MRI参数联合β-CTX、PAI-1对股骨头坏死及分期的诊断分析

丁 娟， 李宇宏， 赵宏春， 郭 毅， 柳雨曦， 曹文彬

四川省眉山市中医医院放射科， 四川 眉山 620010

股骨头坏死的发生与髋部外伤、长期大量饮酒、服用糖皮质激素、肥胖、抗磷脂综合征等因素存在联系，其主要临床症状表现为痛性跛行、髋关节僵硬、腹股沟区疼痛、股骨头结构变化等[1-3]。早期准确诊断对股骨头坏死患者的针对性治疗具有重要意义，磁共振成像(MRI)可对病变部位进行有效显示，有利于医师的诊断，在骨股骨头坏死诊断中应用较为广泛，首次峰值(fEmax)、最大强化峰值(Emax)、达峰时间(TTP)为MRI的主要参数，其中fEmax可反映股骨头毛细血管密度，Emax可反映股骨头组织间隙容积，TTP可反映股骨头微循环灌注情况，进而为股骨头坏死诊断提供可靠信息[4]。Ⅰ型胶原C端肽交联(β-CTX)与骨吸收、骨重建等过程联系密切[5]。1型纤溶酶原激活物抑制剂(PAI-1)作为线性糖蛋白，其水平表达异常可对股骨头血液供应造成影响，进而促进股骨头坏死的发生[6]。本文探讨MRI联合β-CTX、PAI-1在骨股骨头坏死诊断中的应用。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021年5月到2022年3月于我院就诊的112例疑似股骨头坏死的患者，以手术病理学检查为“金标准”，将确诊为股骨头坏死的80例患者设为研究组，根据ARCO分期[7]标准，将患者分为：Ⅰ期10例、Ⅱ期32例、Ⅲ期26例、Ⅳ期12例；32例非股骨头坏死患者设为对照组。研究组男42例、女38例，年龄42～65岁，平均年龄(53.69±11.26)岁；对照组男17例、女15例，年龄43～66岁，平均年龄(54.01±11.30)岁，两组性别、年龄比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。纳入标准：符合《中国成人股骨头坏死临床诊疗指南(2020)》[8]中关于股骨头坏死的诊断标准；均经手术病理学检查确诊；研究对象均知情同意。排除标准：存在MRI检查禁忌者；代谢性骨病者；合并血液系统疾病者；合并骨肿瘤者；严重肝、肾功能异常者。

1.2 治疗方法

MRI检查：采用3.0T MRI(美国GE公司)对所有受试者进行检查，取受试者仰卧位，T1WI加权像TR、TE分别为478 ms、20 ms，分辨率为448×336，FOV为380×320，层厚为3 mm；STIR序列TR、TE分别为3000 ms、29 ms，分辨率为320×220，FOV为380×300，层厚为3 mm；上述扫描完成后启动FLASH序列，TR、TE分别为5.08 ms、1.71 ms，分辨率为192×138，FOV为300×300，层厚为3.6 mm，翻转角度为15°，采集时间为160～240 s。操作完成后将原始数据导入MRI自带软件，生成信号强度曲线(TIC)，在股骨头中心、股骨头上方、股骨头下方各选取1 cm2的股骨头感兴趣区，在每个感兴趣区读取3个半定量参数：fEmax、Emax、TTP。

β-CTX、PAI-1水平检测：抽取所有受试者3 mL空腹静脉血，转速为3000 r/min、离心半径为3 cm，进行15 min离心处理，将上层血清分离，-70 ℃保存。通过酶联免疫吸附测定(ELISA)法检测，在450 nm波长下检测光密度(OD)值，查出β-CTX、PAI-1表达。β-CTX、PAI-1 ELISA试剂盒由上海富雨生物科技有限公司提供(货号FY-04158H2、FY-04151H1)。

1.3 统计学处理

数据分析应用SPSS 19.0分析。计量资料比较分别采用两独立样本t检验和配对t检验，多组间采用单因素方差分析，组间比较采用LSD-t检验；计数资料采用χ2检验；相关性分析采用Spearman相关系数模型；诊断效能分析采用受试者操作特征(ROC)曲线；联合诊断实施Logistic二元回归拟合，返回预测概率logit(p)，将其作为独立检验变量。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究组典型病例MRI图像

如图1所示，MRI扫描横断面图像显示患者右侧股骨头形态塌陷，MRI扫描冠状位图像显示股骨头塌陷，双侧股骨头多发不规则透亮区，股骨头见不规则斑片状长T1信号。

图1 研究组典型病例MRI图像

2.2 两组MRI参数对比

如表1所示，与对照组相比，研究组fEmax、Emax参数降低，TTP参数升高，差异具有统计学意义(P<0.05)。

表1 两组MRI参数对比

2.3 研究组不同临床分期患者MRI参数对比

如表2所示，与股骨头坏死Ⅰ期相比，股骨头坏死Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期患者fEmax、Emax参数降低，TTP参数升高(P<0.05)；与股骨头坏死Ⅱ期相比，股骨头坏死Ⅲ期、Ⅳ期患者fEmax、Emax参数降低，TTP参数升高(P<0.05)；与股骨头坏死Ⅲ期相比，股骨头坏死Ⅳ期患者fEmax、Emax参数降低，TTP参数升高(P<0.05)。

表2 研究组不同临床分期患者MRI参数对比

2.4 研究组不同临床分期患者β-CTX、PAI-1水平对比

如表3所示，与股骨头坏死Ⅰ期相比，股骨头坏死Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期患者β-CTX水平降低，PAI-1水平升高(P<0.05)；与股骨头坏死Ⅱ期相比，股骨头坏死Ⅲ期、Ⅳ期患者β-CTX水平降低，PAI-1水平升高(P<0.05)；与股骨头坏死Ⅲ期相比，股骨头坏死Ⅳ期患者β-CTX水平降低，PAI-1水平升高(P<0.05)。

表3 研究组不同临床分期患者β-CTX、PAI-1水平对比

2.5 MRI参数、β-CTX、PAI-1水平与股骨头坏死不同临床分期的关系

fEmax、Emax、β-CTX与股骨头坏死不同临床分期呈负相关，TTP、PAI-1与不同临床分期呈正相关(P<0.05)。见表4。

表4 fEmax、Emax、TTP、β-CTX、PAI-1与不同临床分期的关系

2.6 MRI参数联合β-CTX、PAI-1对股骨头坏死的诊断价值

结果显示，fEmax、Emax、TTP、β-CTX、PAI-1诊断股骨头坏死的AUC分别为0.605、0.594、0.822、0.617、0.816，五项联合诊断的AUC为0.831，敏感度为90.00%，特异度为71.88%，准确度为84.82%，对股骨头坏死诊断价值较高(P<0.05)。见图2。

图2 MRI参数联合β-CTX、PAI-1诊断股骨头坏死的ROC曲线

3 讨论

股骨头坏死的主要发病机制为骨细胞、骨髓成分缺血、坏死，近年来发病率呈上升趋势，若治疗不及时易造成患者股骨头关节面塌陷，进而对其身心健康造成严重影响，因此早期准确诊断股骨头坏死对患者预后改善具有重要意义[9,10]。MRI可对所需参数进行连续获取，有利于病灶的定性、显示，且可通过任意的断面成像获得病灶部位的解剖、病变详细信息，为医师的临床诊断提供了有利信息，在股骨头坏死诊断中应用价值较高，fEmax、Emax、TTP作为MRI参数可反映股骨头血流灌注量[11,12]。本文研究发现，股骨头坏死患者fEmax、Emax参数降低，TTP参数升高，在股骨头坏死Ⅳ期患者中fEmax、Emax参数最低，TTP参数最高。相关学者发现[13-15]，股骨头坏死患者多伴随不同程度的股骨头血流灌注异常，fEmax、Emax、TTP均为MRI血流灌注参数，其中fEmax可对组织毛细血管密度进行评估，fEmax下降表明股骨头毛细血管密度降低，股骨头血流量减少，Emax可反映血管外组织间隙容积，其值越大表明组织间隙容积越大，而股骨头坏死患者因骨髓间充质干细胞成脂能力增强，导致组织间隙体积、脂肪细胞数量增加最终导致组织间隙容积减少，Emax随之下降，TTP可反映微循环灌注情况，股骨头坏死因脂肪细胞体积增加使得骨髓腔中静水压增强，进而对血流流动造成了影响，使得微循环灌注时间增加，TTP随之变化，与本文研究结果一致。表明fEmax、Emax、TTP参数可作为判断股骨头坏死的影像参数。

股骨头坏死发展过程中骨吸收、骨重建发挥着重要作用，而β-CTX作为骨转换标志物，可通过介导骨吸收参与股骨头坏死的发生、发展[16]。PAI-1作为线性糖蛋白，可加重血管内缺血损伤，进而推动了股骨头坏死的发展[17]。本文研究发现，随着股骨头坏死临床分期的增加，β-CTX水平降低、PAI-1水平升高，且fEmax、Emax、TTP与β-CTX、PAI-1存在相关性。相关研究[18-20]发现，β-CTX在股骨头坏死中呈低表达，其主要原因为股骨坏死后机体可出现代偿性骨重建，表现为骨吸收减弱，β-CTX水平随之下降，而PAI-1可抑制血浆纤溶活性，造成了纤溶系统失衡，进而对骨内血流动力学稳定性造成了影响，参与了股骨头坏死的发生、发展，与本文结果一致。表明β-CTX、PAI-1可作为评估股骨头坏死的血清指标。

综上所述，MRI参数与血清指标β-CTX、PAI-1的变化与股骨头坏死的诊断及临床分期相关，fEmax、Emax、TTP、β-CTX、PAI-1联合诊断股骨头坏死价值较高，可为股骨头坏死的诊治提供借鉴。