DECT与MRI在膝关节痛风性关节炎中的对照研究

石向明 刘星 王佳 贺亚男 张玉 王辉

痛风性关节炎(gouty arthritis，GA)是由于嘌呤代谢紊乱，血尿酸水平增高所致尿酸盐结晶沉积在关节腔、骨骼、滑膜、肌腱、韧带等组织中引起的关节炎性反应。GA反复发作可引起骨质破坏、肌腱断裂、关节间隙狭窄等最终可导致关节畸形以及功能障碍，严重影响了患者生活质量，因此早期诊断显得尤为重要[1-3]。GA以手足小关节好发，特征性发病部位为第一跖趾关节，发生于膝关节者较少，导致诊断经验不足，容易造成影像和临床大夫的漏诊、误诊。本研究对86例患者共120例膝关节进行双能量CT(dual energy CT,DECT)和磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)检查，通过对照分析影像学资料，探讨两种检查方法对GA的诊断价值旨在提高本病的诊断及鉴别诊断能力。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2017年3月至2019年8月于我院就诊的86例膝关节炎患者，其中男64例，女22例；共120个膝关节为研究对象，其中GA81个，非GA39个，包括24个骨性关节炎，9个类风湿性关节炎，6个创伤性关节炎。1周内行膝关节DECT和MRI检查。34例患者为双侧膝关节发病，52例患者为单侧膝关节发病(左膝32个、右膝20个)。年龄26～63岁，平均年龄(42.3士1.2)岁；病程1个月～15年，中位数3年。81个GA膝关节，其中62个经穿刺活检病例证实，19个未进行穿刺活检病例均符合2015年欧洲抗风湿病联盟 (EULAR) 诊断标准，骨性关节炎、类风湿性关节炎、创伤性关节炎均符合相关疾病诊断标准。排除标准:(1)GA合并类风湿关节炎；(2)金属内固定植入影响图像评价；(3)患者资料不全。本研究项目已通过医院伦理委员会的审查和批准。

1.2 设备与方法

1.2.1 DECT扫描:所有患者采用第二代西门子双源炫速CT(Siemens Somatom Definition Flash)检查，下肢自然伸直，以膝关节为中心扫描。A球管80 kV/250 mAs，B球管140 kV/125 mAs。准直器宽度64×0.6 mm，视野(FOV)260 mm×260 mm，阵矩512×512，平均加权系数=0.3，旋转时间：0.5 s/rot，螺距0.7，卷积核值D30f。 将数据传输至Syngom-energy工作站进入GOUT，设定软组织为基准，比率1.36， 阈值范围150～500 Hu,range=4，融合比率50%。

1.2.2 MRI扫描:采用Siemens Verio 3.0T超导MRI扫描仪，膝关节专用线圈，患者采取仰卧位。扫描内容主要包括快速自旋回波(TSE)横轴位脂肪抑制T2WI-FS序列(TR 4000 ms TE 48 ms)、FOV：18 cm×18 cm、层厚3 mm、 层间距1 mm。矢状T1WI序列(TR 650 ms TE 20 ms)、质子密度加权PDWI序列(TR 3 700 ms TE 43 ms)、FOV：18 cm×18 cm、层厚4 mm、层间距1.2 mm。冠状位脂肪抑制T2WI-FS序列：(TR 3 200 ms TE 43 ms)、FOV：18 cm×18 cm、层厚3 mm、 层间距1 mm。

1.3 图像分析 DECT在关节腔、韧带、骨、关节软骨及周围软组织内见绿色标记为尿酸盐结晶即阳性表现，记录尿酸盐结晶大小、位置和范围，结合CT原图进行图像分析。MRI显示膝关节周围尿酸盐结晶、滑膜增厚，骨髓水肿及软组织水肿等情况。所有数据均由3名有经验丰富的影像诊断医师采用双盲法测量。参照EULAR诊断标准以关节液、痛风石穿刺活检及临床诊断结果为金标准。

2 结果

2.1 DECT与MRI对GA病变征象检出情况比较 81个GA膝关节中DECT显示尿酸盐结晶阳性76个原图显示骨质侵蚀41个，关节积液57个、滑膜肥厚21个、软组织肿胀58个。MRI显示尿酸盐结晶54个，滑膜增厚62个，骨质破坏及骨髓水肿58个，软组织肿胀73个，关节积液68个。见表1，图1～6。

表1 DECT与MRI对GA病变征象检出情况比较 n=81，个

图1 尿酸盐结晶沉积于半月板图2 尿酸盐结晶沉积于后交叉韧带及股四头肌腱图3 右膝关节多发尿酸盐结晶沉积

2.2 DECT与MRI对GA病变灵敏度、特异度、假阳和假阴性率、阳性和阴性预测值比较 灵敏度(93.83 VS 82.72)、特异度(92.31 VS 61.54)、假阳性率(7.68 VS 38.46)、假阴性率(6.17 VS 17.28)、阳性预测值(96.20 VS 81.71)、阴性预测值(87.8 VS 63.16)。见表2。

图4 膝关节腔内尿酸盐结晶T1WI呈低信号图5 膝关节腔内尿酸盐结晶T2WI呈略高信号图6 右膝滑膜肥厚、关节积液

表2 DECT与MRI对GA病变灵敏度、特异度、假阳和假阴性率、阳性和阴性预测值比较

2.3 DECT与MRI对GA病变ROC曲线下面积比较 分别绘制DECT、MRI诊断GA病变的ROC曲线图。其ROC曲线下面积为0.908vs 0.756，95%CL为0.840～0.954vs 0.668～0.831。2种方法相比差异有统计学意义(Z值3.121、P=0.0018)。见图7。

图7 DECT与MRI对GA病变诊断的ROC曲线图

3 讨论

GA是临床常见代谢性关节病之一，通常累及足、踝、腕等小关节，以第一跖趾关节病变最具特征性。早期症状自发病到消退通常需要几天到几周时间，长期、反复尿酸盐结晶不断沉积就会形成痛风石，累及关节腔、滑膜、韧带、肌腱、骨骼等组织，并导致多关节病变。痛风晚期还常会伴随其他代谢综合征，如：慢性肾病和胰岛素抵抗、心肌梗死甚至猝死[4]，因此早期诊断、治疗以防止并发症的发生显得尤为重要。GA的发病率为0.2‰～0.35‰，以中青年男性好发，近年来由于人们饮食结构的改变，嘌呤类食物摄入增多，发病率日渐增高。临床诊断痛风的重要指标是尿酸值的升高，但高尿酸血症发展成GA所占比例为5%～12%，大约40%的急性痛风患者在发病期间血清尿酸水平正常[5,6]，这更增加了诊断的难度。通过偏振光显微镜在关节滑液中或痛风结节中找到尿酸盐结晶是诊断痛风的金标准。然而，这是一种有创性操作，手术风险和患者的不配合限制了该方法的普遍应用。

DECT扫描其原理是使用两套独立的X射线管和探测器，发出高低两种能量的X射线，不同能量射线通过不同成分物质衰减也不相同。尿酸盐结晶为尿酸盐和少量钙盐组成，X线通过原子序数高的钙发生光电吸收衰减明显，而通过尿酸盐发生康普顿散射衰减少。DECT检查速度快，适用于全身各个组织、器官，特别对不能配合穿刺检查的患者和取检困难的部位如：骨内、软骨内、肌腱内病变更具优势，是目前唯一能非创伤性显示组织内尿酸盐结晶的检查方法。一次扫描可得到不同能量的2组数据，通过工作站颜色编码标记为不同的颜色[7,8]，能清晰、准确地显示尿酸盐大小、数目、形态及发病部位。2015年ACR及EULAR将DECT检查加入了新的痛风分类标准当中。本研究将管电压在140 kVp和80 kVp间切换，将尿酸结晶、钙(骨皮质)和骨髓通过颜色编码显示为绿色、蓝色，粉色进行区分。韩晓凤[9]报道DECT对于尿酸盐结晶检测的敏感性及特异性为86.96%和88.24%，与本研究相符。DECT一次扫描双膝关节约为0.6 mSv,剂量低于普通人年平均自然辐射本底1～2 mSv，较为安全。

痛风性膝关节炎在不同时期的MRI表现也不尽相同，归纳如下：(1)滑膜增厚，早期滑膜充血、水肿表现为不均匀轻度增厚，随着病情进展尿酸盐沉积增多滑膜呈结节状、斑片状增厚，增厚滑膜呈T1WI等信号，PDWI稍高信号，增强扫描明显强化。本组62例滑膜肥厚病变中，轻度肥厚24例、中度或结节状肥厚36例，弥漫性肥厚2例。滑膜肥厚程度与病程多呈正相关[10]。(2)痛风石通常表现为直径几毫米到数厘米大小不等的结节状或团块状影，信号特点无特异性与痛风结节内尿酸盐结晶、纤维组织、钙盐、蛋白以及水等成分的比例相关，通常认为含钙盐比例多T1WI信号会更低，而含蛋白及水的比例多T2WI信号会更高[11]。痛风石为GA的特征性表现，表示病情已进入慢性关节炎期，MR对病变早期及含钙成分高的的病灶显示不佳。本组病例显示痛风石54例，病程都在1年半以上。(3)骨髓水肿和骨质侵蚀：尿酸盐结晶分布于骨旁和骨内造成对临近骨质的侵蚀、破坏。表现为软骨缺损，穿凿样骨质破坏和骨髓水肿，慢性痛风可见骨质硬化缘。病灶多位于胫骨髁间隆突、胫骨平台、股骨外侧髁等。本组中58例膝关节可见痛风结节周围不同程度骨质破坏或骨髓水肿。(4)肌腱及韧带水肿、增粗，T2WI-FS信号增高，边缘模糊，膝关节周围软组织水肿，肌间积液。GA以股四头肌肌腱最易受累[12,13]，其次为前交叉韧带和髌韧带，本组病例中软组织水肿73例，占90.12%。

本研究中DECT及MRI诊断GA的ROC曲线下面积为0.908及0.756均大于参考线的面积，表明2种检查方式均具有较高的诊断价值。痛风早期，尿酸盐结晶为关节内的显微沉积，而非正真意义上的痛风石，无法在DECT上显示，只能在偏振光显微镜下观测到。Glazchrook等[14]报道DECT能显示>15%～20%体积分数的痛风石，本研究中DECT显示5例假阴性的患者症状出现时间均<2周且均为首次发病，分析原因可能是因为尿酸盐结晶太小而无法识别所致。当改变软件的参数设置可以提高检测痛风的能力[15,16],我们通过减低软组织在高低千伏的CT值，提高参数的斜率时，痛风石显示增大，且位置更加广泛，提高了痛风石的检出率但增加了假阳性率，减少了准确性。DECT可评估全身组织、器官尿酸盐沉积总量，可以通过监测全身尿酸盐总量评价治疗的效果。MRI对痛风石的显示与通风石的大小和成分比例密切相关，对<5 mm的痛风结晶显示较差，但能很好地显示膝关节滑膜增厚，肌腱、韧带受侵程度、关节腔积液以及骨、软骨的损伤。通过分析MRI影像征象能很好地判断痛风的病理过程，对膝关节病情进行整体评估，为临床治疗及预后提供影像依据。但是这些影像学特征对痛风并不具特异性，再加上成像时间长、成本高，限制了MRI的应用。

GA需要和退行性骨关节病、类风湿性关节炎、关节结核、色素沉着绒毛结节性滑膜炎相鉴别[17,18]。退行性骨关节病好发于中老年人群，多由慢性劳损所致，表现为关节缘骨质增生、硬化，关节间隙变窄、关节软骨变薄和关节腔积液，滑膜肥厚多为轻度反应性增厚。类风湿性关节炎临床表现为关节游走性疼痛，好发于中年女性，以手、足小关节受累为主，膝关节受累通常具有明显的滑膜增生和滑膜炎，软骨及骨质侵蚀较重。膝关节结核好发于儿童和青少年，骨及软骨侵蚀多由关节边缘开始，导致关节间隙非对称性狭窄、骨质疏松。关节滑膜条状、结节状增厚，其中以干骺端泥沙样小死骨和软组织冷脓肿为较明显特征。临床表现为血沉增快，低热、盗汗的全身症状。色素沉着绒毛结节性滑膜炎多单关节发病分为局灶型和弥漫型。局灶型病变多位于髌下囊区，表现为孤立的滑膜结节，很少累及肌腱及韧带。弥漫型病变表现为滑膜广泛、不均匀肥厚，肌腱、韧带、关节软骨及骨质均可受侵。在MRI检查中，发现在T1WI、T2WI序列上均呈低信号的含铁血黄素沉着具有定性意义。膝关节病变种类多，在一些影像征象复杂的病变中，可以进行关节经皮穿刺活检的评价。

综上所述，DECT发现痛风石的能力高于MRI，且能够显示痛风石的大小、形态、位置及分布特点。MRI直接显示痛风石的能力较差，但能清楚地显示滑膜肥厚、关节积液、骨、软骨损伤及周围软组织水肿情况。对于GA的定性诊断首选DECT，而评价关节整体损害程度时首选MRI。DECT还可以用于高尿酸血症而无临床症状患者的检查，2种检查方法综合运用能提高GA的诊断准确率及膝关节整体损害程度，便于临床分期，值得推广。