关节置换术后并发症的影像学表现及评价

李培岭，张翔亚，刘玉珂，郭会利

（河南省洛阳正骨医院（河南省骨科医院）影像中心，河南 洛阳 471002）

近年来，随着交通事故的增多、人口老龄化的加剧以及骨科技术的发展，越来越多的患者实施关节置换手术。据不完全统计全世界每年约有100万人行人工关节置换，约2/3是髋关节，其次是膝关节，再次为肩和肘关节。2014年，我国的人工关节置换术总量已达近40万例[1]。随着人工关节置换病例数量的增加，其术后的并发症如假体无菌性松动、骨溶解、假体周围感染、异位骨化、假瘤及骨折等的发生率呈逐渐增多的趋势。文献报道[2]髋关节置换术后并发症的发生率为6.5%～7.6%，并发症的出现给患者带来巨大的身心痛苦和经济负担。因此对关节置换术后并发症进行较为准确的评估显得尤为重要。

1 常见术后并发症

人工关节置换术后并发症可分为软组织并发症和骨性并发症，常见的并发症包括：无菌性松动、骨溶解、假体周围感染、异位骨化、假瘤、骨折等。

无菌性松动是关节假体翻修手术及关节置换失败的最主要原因，占所有翻修手术的75%[3]，其始动因素是关节假体表面产生的磨损微粒诱导的假体周围骨溶解所引起的骨性支持作用减弱，假体的机械稳定性丧失。文献报道假体一旦植入体内，两个相互运动的界面在承受力的情况下，以0.1～0.2mm/年的速度丢失，甚至以更快的速度丢失[4]，磨损颗粒可以刺激炎性因子的释放，引发一系列的炎症反应，同时可调控破骨细胞的活动，这可能是骨溶解发生的重要原因之一。

假体周围感染是关节置换术后严重并发症，已成为人工膝关节置换术后翻修的首要原因及髋关节置换术后翻修的第三大原因，仅次于脱位及松动[5]。文献报道人工关节置换术后1%～3%的患者会发生假体周围感染[6]，其除了导致关节置换失败及截肢外，死亡率也可达1%～2.7%[7]。有学者[8]对120例关节置换术后感染的患者进行回顾性分析，发现类风湿性关节炎、糖尿病、肿瘤、激素服用史、高尿酸血症和伴发其他系统感染是关节置换术后感染的高危因素。

异位骨化已成为关节置换术后常见的并发症，患者多表现为关节疼痛和活动障碍，文献报道[9]全髋关节置换患者术后异位骨化的发病率在5%～90%。组织学上多表现为关节软组织内的原始间充质细胞转化为骨细胞，进而分化为成熟的板层骨。

假瘤也称为无菌性淋巴细胞为主的血管炎相关病变，其形成原因目前仍不清楚，它被认为是机体对金属磨损颗粒的不良反应，并可能需要进行翻修手术处理，表现为类圆形的囊实性肿块与关节囊相通，内伴有液体信号，病理为B和T淋巴细胞广泛浸润，同时伴有广泛的组织坏死，巨噬细胞内可见到金属碎屑[10]。

2 X线检查

X线具有良好的空间分辨率，可显示假体的对位对线关系，对评估假体松动、移位、假体周围骨折、异位骨化等并发症具有重要意义。假体无菌性松动的X线表现为假体周围金属-骨水泥界面或骨-骨水泥界面出现规则的＞2mm的透亮影或X线复查时透亮线进行性增宽，假体周围透亮线的产生提示假体与骨界面整合不良，是无菌性松动的重要征象[11-12]。有研究表明，髋臼杯外展角＞60°，前倾角＞20°或后倾提示假体移位[13]。文献报道[11]髋关节置换术后6年，约有20%的病人出现骨溶解，表现为假体周围局限膨胀性边界清楚骨质透亮区，透亮区内无骨小梁存在，常规X线常无法检测到或低估骨溶解的范围；此外股骨头偏心、金属断裂或骨水泥断裂也提示可能有骨溶解。假体周围非隐匿性骨折表现为假体周围骨质不连续出现透亮骨折线影，无移位的骨折X线较难发现。假体周围感染表现为假体周围金属-骨水泥界面或骨-骨水泥界面出现不规则＞2mm的透亮影，部分伴有骨质破坏，具有侵袭性且进展较快。异位骨化X线表现为关节周围软组织内出现多发的骨性组织。

3 CT检查

CT密度分辨率较高，可显示细微骨质结构及早期的骨质改变，诊断骨性并发症的敏感性和特异性较高，在显示细微骨折及骨溶解时优于X线，能精确评估骨溶解的范围、假体周围是否出现囊性或实性肿块、关节积液及周围有无脓肿形成等。骨溶解CT表现为边界清楚、无骨小梁的低密度区，可呈膨胀性改变，可合并软组织肿块，增强后边缘明显强化，偶尔可以见到骨膜反应[11-12]。但CT也有一定的局限性，金属假体置入人体时高衰减系数的金属与低衰减系数的软组织之间相接触，当射线穿过金属时会产生射线硬化伪影。随着计算机处理数据能力不断提升，目前已经有许多方法出现用来抑制CT扫描中金属植入物的伪影，并且取得不同程度的效果。其中O-MAR是一项最先进去除金属伪影的迭代重建后处理技术，可以同时减轻条索状伪影和硬化伪影，且不会增加患者接受的辐射剂量，同时保持较高的对比度[14]，目前已广泛应用于临床。

4 MRI检查

MRI具有多序列、多方位、较高的软组织分辨力及无电离辐射等优点，能清晰显示软组织、骨皮质及骨髓组织等结构。众所周知，有金属植入物的患者做MRI检查时，MRI图像会产生明显的金属磁敏感伪影，表现为信号丢失，图像变形扭曲，这主要是由于金属植入物具有非常高的磁化率，能够引起局部磁场变形，会引起图像变形与失真，影响图像质量及诊断效能[15]。随着MRI新技术层编码金属伪影校正（Slice encoding for metal artifact correction，SEMAC）和多采集变谐波图像融合（MAVRIC）的研发，能在一定程度上减少金属植入物带来的磁敏感伪影。SEMAC是一种优化的自旋回波序列，SEMAC图像的层内伪影减少高达80%，层间伪影减少高达65%，但其信噪比较低，扫描时间长[16]。目前，GE公司推出全新第二代去金属伪影技术，MAVRIC SL集MAVRIC与SEMAC的技术优势，具有扫描相对时间短，信噪比高，去伪影效果好，图像无变形等特点[17]，成为金属植入物术后并发症发生的重要评估手段。

无菌性松动MR表现为假体周围光滑线样异常信号影，在STIR上呈环形增强信号，有研究显示该异常信号与假体植入后纤维肉芽组织增生有关[18]，同时会伴有假体的移位、假体周围骨质溶解。假体周围骨溶解多表现为正常的骨质信号消失，代之以膨胀性软组织信号，多伴有外周的低信号带，提示硬化边的形成[18]。假体周围感染在MR上多表现为不规则、周边强化的积液信号，T1WI呈低信号，T2WI呈高信号，且该信号与假体相通；当手术部位出现软组织水肿、关节积液、骨质水肿、骨质破坏及引流窦道时则更支持感染的诊断[12，18-19]，STIR序列上显示更加明显。有研究表现，膝关节置换术后MRI上板层状高信号滑膜炎的出现对诊断假体周围感染具有较高的敏感性和特异性[20]。假体周围骨折线在MRI上呈低信号，周围骨髓水肿在T2WI及STIR序列上呈高信号，伴有骨膜反应及软组织水肿。异位骨化为关节周围软组织内骨质沉积，在MRI各序列上同正常骨质一致，T1WI、T2WI序列上均为高信号，STIR序列高信号可被抑制。假瘤在MRI上多表现为囊实性肿块，可与关节腔相通，Yanny等[21]报道假瘤的典型MR表现为假体周围积液、软组织肿胀、臀肌腱撕裂、骨质流失、神经血管损伤等，部分囊性肿块可进展为实性或囊实性肿块。

5 核素骨显像

目前关节置换术后核医学的研究热点主要集中在鉴别无菌性假体松动和感染[22]，尽管核医学技术已有很大进展，但其诊断假体周围感染的准确性仍存有争议[5，23-28]。最早临床上用于诊断假体置换术后感染的放射学标准是111In标记白细胞扫描结合99mTc胶体硫骨扫描，研究显示其诊断准确性高达95%[23]。由于假体周围感染时白细胞常聚集在假体周围，因此标记迁移到感染部位的白细胞对于检测白细胞介导的炎症反应过程是非常有用的，并可以区分假体周围感染和无菌性假体松动[24]，但其特异性较低，临床上还受到其他感染及抗生素使用的干扰。骨三相扫描作为临床上最常用的筛查假体周围感染的方法，其敏感性较高。李欣欣等[25]研究显示99mTc-MDP骨静态显像对诊断假体松动比较敏感，并可提供假体松动的具体部位，对术前病情评价有重要意义。邓咏梅等[26]研究认为单纯延迟的SPECT/CT融合显像骨-假体弥漫性放射性浓聚诊断为关节感染，其灵敏度、特异度及准确率分别为80%、77.78%、78.6%；如以血流或血池相任意阳性结合延迟的SPECT/CT融合显像阳性诊断关节感染，其灵敏度、特异度及准确率分别为100%、88.89%、92.9%；延迟的SPECT/CT融合显像可以对假体松动和感染的具体部位进行精准定位，99Tcm-MDP血流、血池结合延迟的SPECT/CT融合显像，在关节置换术后假体松动和感染的鉴别诊断中，有较高的临床应用价值。刘玉珂等[27]研究SPECT/CT显像诊断人工髋关节置换术后假体松动的灵敏度、特异度和准确性分别为90.9%，71.4%和86.2%。但也有研究不一致的结论，有研究结果显示，骨显像对诊断关节置换术后失败比较敏感，但不能区分失败的原因是感染还是无菌性松动，因为关节置换术后1年仍有许多非感染患者在骨显像中表现为假体周围浓聚[5]。近年来，对18F-脱氧葡萄糖-正电子发射断层扫描（18F-FDG PET）技术诊断假体周围感染逐渐成为研究热点，Aksoy等[28]通过标记FDG的白细胞PET/CT进行扫描，得出其诊断灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为93.3%、97.4%、93.3%、97.4%。Kwee等[29]通过Meta分析得出，应用18F-FDG PET诊断假体周围感染的灵敏度为82.1%、特异度为86.6%。

综上所述，影像学检查在关节置换术后并发症的评估中具有重要意义。X线检查仍是首选的方法，CT检查可发现骨质细微结构，对评价骨溶解有一定的意义。MRI可早期发现关节周围软组织情况，随着去金属伪影技术的不断发展，MRI在评价关节置换术后的应用将会更加广泛。核素骨显像可作为上述检查方法的有益补充，可较好的鉴别关节假体周围感染与松动。总之，影像学可较好的评价假体置换术后的并发症，指导骨科医师制定相应的治疗手段，进一步提高假体的生存率，改善患者的生活质量。