动态对比增强MRI空间分布动力学模型评估类风湿关节炎手腕部病变活动性

任丽香，王亚军，万 健，吴昆华，张宏江，李 清，杜 吉

(1.云南省第一人民医院MRI科，2.儿科，云南 昆明 650032)

类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis, RA)是一种累及关节为主的慢性自身免疫性疾病，致残率较高，临床表现为受累关节疼痛、肿胀、变形，严重者丧失功能。随着影像技术的发展，目前对RA的影像学研究已由解剖学描述深入到定量分析功能。动态对比增强MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)是MR灌注成像方法之一，现已用于评价RA病变的活动性[1-4]，主要以Tofts区室模型[5]为药代动力学模型，鲜见采用空间分布动力学模型中的分布参数(distributed-parameter, DP)模型的研究报道。本研究观察DCE-MRI DP模型血流动力学参数评估RA手腕部病变活动性的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年3月—2019年12月于云南省第一人民医院就诊的60例手腕部RA患者，男19例，女41例，年龄13～70岁，平均(42.0±20.6)岁；均符合国际风湿病联盟(International League of Association for Rheumatology, ILAR)RA诊断标准，病程2～96个月。MR检查前3天内检测红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate, ESR)和C反应蛋白(C reactive protein, CRP)，评估压痛及肿胀关节数，获得28个关节疾病活动度评分(disease activity score 28, DAS28)， 并据此分组：30例DAS28≥3.2分为RA活动期，纳入活动组，30例DAS28<3.2分为RA缓解期，归入缓解组。本研究经院伦理委员会批准，检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用 Siemens Aera 1.5 T MR仪行手腕关节MR检查，采集常规T1WI、脂肪抑制T2WI，之后行三维容积插入式屏气检查(three dimension volumetric interpolated breath-hold examination, 3D-VIBE)，TR 3.28 ms，TE 1.36 ms，层厚5 mm，层间距0，FOV 200 mm×200 mm，FA 5°、10°、15°；DCE-MRI，采用3D-VIBE序列，FA 15°，于第3个扫描时相以流率2 ml/s经肘静脉注射对比剂钆喷酸葡胺注射液0.2 mmol/kg体质量，共扫描180个时相，扫描时间360 s。

由2名分别具有5年及8年骨骼肌肉影像学诊断经验的主治医师独立阅片，观察DCE-MRI滑膜增厚表现，以桡动脉作为输入动脉，勾画ROI，确保ROI不超出血管壁并避开周围骨质、脂肪等组织结构；选取2个手腕关节滑膜明显增厚层面，于每个层面选取2处滑膜明显强化部位手动勾画ROI，采用MRI医疗功能影像DCE后处理软件(昆明费莎智能医学影像有限公司)进行血流动力学DP模型拟合计算，获得滑膜微血管灌注各定量参数，包括血流灌注参数(blood perfusion, F)、血管表面通透性(permeability surface area product, PS)、血管外细胞外间隙容积分数(extravascular extracellular space volume fraction, Ve)及血管(血浆)间隙容积分数(fractional plasma volume, Vp)，并获得相应的伪彩图(图1)。以2名医师测量均值作为最后结果。

图1 患者女，27岁，RA A～C.冠状位脂肪抑制T2WI(A)、冠状位T1WI(B)、冠状位增强3D-VIBE(C)示腕骨骨髓水肿、骨侵蚀，腕关节、掌指关节滑膜炎，腱鞘炎； D.腕部轴位增强3D-VIBE示滑膜增厚(箭)； E.F伪彩图，F=168 ml/(min·100 ml)； F.PS伪彩图，PS=81 ml/(min·100 ml)； G.Vp伪彩图，Vp=14.30%； H.Ve伪彩图，Ve=38.90%

1.3 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。以Kolmogorov-Smirnov检验对数据进行正态分布检验，符合者以±s表示，否则以中位数(上下四分位数)表示。以独立样本t检验或Mann-WhitneyU检验比较组间各参数差异。针对差异有统计学意义的参数绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic， ROC)曲线，分析其评估RA手腕关节病变活动性的价值。以组内相关系数(inter-class correlation coefficient, ICC)评估2名医师测量各参数的一致性：ICC<0.20为一致性差，0.20≤ICC<0.40为一致性较差，0.40≤ICC<0.60为一致性中等，0.60≤ICC<0.80为一致性良好，ICC≥0.80为一致性优。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 组间各参数比较 2名医师测量活动组(ICC为0.94～0.99)及缓解组(ICC为0.87～0.95)F、PS、Ve、Vp的一致性均为优，同一医师测量活动组(ICC为0.92～0.99)及缓解组(ICC为0.82～0.96)2个手腕关节滑膜明显增厚层面F、PS、Ve、Vp的一致性均优。活动组F、PS、Vp、CRP及ESR均高于缓解组(P均<0.01)，组间Ve差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1 组间RA手腕关节DP模型各定量参数及实验室指标比较

2.2 诊断效能 ROC曲线分析结果显示，DP模型定量参数及实验室指标评估RA手腕关节活动性的曲线下面积(area under the curve, AUC)为0.64～0.99，其中F值的AUC最大，为0.99，阈值为70.6 ml/(min·100 ml)时，其诊断敏感度及特异度分别为91.70%及93.33%。见图2及表2。

图2 DP模型定量参数及实验室指标诊断RA手腕关节病变活动性的ROC曲线 A.DP模型定量参数； B.实验室指标

表2 DP模型定量参数及实验室指标诊断RA手腕关节病变活动性的ROC曲线结果

3 讨论

滑膜炎贯穿RA疾病进展整个过程，是RA的病理基础。滑膜炎可持续并反复出现，临床所谓RA活动期及缓解期本质上是滑膜炎处于急性期及稳定期的表现。目前临床多采用DAS28、实验室指标ESR或CRP评价RA炎症活动性。实验室指标影响因素较多，结果不稳定；DAS28评分系统虽然评价RA疾病活动性准确性较高，但不能反映病变内部的微循环信息，具有一定局限性。MRI是公认的诊断RA的最佳影像学方法，目前已建立基于常规MRI的国际类风湿MRI评分系统用于反映RA滑膜炎症活动性及病理进展[6-7]，但该系统评分过程烦琐，导致临床应用受到限制。

随着MR功能成像的快速发展，DCE-MRI在定量分析RA病理变化方面显示出很大优势。HODGSON等[8]应用DCE-MRI证实滑膜强化率可用于量化RA滑膜炎活动性程度。王宇等[9]发现采用DCE-MRI滑膜强化率及滑膜厚度等量化指标可于实验室检查血清学指标为阴性的早期阶段鉴别RA和骨性关节炎。孙雁等[10]提出DCE-MRI的时间-信号曲线、早期强化率及相对强化率可用于评价腕关节RA活动性。AXELSEN等[11]报道，DCE-MRI半定量参数可用于评价RA膝关节滑膜炎病理活动度。曾伟科等[5]则发现DCE-MRI定量分析容积转移常数(Ktrans)与RA滑膜炎症活动度存在相关性。

既往RA相关DCE-MRI研究多采用半定量参数或Tofts模型。本研究采用DP模型进行定量分析。微循环定量参数药代动力学线性区室模型分为常规区室和分布参数模型。在Tofts常规区室模型中，Ktrans值主要取决于血管灌注、微血管渗透性及其面积，血管灌注较低时Ktrans主要受渗透性影响，血管灌注较高时，灌注为Ktrans值的决定性因素。DP模型将血流灌注参数F值融入药代动力学分析，对比剂浓度在毛细血管-组织转移中随时间及空间变化而变化。与区室模型相比，DP模型能更真实地反映组织微循环特征，全面准确地分析各动力学参数，现已用于头颈部肿瘤及肝转移瘤相关研究[12-13]。DP模型对图像质量及时间分辨率要求高，MRI技术的快速发展使其临床应用价值得到提升。

本研究活动组F、PS、Vp均高于缓解组。PS反映血管表面渗透性，代表滑膜微血管通透性程度；Vp即对比剂在血浆容积中所占的百分比，反映微血管密度；F值是血流灌注参数，RA活动性越强，F、PS、Vp值越大，说明滑膜炎症活动性越高。分析其可能机制，RA滑膜炎症程度越高，病变区新生血管越多，形成炎性血管翳，使微血管密度增加、血管通透性及灌注明显增高，导致F、PS、Vp值升高。本研究ROC曲线分析显示，DP模型定量参数及实验室指标评估RA手腕关节病变活动性的效能均较佳，F值的AUC为0.99，诊断敏感度及特异度均较高；而组间Ve值差异无统计学意义，可能由于病变周围水肿，导致组织内血管外细胞外容积对比剂的比例变化较慢。

综上所述，DCE-MRI的DP模型参数对评估RA手腕关节病变活动性具有一定价值，其中F值的诊断效能最高。