定量MRI用于強直性脊柱炎研究進展

郭曉琳，錢麗霞

(1.山西醫科大學醫學影像學系，山西 太原 030001；2.山西醫科大學附屬山西白求恩醫院磁共振科，山西 太原 030032)

強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis, AS)是病因尚不明確的以侵犯中軸關節為主的慢性炎癥性疾病，其發生和發展與人類白細胞抗原(human leukocyte antigen, HLA)-B27、腫瘤壞死因子和白細胞介素-17密切相關[1]，是引起骶髂關節和脊柱結構改變的中軸型脊柱關節病(axial spondyloarthritis, axSpA)，多見于青少年。骶髂關節炎(sacroiliitis, SIS)是AS早期病理標志之一。目前臨床常用X線、CT及MRI等影像學方法輔助診斷AS。常規X線和CT僅能顯示骨結構變化，難以準確顯示早期骨髓和軟骨變化。MRI雖具有較高的軟組織分辨率，但常規MRI診斷早期SIS的敏感度及特異度均不高。隨著影像學技術的發展，MR定量成像技術逐漸用于關節炎早期診斷[2]。本文對定量MRI用于AS的研究進展進行綜述。

1 定量MRI

1.1 彌散加權成像(diffusion weighted imaging, DWI)和體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像 DWI是目前常用于檢測活體組織內水分子擴散運動的無創方法，表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient, ADC)為其重要參數。AS處于活動期時，病變區域水分子運動加快，擴散運動增加，ADC值增高[3]。研究[4]證實DWI對檢出AS病變具有較高的敏感性和特異性。IVIM-DWI在DWI基礎上采用雙指數模型分別提取灌注及水分子擴散特征信息，可在真實反映水分子擴散過程的同時獲得灌注信息而無需對比劑，其主要參數值包括D值、D*值和f值。D值為純擴散系數，代表單純水分子擴散；D*值是灌注相關系數，主要反映微循環灌注所致擴散情況；f值是灌注分數，反映微循環所致灌注在總體擴散中的比例。ZHAO等[5]以IVIM成像評估AS活動性，發現f值可提高診斷AS活動性的敏感度，而D值診斷準確率更高。HILBERT等[6]采用IVIM成像觀察兒童關節炎，結果顯示根據f值可區分關節積液與滑膜增厚。ZHAO等[7]對44例AS患者分別行IVIM和動態對比增強MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)，發現IVIM的f值與DCE-MRI參數存在一定相關性，進一步證實了IVIM用于早期診斷AS的可行性。QIN等[8]將40只大鼠隨機分為AS模型組和對照組，通過建模使AS組處于活動期，將2組IVIM結果與病理結果進行對比，發現AS活動期大鼠D值、f值和D*值均較對照組增加，可能原因在于滑膜組織內毛細血管數量增加及水分子擴散運動受限，導致血流量和血液灌注比例增加，病理表現為血管翳增加。也有研究[9]認為D值在鑒別AS活動性方面不及ADC值，不同研究間b值不同和研究對象不同可能是導致結果存在差異的主要原因。目前IVIM用于診斷AS尚處于探索階段，仍需開展大量研究觀察其是否有望成為診斷AS的常規MR序列。

1.2 彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI) DKI是通過多b值掃描反映組織微結構復雜度的更高階擴散模型[10]，所檢測定量參數包括平均擴散率(mean diffusion, MD)和平均峰度(mean kurtosis, MK)。MD指空間各方向水分子擴散的平均值；MK為各方向擴散峰度的平均值，組織結構越復雜，MK值越大。WANG等[11]將44例AS分為穩定組、輕度活動組、高活動組及較高活動組，分別行DKI及DWI，結果顯示MD值與AS活動等級呈正相關，且MD值反映組織微觀結構優于ADC值，而MK值與AS活動度呈負相關；原因可能在于隨著AS活動性增加，骨小梁結構損傷和骨量丟失加重，骶髂關節(sacroiliac joint, SIJ)微結構復雜度減低。既往研究[12]顯示DKI鑒別骨腫瘤良惡性的診斷效能較高。惡性病變MD值明顯低于良性，可能與惡性細胞排列緊密致擴散受限有關；MK值高于良性，可能因惡性細胞異質性較大，且易合并出血、壞死等，使其結構復雜性增加，導致MK值增加。

2 DCE-MRI

作為評估血管生成的非侵入性方法，DCE-MRI在診斷疾病、監測治療效果和評估預后方面具有重要作用[13]；經靜脈注射對比劑后掃描，獲得定量和半定量參數，可評估毛細血管通透性及灌注狀態，并清晰顯示滑膜增生情況[14]。DCE-MRI主要定量參數包括ktrans、Kep及Ve。ktrans為轉運系數，反映對比劑從血管內擴散到血管外細胞外間隙的過程；Kep是速度常數，反映對比劑從血管外細胞外間隙返回血管內的過程；Ve是容積分數，代表對比劑在血管外細胞外間隙所占百分比。初廣宇等[15]采用DCE-MRI測量42例AS的相關參數，發現評估AS活動性的價值均較高，且同時ktrans、Kep、Ve均與AS活動指數調查表(bath ankylosing spondylitis disease activity index, BASDAI)評分存在顯著相關性。ZHANG等[16]采用DCE-MRI觀察42例AS，結果進一步證實了DCE-MRI可用于早期評估AS活動性，Ktrans值與BASDAI評分的相關性最高。但DCE-MRI存在掃描時間長、需使用對比劑，因而可能加重腎臟負擔等不足，目前尚未列入常規序列檢查。

3 MR定量成像技術觀察SIJ

軟骨細胞主要由水和細胞外基質組成。正常SIJ軟骨細胞含量較少。 AS早期膠原基質減少、水分增加，定量MRI可顯示上述變化。目前用于觀察SIJ的定量MR序列主要包括T2-mapping、T2*-mapping及磁化傳遞(magnetization transfer, MT)技術等。

3.1 T2-mapping T2-mapping是采用多回波序列得到組織T2弛豫時間圖，再通過計算T2弛豫時間生成的參數圖，不僅能顯示常規MRI不能顯示的骨髓水腫，還可測量T2值以反映病變組織內水分子含量，有助于在關節發生不可逆性解剖損傷之前識別早期軟骨改變。LEFEBVRE等[17]和ALBANO等[18]分別采用3.0T MR和1.5T MR系統觀察健康志愿者SIJ，結果顯示T2-mapping可用于評估SIJ，且可重復性好，為評估病理性SIJ奠定了基礎。ALBANO等[19]采用T2-mapping定量分析20例axSpA患者，發現T2值有助于早期診斷SIS。WANG等[20]采用T2-mapping觀察77例axSpA患者，結果顯示AS活動期患者T2值高于穩定期患者；將T2值與ADC值進行比較，發現ADC值診斷AS的效能高于T2值。T2-mapping技術對周圍組織環境更敏感，而WANG等[20]的研究未使用脂肪抑制技術，周圍脂肪可能對診斷結果產生一定影響。目前T2-mapping用于早期診斷AS處于探索階段，且其診斷效能相對常規DWI是否更優尚未明確。

3.2 T2*-mapping T2*-mapping成像原理及其對組織的量化與T2-mapping基本相似，而臨床應用效果優于T2-mapping成像。有學者[21]采用T2*-mapping觀察AS患者，發現急性期軟骨下骨髓T2*值高于穩定期，且與BASDAI評分相關，原因可能在于炎性細胞浸潤導致含水量增高。TAO等[22]以T2-mapping和T2*-mapping觀察膝關節前交叉韌帶破裂后軟骨基質變化，發現T2*-mapping較T2-mapping更為敏感，成像更快且空間分辨率更高：相反，也有學者[23]認為T2*-mapping易受磁化偽影和魔角效應影響而臨床應用受限。

3.3 MT MT通過物理方法選擇性抑制組織信號(主要含蛋白組織)以增加圖像對比度或形成新的對比，即磁化轉移導致的對比，稱為MT對比(MT contrast, MTC)，通過計算病灶ROI信號強度值獲得MT率(MT ratio, MTR)，進而量化MTC。有學者[24]采用MT及DWI觀察無SIS的中軸型脊柱關節炎患者SIJ軟骨和骨髓，發現MT不僅可定量評估SIJ早期軟骨基質變性，且MTR對早期SIS微觀變化的敏感性高于ADC值，證實MT技術可用于早期診斷SIS。寧秋萍等[25]對39例AS進行MT和DWI聯合掃描，證實二者聯合可提高診斷AS的準確率。

4 脂肪定量技術

脂肪化生是AS炎癥緩解后的組織特征，炎癥性病變通過脂肪浸潤組織化生過程生成新骨[26]。AS患者常規MRI表現無異常時，其組織細胞可能已發生分子水平病理變化，故評估早期脂肪浸潤對早期臨床診斷AS具有重要意義。目前用于SIJ的MR脂肪定量技術包括MR波譜(MR spectroscopy, MRS)和Dixon水脂分離技術。

4.1 MRS MRS是一種無創性研究活體器官內組織代謝、生化指標變化及化合物定量分析的方法，通過獲得多個代謝峰來分析骨的水脂比和脂肪含量。莊儒耀等[27]對10例axSpA患者及11名健康志愿者行MRS，結果顯示活動性SIS患者水脂高于穩定期及健康對照者，表明1H MRS可量化SIS水腫程度，并有望成為評價SIS活動性的無創方法。但該技術亦存在掃描條件要求高、掃描時間長、脂質峰在骨肌系統不穩定以及后處理過程繁瑣等局限性，限制其臨床應用。

4.2 Dixon水脂分離技術 根據脂肪和水之間的共振頻率差異，Dixon技術可在一次采集中得到脂肪和水的同反位圖像，量化骨病變內的脂肪量。聯合應用Dixon水脂分離技術與梯度回波、自旋回波技術可更精確地測量關節內脂肪含量。

mDIXON-Quant及IDEAL技術均為Dixon技術的延伸，通過測量骨髓脂肪分數評估AS患者SIJ脂肪浸潤情況。安穎穎等[28]采用mDIXON-Quant和DWI評估20例AS急性活動期(早期活動性)和31例慢性活動期患者，發現前者脂肪分數值低于后者，而二者ADC值差異無統計學意義，提示mDIXON-Quant測量骨髓脂肪分數值對鑒別AS早期活動性具有較高價值。GUO等[29]對40例AS患者行IDEAL掃描，結果顯示經積極治療后患者脂肪浸潤減少或消失，而未治療者脂肪含量增加，但常規MRI信號無明顯變化，提示IDEAL可用于定量脂肪含量及監測AS治療效果，且敏感性優于常規MR序列。REN等[30]亦認為IDEAL技術可用于評價AS患者的SIJ活動性。

綜上所述，常規DWI、IVIM、DKI、DCE-MRI、軟骨定量成像及脂肪定量技術均可用于早期診斷AS。相信隨著技術發展，定量MRI技術的應用前景將更加廣闊。