由水分子在软骨基质内移动和交换能量的能力，同时也能反映水分子与胶原纤维的相互作用。在软骨组织中T2 值主要取决于细胞外基质的水和胶原蛋白含量以及胶原纤维的排列取向。根据T2 值的取值范围可生成与之相对应的伪彩图，通过色阶更直观地表现病灶的炎症程度。

SpA 中以AS 为例，其骶髂关节病变可导致单核细胞和淋巴细胞炎性渗出增多，水含量增高，故引起T2 值的改变。甄涛[23]对AS 患者和单纯慢性腰背痛患者进行T2 mapping 序列检查，结果发现早期AS 患者的T2 值即可出现相应变化，因此可对早期AS 患者与慢性腰背痛患者进行鉴别。姚晓龙等[24]对AS 患者及健康体检者的研究结果发现，AS 患者组骶髂关节面下骨髓T2 值明显升高，同时，89%的患者在常规压脂像上未见明显异常病变，但在T2 mapping 伪彩图上发现了骨髓水肿区，因此提出T2 mapping 技术在检出AS 早期病变中有独特价值。此外，朱启航等[25]对依那西普治疗的AS 患者进行治疗前后的T2 mapping 扫描，结果发现治疗后AS 患者的T2 值明显低于治疗前，证实了T2 mapping 技术可以作为评估AS 疗效及预后的指标。

不同序列下获得的T2 mapping 的T2 值各不相同[26]，这些不同可能与每个序列对系统缺陷的不同灵敏度及不同的拟合方法有关，但无论在何种序列下获得T2 值，其结论是一致的，即当骨关节软骨病变时，相应区域的T2 值将不同程度增高。但也有研究者发现，当软骨病损严重时，T2 值会再次下降，并认为T2 值可能不太适合更晚期的疾病阶段[23]。姚晓龙等[24]对36 例AS 患者的研究结果显示，有5 例患者的骶髂关节在伪彩图上出现病变征象，但测得的T2 值未显示异常。与其他弛豫时间图成像相比，T2 mapping 最大的优点是对磁场的局部不均匀性不敏感，即使患者存在术后金属碎片也不影响成像。但其也有一定的局限性，T2 mapping大多使用二维多层自旋回波采集获取T2 值，这种二维模式无法对数据进行重建获取三维图像。

2.3 T2* mapping

T2* mapping 是类似于T2 mapping 的技术，采用的是多回波梯度回波序列，由于不受自旋回波序列180°重聚焦脉冲对失相位的影响，因此T2*值不仅能反映组织中相邻质子间的自旋-自旋弛豫时间，同时还能反映由磁场不均匀性导致的相位偏移所产生的横向弛豫时间[27]。T2* mapping 最大的优势是成像时间更短，三维成像的可能性更大，因此可能具有更高的空间分辨率，这些优势在关节薄且呈球型的软骨表面极为重要。刘玉涛等[21]研究发现，T2* mapping 有助于AS 患者骶髂关节炎的定量分析。还有学者提出，T2* mapping 可与超短回波序列联合使用，评估深层软骨钙化层[26]。但此类研究在骶髂关节中尚未见报道。

T2* mapping 序列也存在一定的局限性，如对易感性伪影和魔角效应的敏感性高，在这方面，T2 mapping 技术优于T2* mapping 技术。

3 MRI DWI

DWI 最显著的特点是可以无创性地观察活体组织中水分子的弥散特性，从而提供各组织的空间结构信息。其中，水分子的弥散程度用弥散敏感梯度（b 值）及表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）来表示。该技术主要通过检测病变区域的ADC 来量化诊断早期病变的程度及其活动性。AS 患者病变区炎性因子浸润，扩散加强，在DWI 上表现为明显高信号，其ADC 增高[28-29]。牛富业等[30]的相关研究结果发现，ADC 与Bath 强直性脊柱炎疾病活动性指数（BASDAI）评分、加拿大脊柱关节炎研究协会（SPARCC）评分呈正相关，故认为DWI 可作为评价SpA 疾病活动性的可靠指标。孔龙等[29]和郑泽文[31]的研究也得出了相同结论。

尽管DWI 技术在肿瘤鉴别诊断方面具有较大价值，也能较为简洁方便地量化分析SpA 早期病变，但其仍具有一定的局限性，其局限性主要来自b 值的不确定性：b 值越高，对水分子运动就越敏感，对病变的检出率也就越高，但图像的噪声会增加，分辨率得不到保证；b 值较低时，ADC 将同时受灌注和扩散的影响，此时对组织扩散情况的反应将失真。目前对于b 值的取值范围仍缺乏一定的标准[32]。李贝贝等[32]的研究结果发现，当取不同的b 值时，测得的ADC 具有明显差异。

4 动 态 增 强 对 比（dynamic contrast enhance，DCE）-MRI

DCE-MRI 主要是通过静脉团注水溶性对比剂后缩短T1 弛豫时间，迅速获取T1 加权图像，对比剂从血管进入病变组织后，病灶呈现不同的强化形式，以此评价组织微循环及血流的灌注状态，从而达到对病灶的半定量及定量诊断。DCE-MRI 主要用于各类肿瘤的诊断。DCE-MRI 序列半定量诊断主要是对病变ROI 绘制出时间-信号强度曲线，并计算出增强因子（Fenh）及增强斜率（Senh），从而定量检测SpA 患者的活动性及病变程度。李筱倩等[33]的研究结果发现，早期AS 患者病变区ADC与Fenh 之间呈高度正相关，DWI 和DCE-MRI 对早期SpA 病变的骨髓改变显示较为灵敏。

DCE-DWI 序列的定量诊断主要是通过Tofts模型提出的3 个定量参数，即Ktrans（转运常数）、Ve（每单位体积组织中血管外细胞外间隙的容积分数）和Kep（速率常数）来定量监测SpA 病变的活动性。初广宇等[34]比较了AS 患者中活动组与静止组的Ktrans、Kep、Ve及各项指标与Bath 强直性脊柱炎疾病活动性指数（BASDAI）评分的相关性，结果发现两组患者各参数之间的差异有统计学意义，证实DCE-MRI定量参数能够评价SpA 的活动性。

AS 患者在炎症活动期出现骨髓水肿，时间-信号强度曲线主要表现为Ⅱ型及Ⅲ型，其中以Ⅱ型（快速上升平台型）为主，即早期速升，中后期强化程度保持恒定或稍有增加，晚期强化程度缓慢增加；Ⅲ型为持续快速上升型。正常者其时间-信号强度曲线表现为Ⅰ型，即速升缓降型，曲线上升到最大强度后再缓慢下降[29]。AS 患者病变区Ktrans、Kep、Ve增高，并与Bath 强直性脊柱炎疾病活动性指数（BASDAI）评分呈正相关[28]。

但因DCE-MRI 需要注射对比剂，限制了其在临床的广泛应用。目前DCE-MRI 多应用于肝脏、泌尿系统及颅内等肿瘤的定量诊断，较少用于骨关节方面疾病的诊断。

5 小结

SpA 病变进展可导致脊柱关节结构及功能障碍，甚至可致残疾，临床治疗只能延缓病情进展及改善症状。而早期发现并对症治疗可防止脊柱和关节结构及功能的改变，同时对早期炎症的定量诊断可指导临床精准治疗，因此，SpA 的早期检出及定量分析极为重要。但MRI 同时也存在一定的局限性：一方面，MRI 对病变的分期有赖于影像诊断医师的诊断水平，具有明显的主观性；另一方面，常规MRI 对脊柱关节的炎症程度并不十分灵敏，在新标准验证实验中，MRI 对SpA 患者活动性骶髂关节炎的检出率仅为72.4%[11]。相较于常规MRI，DWI、DCE-MRI 及弛豫时间图成像等功能MRI 不仅可以灵敏地检出SpA 病变，还能对病变进行分期及定量分析。

利益冲突 本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及任何利益冲突。

作者贡献声明 刘君玲负责文献的查询、论文的撰写；温生宝负责论文的审阅及校对；李文方负责论文的修改。