楊璐希，黃 雨，劉中財，喻鈞倫，李 卓，王 竹，鄭永基，楊 茹，胡富碧，

1.成都醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院 放射科(成都 610500)；2.漢源縣中醫(yī)醫(yī)院 骨科(雅安 625400)；3.德陽市人民醫(yī)院 放射科(德陽 618400)

股骨頭缺血壞死(osteonecrosis of the femoral head，ONFH)是股骨頭軟骨下骨血供減少，導致骨細胞凋亡及軟骨下骨塌陷，繼發(fā)髖關節(jié)骨關節(jié)炎的病理生理過程，糖皮質激素可降低骨重塑能力，損害骨陷凹-微管系統(tǒng)，是誘發(fā)ONFH最多見的因素[1]。MRI是診斷ONFH較敏感的技術，但常規(guī)掃描無法檢出超早期ONFH。由于ONFH被檢出后已難以逆轉病程，因此，其超早期的病理變化及診斷研究備受關注。為此，本研究開展了MR橫向弛豫技術聯合Micro-CT動態(tài)觀察超早期ONFH的實驗研究，以期發(fā)現其股骨頭微環(huán)境變化的規(guī)律，為超早期ONFH的影像學診斷奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

新西蘭大白兔45只，雌雄不拘，體質量(2.30±0.31)kg，單籠飼養(yǎng)，隨機分為空白對照組15只、實驗組30只。實驗組隨機分為造模5、7、9、11、13 d共5個觀察組，每組6只，與對照組(每次3只)共同觀察。造模技術為激素聯合脂多糖改良方法[2]。

1.2 MRI檢查

致死劑量深度麻醉后仰臥位四肢固定于兔固定板，運用Siemens Avanto 1.5T MR成像儀，8通道體部相控矩陣線圈中心置于兩側髖關節(jié)連線的中點進行掃描。掃描序列：T1WI、T2WI、T2-FLAIR、T2mapping及T2*mapping。其中，T2mapping和T2*mapping序列的掃描參數分別為：TR 2000 ms，TE 20、40、60、80 ms，ST 3.5mm，SS 0 mm，FOV 160×160，NEX 2和TR 900 ms，TE 4.77、13.03、21.29、29.55、37.81、44.65、51.49 ms，ST 3.5 mm，SS 0.7 mm，FOV 160×160，NEX 2。不同定量技術均于同一部位進行測量，感興趣區(qū)(ROI)大小為：4 mm2。

1.3 Micro-CT檢查

MRI掃描結束后，行對照組及實驗組死亡兔股骨上段取出后的Micro-CT掃描，參數為：70 Kpv，功率50 w、1 mA，每轉動0.72°采集一幅圖，大視野，行二維與三維重建。冠狀面定位后以自帶軟件測量股骨頭ROI的BMD(骨密度)、Tb.N(骨小梁數目)、Tb.Th(骨小梁平均厚度)、Tb.SP(骨小梁分離度)。

1.4 組織學檢查

10%甲醛液固定股骨頭、脫鈣、脫水、透明、浸蠟、包埋、冠狀位切片、貼片、脫蠟、染色、封片后，由兩名高年資病理診斷醫(yī)師盲法閱片，取4個高倍視野計算平均空骨陷窩率。

1.5 統(tǒng)計學方法

2 結果

2.1 兔生存情況

實驗組造模5～13 d組兔各死亡1、2、2、2只，合計死亡7只。兔死亡前拒飲食，部分拉稀便，精神萎靡，俯臥。納入23只存活兔，與對照組雙側共同觀測。

2.2 MR測量

各組兔股骨頭光整，T1WI、T2WI未見信號異常。實驗組兔第5天測量時，T2值、T2*值即低于對照組，但隨著造模時間延長而逐步增高，至第13天時仍低于對照組(表1)。

表1 實驗組與對照組股骨頭T2值、T2*值的動態(tài)變化

組別T2*髖數9d11d13d5d7d9d11d13d實驗組65.3±8.169.7±5.474.3±3.41210888對照組82.2±4.577.6±6.279.5±5.266666

t檢驗結果顯示，第5、7、9、11和13天時實驗組與對照組T2值、T2*值的組間差異均具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

2.3 Micro-CT測量

各組、各期兔股骨頭形態(tài)完整，肉眼觀察圖像骨小梁結構無明顯差異。測量結果顯示，實驗組Tb.SP、Tb.N隨造模時間延長逐漸增高，BMD、Tb.Th則逐漸減低，對照組的測量值基本穩(wěn)定(表2)。為驗證T2值、T2*值、BMD、Tb.N、Tb.Th、Tb.Sp的穩(wěn)定性，隨機選取5只兔重復測量10次，計算出其變異系數(CV)，分別為2.54%、1.75%、1.02%、0.89%、0.75%、1.04%。

表2 實驗組與對照組股骨頭Micro-CT測量值的動態(tài)變化

組別Tb.NTb.Th9d11d13d5d7d9d實驗組1.11±0.251.16±0.211.20±0.200.97±0.160.92±0.180.78±0.17對照組0.92±0.180.89±0.190.86±0.191.02±0.141.11±0.251.03±0.25

組別Tb.ThTb.Sp11d13d5d7d9d11d13d實驗組0.75±0.190.68±0.160.08±0.030.10±0.040.11±0.040.12±0.040.16±0.03對照組1.00±0.201.05±0.170.12±0.020.14±0.040.15±0.030.15±0.040.14±0.03

t檢驗結果顯示，實驗組兔股骨頭BMD、Tb.Th自造模第7天及之后與對照組的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，Tb.N、Tb.Th值均自造模第9天差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，Tb.Sp自造模第5天差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

2.4 相關性分析

行實驗組23只46髖CT、MR各時間點測量值的相關性分析，發(fā)現Micro-CT各參數中Tb.Sp與T2值、T2*值多呈正相關關系；Tb.Th與T2值、T2*值則多呈負相關關系(表3)。

表3 實驗組Micro-CT各參數與T2值、T2*值動態(tài)變化的相關性

注：*P<0.05

2.5 組織學觀察

所有股骨頭色澤、形態(tài)、軟硬度均無明顯異常。實驗組第7天空骨陷窩率高于對照組，第13天其空骨陷窩率均>40%，骨小梁變細或中斷、骨髓內脂肪細胞增多、體積增大，髓腔內出血等病理改變隨時間延長而逐漸加重(圖1～2)。

圖1 實驗組第7天組織學觀察(HE染色，×10)注：股骨頭、小梁內骨陷窩部分細胞核邊集，出現空骨陷窩

圖2 實驗組第13天組織學觀察(HE染色，×10)注：股骨頭、小梁內細胞核邊集增多，空骨陷窩增多

3 討論

超早期ONFH是致病因素(外傷、激素、酒精等)侵入至股骨頭發(fā)生Ⅰ期變化的間隔期，該期CT、MRI常規(guī)檢查表現均為陰性[3]，因此，該期的臨床診斷很難，相關的影像學研究也鮮有報道。本實驗運用CT與MRI定量分析技術動態(tài)觀測兔股骨頭缺血壞死超早期模型，主要目的是縮短ONFH影像診斷的時間窗。

Micro-CT可敏感反映骨質結構的變化，具有較高的特異性，其中BMD變化可解釋骨生物力學性能70%的變化，綜合其他參數可解釋90%的變化[4]。本研究發(fā)現，隨著造模時間延長，BMD、Tb.Th呈逐漸降低的趨勢，Tb.Sp、Tb.N呈逐漸增高的趨勢。從時間窗來看，Tb.Sp變化最早呈現出統(tǒng)計學意義(第5天)，BMD和Tb.Th則次之(第7天)，而Tb.N的變化發(fā)生最晚(第9天)。上述參數值的變化較好地解釋了ONFH超早期骨質結構各成分相互關聯、互相制約的變化狀況，呈現出骨質結構削弱為主導，骨小梁應力逐漸減低的病理變化規(guī)律，但此改變與骨質疏松病理變化一致，并非ONFH特有。

MR成像原理與CT不同，其測量所得的T2值和T2*值是組織的固有特性。本實驗測量顯示的股骨頭T2值和T2*值降低改變與潘振宇等[5]研究結果一致，也同樣呈現出了先降低后逐漸恢復的變化趨勢，但其觀測時間為2～8周(間隔1周)，不同于本實驗5～13 d(間隔1 d)的觀測時間點。該結果意味著T2值和T2*值降低而后升高的趨勢或許是ONFH發(fā)病進程中的基本表現，當誘因不同時(如是否使用內毒素)，其變化出現的時間和變化程度會有所不同。

超早期ONFH的T2值與T2*值改變無疑是骨及骨髓細微變化的綜合體現，結合Micro-CT的測量結果，從相關指標參數的變化時間窗分析，可確定該期的骨髓病理變化較骨的病理變化發(fā)生更早、更活躍。眾所周知，常規(guī)MRI診斷ONFH的時間窗早于普通CT，但常規(guī)MRI也無法發(fā)現超早期ONFH。陳昆濤等[6]通過單純激素建模兔的MRI研究發(fā)現，STIR掃描能較早發(fā)現股骨頭斑點狀高信號改變，其時間窗為2周，晚于本實驗的5 d。雖然本實驗采用的建模技術與之不同，但STIR序列反映的是ONFH骨質疏松或水腫表現，而T2值與T2*值反映的則是先于骨成分的骨髓變化情況，盡管該期骨髓變化與之相關的細節(jié)尚不知曉，但從理

論和實驗依據來看，T2值與T2*值測量無疑可先于STIR等MR技術預測ONFH的發(fā)生。

已有的臨床研究證實[7]，大劑量激素治療3周內即可能出現股骨頭壞死早期癥狀，但該期及之前的常規(guī)檢查都難以發(fā)現影像學陽性征象。本實驗所用Micro-CT技術僅能用于實驗，無法用于臨床，而T2值與T2*值臨床測量技術則已很成熟，且近幾年已初步應用于骨髓的研究中[8-10]，從本實驗的測量結果來看，T2值與T2*值測量可更早探及股骨頭區(qū)域組織變化，預測超早期ONFH的敏感性更高。當ONFH高危患者股骨頭T2值與T2*值降低時，即使其動態(tài)觀察呈現恢復趨勢，都預示著ONFH可能會發(fā)生。

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