骨髓水肿对股骨头骨坏死患者坏死病灶边界评估的影响

股骨头骨坏死(ONFH)的特点是股骨头塌陷的风险很大，通常会导致继发性髋关节骨关节炎，伴严重的髋关节疼痛和关节功能障碍^{1，2，3.，4}．精确评估坏死病灶的边界是必要的，因为坏死病灶的位置被认为是预测进一步塌陷和坏死病灶大小的重要因素^{1，5，6，7，8，9}．临床和组织学研究都强调了坏死病变的外侧边界对塌陷发生的重要性^1，10，11．此外，最近的一项研究表明，坏死病灶前边界的位置在塌陷的发生中也起着重要作用¹²．

当ONFH患者发生软骨下塌陷时，手术治疗是必要的，以减轻疼痛并获得良好的髋关节功能。经转子旋转截骨术和经转子弯曲内翻截骨术是治疗ONFH的保关节手术^13，14，15．术前精确评估关节面坏死区域是术前规划截骨的必要条件，因为术后完好率(股骨头完好面积/髋臼负重面积)是影响截骨后临床结果的关键因素^13，14，15．

磁共振成像T1低强度带通常用于评估坏死区域^16，17．然而，Sakai等人报道，基于无增强t1加权MR成像，塌陷ONFH病例(联合研究循环骨性[ARCO] III或IV期)坏死病灶边界的检出率低于非塌陷ONFH病例(ARCO I或II期)¹⁸．虽然先前的研究报道，对比增强(CE) MR成像对于检测坏死边界是有用的，即使是在塌陷的ONFH病例中，但对影响坏死病灶边界评估的因素知之甚少¹⁸．我们假设，骨髓水肿(BME)在MR图像上被认为是继发性软骨下塌陷的结果，会影响坏死病灶边界的评估。本研究旨在比较CE MR平扫和CE MR在冠状面和斜轴面坏死病灶的边界，并确定ONFH合并软骨下塌陷患者坏死病灶外观差异的影响因素。

这项研究得到了我们机构审查委员会的批准。会议是根据《赫尔辛基宣言》进行的。研究前，所有患者均获得书面知情同意。在2005年1月至2016年2月期间，对588例ONFH患者的828个髋关节进行了MRI检查。其中，我们回顾性回顾了55例患者连续72个髋关节，这些患者因软骨下塌陷后BME导致的坏死病灶边界难以评估(ARCO III期或更高，图。1)或在MRI平扫检查中难以鉴别ONFH与股骨头软骨下不全骨折或髋关节短暂性骨质疏松¹⁹．

经转子前旋截骨术32髋，经转子后旋截骨术2髋，经转子弯曲内翻截骨术10髋，假体置换术26髋。连续观察两髋，未进行手术治疗。44例接受关节保留手术的患者中，3例(6.8%)在截骨术后(分别为2年、4年和4年)因骨关节炎改变而进行假体置换术。1例(2.2%)因术后深部感染导致截骨部位骨不连而行假体置换术。生存率为91.0%(终点:假体置换术)，截骨术后平均9.1年(范围5至15年)。ONFH分期(2019年修订的ARCO分类)和受影响病灶的定位(日本调查委员会(JIC)分类)如图所示。1^16，20.．在正位片或侧位片上，有51髋(70.8%)存在划界硬化²¹．

使用1.5 T MR设备(Achieva 1.5 T;Philips Healthcare, Best，荷兰)，52髋，3.0 T MR设备(Achieva 3.0 T;飞利浦医疗，贝斯特，荷兰)有20个臀部。在获得未增强的T1-和脂肪饱和(FS) T2-(仅冠状面)加权自旋回波图像(重复次数/回波次数[TR/TE] = 400-540/10-18 ms, FST2;3000-4709/80-100)，给予0.2 ml/kg gadopentetate dimeglumine (Magnevist;拜耳制药，柏林，德国)。所有序列切片厚度为5mm，切片间隙为1mm，视野为360 × 360 mm。MR成像检查的时间为30-40分钟。72例髋中有68例(94.4%)在冠状面有T1-、FST2-和cet1加权图像，72例髋中有67例(93.1%)在斜轴面(平行于股骨颈轴)有未增强图像和cet1加权图像。2)．根据病历，从髋关节疼痛开始到MR影像学检查的平均时间为4.7个月(范围0.5-19个月)。

在冠状面，使用中冠状片T1-和fst2加权MR图像，通过中外侧坏死角评估坏死病灶的边界，并与cet1加权MR图像进行比较(图2)。3.)．在斜轴面，利用中斜轴层t1加权MR图像的AP坏死角来评估坏死病灶的边界，并与cet1加权MR图像进行比较(图2)。3.)．当T1-或FST2-与cet1加权图像的坏死角度差异大于10°时，定义为差异组(图2)。3.)．利用冠状面和斜轴面T1、FST2和CET1图像的所有切片，将BME的延伸程度(BME级别)分为I级(股骨头内)、II级(股骨头外但股骨颈内)和III级(股骨颈外)。4)．评估由两名观察员(S.I.和T.U.)进行，他们是整形外科医生，在诊断成像方面有丰富的经验。为了评估未增强和CET1图像之间坏死和活骨边界评估的观察者内部和观察者之间的再现性，以及BME等级的评估，使用kappa统计方法评估测量的可靠性。kappa值为0.21-0.4表示双方达成了公平协议;0.41-0.6，中等一致;0.61比0.8，基本一致。> 0.81的值被认为是近乎完美的²²．

对比CE MR和非增强图像的坏死病灶边界后，根据两者的差异对所有髋关节进行划分。使用卡方检验或Fisher精确概率进行统计分析，比较两组之间的性别、类固醇摄入或饮酒史、分期、类型和放射划界硬化的存在。两组患者的年龄、BMI和从发病到磁共振成像检查的持续时间采用非配对方法进行比较t以及。采用Mann-Whitney量表分析两组患者的BME分级及发病至MR影像学检查时间与BME分级之间的关系U检验和Wilcoxon符号秩检验。采用逐步logistic回归和变量选择(P< 0.2)。进行简单的逻辑回归分析，计算从发病到MR成像检查的时间与未增强的T1加权和CET1加权MR图像之间坏死病灶边界的差异率之间的关系。使用JMP Ver. 9.0.1软件(SAS Institute Inc.， Cary, NC, USA)进行统计分析。P值< 0.05为有统计学意义。

伦理批准并同意参与

这项回顾性研究由九州大学临床研究机构审查委员会(NO。2019 - 584)。研究前，所有患者均获得书面知情同意。

在CE冠状位切片上，68例患者均能清楚地检测到坏死病灶的边界，在CE斜轴位切片上，67例患者中有65例(97%)能清楚地检测到坏死病灶的边界。5而且6)．28髋(42%)冠状位和32髋(48%)斜轴位未增强t1加权MR图像显示与cet1加权MR图像相比坏死病灶边界有差异。其中，CE MR中斜轴位9髋(32%)和8髋(25%)的坏死病灶边界较T1平扫图像宽。

根据T1和cet1加权MR图像坏死病灶边界比较差异组和非差异组的单因素分析结果见表1而且2．从髋关节疼痛开始到磁共振成像检查的持续时间，两组之间在两个冠状面(P< 0.0001)和斜轴面(P= 0.0064)。差异组冠状面BME分级显著高于无差异组(P= 0.0058)。从髋关节疼痛开始到冠状面和斜轴面MR成像检查，BME的分级和持续时间有显著差异(图2)。7)．

多因素分析显示，两组患者从髋关节疼痛开始至mri检查的持续时间均为冠状位(P= 0.0008)和斜轴切片(P= 0.0143)与未增强和cet1加权MR图像之间坏死病灶边界的差异独立相关(表1而且2)．简单的逻辑回归分析显示，在大约一半的ONFH病例中，在冠状面和斜轴面髋关节疼痛发作3个月后，未增强的T1图像可能不足以精确评估坏死骨和活骨之间的边界(图2)。8)．

在冠状位fst2加权MR图像上，与cet1加权MR图像相比，27个髋关节(40%)显示坏死病灶边界存在差异。性别差异显著(差异组与非差异组;男性37%对男性63%，P= 0.0330)， BMI (21.3 kg/m²Vs. 23.2 kg/m²，P= 0.0341)，从髋关节疼痛开始到MR影像学检查的时间差异(3.0个月vs. 5.7个月，P= 0.0022)。多元分析显示，性别(P= 0.0206)和从髋关节疼痛开始到MR成像检查的持续时间(P= 0.0434)与FST2和cet1加权MR图像之间坏死病灶边界的差异独立相关。

对于坏死病灶边界的评估，观察者1和观察者2在冠状切片上的观察者内变量分别为0.9096和0.8354，在斜轴切片上的观察者内变量分别为0.9054和0.8756，几乎达到了满分。第一次和第二次评估的观察者间变量在冠状面上分别为0.7661和0.7807，在斜轴面上分别为0.7740和0.7859，这与基本一致。对于BME延伸程度的评估，观察者1和观察者2在冠状切片上的观察者内变量分别为0.9236和0.9054，在斜轴切片上的观察者内变量分别为0.9154和0.8956，几乎达到了满分。第一次和第二次评估的观察者间变量在冠状面上分别为0.7940和0.8259，在斜轴面上分别为0.8661和0.8807，这与几乎完全一致或基本一致。

磁共振成像T1低强度带通常用于评估坏死病灶的边界和诊断ONFH^16，17．然而，先前的研究报道，基于MRI无增强冠状面图像，低强度带的检出率在塌陷前阶段(ARCO I期100%，II期82%)和塌陷后阶段(ARCO III期24%，IV期0%)有所不同¹⁸．相比之下，髋关节MRI的CE冠状面图像在任何阶段都能清晰地检测到坏死边界¹⁸．我们最近的研究表明，即使在x线平片上股骨头呈球形，MR成像上的BME是软骨下塌陷最敏感的标志²³．因此，我们假设坏死边界在非增强MRI上被股骨头塌陷继发的BME (T1低强度带)所掩盖，但在CE MRI上可以清晰地检测到。在目前的研究中，几乎所有髋关节的MRI CE t1图像都能清楚地检测到坏死病灶的边界(冠状面:100%，斜轴面:97%)。CE T1图像与非增强图像间坏死边界有差异组BME分级明显高于两组间坏死边界无差异组。

Koo等人报道，在初次MR检查时(髋关节疼痛发作后3个月)，伴有BME的ONFH有关节积液，并在股骨近端表现出强烈的放射性核素摄取²⁴．这一结果与MR图像上的水肿程度相对应，BME在后续MR图像上得到了解决²³．Meier等报道ARCO III期(塌陷早期)股骨头BME的大小大于ARCO IV期(塌陷晚期)股骨头BME的大小。²⁵．在本研究中，多变量分析显示，从髋关节疼痛开始到冠状位和斜轴位MR成像检查的持续时间，与T1-或FST2-和cet1加权MR图像之间坏死病灶边界的差异独立相关。此外，BME分级与髋关节疼痛发作至MRI检查的持续时间显著相关。这些发现与以前的报告一致。根据目前的研究结果，大约一半的ONFH病例在髋关节疼痛发作3个月后，在MRI T1平增强图像上出现了边界不明确的坏死病灶(图2)。8)，提示在弥漫性BME引起的软骨下塌陷早期，使用未增强的MR图像可能不足以精确评估ONFH病例的坏死病灶边界。

先前的一项研究表明，当坏死病变向髋臼边缘外侧延伸时，髋臼塌陷不可避免，这表明坏死病变的外侧边界对于髋臼塌陷时的承重部分非常重要¹．Nishii等报道了髋部塌陷小于2mm且坏死病灶占据的负重区域小于内侧2 / 3的病例(图中为A型和B型)。1)在不进行手术干预的情况下，有很高的机会停止塌陷和改善症状¹⁰．我们最近的研究表明，塌陷更可能发生在坏死病灶边界位于更前面的ONFH患者中，即使是在坏死病灶位于内侧的ONFH患者中¹²．Kubo等人发现塌陷发生时前坏死角的截止点为79°¹²．因此，我们认为，如果基于T1-或fst2加权MR成像，坏死病灶边界不明确，使用CE-MR成像准确评估坏死病灶边界对于预测关节预后是必要的。

关于坏死病灶边界，在T1加权MR与CET1加权MR图像差异的病例中，28例冠状位中9例(32%)，32例斜轴位CET1中8例(25%)的坏死病灶边界比T1宽。Sugioka说，当股骨头后关节面有三分之一或更多完整时，需要经转子前旋截骨¹³．既往研究明确表明，防止股骨头进展性塌陷需要34%或以上的术后完整率，或经转子旋转截骨后防止进展性塌陷和骨关节炎改变的术后完整率截断值为39.2%。这些结果表明，股骨头术后关节面完好程度的微小差异可能会影响临床和放射学结果^26，27．在我们的机构中，大约10%的ONFH患者(588例患者中55例，图。2)，由于未增强MRI图像难以评估坏死病灶边界，故行CE MRI检查。由于术前对坏死病灶边界的低估导致截骨后的临床和影像学结果较差，年轻ONFH患者首选关节保留手术，这种手术基于未增强的T1-或fst2加权MR成像难以发现坏死病灶边界，当肾功能在正常范围内时考虑CE MR成像。

目前的研究有几个主要的局限性。首先，由于72例患者中只有26例(36%)接受了假体置换术，因此组织病理学与CE MR成像的相关性并没有在所有髋关节中得到证实。第二，由于CE MRI仅对ONFH患者进行，使用未增强的MR图像难以评估坏死病灶边界，因此，虽然差异组的比例较高(冠状面:42%，斜轴面:48%)，但未增强的CE T1图像与CE T1图像之间坏死病灶边界的真实差异率尚不清楚。第三，MR图像的斜轴面(平行于股骨颈轴)很少用于ONFH诊断的常规检查，因为与平行于体轴的轴向面相比，该平面需要额外的时间进行双侧评估。然而，在转子旋转截骨术中，旋转是基于股骨颈轴进行的。因此，斜轴面是确定经转子旋转截骨指征的必要条件²⁸．第四，由于斜轴向FST2加权MR图像不常规进行，因此FST2加权MR图像与cet1加权MR图像之间坏死病灶边界的比较仅采用冠状面。然而，冠状面FST2-和cet1 -加权MR图像之间坏死病灶边界的差异率(40%)与未增强T1-和cet1 -加权图像之间的差异率(42%)相似。最后，在同一患者中没有进行随访磁共振成像，72例中有70例(97%)接受了手术治疗。

综上所述，MRI上的BME可以模糊ONFH病例软骨下塌陷早期MR平增强图像上坏死病灶的边界，而CE MRI可以解决这一问题。