CEUS与MRI对幼年特发性关节炎膝关节炎症分级的信度研究

引言

幼年特发性关节炎（JIA）是一种异质性疾病，包括所有病因不明且发病年龄在16岁之前的慢性关节炎形式[1, 2]。其影响1000名儿童中的1–2名（女：男 3：1），以慢性滑膜炎症为特征，具有发展为进行性关节破坏的风险[3]。尽管现代治疗已降低了发病率，儿童仍面临疾病活动期、疼痛和活动能力下降，且常持续至成年期[4, 5]。

诊断基于病史、临床和实验室检查结果，影像学正成为缩小鉴别诊断范围、监测疾病活动和检测治疗并发症的重要工具[6]。虽然X线摄影在关节损伤评估和继发性生长障碍中仍发挥作用，但超声（US）和磁共振成像（MRI）是评估疾病活动的首选方法[6]。针对膝关节炎症改变，超声和MRI均已提出多种检查技术、方案和分级系统；然而，关于其可靠性的文献有限，包括两篇各含25例患者的MRI研究[7, 8]，以及尚无关于超声的研究。

本研究旨在评估超声造影（CEUS）和增强磁共振成像（CEMRI）在评估JIA膝关节滑膜炎方面的可靠性，包括主观评估（0–3分级）和定量评估（CEUS：峰值增强[PE]、达峰时间[TTP]、流入曲线下面积[WiAUC]；CEMRI：峰值增强强度[PEI]、TTP、初始曲线下面积[iAUC]）。

最后，我们旨在评估幼年关节炎MRI评分（JAMRIS）系统膝关节炎症成分的可靠性，该系统还包括骨髓水肿的评估[7]。

材料与方法

本研究是一项前瞻性单中心研究的一部分，研究对象为已知诊断为JIA的儿童，于2023–2024年期间进行。参与者从圣若昂波尔图大学中心医院（CHUSJ）儿科风湿病门诊连续招募。纳入标准为年龄1–18岁、符合ILAR的JIA标准[9]、当前或既往有膝关节受累的儿童。排除标准为过去2个月内有关节腔内类固醇注射史或膝关节外伤史的儿童。

在本可靠性研究中，我们使用了人口学和CEUS/CEMRI数据。研究经区域伦理委员会批准（编号282-20），并根据国家指南从每位参与者和/或其照护者处获得书面知情同意。

成像技术

所有儿童均对受累膝关节进行了CEUS检查，并于同日稍后额外进行CEMRI检查，间隔至少60分钟，两项检查均在儿童仰卧位、膝关节屈曲30°时进行。通过肘前静脉建立20 G导管静脉通路，用于两项检查。根据欧洲药品管理局[10]的数据，SonoVue中近100%的微泡在15分钟内经肺消除。未给予全身麻醉。

超声检查由一名具有12年儿科放射学经验的检查者按照标准化方案[11]使用Logiq E10机器（Version R3，General Electric®）进行，配备线性6–15 MHz探头和既定预设参数。通过髌上隐窝的矢状面扫描来识别最突出和充血最明显的滑膜（彩色/能量/微血流多普勒）。对于超声造影（CEUS），使用血管线性2–10 MHz探头，并调整肌肉骨骼造影预设参数。将三通静脉套管连接至导管。随后，注射一剂六氟化硫（Sonovue®）造影剂；体重< 50 kg的患者注射2.4 mL，体重> 50 kg的患者注射4.8 mL，随后以10 mL生理盐水冲管。此后，在同一位置进行2分钟连续矢状面采集。

MRI检查由一名经过专门培训的MRI放射技师按照预定义方案（补充材料）在3特斯拉扫描仪（Siemens® Magnetom Vida）上进行，使用18通道相控阵膝关节发射/接收（Tx/Rx）线圈。使用垫枕（Multipad，Pearl Technology）固定膝关节。根据针头大小，以1–3 mL/s的速率用泵注射钆对比剂（钆布醇—Gadovist®，Bayer）（0.1 mmol/Kg）。

在本可靠性研究中，我们使用了T1 vibe Dixon脂肪饱和（FS）增强前序列，以及T1 vibe Dixon FS并行成像中受控混叠产生更高加速（CAIPIRINHA）增强后前2分钟（各向同性）序列和T1-w TSE FS增强后矢状面和轴面序列。

图像分析

超声造影（CEUS）

滑膜炎症的主观评估，采用0–3级评分。

所有CEUS视频片段（0–120 s）均经匿名化处理、存档并回顾性审阅。两名观察者独立且对额外信息设盲，采用改编自Klauser等[12, 13]的0–3级评分评估对比增强程度：0级（滑膜内少量气泡）；1级（轻度；斑片状滑膜增强，强度低于周围组织）；2级（中度；更均匀弥漫的滑膜增强，强度等于/略高于周围组织）或3级（重度；快速/强烈、均匀的滑膜增强，强度高于周围组织）。制作了一份图谱（取自七名患者2分钟视频片段的单帧静态图像——后续未用于定量分析）以说明所用的0–3级评分（图1）。6周后由两名观察者独立进行重复评分（视频片段顺序不同）。

动态CEUS——滑膜炎症的定量评估。

DICOM视频片段使用CEUS定量软件VueBox®（版本7.5；Bracco Imaging）进行后处理。由两名观察者协商选择显示最突出滑膜的矢状面帧。基于应用的颜色强度图，每位观察者选择三个不同的感兴趣区（ROI），使用预定义保存的标准化ROI（约3.2–4.2 mm²，取决于超声图像的原始大小）测量强化最明显的滑膜（图2）。PE、TTP和WiAUC由两位观察者分别独立测量。

MRI

滑膜炎症的主观评估。

基于T1加权TSE FS增强前和增强后图像，所有MRI检查由两名放射科医师独立进行盲法评估，不知晓临床发现（一名儿科放射科医师和一名肌肉骨骼放射科医师，分别具有12年和14年经验）。整体滑膜强化和炎症程度根据近期研究[4]分别按0–3分独立评分。整体滑膜强化基于滑膜强化/滑膜增厚的程度，评分为0级（无/轻微）；1级（轻度）；2级（中度）或3级（重度）（图3）。整体炎症程度基于对滑膜强化程度和范围以及是否存在积液的综合评估（积液定义为最大值≥ 2 mm），评分为0级（无/轻微滑膜强化或积液）；1级（轻度增加的滑膜强化/增厚，±积液）；2级（中度增加的滑膜强化/增厚，+积液）或3级（重度增加的滑膜强化/增厚+积液）。使用来自五名不同JIA患者的单幅矢状面图像制作了图解图谱，以标准化评分（图4）。

MRI还使用JAMRIS系统的要素进行评分[7]；滑膜肥厚（在增强后图像的六个不同位置评分，0（厚度< 2 mm）、1（≥ 2–4 mm）或2（> 4 mm）（最低分0，最高分12））和提示水肿的骨髓改变（评分为0级（无）；1级（< 全骨髓体积的10%）；2级（10–25%）或3级（≥ 25%）（最低总分0，最高总分24））。6周后由两位观察者分别独立重复评分，并对之前的结果设盲。

动态对比增强磁共振成像（CEMRI）——滑膜炎的定量评估。

从矢状位T1加权涡轮自旋回波脂肪抑制（T1-w TSE FS）钆增强后序列中，两名观察者协商一致确定与所选超声造影（CEUS）切面对应的矢状位层面，并用于动态CEMRI测量。使用Syngo.via® Tissue 4D应用程序，两名观察者独立在滑膜明显强化区域内放置三个不同的圆形感兴趣区（ROI，面积约1mm²，标准差[SD]尽可能最低），以彩色峰值强化强度（PEI）图为引导（图5）。测量PEI、达峰时间（TTP）和初始曲线下面积（iAUC）。

统计分析

连续数据根据情况以中位数（附四分位距[IQR]）或均值（附标准差[SD]）表示，二分类数据以绝对频率/相对频率表示。对于分类变量，观察者内和观察者间一致性使用线性加权kappa（κ）系数（95%置信区间[CI]）和绝对一致比例进行评估。κ < 0视为差，0–0.20为轻微，0.21–0.40为一般，0.41–0.60为中等，0.61–0.80为显著，0.81–1.00为几乎完全一致[14]。为便于比较，我们还采用了组内相关系数（ICC），双向混合、一致性类型[15, 16]，附95% CI（0–0.39为差，0.40–0.59为一般，0.60–0.74为好；0.75–1.00为优），反映相对一致性[17]。

连续变量的差异使用Bland–Altman图和95%一致性界限（LoA）分析，反映绝对一致性[18]。定量CEUS和CEMRI数据不服从正态分布，对数转换后仍呈偏态分布；因此使用非参数LoA（对数差值的第2.5百分位数和第97.5百分位数），报告反对数转换值以获得指数/比值用于解释偏倚和LoA。连续变量的差异还根据情况使用ICC（双向混合；一致性类型）进行分析。

JAMRIS评分被视为连续变量，将不同部位的评分相加，滑膜肥厚最高12分，骨髓水肿（BMO）最高24分。使用ICC（双向混合；一致性类型）检验观察者内和观察者间一致性。统计分析使用SPSS软件（v.30，IBM）或Jamovi® v.2.6.26进行。p < 0.05视为具有统计学意义。

结果

共纳入52例患者（35例女性），中位年龄12.4岁（IQR 8.9–15.6）。人口学数据和疾病特征见表1。滑膜炎的主观CEUS和CEMRI评分（0–3分）分布均衡，每组约8–17例。

超声造影（CEUS）

滑膜炎的主观分级；观察者内和观察者间一致性

基于视频片段，两名观察者对滑膜对比增强程度采用0–3分评分法的评估几乎完全一致，两名阅读者的kappa值分别为0.89（95% CI 0.81–0.98）和0.90（95% CI 0.83–0.98）（表2）。观察者间一致性几乎完全一致，kappa值为0.85（95% CI 0.76–0.93），绝对一致性为0.83。使用ICC，观察者间一致性为优（0.96；95% CI 0.93–0.98）。

动态CEUS：滑膜炎症的定量测量；观察者间一致性

PE和WiAUC的测量表现良好，ICC分别为0.99（95% CI 0.99–1.00）和0.97（95% CI 0.95–0.98），而TTP的观察者间一致性为中等，ICC为0.66（95% CI 0.40–0.80）。

对于PE，使用非参数Bland–Altman分析并结合反变换，观察者间中位比值为0.99，表明观察者间系统性偏倚可忽略不计，然而LoA（0.59–2.96）较宽，表明观察者间可重复性差（图6）。WiAUC的相应数值为0.94，95% LoA为0.39–3.71；TTP为0.96，95% LoA为0.40–1.81。

MRI

滑膜炎症的主观分级；观察者内和观察者间一致性

采用0–3分评分法对总体滑膜炎症的评估显示，两名观察者的一致性几乎完全一致，kappa值分别为0.91（95% CI 0.83–0.99）和0.96（95% CI 0.91–1.00）（表3）。观察者间一致性为0.89（95% CI 0.81–0.98），绝对一致性为0.88。基于ICC，观察者间一致性为优（0.97；95% CI 0.95–0.98）。

基于滑膜增强、增厚和积液对膝关节总体炎症进行分级也表现很好，每名观察者的kappa值分别为0.94（95% CI 0.88–1.00）和0.90（95% CI 0.81–0.98）。观察者间一致性为0.92（95% CI 0.85–1.00），绝对一致性为0.92（表3）。观察者间一致性的ICC几乎完全一致（0.98；95% CI 0.96–0.99）。

使用JAMRIS评分中炎症域组成部分进行主观分级

根据JAMRIS系统，对六个位置分别评估滑膜肥厚，在观察者间和同一观察者内均表现良好（表4）。对于总分为0–12分的滑膜肥厚评分，观察者内一致性几乎完美，ICC分别为0.97（95% CI 0.96–0.99）和0.99（95% CI 0.99–1.00）。观察者间一致性为0.97（95% CI 0.95–0.98）。

两名阅片者分别在9/52和19/52例患者中识别出BMO，两名阅片者的观察者内变异几乎完美，分别为0.88（95% CI 0.79–0.99）和0.92（95% CI 0.86–0.95）。观察者间一致性为中等，ICC为0.65（95% CI 0.39–0.80）（表4）。

动态CEMRI：滑膜炎症的半定量测量；观察者间一致性

PEI和iAUC的测量具有极好的观察者间一致性，ICC分别为0.99（95% CI 0.98–0.99）和0.98（95% CI 0.97–0.99），而TTP具有良好的一致性，ICC为0.76（95% CI 0.59–0.86）。

对于PEI，观察者间中位数比值为0.93，表明观察者之间存在7%的小系统性偏倚，然而，95% LoA较宽（0.62–1.41）（图6）。对于iAUC，阅片者间差异呈正态分布，因此进行了标准Bland–Altman分析，显示阅片者间平均差异为−0.01，95% LoA为−0.10至0.07，尚可。

TTP被视为分类变量，因为应用程序仅允许少量固定值，产生中等的观察者间一致性，kappa值为0.58（95% CI 0.39–0.77），绝对一致性为0.69。

讨论

我们已经表明，对于CEUS和CEMRI，以0–3分制对滑膜炎症进行主观分级在观察者内和观察者间均表现良好。定量测量的观察者间分析显示总体ICC较高，表明区分受试者的能力非常好。然而，大多数LoA较宽，表明观察者间精密度可能不足以追踪单个受试者随时间发生的细微变化。

使用超声和/或CEMRI评估滑膜炎症程度对于JIA患儿的疾病管理很重要[19–21]。最近的一篇综述提供了两种模态的经过验证的评分系统，以及已发表的关节液量和滑膜厚度的参考值[6]。动态CEUS和CEMRI用于关节炎分级的潜力已被评估；然而，评估其在儿童中可重复性和精密度的研究有限[22–25]。特别是，尚无基于同一队列并在同一天进行的同时评估CEUS和CEMRI的研究。在一项2010年的研究中，纳入22例腕关节或髋关节受累的患者，据报道，基于ICC，动态MRI测量的可重复性极好；然而，未使用其他统计检验对结果进行详细阐述[26]。Bennett等[27,28]在另一项纳入11例接受关节腔内糖皮质激素注射治疗的患者的研究中发现，使用Bland–Altman方法，定量MR测量在评估滑膜炎症方面是可靠的。

了解一种方法的可靠性对于正确解读特定成像标志物随时间的变化至关重要。我们使用了两种互补的统计方法：ICC，“双混合型”，测量标志物的整体一致性（可靠性），以及95% LoA，指示95%的配对差异预期落入的范围。LoA显示测量差异的临床相关性，与临床测量“最小可检测变化”（MDC）有相似之处，也称为“最小可检测变化”（SDC），使用95%置信区间，其计算与LoA相似但侧重于真实变化而非方法一致性[15]。例如，PEI（CEMRI）的LoA为0.62–1.41，表明同一受试者的测量值在观察者之间可能变化−38%至41%。虽然0.99的高ICC表明所用量表具有极好的区分能力，但宽LoA表明临床监测的精确度较差。相互矛盾的统计结果部分可以用CEMRI（信号强度，SI）和CEUS（线性单位，a.u.）所使用的大任意量表来解释，反映了在高强度线性量表上手动放置ROI的固有局限性。

所检查的JAMRIS标志物子集在滑膜肥厚总评分方面表现良好，支持先前的结果[7]。最近，Handa等[29]在一项35例JIA患者的研究中报告，滑膜厚度测量的观察者内一致性为中至高，JAMRIS评分系统所用六个位置的 concordance 相关系数（CCC）为0.50至0.89。观察者间一致性较低，六个位置平均CCC为0.47，尤其是对于非增强图像。相比之下，Verkuil等[30]证明JAMRIS各分区在非增强（双反转恢复（DIR））和CEMR图像上均具有极好的观察者间和观察者内一致性（ICC）（26名JIA儿童，其中13名有活动性炎症）。然而，BA图显示宽LoA，四名阅读者为1.4至1.6 mm，反映精确度低。

在我们的研究中，BMO评估在观察者内表现良好；然而，观察者间一致性为中等，两名观察者之间存在显著差异。相比之下，Hemke展示了0.86的高ICC且阅读者之间无显著差异[7]。这些差异反映了定义和诊断BMO的挑战。近期研究表明，约50%的健康儿童/青少年在附肢骨骼中至少有一处主要的BMO样改变，尤其是膝关节周围，在临床环境中可能被误认为病理[31–34]。根据JAMRIS[7]，提示BMO的改变定义为小梁骨内的病变，边缘不清，T2加权脂肪饱和图像上呈高信号强度，T1加权图像上呈低信号强度，未提及何为正常变异。尽管使用了他们的定义，我们对超出正常范围的高T2信号的感知可能有所不同。此外，与JAMRIS队列相比，我们的队列纳入了更多年幼儿童[35, 36]。

我们承认本研究存在一些局限性。首先，队列相对较小；然而，0–3评分量表上的评分分布均衡，降低了偏倚风险。其次，感兴趣区（ROI）放置的差异可能影响了结果。第三，为主观评分设计的图谱包含了几幅来自所研究队列的图像，这些图像未用于后续评分。最后，未对定量MRI数据进行观察者内一致性评估。

结论

在膝关节受累的幼年特发性关节炎（JIA）患者中，采用0–3评分量表对滑膜炎症进行主观分级，在观察者内和观察者间对于超声造影（CEUS）和对比增强磁共振成像（CEMRI）均表现良好。两种方法在定量测量方面均具有极好的相对信度（ICC），意味着它们可在组水平上应用；然而，其观察者间绝对精度（LoA）较差。

补充信息

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