肌骨影像学发展方向

程晓光 顾 翔 张毅军

. 述评 Editorial .

肌骨影像学发展方向

程晓光 顾 翔 张毅军

1895 年，德国物理学家伦琴 ( Roentgen ) 发现 X 线，当时照的第一张人体 X 线片就是他夫人的手。由于人体骨骼含钙多，密度高，与周围组织对比明显，因此非常适合 X 线成像。从常规 X 线摄片，到 CT、MRI，再到 PET-CT、PET-MRI 以及分子影像学，100 多年来，医学影像学已成为骨科必不可少的检查方法，在各种骨科疾病的诊断、治疗和随访中发挥着不可替代的作用。医学影像学科包括放射学和核医学，为骨科的发展提供了基础，同时骨科的发展也促进了医学影像学成像技术的进步。如今影像学的发展日新月异，我们认为以下几个方面是未来发展的方向。

一、全数字化图像

1. 数字化摄影：100 多年过去了，常规 X 线摄片仍然是医学影像检查的基础，是骨科影像检查和透视下复位必不可少的手段。传统的 X 线胶片照相，它的分辨率高，图像清晰，但缺点是一次摄像只能出一张图像，没有数字化，不能进行数字化存储和传输。随着计算机以及网络技术的发展，出现了以 CR 和 DR 为代表的数字化 X 线 ( Digital radiography ) 成像技术，虽然图像分辨率没有传统的 X 线胶片高，但它实现了数字化，一次摄像可以打印多份胶片，X 线胶片也从药水冲洗变为数字化激光打印，从湿片到干片，更加环保。骨科医师认为 CT 射线剂量大，平片剂量小，其实不然，X 线平片需要照正侧位，有时还要加斜位和功能位片，如果再定期复查，那么这种 X 线检查的辐射剂量问题则不能忽视。希望骨科医师能够重视 X 线平片的剂量问题，根据需要照片。数字化图像可以采用各种图像处理、拼接以及测量技术。近年来，断层融合技术( Tomosynthesis ) 结合了 DR 和断层摄影的优点，采用多次、多角度曝光，实现了对被照物体的多层断层成像，具有放射剂量低、无金属假体伪影等特点[1-2]。该技术在骨科金属植入物的手术后复查中将有广阔的应用前景，如髋关节、膝关节假体置换术后，以及脊柱金属固定术后，常规 CT 检查金属伪影大，辐射量大，效果不好。初步临床应用经验显示，断层融合技术具有良好的应用前景。目前放射科成像基本上实现数字化，可以实现采用显示器阅片，做到无胶片无纸化放射科。数字化图像存储与传输 ( picture archiving and communication system，PACS ) 也使远程放射诊断和会诊成为现实。

2. CT：19 世纪 70 年代，CT 扫描技术的发明是医学影像学的一次巨大飞跃，CT 是完全数字化的图像，密度分辨率比 X 线平片高，它的断面图像解决了 X 线平片的重叠问题。经过短短几十年，CT 扫描技术从最初的单层轴位扫描发展到螺旋扫描，从单排探测器发展到 64 排、256 排和 320 排 CT，从单层的轴位图像到现在的体积数据，可以进行任意方向的图像重建，极大地提高了显示解剖和病变的能力。CT 扫描时间也缩短到亚秒，扫描范围可以覆盖全身，这也使 CT 扫描血管成像 ( CT angiography，CTA ) 成为可能。CT 图像的三维重建使得影像检查进入三维时代，这使得骨科医师从立体的角度来观察和理解病变。采用 CT 数据可以进行模拟手术、术中导航等，这极大地提高了骨科手术的精度[3]。随着 3 D 打印技术的普及，骨科手术前 3 D模型的打印和制作将会越来越普及，而 CT 等影像设备采集的数据正是 3 D 打印的基础[4-5]。常规的 CT 扫描都是采用混合能量 X 线，现在采用双源、能谱等技术，可以实现单能量 X 线 CT 成像，这种单能量 X 线 CT扫描，可以减少金属伪影[6]，改善血管成像与物质成分的分析 ( 如区分钙和尿酸结晶等 )[7]。目前发展的显微CT ( Micro-CT ) 的图像分辨率可达数微米，可以显示骨小梁结构的细节，成为研究骨微结构的重要工具[8]。CT 是显示骨结构、钙化以及肺组织的理想检查方法，但 CT 在显示软组织上明显不足，如软骨、肌肉、韧带等。获得骨科清晰 CT 图像的代价是辐射剂量的增加，近年来 CT 的辐射剂量问题引起了医学界的广泛重视，希望骨科医师在追求高质量图像的同时，要考虑患者，尤其是儿童和育龄妇女接受辐射剂量的问题[9]。

3. MRI：MRI 是医学影像学的又一次巨大革命，它不使用 X 线，因此没有辐射。MRI 的组织分辨率非常高，能清晰显示软骨、肌肉和韧带等软组织，成为目前骨科影像发展最快的技术。MRI 发展经历了从永磁到超导、从低场强到高场强的过程，目前 3 T MRI 已经在临床广泛使用，更高场强的 MRI 也在研发中。这些技术的进步使得 MRI 图像分辨率不断提高，显示组织解剖和病变也越来越精确。MRI 的另一个巨大潜力是功能MRI 和 MRI 频谱研究，使医学影像学从以往强调解剖细节，发展到功能研究。这些新技术刚刚起步，在临床上还没有得到广泛使用，这就需要放射科和骨科医师密切合作，共同进步，更好地为患者服务。

二、从定性诊断到精确定量

以往我们过分重视图像质量，追求图像的清晰度和细节显示，虽然这些图像对显示骨科疾病的解剖和病理改变非常重要，但往往依靠医师的读片，受观察者主观影响。医学图像在适当质量控制的基础上，能够对显示的骨结构进行精确定量和测量，这些定量和测量是客观的、可重复的，这些测量结果对骨科有非常重要的作用。通过脊柱和下肢全长照片，可以准确测量脊柱角度和力线、下肢长度和力线、角度等，对手术前制订方案和手术后随访均有帮助[10]。

CT 图像上可以进行股骨颈前倾角和胫骨旋转角度的测量，对手术矫正有帮助[11]。利用常规 CT 扫描，加上适当的体模可以进行扫描部位的精确骨密度 ( bone mineral density，BMD ) 测量，这是真正的体积骨密度。这些测量结果可以用来诊断骨质疏松症，进行病情监测和疗效观察[12-14]。测量所得的骨密度结果还可用于骨科手术前制订方案，例如脊柱骨密度若低于 50 mg / cm3，椎体骨折风险就增加[14]，可能就需要加骨水泥进行加固。股骨近端骨密度测量则可以用于股骨头固定物的选择，用张力螺钉还是螺旋刀片[15]。

MRI 各种测量方法在骨科也得到广泛研究。采用注射造影剂后对同一部位进行快速重复扫描，根据时间和信号变化曲线，可以反映扫描区内的血流灌注情况，这对区分肿瘤的良恶性有一定帮助。MRI 采用弥散加权成像 ( diffusion weighted imaging，DWI ) 可以反映被测量组织的水分子弥散运动情况，并且可以测量表观弥散系数 ( apparent diffusion coeffcient，ADC ) 值，反映组织的水分子弥散情况[16]。MRI 可以清晰显示关节软骨的结构，并对软骨的 T2值进行测量，反映软骨早期退变情况。通过注射造影剂延迟扫描 ( delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage，dGEMRIC ) 关节软骨可以观察关节软骨内蛋白多糖的早期降解情况，这有助于早期发现软骨的退变[17]。

三、仔细进行术前、术后影像检查，降低医疗风险

随着 64 排及更多的多排螺旋 CT 的普及和应用，快速 CT 冠脉成像和肺动脉成像成为放射科的常规工作。对于老年人等高风险的人群，手术前冠脉 CT 成像可以准确评估冠脉的狭窄程度，降低手术风险[18]。骨科手术后如果怀疑有肺动脉栓塞，可以进行肺动脉 CT 成像，快速准确显示有无大血管栓塞，以决定治疗方案，降低病死率[19]。CT 快速血管成像可以清晰显示骨科病变与血管的关系，以及血管是否受到侵袭等，为骨科手术方案提供解剖信息[20]。随着 3 D 打印技术的普及和应用，利用 CT 原始数据进行的 3 D 模型打印和制作，为骨科提供手术前模型，可以进行模拟手术和假体个性化制作[3-5]。

四、“绿色”放射检查

放射检查在骨科疾病的诊疗中发挥着非常重要的作用，骨科放射检查往往需要多方位、多次随访以及术中监测等，在整个诊疗过程中，患者接受的射线剂量不小，可能对人体有一定的风险。但因为放射影像检查对人体的伤害不会马上显现，所以尚没有引起医生和患者的足够重视。近年来，多排螺旋 CT 的普及和广泛应用，双能量和能谱等扫描方法的使用，都增加了射线量，从而增加了患者的放射损伤风险。应该提倡正当地放射检查，放射科在成像时，在保证适度的图像质量前提下，不要一味追求高质量图像，应尽量使用低条件。如果有非放射检查方法，如超声、磁共振检查，则尽量使用非放射的检查方法，这对于儿童髋关节和骨盆病变尤为重要，因为这样可以减少对性腺的辐射。在实际操作过程中，放射科要加强技术员的培训，提高放射防护意识，积极主动为患者提供防护用品，降低放射量。在这个过程中放射科医生往往是被动的，骨科医生应该提高对放射损伤的认识，在开放检查时要考虑射线剂量问题，尽可能作适量的放射检查，避免不必要的过量检查。

五、分子影像学

分子影像学 ( molecular imaging ) 是 1999 年由哈佛大学的 Weissleder 等影像学界权威提出的一门新兴学科，并在医学各个领域得到飞速发展。分子影像学是运用影像学方法显示组织、细胞和亚细胞水平的特定分子，反映活体状态下分子水平的变化，对其生物学行为用影像方法进行定性和定量研究的科学。分子影像学成像必须满足 4 个基本条件：( 1 ) 有高度特异性和亲和力的分子探针；( 2 ) 探针必须能克服生物传递屏障有效地进入靶向器官和细胞内；( 3 ) 有适度扩增的方法；( 4 ) 有敏感、快速、高清晰度的成像技术。以上 4 点简称“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 )、磁共振波谱成像 ( MR spectroscopy，MRS )、光学成像 ( optical imaging，OI )、超声成像 ( ultrasound imaging，US ) 及多模式融合成像 ( integration of multi-mode imaging ) 等[21-22]。分子影像学在医学研究方面有着广阔的应用前景，如疾病早期诊断、个体化医疗指导、生物治疗和疗效监测等。分子影像学目前在骨科的应用刚刚起步，相信在不远的将来会有快速发展。

[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]许静, 郑玲, 徐莉, 等. 浅析岛津平板胃肠Safre II的断层融合摄影技术. 中国医疗设备, 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]罗强, 刘德荣, 方欣硕, 等. 3-D打印技术在矫形外科的应用. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(3):268-271.

[6]吴祥才. 高清能谱CT在骨科患者术后检查中的应用. 中国医学工程, 2014, 22(2):3-4.

[7]王旭, 李小虎, 刘斌, 等. 双能量能谱CT检测痛风石沉积的初步研究. 安徽医科大学学报, 2013, 48(8):973-975.

[8]许宋锋, 王臻. Micro-CT在骨科的应用和进展. 中国骨肿瘤骨病, 2004, 3(4):236-241.

[9]郑树卿, 张骏席, 仁刚, 等. CT检查的辐射剂量及其对策. 中华放射医学与防护杂志, 2003, 23(5):82-83.

[10]付丽媛, 梁永刚, 陈自谦, 等. Slot双下肢全长负重位X线摄影在全膝关节置换术前的应用. 中国介入影像与治疗学, 2011, 8(6):480-482.

[11]李锋. 股骨颈前倾角CT测量方法的比较研究. 医学影像学杂志, 2014, 14(10):833-835.

[12]程晓光, 余卫. 定量CT骨密度测量技术的进展与临床应用. 中国医学影像学杂志, 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, 王满宜, 等. 股骨近端骨密度定量CT测量及其在骨折手术前评估的作用. 中国骨与关节杂志, 2014, 3(11):830-834.

[16]程晓光, 张晶. 功能磁共振成像技术在骨骼肌肉系统应用的现状与展望. 中国医学影像技术, 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]张竹花, 金征宇, 李冬晶, 等. 冠状动脉多层螺旋CT成像与常规冠脉造影对照研究. 临床放射学杂志, 2004, 23(9):772-776.

[19]王建国, 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价值. 中国医学影像学杂志, 2009, 17(2):81-85.

[20]刘刚, 张毅军. 多排螺旋CT血管成像对评估肢体骨骼肌肉肿瘤毗邻血管受侵的临床价值. 中国骨与关节杂志, 2014, 3(11):825-829.

[21]申宝忠. 分子影像学. 第2版. 北京: 人民卫生出版社, 2010: 1-643.

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

( 本文编辑：王萌 李贵存 )

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 北京积水潭医院放射科 ( 程晓光、顾翔 )；100048 北京，解放军总医院第一附属医院放射科 ( 张毅军 )

2014-08-11 )