定量MRI用于强直性脊柱炎研究进展

郭晓琳，钱丽霞

(1.山西医科大学医学影像学系，山西 太原 030001；2.山西医科大学附属山西白求恩医院磁共振科，山西 太原 030032)

强直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS)是病因尚不明确的以侵犯中轴关节为主的慢性炎症性疾病，其发生和发展与人类白细胞抗原(human leukocyte antigen, HLA)-B27、肿瘤坏死因子和白细胞介素-17密切相关[1]，是引起骶髂关节和脊柱结构改变的中轴型脊柱关节病(axial spondyloarthritis, axSpA)，多见于青少年。骶髂关节炎(sacroiliitis, SIS)是AS早期病理标志之一。目前临床常用X线、CT及MRI等影像学方法辅助诊断AS。常规X线和CT仅能显示骨结构变化，难以准确显示早期骨髓和软骨变化。MRI虽具有较高的软组织分辨率，但常规MRI诊断早期SIS的敏感度及特异度均不高。随着影像学技术的发展，MR定量成像技术逐渐用于关节炎早期诊断[2]。本文对定量MRI用于AS的研究进展进行综述。

1 定量MRI

1.1 弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)和体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像 DWI是目前常用于检测活体组织内水分子扩散运动的无创方法，表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)为其重要参数。AS处于活动期时，病变区域水分子运动加快，扩散运动增加，ADC值增高[3]。研究[4]证实DWI对检出AS病变具有较高的敏感性和特异性。IVIM-DWI在DWI基础上采用双指数模型分别提取灌注及水分子扩散特征信息，可在真实反映水分子扩散过程的同时获得灌注信息而无需对比剂，其主要参数值包括D值、D*值和f值。D值为纯扩散系数，代表单纯水分子扩散；D*值是灌注相关系数，主要反映微循环灌注所致扩散情况；f值是灌注分数，反映微循环所致灌注在总体扩散中的比例。ZHAO等[5]以IVIM成像评估AS活动性，发现f值可提高诊断AS活动性的敏感度，而D值诊断准确率更高。HILBERT等[6]采用IVIM成像观察儿童关节炎，结果显示根据f值可区分关节积液与滑膜增厚。ZHAO等[7]对44例AS患者分别行IVIM和动态对比增强MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)，发现IVIM的f值与DCE-MRI参数存在一定相关性，进一步证实了IVIM用于早期诊断AS的可行性。QIN等[8]将40只大鼠随机分为AS模型组和对照组，通过建模使AS组处于活动期，将2组IVIM结果与病理结果进行对比，发现AS活动期大鼠D值、f值和D*值均较对照组增加，可能原因在于滑膜组织内毛细血管数量增加及水分子扩散运动受限，导致血流量和血液灌注比例增加，病理表现为血管翳增加。也有研究[9]认为D值在鉴别AS活动性方面不及ADC值，不同研究间b值不同和研究对象不同可能是导致结果存在差异的主要原因。目前IVIM用于诊断AS尚处于探索阶段，仍需开展大量研究观察其是否有望成为诊断AS的常规MR序列。

1.2 弥散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI) DKI是通过多b值扫描反映组织微结构复杂度的更高阶扩散模型[10]，所检测定量参数包括平均扩散率(mean diffusion, MD)和平均峰度(mean kurtosis, MK)。MD指空间各方向水分子扩散的平均值；MK为各方向扩散峰度的平均值，组织结构越复杂，MK值越大。WANG等[11]将44例AS分为稳定组、轻度活动组、高活动组及较高活动组，分别行DKI及DWI，结果显示MD值与AS活动等级呈正相关，且MD值反映组织微观结构优于ADC值，而MK值与AS活动度呈负相关；原因可能在于随着AS活动性增加，骨小梁结构损伤和骨量丢失加重，骶髂关节(sacroiliac joint, SIJ)微结构复杂度减低。既往研究[12]显示DKI鉴别骨肿瘤良恶性的诊断效能较高。恶性病变MD值明显低于良性，可能与恶性细胞排列紧密致扩散受限有关；MK值高于良性，可能因恶性细胞异质性较大，且易合并出血、坏死等，使其结构复杂性增加，导致MK值增加。

2 DCE-MRI

作为评估血管生成的非侵入性方法，DCE-MRI在诊断疾病、监测治疗效果和评估预后方面具有重要作用[13]；经静脉注射对比剂后扫描，获得定量和半定量参数，可评估毛细血管通透性及灌注状态，并清晰显示滑膜增生情况[14]。DCE-MRI主要定量参数包括ktrans、Kep及Ve。ktrans为转运系数，反映对比剂从血管内扩散到血管外细胞外间隙的过程；Kep是速度常数，反映对比剂从血管外细胞外间隙返回血管内的过程；Ve是容积分数，代表对比剂在血管外细胞外间隙所占百分比。初广宇等[15]采用DCE-MRI测量42例AS的相关参数，发现评估AS活动性的价值均较高，且同时ktrans、Kep、Ve均与AS活动指数调查表(bath ankylosing spondylitis disease activity index, BASDAI)评分存在显著相关性。ZHANG等[16]采用DCE-MRI观察42例AS，结果进一步证实了DCE-MRI可用于早期评估AS活动性，Ktrans值与BASDAI评分的相关性最高。但DCE-MRI存在扫描时间长、需使用对比剂，因而可能加重肾脏负担等不足，目前尚未列入常规序列检查。

3 MR定量成像技术观察SIJ

软骨细胞主要由水和细胞外基质组成。正常SIJ软骨细胞含量较少。 AS早期胶原基质减少、水分增加，定量MRI可显示上述变化。目前用于观察SIJ的定量MR序列主要包括T2-mapping、T2*-mapping及磁化传递(magnetization transfer, MT)技术等。

3.1 T2-mapping T2-mapping是采用多回波序列得到组织T2弛豫时间图，再通过计算T2弛豫时间生成的参数图，不仅能显示常规MRI不能显示的骨髓水肿，还可测量T2值以反映病变组织内水分子含量，有助于在关节发生不可逆性解剖损伤之前识别早期软骨改变。LEFEBVRE等[17]和ALBANO等[18]分别采用3.0T MR和1.5T MR系统观察健康志愿者SIJ，结果显示T2-mapping可用于评估SIJ，且可重复性好，为评估病理性SIJ奠定了基础。ALBANO等[19]采用T2-mapping定量分析20例axSpA患者，发现T2值有助于早期诊断SIS。WANG等[20]采用T2-mapping观察77例axSpA患者，结果显示AS活动期患者T2值高于稳定期患者；将T2值与ADC值进行比较，发现ADC值诊断AS的效能高于T2值。T2-mapping技术对周围组织环境更敏感，而WANG等[20]的研究未使用脂肪抑制技术，周围脂肪可能对诊断结果产生一定影响。目前T2-mapping用于早期诊断AS处于探索阶段，且其诊断效能相对常规DWI是否更优尚未明确。

3.2 T2*-mapping T2*-mapping成像原理及其对组织的量化与T2-mapping基本相似，而临床应用效果优于T2-mapping成像。有学者[21]采用T2*-mapping观察AS患者，发现急性期软骨下骨髓T2*值高于稳定期，且与BASDAI评分相关，原因可能在于炎性细胞浸润导致含水量增高。TAO等[22]以T2-mapping和T2*-mapping观察膝关节前交叉韧带破裂后软骨基质变化，发现T2*-mapping较T2-mapping更为敏感，成像更快且空间分辨率更高：相反，也有学者[23]认为T2*-mapping易受磁化伪影和魔角效应影响而临床应用受限。

3.3 MT MT通过物理方法选择性抑制组织信号(主要含蛋白组织)以增加图像对比度或形成新的对比，即磁化转移导致的对比，称为MT对比(MT contrast, MTC)，通过计算病灶ROI信号强度值获得MT率(MT ratio, MTR)，进而量化MTC。有学者[24]采用MT及DWI观察无SIS的中轴型脊柱关节炎患者SIJ软骨和骨髓，发现MT不仅可定量评估SIJ早期软骨基质变性，且MTR对早期SIS微观变化的敏感性高于ADC值，证实MT技术可用于早期诊断SIS。宁秋萍等[25]对39例AS进行MT和DWI联合扫描，证实二者联合可提高诊断AS的准确率。

4 脂肪定量技术

脂肪化生是AS炎症缓解后的组织特征，炎症性病变通过脂肪浸润组织化生过程生成新骨[26]。AS患者常规MRI表现无异常时，其组织细胞可能已发生分子水平病理变化，故评估早期脂肪浸润对早期临床诊断AS具有重要意义。目前用于SIJ的MR脂肪定量技术包括MR波谱(MR spectroscopy, MRS)和Dixon水脂分离技术。

4.1 MRS MRS是一种无创性研究活体器官内组织代谢、生化指标变化及化合物定量分析的方法，通过获得多个代谢峰来分析骨的水脂比和脂肪含量。庄儒耀等[27]对10例axSpA患者及11名健康志愿者行MRS，结果显示活动性SIS患者水脂高于稳定期及健康对照者，表明1H MRS可量化SIS水肿程度，并有望成为评价SIS活动性的无创方法。但该技术亦存在扫描条件要求高、扫描时间长、脂质峰在骨肌系统不稳定以及后处理过程繁琐等局限性，限制其临床应用。

4.2 Dixon水脂分离技术 根据脂肪和水之间的共振频率差异，Dixon技术可在一次采集中得到脂肪和水的同反位图像，量化骨病变内的脂肪量。联合应用Dixon水脂分离技术与梯度回波、自旋回波技术可更精确地测量关节内脂肪含量。

mDIXON-Quant及IDEAL技术均为Dixon技术的延伸，通过测量骨髓脂肪分数评估AS患者SIJ脂肪浸润情况。安颖颖等[28]采用mDIXON-Quant和DWI评估20例AS急性活动期(早期活动性)和31例慢性活动期患者，发现前者脂肪分数值低于后者，而二者ADC值差异无统计学意义，提示mDIXON-Quant测量骨髓脂肪分数值对鉴别AS早期活动性具有较高价值。GUO等[29]对40例AS患者行IDEAL扫描，结果显示经积极治疗后患者脂肪浸润减少或消失，而未治疗者脂肪含量增加，但常规MRI信号无明显变化，提示IDEAL可用于定量脂肪含量及监测AS治疗效果，且敏感性优于常规MR序列。REN等[30]亦认为IDEAL技术可用于评价AS患者的SIJ活动性。

综上所述，常规DWI、IVIM、DKI、DCE-MRI、软骨定量成像及脂肪定量技术均可用于早期诊断AS。相信随着技术发展，定量MRI技术的应用前景将更加广阔。