磁共振弥散加权成像（diffusion-weighed imaging, DWI）是一种可通过分析细胞内、外水分子的跨膜运动功能状态的改变诊断和鉴别疾病的功能性成像技术，由于其有高敏感性，在颅脑和腹部已经有广泛的应用^[1,2]。目前在骨肌系统的应用还有限，主要集中在对骨肌肿瘤良、恶性的鉴别和全身弥散的研究中^[3,4]。在骨骼系统MR DWI的相关研究中，扩散梯度因子（gradient factor） b值的设定不同，对结果的影响较大。国内外也有学者对脊柱、膝关节等局部骨结构不同b值的DWI进行研究^[5,6]，而对股骨头、颈部骨结构的弥散特征未见研究报道。本研究分析一组健康自愿者的骨盆MR-DWI影像资料。以期获得正常股骨头、股骨颈的弥散加权影像特征，为髋关节疾病的DWI成像诊断提供依据。

1　材料与方法

1.1　研究对象选择

       90例健康志愿者满足①临床无髋关节症状，影像学排除髋关节疾病；②无代谢性骨病、肿瘤、手术史，无髋关节、股骨外伤史；③女性自愿者无节育环。其中男42例，女48例，年龄24~78岁，平均年龄57.3岁。

1.2　检查技术

       使用GE公司Signa excite 1.5 T HD超导型磁共振机；其有效梯度场强度为33 mT/m，最大切换率为120 T/m/s；八通道腹部线圈。MR扫描横断面和冠状面T1W、脂肪抑制T2W，确认髋关节正常。DWI应用SE-EPI序列进行图像采集，轴位扫描，b值分别选取300 s/mm²，500 s/mm²，700 s/mm²，全方向弥散，FOV为32 cm×32 cm，层厚5 mm，TR=3375 ms, TE=67.2 ms，带宽125 kHz，矩阵128×128，激励次数8，成像时间约1分50秒。

1.3　数据处理和分析

       由两名有经验的放射医生共同协商对图像进行后处理分析。将原始图像传至ADW4.3(GE医疗系统)工作站，应用Functool中DWI软件进行后处理。调整阈值，生成ADC值伪彩图；选择3个显示股骨头、颈最大的连续层面，每个层面放置两个感兴趣区，大小为100 mm²，注意避开骨皮质，测量六次取平均值。所有感兴趣区ADC值测量结果用均数±标准差表示。

1.4　统计学分析

       采用SPSS 16.0软件，对正常人股骨头、股骨颈之间的ADC值应用方差分析，进行组间比较。P<0.05认为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　正常股骨头DWI图像质量

       在不同b值300 s/mm²，500 s/mm²，700 s/mm²，随着b值的增加，图像伪影和噪声加大（图1，图2，图3）。在不同b值的DWI影像上，股骨头、股骨颈呈明显均匀低信号，在原始图像上无明显信号差别，部分患者髋关节间隙内可见少许正常滑液呈等信号。臀部肌肉呈略低信号，高于股骨头和股骨颈骨质的信号。

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图1  b值为300时正常人股骨头及股骨颈层面DWI图像
Fig 1  DWI images of femoral head and neck in healthy adult when b values 300

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图2  b值为700时正常人股骨头及颈层面DWI图像
Fig 2  DWI images of femoral head and neck in healthy adult when b value 700

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图3  b值为500时正常人股骨头及股骨颈层面ADC图
Fig 3  ADC map of femoral head and neck in healthy adult when b value 500

2.2　不同b值的股骨头、股骨颈的ADC值

       在成像条件相同时，不同b值的股骨头、股骨颈的ADC值如表1所示。随着b值的增大，股骨头、股骨颈的ADC值降低。

       DWI不同b值获得的正常人股骨头、股骨颈的ADC值关系见图4。同一b值股骨头较股骨颈的ADC值小，这种差异具有显著性(P<0.05)。并且b=500 s/mm²时，正常人股骨头、股骨颈之间的ADC值的差异最显著(P<0.01)。

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图4  正常人股骨头、股骨颈在不同b值时的ADC值比较。不同灰度代表b值分别取300、500、700，纵坐标表示测得ADC值，单位为10^-4 s/m横表股骨头与股骨颈
Fig 4  Comparison of ADC values of femoral head and neck between different b values. Different gray values represented different b values,the vertical axis shows the ADC value, unit is 10^-4 s/m, the horizontal axis represents femoral and neck.

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表1  不同b值正常人股骨头及股骨颈ADC值(×10^-4 mm²/s)
Tab 1  ADC values of femoral head and neck in healthy adult between different b values (×10^-4 mm²/s)

3　讨论

3.1　MR弥散加权成像在骨骼系统的应用现状

       DWI技术是目前惟一可在活体上检测组织中水分子布朗运动的成像技术，通过分析信号强度及对组织弥散系数的测量等，获得生物组织微动态和微结构变化的信息^[1]。已经广泛地应用于中枢神经系统、消化系统等疾病的影像诊断中。EPI-DWI序列是现在临床最广泛应用的弥散成像序列，具有采集时间短，运动伪影少的特点。但EPI-DWI序列的主要缺陷是磁敏感效应明显，随b值增加容易导致明显的几何变形伪影，这在骨骼系统DWI成像中尤为明显，也是制约DWI应用的重要因素之一^[3,4]。在骨骼系统由于骨小梁和骨髓之间的磁敏感伪影较大，DWI技术在骨骼系统的成像效果始终不理想，限制了其应用。但随着成像技术的不断改进，DWI在骨肌系统获得的影像质量在不断提高，并且发现DWI技术对于骨肌病变的影像诊断提供重要的信息^[3,4,5,6,7]。如有助于脊椎良、恶性骨折的鉴别，脊椎退变和感染的鉴别，脊柱结核的诊断和鉴别诊断等；在弥散的基础上发展起来的全身弥散加权成像对骨转移瘤诊断也有重要意义。

3.2　骨骼系统DWI成像的技术问题

       目前的研究主要通过对DWI影像信号高低的观察和组织弥散系数的测量来对疾病进行分析诊断。由于生物体内各种因素的影响，通常将DWI上测得的生物组织弥散系数称为表观弥散系数（apparent diffused, ADC），是反映组织中水分子扩散运动能力的物理量。ADC=In(S低／S高)／(b高－b低)，b为扩散梯度因子，S低与S高为不同b值条件下组织的信号强度。不同组织有不同的ADC值，ADC值越大，水分子扩散能力越强，信号衰减越多。在固定b值的DWI图像受T2穿透作用及ADC值两方面因素影响，即组织的T2值越高，DWI信号越高；ADC值越低，DWI信号越高。

       b值越高，DWI对水分子的运动越敏感，对病灶的显示也越清楚，测得的ADC值也相对越准确，但图像的信噪比显著下降。因此在骨骼系统DWI成像中，选择适当b值对于成像质量和病变的显示至关重要^[3,4]。在脊柱和膝关节DWI成像的研究中，多数学者认为b值在300~500 s/mm²之间时可以获得高的信噪比，同时有利于病变的显示^[3,4,5]。本研究对骨盆进行DWI扫描，采用8次激励，选择不同的b值300 s/mm²，500 s/mm²，700 s/mm²，均获得相对较清晰的图像；但是随着b值的增高，图像的信噪比下降，图像质量降低，尽管没有明显的几何变形，但是图像的伪影和噪声还是比较明显的，特别是在b值为700 s/mm²，部分图像有变形，受噪声影响测得的ADC值也不稳定。因此在临床上根据设备条件、所选用的序列以及临床目的不同，可适当调整b值，在髋关节成像中，笔者认为中等b值500 s/mm²更为合适。

3.3　正常股骨头、颈DWI成像的特征和意义

       成人股骨头、颈部主要由松质骨骨小梁结构和其内的骨髓构成，骨小梁结构几乎不产生信号，因此DWI成像的信号主要来自骨髓。成人股骨头以黄骨髓为主，可以含有少许造血组织，含水量极少，没有T2穿透效应的影响，在DWI扫描采集的信号非常有限；而且骨髓内少量的水分子被大分子脂质束缚，与不受限制的质子相比，其运动受到更多的限制，因此正常成人股骨头DWI影像均为低信号，测得的ADC值也非常低^[6]。股骨颈较股骨头红骨髓所占比例要更高一些，含水量略高一些；因此可以解释在b值相同时，股骨颈的ADC值要高于股骨头的ADC值。有学者对正常颅底骨进行DWI研究，在b值等于800 s/mm²，测得颅底斜坡和上位颈椎的ADC值在(3.72~5.99)×10^-4 mm²/s之间^[7]，其主要代表了红骨髓丰富的骨质区域的ADC值，高于本研究测量得到的股骨头的ADC值，与股骨颈的ADC值比较接近。国外学者关于正常骨髓ADC值的研究主要集中在椎体，由于采用MR设备机型不同，DWI脉冲序列及b值不同等因素影响，获得的正常骨髓ADC值范围有一定的波动，ADC值的范围在(1.0~4.4)×10^-4 mm²/s之间，与本研究测量结果基本一致^[6,8,9,10]。

       本研究中的正常志愿者数量相对有限，更大样本的正常人研究可以使测量结果更为准确、更有参考价值。另一不足是没有对年龄段进行分组研究；由于年龄的不同，股骨头、颈内的骨髓成分会有差别，可能对测量结果有一定的影响，需要有足够的样本量进一步分组细化研究。

       本研究得到一组正常人股骨头、股骨颈的ADC值范围。随着b值的增大，股骨头、颈部的ADC值均降低；同一b值，股骨头的ADC值小于股骨颈的ADC值。使用MR-DWI在股骨头正常骨髓方面的研究为进一步探讨其在疾病方面的研究提供了客观依据及ADC值参考范围。