股骨头坏死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是各种原因导致并以渐进性发展为特点的临床常见疾病。研究表明^[1,2,3]，ONFH患者中的80%～90％会在发病后2~3年间表现出临床和影像学上的进展，其中股骨头塌陷是该病程转折的重要改变。文献表明^[4,5,6]，髋关节X线和MRI均是ONFH的重要影像学检查方法，其中MRI在显示早期股骨头坏死的部位、范围与病变程度等方面更加敏感和准确，同时在测量股骨头坏死体积方面也具有重要的临床应用价值，但该方面的研究报道较少。本研究采用Malizos等^[7]提出的股骨头8象限定量评估方法，基于MRI提供的清晰图像进行股骨头坏死体积及其百分比的测量，并综合多种征象，全面评估和探讨MRI在预测股骨头坏死塌陷和病情演变等方面的临床应用价值。

1　材料与方法

1.1　一般资料

       以《2012年版成人股骨头坏死诊疗标准专家共识》^[8]诊断标准为依据。连续收集2010年9月至2012年11月期间于大连大学附属中山医院收治的非创伤性股骨头坏死，并按照世界骨循环研究会(Association Research Circulation Osseous，ARCO)骨坏死的国际分期标准^[9]诊断为早期股骨头坏死(ARCOⅠ、Ⅱ)的患者56例（76髋），其中Ⅰ期22例(32髋) ，Ⅱ期34例（44髋）。女性14例，男性42例，平均年龄（49±13.41）岁。所有致股骨头坏死因素中，特发性35髋，酒精性22髋，激素性17髋，发育不良性2髋。

1.2　检查方法

       在首诊时，被检患者同时完善髋关节正、蛙式位X线以及1.5 T PHILLIPS MRI （46例）和3.0 T SIEMENS MRI (10例) MRI检查，随诊中亦行上述检查，MR检查采用仰卧体位，使用标准体部线圈，行常规性连续的冠状位T1WI、T2WI和STIR序列扫描。

1.3　病例随访

       确诊ONFH后，受试患者每半年一次髋关节X线检查，依据Aaron和Nishii等^[10,11]的观测方法，通过两名有经验的放射科医师评估塌陷情况（图1）。所有受试患者中，随诊最短时间为10个月，最长为42.5个月，平均随访时间为（21.6±9.1）个月。

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图1  男，45岁，ARCOⅡ期股骨头坏死患者。A：2012年3月的X线正位图像；B：随诊至2013年6月出现X线图像上可见的塌陷，塌陷位于上关节面（箭指示）
图2  用面积测绘工具沿T1WI中股骨头坏死区域低信号带外缘描绘，自动得到每一层面内各个象限的坏死面积数据
图3  关节积液分级。A：示右髋为Ⅰ级，左髋为Ⅱ级；B：示右髋为0级，左髋为Ⅲ级
图4  右侧股骨上段无骨髓水肿，左侧存在明显骨髓水肿
图5  坏死形态：右侧为周围型坏死（长箭所示），左侧为中央型坏死（短箭所示）
Fig. 1  Male, 45 years old, ARCO Ⅱ with ONFH. A: X-ray image was photoed at March 2012 without collapse; B: The picture was followed up to June 2013 when collapse appeared, collapse located under the superior joint surface (arrow).
Fig. 2  On T1WI, using measurement tools, draw the outline of the necrosis area of femoral head along the low signal band, and receive the necrosis area of each quadrant within all layers automatically.
Fig. 3  Joint effusion classification. A: Right hip is level Ⅰ and left hip is level Ⅱ; B: Right hip is level 0, left hip is level Ⅲ.
Fig. 4  There is no bone marrow edema in the upper of right femur, but the left femur bone marrow edema is obvious.
Fig. 5  Necrotic morphology: the right hip is the peripheral necrosis (long arrow), the left one is the central necrosis (short arrow).

1.4　MRI测量股骨头坏死体积的方法

       根据Malizos等^[7]提出的定量评估方法，将MRI中股骨头视为标准球体并均分成8个部分，即前外上（ASL）、前内上（ASM）、前外下（AIL）、前内下（AIM）、后外上（PSL）、后内上（PSM）、后外下（PIL）、后内下（PIM）8个象限。利用西门子3.0 T MR后处理工作站（MultiModality WE40A版本）的面积工具，手动逐层描绘坏死区域T1WI低信号带外缘，得到各个象限坏死面积（图2），并计算其所在层面的体积，分别将每一层面4个象限的体积相加得到4个象限的总体积，最后分别计算股骨头各个象限的坏死体积百分比以及总坏死体积百分比(V)。

1.5　MRI影像学分析指标

       (1)关节腔积液：参照Mitchell等^[12]文献将关节腔积液定量为4级：0级：无积液；Ⅰ级：少许积液包绕股骨头头颈一侧；Ⅱ级：积液包绕股骨头头颈周围且无关节囊隐窝扩张；Ⅲ级：积液包绕股骨头头颈周围且关节囊隐窝膨胀扩张；0级及Ⅰ级定义为少量积液，Ⅱ级为中等量积液，Ⅲ级为大量积液（图3）。(2)骨髓水肿：有水肿和无水肿（图4)。(3)坏死形态：依据魏秋实等^[13]分型方法，分为中心型和周围型坏死（图5）。(4)坏死信号（T2WI序列）：高信号、低信号、混杂信号。

1.6　统计学方法

       将上述各指标经统计学软件SPSS 20.0进行统计学分析。首先对各计量资料进行独立样本t检验，对计数资料进行卡方检验，然后用Logistic回归模型对其中有统计学意义者作进一步分析。应用受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic curve，ROC曲线）找出其预测的敏感度与特异度。计量资料以均数±标准差表示，按α=0.05水准。

2　结果

2.1　随访及观察指标比较

       观测ONFH 56例(76髋)，平均随访时间(21.6±9.1)个月，其中塌陷者31髋(40.79%)，未塌陷者45髋(59.21%)。除性别、年龄、坏死信号以及病因等，其余各指标均存在统计学意义(P <0.001)，详见表1。

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表1  股骨头塌陷组与未塌陷组各项指标的比较
Tab.1  Comparison of the indicators between collapse group and non-collapse group

2.2　股骨头坏死体积百分比

       塌陷组总坏死体积百分比平均值为(40.1± 20.1)%，未塌陷组平均坏死百分比为（18.3± 19.8）%，两组间差异具有统计学意义。在各象限坏死体积百分比中，除PIM象限之外，其他各象限坏死体积百分比值的差异均具有统计学意义，详见表2。

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表2  股骨头塌陷组和未塌陷组各象限与总坏死体积百分比值的比较
Tab.2  Comparison of each quadrant and the total necrosis volume percentage between collapse group and non-collapse group

2.3　股骨头塌陷的Logistic回归分析

       由Logistic回归模型分析显示，ARCO分期、坏死形态、骨髓水肿这3项指标系数均为负值，根据模型的意义可知3者为保护因素，但上述指标中存在亚变量，从而得出ARCOⅠ期、中央型坏死、无骨髓水肿的ONFH发生塌陷的可能性低于ARCOⅡ期、周围型坏死有骨髓水肿者，3者的相对危险度（OR值）约为0.2。然而总坏死体积、ASL和PSL象限坏死体积百分比这3项因素系数为正值，系股骨头坏死塌陷的危险因素，其OR值均大于1，见表3。

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表3  股骨头塌陷的Logistic回归分析
Tab.3  Logistic regression analysis of the femoral head collapse

2.4　ROC曲线分析

       本研究基于上述股骨头坏死塌陷的3个危险因素，绘制其ROC曲线（图6），ASL和PSL象限及总坏死体积百分比的ROC曲线下面积分别为0.814(95%CI ：0.720~0.909)、0.853（95%CI：0.764~0.942）和0.835(95%CI：0.743~0.927)，P<0.001(表4)，特异度和灵敏度分别为71.1%、68.9%、86.7％和93.5%、83.9%、77.4%，预测塌陷的最佳诊断界值分别为47.78%、21.00%、19.51%。

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图6  总坏死体积百分比、ASL象限坏死体积百分比、PSL象限坏死体积百分比的ROC曲线
Fig. 6  ROC curve of V, ASL and PSL

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表4  股骨头塌陷3种危险因素定量指标ROC曲线分析
Tab.4  ROC curve analysis of three kinds of risk factors of femoral head collapse quantitative indicators

3　讨论

3.1　股骨头坏死检查与分区方法

       未行医疗干预的非创伤性股骨头坏死多呈进展性破坏，其发生率约为80%^[14]，最终需全髋关节置换术。尽管很多影像学检查可应用于股骨头坏死的筛查与诊断，但X线平片和MRI依然是目前主要的检查方法，尤其是后者具有明显的优势，可有助于评估分期、塌陷、预后和治疗疗效等^[15]。

       在有关预测股骨头坏死塌陷的方法中，Malizos等^[7]提出的股骨头8分法对股骨头坏死的处理得到的信息较多并较全面，同时测量方法较简单，有较好的可重复性。故本研究在分析股骨头坏死MRI征象的基础上，应用以上方法研究影响股骨头坏死塌陷的危险因素，旨在探寻有助于临床预测和评估股骨头坏死塌陷的影像学征象与规律以指导临床合理有效治疗。

3.2　MRI预测股骨头坏死塌陷的征象

       MRI以软组织分辨率高和多方位成像，以及对其的定量测量等优势，可综合评估股骨头坏死的严重程度，并在分析其是否有塌陷的可能性方面具有重要参考价值。Logistic回归数据显示，股骨头塌陷MRI征象中的危险因素分别为ARCOⅡ期、周围型坏死和骨髓水肿。

       显而易见的是，ARCO分期本身即是股骨头坏死演变过程的直观描述，所以对股骨头的塌陷有积极的贡献作用。本研究中ARCOⅠ期股骨头的塌陷比率为6.67%(2/30)，而ARCOⅡ期为63.04%(29/46)，组织病理学研究发现，后者坏死股骨头中发生以坏死骨吸收、新生骨形成等修复反应，相较前期，股骨头的稳定性明显下降，患者发生股骨头塌陷的几率随之增加，所以ARCOⅡ期患者应警惕和预防股骨头塌陷的发生。

       本研究发现，MRI上股骨头坏死形态与其塌陷密切相关，在中央型股骨头坏死47髋中仅7髋发生塌陷（14.89%），而周围型股骨头坏死的29髋中24髋发生塌陷（82.76%），与相关的研究报道结果一致，与股骨头的生物力学特点有关^[16,17,18]，股骨头坏死必然造成骨小梁结构破坏及紊乱，正常的应力分布被打破，形成以坏死组织与正常结构交界面的应力集中，尤其发生在关节面下的应力集中往往会引起塌陷。

       MRI上出现骨髓水肿也是影响股骨头塌陷的危险因素。本组股骨头坏死伴有骨髓腔水肿发生塌陷的比率为75.76%(25/33)，无骨髓水肿者发生率仅为13.95%(6/43)。其机理与股骨头坏死后应力集中引起的继发性应力损伤有关，病理上可显示一过性骨质疏松和骨小梁微骨折，从而加重股骨头坏死塌陷的风险^[20,21]。

3.3　各部位坏死体积百分比对股骨头塌陷的作用

       虽说前述股骨头坏死的MRI征象在一定程度上显示出引起塌陷的某些生物学行为，但股骨头坏死部位及程度和量化评估也是重要的因素。研究表明^[22]，坏死病灶较大且延伸至关节软骨下承重区者，无论治疗与否，股骨头坏死均可能继续进展或出现塌陷。研究中通过Malizos等^[7]采用的定量评估股骨头坏死体积的方法取得了较理想的结果，即股骨头ASL与PSL象限以及总坏死体积百分比（%）对坏死塌陷的预测存在一定的参考价值，塌陷组与未塌陷组间的坏死体积百分比间差异具有明显统计学意义(P <0.001)，说明坏死体积越大、或发生在ASL和PSL象限的较大坏死均容易出现股骨头坏死塌陷。

       本研究还发现，总坏死体积百分比预测股骨头塌陷最佳临界值为19.51%，小于19.51%的34髋中仅有2髋发生塌陷；大于19.51％的42髋中有29髋发生塌陷，预测塌陷发生的比率为69.05%，如果结合ASL及PSL坏死体积比，其预测塌陷发生的比率为80.77%，其结果明显高于前者，所以可以理解为综合考虑3种指标能提高预测的准确性。其中ASL和PSL构成股骨头负重区的外上部，其坏死体积百分比也在股骨头塌陷发生中作出重要贡献，该结论与国内外学者的研究结果基本一致^[23,24]。

       综上所述，MRI征象和定量检测在股骨头坏死的评估方面具有重要的临床价值。在各指标中，ARCO分期、骨髓水肿、坏死形态、ASL与PSL象限坏死体积百分比（%）、总坏死体积百分比（%）是股骨头坏死发生塌陷的危险因素。但应强调MRI征象及定量检测与临床指标的综合性分析，任何单项指标的评估价值均具有局限性；同时本组的样本量还较小，分组不细致，治疗因素等影响未充分考虑，将在后续研究中扩大样本量进行深入探讨。