股骨头坏死骨髓水肿的临床分析

【摘要】  探讨股骨头坏死骨髓水肿（bone marrow edema,BME）与临床症状和影像学改变的相关性。［方法］40例（70髋）股骨头坏死患者，通过MRI脂肪压抑图像确认BME，并对其分级:0级25髋(无BME)，1级20髋（BME弥散在股骨头），2级14髋（BME弥散在股骨头、颈）；3级11髋（BME弥散在股骨头、颈以及股骨近端）。分析BME与年龄，病因、ARCO分期、疼痛分组、坏死范围以及股骨头塌陷之间的相关性；运用多个独立样本非参数检验和列联表X2检验。［结果］BME与年龄、病因无相关性；各分期中BME分级的差异有显著意义（X2＝21.1，P＝0.0 003），各分期的BME发生有显著差异（X2＝28.51，P<0.0 001）；不同坏死范围中，BME分级有显著差异（X2＝9.77，P=0.021），但BME的发生无显著差异（X2＝6.227，P=0.101）；股骨头塌陷与BME分级无相关性（X2＝2.558，P＝0.465），但BME的发生与股骨头塌陷有相关性（X2＝22.799，P<0.001）；不同疼痛程度中BME分级有显著性差异（X2＝26.66，P<0.001），BME的发生与疼痛程度有相关性（X2＝40.855，P<0.001）。［结论］BME的发生与年龄、病因无相关性；BME弥散程度与坏死范围、疼痛程度、股骨头塌陷存在相关性，BME的发生与坏死范围无关，与疼痛、塌陷密切相关；BME可能是由股骨头塌陷所导致的病理改变。

【关键词】  骨坏死 股骨头 骨髓 核磁共振成像

    Clinical evaluation of bone marrow edema in osteonecrosis of femoral head∥ LIU Shao-jun, WANG Hai-bin, TANG Li-ming ,et al. The Centre of Hip Joint Orthopaedic Surgery, the Fisrt Hospital Affiliated to Traditional Chinese Medicine University of Guangzhou , Guangzhou 510405,China

    Abstract: ［Objective］To evaluate the relationship between the clinical symptoms , imageology changes and the bone marrow edema(BME) in osteonecrosis of femoral head(ONF) on magnetic resonance images（MRI）. ［Method］ The subjects were 40 patients with 70 hips showing ONF. BEM was diagnosed according fat suppression images of MRI, associated focal and diffuse BME were graded as grade 0 with 25 hips (no BME), grade 1 with 25 hips (BME diffuse to the femoral head), grade 2 with 14 hips (BME diffuse to the femoral head and neck), grade 3 with 11 hips (BME diffuse to the femoral head and neck, proximal femur). Correlation of BME was evaluated to age, etiological factor, stages of ONF, pain grade, the extent of ONF and to collapse of the femoral head. ［Result］There was no correlation of BME to age and to etiological factor. The grades of BME correlated significantly with the stages of ONF (X2＝21.1，P＝0.0 003). The presence of BME correlated significantly with the stages of ONF (X2＝28.51，P<0.0 001). The grades of BME correlated significantly with the extent of ONF（X2＝9.77，P=0.021),but there was no correlation of the presence of BME to the extent of ONF (X2＝6.227，P=0.101). There was no correlation of the grades of BME to collapse of the femoral head （X2＝2.558，P＝0.465）,but the presence of BME correlated significantly with the collapse (X2＝22.799，P<0.001). In each the groups of pain, the grades of BME was of great significant difference (X2＝26.66，P<0.001) , the presence of BME was of great significant difference (X2＝40.855，P<0.001). ［Conclusion］ The presence of BME does not correlate significantly with ages of patients or etiological factor.The extent of BME significantly correlated with the extent of ONF,the worsening of hip pain, and collapse of the femoral head. The presence of BME does not correlate significantly to the extent of necrosis, and correlate significantly to the hip pain, collapse of the femoral head.Collapse of the femoral head seems to result in the appearance of the BME pathophysiology.

    Key  words：osteonecrosis, femoral head;  bone marrow;  magnetic resonance imaging

    股骨头坏死主要由创伤、使用糖皮质激素以及嗜酒等因素致病。其病理机制一旦启动，容易出现股骨头塌陷以及髋关节骨性关节炎改变，可能导致髋关节疼痛、功能障碍，其发病机制目前尚不清楚，具有较强的致残性。股骨头坏死常会出现骨髓水肿（bone marrow edema,BME），BME病理改变可以通过MRI脂肪压抑图像而确认。目前许多研究认为股骨头坏死BME并不出现在股骨头坏死初始阶段，可能是股骨头塌陷及其引发的修复反应［1、2］。为了探讨BME与股骨头坏死病因、疼痛、分期、坏死范围以及股骨头塌陷等因素的相关性，评估股骨头坏死BME的临床价值，本文对股骨头坏死临床资料与BME改变相关性进行了回顾性和前瞻性分析。

    1  资料与方法

    1.1  一般资料  回顾分析了1997年收治住院股骨头坏死病例共40例70髋；男性30例，女性10例；年龄最大64岁，最小21岁，平均（37.9±7.57）岁。按病因分类：创伤性5例5髋，激素性16例30髋，酒精性15例28髋，特异性4例7髋。按ARCO分期［3］，Ⅰ期12髋，Ⅱ期16髋，Ⅲa期 33髋，Ⅲb期5髋，Ⅳ期4髋。

    1.2  骨髓水肿MRI检测  MRI检查采用荷兰PHILIPS-ACHIEVA 1.5 T和NT-5型0.5 T超导型磁共振成像机。病人取仰卧位，范围包括双侧髋臼和股骨头，层厚4～5 mm，间隔0.4～0.4 mm连续扫描，所有病例均以轴位和冠状位扫描，扫描序列包括T1WI/TSE、T2WI/TSE、T2WI/STIR。1.5 T MRI机扫描技术及参数：SENSE体线圈，T1WI/TSE (TR 450 ms，TE 18 ms ,)、T2WI/TSE (TR 2500，ms，TE 100 ms)、T2WI/STIR (TR 1 400 ms，TE 60 ms, IR 150 ms)；0.5 T MRI机扫描技术及参数：包绕体线圈，T1WI/TSE (TR 500 ms，TE 12 ms)、T2WI/TSE (TR 2 500 ms，TE 120 ms)、T2WI/STIR (TR 2 200 ms，TE 120 ms，IR 120 ms)。

    1.3  分析指标与方法  (1) BME分级：BME通过T1加权像低信号和T2加权像高信号以及脂肪压抑像高信号而被确认，BME可以分布在股骨头、股骨颈、转子间以及股骨近端。根据双髋冠状位MRI检测脂肪压抑图像进行分级（见图1）。0级：股骨头坏死周围以及股骨颈、股骨近端无弥散高信号区或仅仅在坏死区周围存在带状高信号（见图2）；1级：股骨头坏死区周围或整个股骨头有弥散高信号区；2级：高信号区由股骨头扩展股骨颈部；3级：高信号区存在于股骨头坏死区和股骨颈，并弥散到转子间和股骨近端。分级值增大，BME弥散的范围增加。（2）年龄分组：根据患者年龄分为四组，21～30岁，31～40岁，41～50岁，51～64岁组。（3）股骨头坏死分期：按ARCO分期方法进行分期［3］，I期，X线片未发现股骨头坏死,MRI、骨扫描、组织学有发现；Ⅱ期，股骨头坏死边界硬化，股骨头无塌陷；Ⅲ期，股骨头塌陷，包括新月征，无关节间隙狭窄，轻度股骨头和髋臼骨赘形成，A，股骨头塌陷<3 mm；B，股骨头塌陷≥3 mm；Ⅳ期，可见骨性关节炎改变。    图1各组为MRI T1加权像和脂肪压抑像

    1aBME 0级，股骨头无BME

    1bBME 1级，股骨头弥散BME

    1cBME 2级，股骨头、颈弥散BME

    1dMBE 3级，股骨头、颈和股骨近端弥散BME（4）股骨头坏死范围：参照Cherian等［4］计量股骨头坏死范围方法，根据MRI股骨头正中冠状位和正中矢状位测定坏死角A和B角，按以下公式：坏死区百分比＝（A/180）×(B/180)×100，计算坏死百分比，然后按<15%,15%～30%,31%～60%, >60%分为四级。（5）疼痛分级：根据入院时患者Harris疼痛评分标准，将0分、10分和20分定为重度疼痛，30分定为中度疼痛，40分为轻度疼痛，44分为无疼痛，共分4级处理。（6）股骨头塌陷：根据X线片正蛙位以及CT、MRI影像资料，股骨头软骨下骨质不连续认定为塌陷，股骨头软骨下骨质连续为无塌陷。

    1.4  统计分析方法：对病因、年龄分组、坏死分期与BME分级进行多个独立样本非参数检验，并与是否存在BME进行R×C列联表X2检验；股骨头是否塌陷与骨髓是否水肿，髋关节是否疼痛与骨髓是否水肿进行4表格X2检验。使用SPSS 13软件进行统计分析。

    2  结果

    按股骨头坏死年龄、病因、坏死分期、坏死范围以及疼痛等因素进行分组，其股骨头骨髓水肿分布情况见表1。

    2.1  BME与病因  病因分组与BME分级经多个独立样本非参数检验，表明不同病因中，BME分级的差异无显著性意义（X2＝3.395，P＝0.3345），BME的发生率无显著差异（X2＝0.993，P=0.817）。

    图2a股骨头MRI T1加权像  图2b脂肪压抑像显示坏死区周围有条状高信号影，是坏死区与活骨组织界面形成富含血管的组织修复反应带，为BME 0级

    表1  骨髓水肿分级情况骨髓水肿分级（髋）0级1级2级3级合计2520141170年龄21～3064421631～401212433141～5043451651～6431217病因创伤性11215酒  精12116130激  素1073828特异性21317分期Ⅰ期1101012Ⅱ期274316Ⅲa6127833Ⅲb30205Ⅳ31004坏死

    2.2  BME与年龄：年龄分组中骨髓水肿分级经多个独立样本非参数检验，不同年龄组中，BME分级差异无显著意义（X2＝3.395，P＝0.3 345），BME的发生率经R×C列联表X2检验，不同年龄组BME发生率差异无显著意义（X2＝3.693，P=0.297）。

    2.3  BME与分期：各分期与BME分级经多个独立样本非参数检验，不同分期BME分级的差异有显著性意义（X2＝21.1，P＝0.0 003）。Ⅰ～Ⅳ期中BME 0～3级平均秩次分别为：16.29，42.4，42.17，28.80，18.63，Ⅱ期和Ⅲa期平均秩次相对较高。Ⅰ～Ⅳ期的BME发生率分别为：8.33%，87.50%，81.81%，40.00%，8.33%，经R×C列联表X2检验，表明不同分期BME发生率差异有显著意义（X2＝28.51，P<0.0001），BME主要分布在Ⅱ期和Ⅲa期。

    2.4  BME与坏死范围  不同坏死范围与BME分级经多个独立样本非参数检验，不同坏死范围BME分级的差异有显著性意义（X2＝9.77，P=0.021）。随着坏死面积增大，BME 0～3级平均秩次分别为：22.00，32.00，34.16，49.38，呈逐渐增大趋势。坏死面积由小到大BME发生率分别为：40.00%，60.00%，59.38%，92.31%，经列联表X2检验，不同坏死范围BME发生率的差异无显著性意义（X2＝6.227，P=0.101）。

    2.5  BME与塌陷  Arco分期特点是Ⅰ、Ⅱ期股骨头无塌陷改变，Ⅲa、Ⅲb、Ⅳ分期股骨头存在塌陷改变。股骨头是否塌陷与BME分级情况（见表2），经R×C列联表X2检验，表明股骨头是否塌陷，其BME分级差异无显著意义（X2＝2.558，P＝0.465）。塌陷与未塌陷的BME发生率分别为71.43%，53.57%，经四表格X2检验，股骨头塌陷BME发生率明显高于未塌陷BME发生率，其差异有显著意义（X2＝22.799，P<0.001）。

    表2  股骨头塌陷的骨髓水肿分布水肿分级股骨头塌陷-+合计0级1312251级713202级59453级3811合计28427

    2.6  BME与疼痛：不同疼痛程度与BME分级经多个独立样本非参数检验，表明随着疼痛加剧，其BME 0～3级平均秩次分别为：12.13，32.69，40.89，49.77，是逐渐增大的。不同疼痛分级中BME分级差异有显著意义（X2＝26.66，P<0.001）。随着疼痛加剧，疼痛分组中BME发生率分别为：16.67%，88.89%，96.30%，100%，BME的发生率是逐渐增高的，经列联表X2检验，不同疼痛分级BME发生率的差异具有显著意义（X2＝40.855，P<0.001）。无痛和疼痛的BME发生率分别为：16.67%，95.08%，进行四表格X2检验，疼痛组BME发生率明显高于无痛组，其差异有显著意义（X2＝35.165，P<0.001）。

    3  讨论

    BME可以出现在髋关节一过性骨质疏松症（又称骨髓水肿综合征）、股骨头坏死、髋部的应力损伤以及关节感染等多种骨病。BME的MRI影像不具有特异性。

    目前国内外尚无股骨头坏死BME分级标准。作者根据临床与股骨头坏死病理特点，按股骨头坏死BME的分布，分为0～3四个级别，表示BME分布的范围大小。其中股骨头坏死常见双线征，在脂肪压抑像可表现出条状的高信号（见图2），病理确认为股骨头坏死区与正常骨组织间界面形成富含血管的组织修复反应带，与BME的组织病理基础不同［6］，因而本文在BME分级中，将坏死区周围条带状高信号划分为BME 0级，为无BME分级。临床上无症状早期股骨头坏死病例难以获得，本组观察所有I期12髋均为股骨头坏死对侧静默髋，通过MRI检查才能确诊就属此类。由于患者随防MRI复检率太低，未能进行前后比较观察研究。

    虽然年龄和病因与股骨头坏死发病和预后存在相关性，但本文的分析表明不同年龄、不同病因中股骨头坏死BME发生以及分级无显著差异，不存在相关性。

    股骨头坏死ARCO分期0～Ⅱ期为股骨头未塌陷期：0期为不完全缺血期；I期为可逆性早期阶段，能自行修复；Ⅱ期是在广泛和完全缺血后，为股骨头坏死进展到不可逆的早期阶段［7］。Huang GS等通过股骨头坏死随访跟踪观察到BME高峰发生在Ⅲ期（76%），高于Ⅰ期7倍，发现关节积液2级以上主要在Ⅲ期（92%）［8］。本文观察到不同分期中，BME 0～3级平均秩次值在II期和Ⅲa期相对较高，分别为87.50%，81.10%，表明BME分级与分期存在相关性。在I期BME发生率仅仅为8.33%，未观察到股骨头坏死初始阶段存在较多的BME分布，表明BME并不是股骨头坏死可逆性初始阶段的病理改变，这与Iida S等观察结果相一致［1、2］。

    Ito H等观察到存在BME的股骨头坏死体积明显比没有BME的坏死体积大，且与BME存在相关性。坏死体积到30%或更大，则预示髋关节疼痛恶化［9］。本文观察结果显示随坏死范围增大，BME 0～3级平均秩次相应逐步递增，坏死范围在>60%时，BME 0～3级平均秩次最高，BME程度与坏死范围存在相关性（P＝0.021）。但同时也发现BME的发生与坏死范围大小不存在相关性（P＝0.101）。

    许多研究认为BME的发生是由股骨头塌陷导致，因而与股骨头塌陷密切相关［1］。股骨头结构性损伤似乎是导致BME发生和疼痛进展的原因［2］。本文观察发现，股骨头塌陷时BME发生率达71.43%，明显高于无塌陷时BME发生率（53.57%），统计分析有显著意义，也表明BME的发生与股骨头塌陷存在相关性。

    Iida S等在持续观察47例无症状髋股骨头坏死，发现13髋在出现疼痛之后才发生BME改变，其余无症状髋，未发现BME发生［1］。Ito H等在持续观察发现发生BME时有96%存在髋痛症状，髋关节疼痛加剧与BME发生密切相关［9］。Huang GS等观察到髋关节疼痛时发生BME是不痛者的12.6倍［8］。Koo KH等观察发现无症状髋仅4%出现BME，而髋中度到严重疼痛有86%出现BME，疼痛可随BME消退而消失［5］。本文观察发现，随着疼痛加剧，BME 0～3级平均秩次增高，“重度疼痛”分级中BME平均秩次最高，且BME发生率达100%，而无痛髋关节BME发生率仅16.67%，有疼痛髋关节BME发生率为95.08%。BME的发生与疼痛程度密切相关，BME弥散的范围越大疼痛越严重。本文观察无症状髋有12髋，无X线改变，是通过对侧出现症状和X线改变，就诊时经MRI检出确诊为股骨头坏死，其发生BME仅2髋，其BME发生率明显低于有症状和X线改变髋关节，这也许可以证明BME并不是股骨头坏死初始阶段的可逆性病理改变。

    BME发生机制目前尚不清楚，根据BME发生与股骨头塌陷密切相关的证据来看，推测BME发生机制应该从股骨头坏死和塌陷的病理特点入手。一旦发生股骨头坏死，坏死区骨小梁生物力学性能下降，加之骨髓组织活性也明显下降［10］，从而对积累的应力性损伤修复出现障碍，可能是导致BME高发于股骨头塌陷期的病理基础。

    许多研究表明BME的发生是股骨头塌陷所导致的，而本文BME主要分布在II期、Ⅲa期。ARCO Ⅱ期为无塌陷期，为何Ⅱ期BME发生率最高(87.5%)？本文的解释是，Ⅱ期为股骨头坏死不可逆阶段，修复界面形成，进入塌陷高危期，一方面因为影像学上的无塌陷假阴性，可能存在塌陷未被X线和MRI影像检出所致，在临床手术中经常可以验证塌陷假阴性的发生，如何降低这种假阴性，需要进一步探讨。作者根据临床经验认为影像学结论为II期患者，只要出现较重的髋痛症状，应该高度关注股骨头是否塌陷。另一方面可能发生应力损害，但未发生塌陷骨折。坏死修复界面出现，坏死区骨力学性能开始下降，死骨下方出现应力集中，产生应力损害，但未发生明显骨折塌陷。股骨头内的应力损害（塌陷前期）可能导致本文II期BME高发结果的病理基础。

    通过分析，作者认为，股骨头坏死BME可能由股骨头塌陷所导致的骨髓变化，其发生机制可能与股骨头坏死后生物力学稳定和结构受到破坏，导致应力集中的病理生理反应。股骨头坏死BME的出现在临床中预示着股骨头已经遭受应力损害并进入塌陷高危阶段或已经出现塌陷，与BME伴随的髋部疼痛症状可以成为重要的临床参考，必须采取措施改善髋关节的承重，防止塌陷或塌陷加剧。

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作者单位：广州中医药大学第一临床学院髋关节中心，广州 510405