肌骨影像學(xué)發(fā)展方向

程曉光 顧 翔 張毅軍

. 述評 Editorial .

肌骨影像學(xué)發(fā)展方向

程曉光 顧 翔 張毅軍

1895 年，德國物理學(xué)家倫琴 ( Roentgen ) 發(fā)現(xiàn) X 線，當時照的第一張人體 X 線片就是他夫人的手。由于人體骨骼含鈣多，密度高，與周圍組織對比明顯，因此非常適合 X 線成像。從常規(guī) X 線攝片，到 CT、MRI，再到 PET-CT、PET-MRI 以及分子影像學(xué)，100 多年來，醫(yī)學(xué)影像學(xué)已成為骨科必不可少的檢查方法，在各種骨科疾病的診斷、治療和隨訪中發(fā)揮著不可替代的作用。醫(yī)學(xué)影像學(xué)科包括放射學(xué)和核醫(yī)學(xué)，為骨科的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，同時骨科的發(fā)展也促進了醫(yī)學(xué)影像學(xué)成像技術(shù)的進步。如今影像學(xué)的發(fā)展日新月異，我們認為以下幾個方面是未來發(fā)展的方向。

一、全數(shù)字化圖像

1. 數(shù)字化攝影：100 多年過去了，常規(guī) X 線攝片仍然是醫(yī)學(xué)影像檢查的基礎(chǔ)，是骨科影像檢查和透視下復(fù)位必不可少的手段。傳統(tǒng)的 X 線膠片照相，它的分辨率高，圖像清晰，但缺點是一次攝像只能出一張圖像，沒有數(shù)字化，不能進行數(shù)字化存儲和傳輸。隨著計算機以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以 CR 和 DR 為代表的數(shù)字化 X 線 ( Digital radiography ) 成像技術(shù)，雖然圖像分辨率沒有傳統(tǒng)的 X 線膠片高，但它實現(xiàn)了數(shù)字化，一次攝像可以打印多份膠片，X 線膠片也從藥水沖洗變?yōu)閿?shù)字化激光打印，從濕片到干片，更加環(huán)保。骨科醫(yī)師認為 CT 射線劑量大，平片劑量小，其實不然，X 線平片需要照正側(cè)位，有時還要加斜位和功能位片，如果再定期復(fù)查，那么這種 X 線檢查的輻射劑量問題則不能忽視。希望骨科醫(yī)師能夠重視 X 線平片的劑量問題，根據(jù)需要照片。數(shù)字化圖像可以采用各種圖像處理、拼接以及測量技術(shù)。近年來，斷層融合技術(shù)( Tomosynthesis ) 結(jié)合了 DR 和斷層攝影的優(yōu)點，采用多次、多角度曝光，實現(xiàn)了對被照物體的多層斷層成像，具有放射劑量低、無金屬假體偽影等特點[1-2]。該技術(shù)在骨科金屬植入物的手術(shù)后復(fù)查中將有廣闊的應(yīng)用前景，如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)假體置換術(shù)后，以及脊柱金屬固定術(shù)后，常規(guī) CT 檢查金屬偽影大，輻射量大，效果不好。初步臨床應(yīng)用經(jīng)驗顯示，斷層融合技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景。目前放射科成像基本上實現(xiàn)數(shù)字化，可以實現(xiàn)采用顯示器閱片，做到無膠片無紙化放射科。數(shù)字化圖像存儲與傳輸 ( picture archiving and communication system，PACS ) 也使遠程放射診斷和會診成為現(xiàn)實。

2. CT：19 世紀 70 年代，CT 掃描技術(shù)的發(fā)明是醫(yī)學(xué)影像學(xué)的一次巨大飛躍，CT 是完全數(shù)字化的圖像，密度分辨率比 X 線平片高，它的斷面圖像解決了 X 線平片的重疊問題。經(jīng)過短短幾十年，CT 掃描技術(shù)從最初的單層軸位掃描發(fā)展到螺旋掃描，從單排探測器發(fā)展到 64 排、256 排和 320 排 CT，從單層的軸位圖像到現(xiàn)在的體積數(shù)據(jù)，可以進行任意方向的圖像重建，極大地提高了顯示解剖和病變的能力。CT 掃描時間也縮短到亞秒，掃描范圍可以覆蓋全身，這也使 CT 掃描血管成像 ( CT angiography，CTA ) 成為可能。CT 圖像的三維重建使得影像檢查進入三維時代，這使得骨科醫(yī)師從立體的角度來觀察和理解病變。采用 CT 數(shù)據(jù)可以進行模擬手術(shù)、術(shù)中導(dǎo)航等，這極大地提高了骨科手術(shù)的精度[3]。隨著 3 D 打印技術(shù)的普及，骨科手術(shù)前 3 D模型的打印和制作將會越來越普及，而 CT 等影像設(shè)備采集的數(shù)據(jù)正是 3 D 打印的基礎(chǔ)[4-5]。常規(guī)的 CT 掃描都是采用混合能量 X 線，現(xiàn)在采用雙源、能譜等技術(shù)，可以實現(xiàn)單能量 X 線 CT 成像，這種單能量 X 線 CT掃描，可以減少金屬偽影[6]，改善血管成像與物質(zhì)成分的分析 ( 如區(qū)分鈣和尿酸結(jié)晶等 )[7]。目前發(fā)展的顯微CT ( Micro-CT ) 的圖像分辨率可達數(shù)微米，可以顯示骨小梁結(jié)構(gòu)的細節(jié)，成為研究骨微結(jié)構(gòu)的重要工具[8]。CT 是顯示骨結(jié)構(gòu)、鈣化以及肺組織的理想檢查方法，但 CT 在顯示軟組織上明顯不足，如軟骨、肌肉、韌帶等。獲得骨科清晰 CT 圖像的代價是輻射劑量的增加，近年來 CT 的輻射劑量問題引起了醫(yī)學(xué)界的廣泛重視，希望骨科醫(yī)師在追求高質(zhì)量圖像的同時，要考慮患者，尤其是兒童和育齡婦女接受輻射劑量的問題[9]。

3. MRI：MRI 是醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一次巨大革命，它不使用 X 線，因此沒有輻射。MRI 的組織分辨率非常高，能清晰顯示軟骨、肌肉和韌帶等軟組織，成為目前骨科影像發(fā)展最快的技術(shù)。MRI 發(fā)展經(jīng)歷了從永磁到超導(dǎo)、從低場強到高場強的過程，目前 3 T MRI 已經(jīng)在臨床廣泛使用，更高場強的 MRI 也在研發(fā)中。這些技術(shù)的進步使得 MRI 圖像分辨率不斷提高，顯示組織解剖和病變也越來越精確。MRI 的另一個巨大潛力是功能MRI 和 MRI 頻譜研究，使醫(yī)學(xué)影像學(xué)從以往強調(diào)解剖細節(jié)，發(fā)展到功能研究。這些新技術(shù)剛剛起步，在臨床上還沒有得到廣泛使用，這就需要放射科和骨科醫(yī)師密切合作，共同進步，更好地為患者服務(wù)。

二、從定性診斷到精確定量

以往我們過分重視圖像質(zhì)量，追求圖像的清晰度和細節(jié)顯示，雖然這些圖像對顯示骨科疾病的解剖和病理改變非常重要，但往往依靠醫(yī)師的讀片，受觀察者主觀影響。醫(yī)學(xué)圖像在適當質(zhì)量控制的基礎(chǔ)上，能夠?qū)︼@示的骨結(jié)構(gòu)進行精確定量和測量，這些定量和測量是客觀的、可重復(fù)的，這些測量結(jié)果對骨科有非常重要的作用。通過脊柱和下肢全長照片，可以準確測量脊柱角度和力線、下肢長度和力線、角度等，對手術(shù)前制訂方案和手術(shù)后隨訪均有幫助[10]。

CT 圖像上可以進行股骨頸前傾角和脛骨旋轉(zhuǎn)角度的測量，對手術(shù)矯正有幫助[11]。利用常規(guī) CT 掃描，加上適當?shù)捏w模可以進行掃描部位的精確骨密度 ( bone mineral density，BMD ) 測量，這是真正的體積骨密度。這些測量結(jié)果可以用來診斷骨質(zhì)疏松癥，進行病情監(jiān)測和療效觀察[12-14]。測量所得的骨密度結(jié)果還可用于骨科手術(shù)前制訂方案，例如脊柱骨密度若低于 50 mg / cm3，椎體骨折風險就增加[14]，可能就需要加骨水泥進行加固。股骨近端骨密度測量則可以用于股骨頭固定物的選擇，用張力螺釘還是螺旋刀片[15]。

MRI 各種測量方法在骨科也得到廣泛研究。采用注射造影劑后對同一部位進行快速重復(fù)掃描，根據(jù)時間和信號變化曲線，可以反映掃描區(qū)內(nèi)的血流灌注情況，這對區(qū)分腫瘤的良惡性有一定幫助。MRI 采用彌散加權(quán)成像 ( diffusion weighted imaging，DWI ) 可以反映被測量組織的水分子彌散運動情況，并且可以測量表觀彌散系數(shù) ( apparent diffusion coeffcient，ADC ) 值，反映組織的水分子彌散情況[16]。MRI 可以清晰顯示關(guān)節(jié)軟骨的結(jié)構(gòu)，并對軟骨的 T2值進行測量，反映軟骨早期退變情況。通過注射造影劑延遲掃描 ( delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage，dGEMRIC ) 關(guān)節(jié)軟骨可以觀察關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)蛋白多糖的早期降解情況，這有助于早期發(fā)現(xiàn)軟骨的退變[17]。

三、仔細進行術(shù)前、術(shù)后影像檢查，降低醫(yī)療風險

隨著 64 排及更多的多排螺旋 CT 的普及和應(yīng)用，快速 CT 冠脈成像和肺動脈成像成為放射科的常規(guī)工作。對于老年人等高風險的人群，手術(shù)前冠脈 CT 成像可以準確評估冠脈的狹窄程度，降低手術(shù)風險[18]。骨科手術(shù)后如果懷疑有肺動脈栓塞，可以進行肺動脈 CT 成像，快速準確顯示有無大血管栓塞，以決定治療方案，降低病死率[19]。CT 快速血管成像可以清晰顯示骨科病變與血管的關(guān)系，以及血管是否受到侵襲等，為骨科手術(shù)方案提供解剖信息[20]。隨著 3 D 打印技術(shù)的普及和應(yīng)用，利用 CT 原始數(shù)據(jù)進行的 3 D 模型打印和制作，為骨科提供手術(shù)前模型，可以進行模擬手術(shù)和假體個性化制作[3-5]。

四、“綠色”放射檢查

放射檢查在骨科疾病的診療中發(fā)揮著非常重要的作用，骨科放射檢查往往需要多方位、多次隨訪以及術(shù)中監(jiān)測等，在整個診療過程中，患者接受的射線劑量不小，可能對人體有一定的風險。但因為放射影像檢查對人體的傷害不會馬上顯現(xiàn)，所以尚沒有引起醫(yī)生和患者的足夠重視。近年來，多排螺旋 CT 的普及和廣泛應(yīng)用，雙能量和能譜等掃描方法的使用，都增加了射線量，從而增加了患者的放射損傷風險。應(yīng)該提倡正當?shù)胤派錂z查，放射科在成像時，在保證適度的圖像質(zhì)量前提下，不要一味追求高質(zhì)量圖像，應(yīng)盡量使用低條件。如果有非放射檢查方法，如超聲、磁共振檢查，則盡量使用非放射的檢查方法，這對于兒童髖關(guān)節(jié)和骨盆病變尤為重要，因為這樣可以減少對性腺的輻射。在實際操作過程中，放射科要加強技術(shù)員的培訓(xùn)，提高放射防護意識，積極主動為患者提供防護用品，降低放射量。在這個過程中放射科醫(yī)生往往是被動的，骨科醫(yī)生應(yīng)該提高對放射損傷的認識，在開放檢查時要考慮射線劑量問題，盡可能作適量的放射檢查，避免不必要的過量檢查。

五、分子影像學(xué)

分子影像學(xué) ( molecular imaging ) 是 1999 年由哈佛大學(xué)的 Weissleder 等影像學(xué)界權(quán)威提出的一門新興學(xué)科，并在醫(yī)學(xué)各個領(lǐng)域得到飛速發(fā)展。分子影像學(xué)是運用影像學(xué)方法顯示組織、細胞和亞細胞水平的特定分子，反映活體狀態(tài)下分子水平的變化，對其生物學(xué)行為用影像方法進行定性和定量研究的科學(xué)。分子影像學(xué)成像必須滿足 4 個基本條件：( 1 ) 有高度特異性和親和力的分子探針；( 2 ) 探針必須能克服生物傳遞屏障有效地進入靶向器官和細胞內(nèi)；( 3 ) 有適度擴增的方法；( 4 ) 有敏感、快速、高清晰度的成像技術(shù)。以上 4 點簡稱“分子成像四要素”。成像手段包括：放射性核素成像 ( radionuclide imaging )、磁共振成像 ( magnetic resonance imaging，MRI )、磁共振波譜成像 ( MR spectroscopy，MRS )、光學(xué)成像 ( optical imaging，OI )、超聲成像 ( ultrasound imaging，US ) 及多模式融合成像 ( integration of multi-mode imaging ) 等[21-22]。分子影像學(xué)在醫(yī)學(xué)研究方面有著廣闊的應(yīng)用前景，如疾病早期診斷、個體化醫(yī)療指導(dǎo)、生物治療和療效監(jiān)測等。分子影像學(xué)目前在骨科的應(yīng)用剛剛起步，相信在不遠的將來會有快速發(fā)展。

[1]Gomi T, Hirano H. Clinical potential of digital linear tomosynthesis imaging of total joint arthroplasty. J Digit Imaging, 2008, 21(3):312-322.

[2]許靜, 鄭玲, 徐莉, 等. 淺析島津平板胃腸Safre II的斷層融合攝影技術(shù). 中國醫(yī)療設(shè)備, 2009, 24(3):120-121.

[3]Pei GX, Yan YB. Current status and progress of digital orthopaedic in China. J Orthop Tran, 2014, 2(3):107-117.

[4]Starosolski ZA, Kan JH, Rosenfeld SD, et al. Application of 3-D printing (rapid prototyping) for creating physical models of pediatric orthopedic disorders. Pediatr Radiol, 2014, 44(2):216-221.

[5]羅強, 劉德榮, 方欣碩, 等. 3-D打印技術(shù)在矯形外科的應(yīng)用. 中國修復(fù)重建外科雜志, 2014, 28(3):268-271.

[6]吳祥才. 高清能譜CT在骨科患者術(shù)后檢查中的應(yīng)用. 中國醫(yī)學(xué)工程, 2014, 22(2):3-4.

[7]王旭, 李小虎, 劉斌, 等. 雙能量能譜CT檢測痛風石沉積的初步研究. 安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報, 2013, 48(8):973-975.

[8]許宋鋒, 王臻. Micro-CT在骨科的應(yīng)用和進展. 中國骨腫瘤骨病, 2004, 3(4):236-241.

[9]鄭樹卿, 張駿席, 仁剛, 等. CT檢查的輻射劑量及其對策. 中華放射醫(yī)學(xué)與防護雜志, 2003, 23(5):82-83.

[10]付麗媛, 梁永剛, 陳自謙, 等. Slot雙下肢全長負重位X線攝影在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)前的應(yīng)用. 中國介入影像與治療學(xué), 2011, 8(6):480-482.

[11]李鋒. 股骨頸前傾角CT測量方法的比較研究. 醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2014, 14(10):833-835.

[12]程曉光, 余衛(wèi). 定量CT骨密度測量技術(shù)的進展與臨床應(yīng)用. 中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2011, 19(12):881-883.

[13]Cheng X, Wang L, Wang Q, et al. Validation of quantitative computed tomography-derived areal bone mineral density with dual energy X-ray absorptiometry in an elderly Chinese population. Chin Med J (Engl), 2014, 127(8):1445-1449.

[14]Link TM, Lang TF. Axial QCT: clinical applications and new developments. J Clin Densitom, 2014, pii: S1094-6950(14)00166-8.

[15]危杰, 伊辰, 王滿宜, 等. 股骨近端骨密度定量CT測量及其在骨折手術(shù)前評估的作用. 中國骨與關(guān)節(jié)雜志, 2014, 3(11):830-834.

[16]程曉光, 張晶. 功能磁共振成像技術(shù)在骨骼肌肉系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)狀與展望. 中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù), 2008, 24(10):1489.

[17]Xu L, Su Y, Kienle KP, et al. Evaluation of radial distribution of cartilage degeneration and necessity of pre-contrast measurements using radial dGEMRIC in adults with acetabular dysplasia. BMC Musculoskelet Disord, 2012, 13:212.

[18]張竹花, 金征宇, 李冬晶, 等. 冠狀動脈多層螺旋CT成像與常規(guī)冠脈造影對照研究. 臨床放射學(xué)雜志, 2004, 23(9):772-776.

[19]王建國, 王辰, 郭佑民, 等. CT肺血管成像分析肺栓塞程度及右心功能的價值. 中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2009, 17(2):81-85.

[20]劉剛, 張毅軍. 多排螺旋CT血管成像對評估肢體骨骼肌肉腫瘤毗鄰血管受侵的臨床價值. 中國骨與關(guān)節(jié)雜志, 2014, 3(11):825-829.

[21]申寶忠. 分子影像學(xué). 第2版. 北京: 人民衛(wèi)生出版社, 2010: 1-643.

[22]Weissleder R. Molecular imaging: exploring the next frontier. Radiology, 1999, 212(3):609-614.

( 本文編輯：王萌 李貴存 )

Frontiers in musculoskeletal radiology

CHENG Xiao-guang, GU Xiang, ZHANG Yi-jun. Department of Radiology,Beijing Jishuitan Hospital, Beijing, 100035, PRC

During the 100 years since the discovery of X-rays by Roentgen in 1895, medical imaging develops from conventional X-ray to CT, MRI, PET-CT, PET-MRI and other examination methods. It also plays an irreplaceable role in the diagnosis, treatment and follow-up of orthopedic diseases. X-ray is still the basis in today's fast development of radiographic examinations. CR, DR and other digital imaging technique make up for the shortcomings of traditional X-ray. Development of CT technique, making orthopedic surgeons observe lesions from three-dimensional angle. CT-assisted surgical simulation and intraoperative navigation greatly improve the accuracy of orthopedic surgery. Without radiation, MRI could clearly show the cartilage, muscles, ligaments and other soft tissues, which has become the fastest growing technique. Careful preoperative imaging can effectively reduce medical risks. Molecular imaging has broad application prospects in medical research. It will enjoy rapid development in orthopedics.

Radiography; Tomography, X-ray computed; Magnetic resonance imaging; Positron-emission tomography; Editorial

10.3969/j.issn.2095-252X.2014.11.002

R445

100035 北京積水潭醫(yī)院放射科 ( 程曉光、顧翔 )；100048 北京，解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院放射科 ( 張毅軍 )

2014-08-11 )