发育性髋关节发育不良复位后股骨头坏死影像学诊断研究进展

周华冬，孟燕，鲁钊，潘诗农

1 发育性髋关节发育不良复位后股骨头坏死概况

发育性髋关节发育不良(developmental dysplasia of the hip，DDH)是髋臼和股骨头发育异常的一种疾病，其发病原因很多，总体包括环境因素和遗传因素[1-2]。临床上通常根据患儿年龄及治疗效果来制订和调整治疗方案，6～18个月患儿需要首先考虑闭合复位[3]；倘若闭合复位失败，则需要考虑切开复位等其他方法。

闭合复位后最常见的方式为石膏外固定术，发育性髋关节发育不良行石膏外固定术可能出现髋关节再脱位、股骨头缺血坏死、骨折、神经麻痹和髋关节僵硬或活动受限等术后并发症，而股骨头骨骺缺血性坏死则是其中最严重的并发症之一[4-5]。这种病病情发展快，治疗时间长，难度大，所以早期诊断，早期治疗一直都是临床医生关注的问题，如果病情恶化，会导致严重后果，甚至需要进行髋关节置换术[6-7]。因此，儿童发育性髋关节发育不良闭合复位后早期发现股骨头缺血在临床工作中是非常重要的。

2 发育性髋关节发育不良复位后股骨头坏死发病机制

出生后6个月的儿童股骨头二次骨化中心尚未出现，骨骺及生长板呈软骨性，股骨近端可见临时钙化带，6个月以后，二次骨化中心出现并逐渐增大，血管也会逐渐向股骨头生长，因此股骨头供血系统相对变异多，个体的差异也相对较大，18岁时股骨软骨骨化核基本形成。成人股骨头血供主要来源于三组血管：髋关节囊外动脉环、圆韧带动脉和股骨干营养动脉。囊外动脉环由旋股内侧动脉分出的内、外、后支持带动脉以及旋股外侧动脉发出的前支持带动脉共同组成，囊外动脉环供应股骨头70%以上血液[8]。

发育性髋关节发育不良闭合复位后发生股骨头坏死的发病机制尚不明确，但主要原因为各种因素造成股骨头营养供给不足，从而导致股骨头形态学的变化。各种因素主要包括：(1)复位后的髋臼覆盖股骨头稍差，股骨头与髋臼接触面积较复位前减小，单位面积压力的增加导致股骨头着力点处骨小梁经常受到挤压，引起股骨头局部血液循环的不畅，从而导致股骨头局部缺血坏死的发生。Russell等[9]通过对髋关节受力进行三维分析，发现髋关节累积接触压力范围在正常对照组与发育性髋关节发育不良组有显著性差异。发育不良髋关节与正常髋关节相比，累积接触压力明显增加2～3倍，但受力面积减少甚至呈点状。因此可以认为髋关节长期高应力状态使股骨头血供减少，形成股骨头坏死[10]；(2) 股骨近端和关节软骨发育不良，关节囊及周围软组织长期受牵拉形成损伤，关节腔内关节液减少，可以加重股骨头坏死[11]；(3)发育性髋关节发育不良可以引起关节腔内压力不断增高，关节软骨血运持续减少，髋关节内静脉回流障碍，亦可导致股骨头缺血坏死[12]。Wingstrand等[13]通过试验证明正常髋关节关节囊内压力明显低于发育不良髋关节，而且股骨头血流量随着髋关节内压力的增高而持续下降，髋关节囊内压力增高可以导致股骨头动脉灌注不足、髋关节处静脉回流受阻，骨细胞长期处于缺血缺氧状态，股骨头坏死极易形成。Jaramillo等[14]研究认为发育性髋关节发育不良患儿行外展固定时股骨头骨骺前后两部分发生缺血坏死的原因可能不全相同，股骨头骨骺前部的缺血与大血管的阻塞有关，而后部的缺血则与髋臼对股骨头的直接压迫有关系。骨骺血管的压迫可能是儿童蛙氏固定治疗引起股骨头缺血的主要原因，这种压迫可能来自腰大肌与髋臼之间，也可能是髋臼对股骨头的直接压迫。骨骺内的血管槽受到压迫后，引起血流的流通不畅，从而导致股骨头骨骺的缺血坏死。

Jaramillo等[14]通过模拟人体髋关节闭合复位蛙氏位固定，成功制作了股骨头骨骺缺血的动物模型，并证明早期股骨头骨骺缺血是可恢复的，也就是说早期发现股骨头缺血是可以纠正的。因此，股骨头骨骺缺血的早期诊断、早期干预具有非常重要的临床价值。

3 发育性髋关节发育不良复位后股骨头坏死影像学检查现状和进展

发育性髋关节发育不良闭合复位后股骨头缺血坏死在X线通常采用Kalamchi和MacEwen等[15]的分型，可以分为以下4型：Ⅰ型，复位后股骨头骨骺核延迟出现，股骨颈受轻微影响，骨骺核高度少量丢失，偶尔出现髋内翻；Ⅱ型，骨骺核改变加上外侧骺板破坏；Ⅲ型，骨骺核改变加上中央骺板破坏；Ⅳ型，股骨头和骺板均破坏。

3.1 X线检查

X线为最早出现的用来诊断股骨头坏死的影像学手段。股骨头缺血坏死的X线征象为相应承重区斑片状骨质硬化，局部出现片状高密度影，骨质疏松，骨小梁模糊。由于X线检查敏感度差，根据股骨头形态上改变而进行判断，明确诊断时基本已发展为股骨头缺血坏死晚期[16]。

3.2 CT检查

CT检查出现稍晚，对股骨头缺血坏死的早期表现主要为股骨头星芒结构增粗，斑片状骨硬化，其中可见片状低密度影，骨小梁缺少或部分骨小梁被吸收而消失，关节间隙未改变。由于CT的密度分辨率及空间分辨率相比X-线有明显优势，所以发展较快。但CT也有劣势，即CT对于判断肉芽组织浸润、骨髓坏死以及股骨头局部血供情况有一定限制。因此，明确诊断时亦已发展成股骨头坏死中晚期[16-17]。

3.3 MR常规序列

MRI常规序列分别为T1WI、T2WI及T2WI脂肪抑制序列，股骨头坏死在MR上T1WI股骨头外上方线样低信号或新月形、边界清楚的不均匀信号，T2WI呈高信号或稍高信号，周围不均匀稍低信号环绕，即典型的双线征。

MRI具有良好的软组织分辨能力，可以观察股骨头周围软组织形态，评价DDH后关节软骨、盂唇、周围肌肉及韧带的变化情况，并且对人体无辐射。因此，在股骨头未发生明显变形，关节间隙及关节囊正常的情况下，MRI仍然可以发现股骨头坏死征象。但MR的劣势在于无法在股骨头灌注不足时及时发现病变，当股骨头缺血导致发生相应改变时，可能错过最佳的干预时机。

3.4 MR灌注成像

磁共振灌注成像(MR perfusion weighted imaging，MR-PWI)可以反映股骨头内微血管分布和血流灌注的情况，提供血流动力学方面的信息，具有高时间分辨率和空间分辨率，短时间内重复性好等优势，是近些年正在发展的一种针对血运功能的成像技术。

3.4.1 MR灌注成像的基本原理

磁共振灌注加权成像的过程即为血流从动脉向毛细血管网灌注然后通过汇人静脉流出的过程[18]，通过磁共振成像测量并计算病变组织渗透程度及毛细血管灌注情况，和病理状态下组织毛细血管生成等相关的血流动力学参数，快速无创准确地评价活体病变组织的微血管分布，为疾病提供有意义的血运方面的信息，从而判断是否会发生疾病[19]。该过程也就是当对比剂在短时间内高浓度通过某一区域的毛细血管网时，通过对比剂浓度的变化反映出血流通过的情况。

由于股骨头病变区血管数量及血管功能的改变，组织强化程度可以反映血管密度、血流量大小、毛细血管表面积、毛细血管通透性及血管外细胞间隙的大小等病理基础，MR灌注成像可分析股骨头及干骺端血流灌注，在活体内观察组织微循环血流动力学，完整记录对比剂进入和排出组织动力学过程，通过测量MR灌注成像参数如容量转移常数(Ktrans)、血管外间隙所占的容积百分数(Vp)、扩散系数(f)和血管外间隙容积分数(Ve)，来评估组织微血管密度(microvascular density，MVD)、通透性以及病变组织血管生成及间质纤维化程度[20-23]。

3.4.2 MR灌注成像的分类与优劣势对比

为了找到有效的血流动力学信息，需要使用示踪剂在组织和血管间自由扩散，由于示踪剂的来源不同，可以分为外源性和内源性两类。其中，外源性示踪剂磁共振灌注成像方式分为动态成像法和静态成像法，内源性则包括动脉血质子自旋标记磁共振成像及血氧水平依赖功能磁共振成像[24]。

外源性示踪剂法是目前临床上最常用的一种灌注成像技术，成像方式分为动态成像法和静态成像法两种。外源性示踪剂动态成像法中应用的Gd-DTPA具有以下几个优势：对比剂在有效使用浓度范围内不进入细胞，剂量相对比较稳定；具有良好的时间分辨率和空间分辨率；该检查不会导致放射性损伤；研究范围不受探测装置的限制[25]。动态灌注成像相对于稳态成像法的空间分辨率较低，对于病变部位的灌注参数评估的准确性稍差，但稳态成像法的信噪比低，并且要求患者始终不能活动，患者配合度降低可能导致图像质量差而诊断效能减低，因此临床上应用稳态成像较少，大多使用动态灌注成像[26-27]。

内源性示踪剂法是一种使用自身物质行对比的方式，无需注射外源性对比剂。动脉质子标记技术从标记血流质子到标记的血流质子到达成像层面而使T1反转，需要相对较长的时间，因其检查时间长，灌注对比较低，信噪比较差，临床上并没有被广泛应用[28]。血氧水平依赖功能磁共振成像(Bold-fMRI)有以下几个问题：成像和分析时间较长，受试者配合程度较低；可重复性和空间定位的准确性稍差；目前只能做到定性而无法定量[29]。

因此，在临床上比较常用Gd-DTPA，而且适用的范围也比较广，目前是最佳的选择。

3.4.3 MR灌注成像对于股骨头缺血坏死的作用

股骨头缺血性坏死初期是由于微循环的损伤造成局部血流灌注不足，在尚未发展为骨坏死前可以提示细胞代谢异常。MR灌注成像可在微循环损伤但常规MRI未出现改变的阶段，即股骨头缺血性坏死的超早期变化阶段预测或发现病变，对股骨头缺血坏死早期诊断的敏感性高于MR平扫和常规增强MRI[30-32]。因此可应用在临床高危人群中，评估股骨头血流灌注情况，为早期诊断和随访复查提供依据，警惕股骨头缺血性坏死发生的可能性。灌注曲线与常规MR扫描和Gd-DTPA增强扫描结合有利于临床医师判断病程，评估组织活性，为选择治疗方案提供更有效的影像学依据。

李小明等[33]将乳猪髋关节极度外展固定30 min后，利用MR灌注成像观察血流灌注的变化，结果发现外展固定时增强率明显低于自然体位，因此只有尽早发现因体位改变所引起的缺血，及时调整因手术引起的变化，才能达到既有股骨头复位的效果又能避免股骨头缺血坏死的发生。吴勇等[34]找到49例成人进行髋关节脱位手法复位，采用MR灌注成像对股骨头缺血坏死进行评估，在复位后半年及一年的随访中，发生股骨头坏死概率均为32.65%。

3.4.4 MR灌注成像目前不足与展望

虽然MR灌注成像能直接显示骨组织的血流灌注，但生理状态下股骨头内黄骨髓占一定比例，股骨头通过的血流相对减低，因此，通过MR灌注成像准确测量局部血流灌注尚处于研究阶段[8]，儿童股骨头处于发育过程中，每个阶段血流供应程度有差别，不同阶段的股骨头MR灌注曲线及参数是否有差别仍待探索。该技术另外存在三个不足：(1)与常规MR扫描相比，MR灌注成像的信噪比和空间分辨率相对较低，因此需要联合MR平扫成像观察图像特点。(2)股骨头灌注成像的定量分析技术还在起步阶段。(3)时间分辨率较低，部分容积效应可能会影响通透性参数的测量结果[35-36]。目前灌注成像技术在脑、乳腺已有较广泛的应用，在胰腺，肝脏也已经逐步进入实验阶段和临床，而在骨骼系统尤其是股骨头的应用还远远不够。

MR灌注成像技术的出现意味着现代影像学从宏观形态学到微观细胞分子水平的方向发展。它可以评价股骨头的微循环信息，在股骨头缺血坏死的超早期变化阶段就可以预测或发现病变，那么可以考虑利用这种技术针对高危人群进行早期的筛查，减少股骨头坏死发生的可能性，间接提高股骨头坏死高危人群的生存质量并且对社会劳动力和家庭和谐也是一种保障。