影像学评价骨折愈合的研究进展

刘嵬 张英剑

摘   要：目前临床医生在评价骨折愈合情况时仍缺乏统一的影像学标准及金标准。患者间的个体、骨折部位以及骨折类型的差异都使骨折的影像学评估工作变得比较复杂。对骨骼的生物力学的特点及骨折愈合过程的深入研究有助于指导骨折愈合的评估工作。标准化评分系统的研究和特定影像学标志的识别进一步明确了影像科医生在这一过程中的作用。本文就骨折愈合的评分系统和影像学特征加以综述，了解现有各种评价骨折愈合技术方法的实用性、局限性以及潜在发展方向。

关键词：影像学;骨折愈合;影像学评分

中图分类号：R683                                   文献标识码：A                                 DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.24.013

文章编号：1006-1959（2018）24-0048-05

Abstract：At present， there is still a lack of uniform imaging standard and gold standard in the evaluation of fracture healing by clinicians.Imaging evaluation of fractures is complicated by differences in individual， site and type of fracture.An in-depth study of the biomechanical characteristics of bone and the process of fracture healing is helpful to guide the evaluation of fracture healing.Further study of bone biomechanics and fracture healing is helpful to evaluate fracture healing.The study of standardized scoring system and the identification of specific imaging markers further clarify the role of imaging physicians in this process.In this paper， the scoring system and imaging features of fracture healing are reviewed， and the practicability， limitation and potential development of existing methods for evaluating fracture healing are discussed.

Key words：Medical imaging;Fracture healing;Imaging score

目前影像学评估骨折愈合的方法众多，出现很多影像学评分标准及影像学特征相关的研究。本文就这些关于骨折愈合的评分系统和影像学特征加以综述，以便了解目前这些评价骨折愈合技术各自的的实用性和局限性，以及该领域的新方法和潜在发展方向。

1 骨折愈合的过程

骨折愈合（fracture healing）是一个复杂的再生过程，这一过程除了最初的出血和炎症阶段，其余均与骨骼发育类似[1]。在骨折部位，血肿形成和炎症反应激活了各种生长因子和细胞因子，导致间充质干细胞增殖和分化为软骨细胞或成骨细胞。骨折断端和髓腔内很快充满了能够形成软骨痂的软骨细胞。在骨干骨折断端的周围，骨膜的深层富含具有转化为成骨细胞能力的干细胞，可以通过膜内骨化直接成骨[2]。由于硬骨痂是由周围到中心形成的，所以骨折间隙中的软骨通过软骨内骨化转化为编织骨。待编织骨填充骨折断端间隙后，破骨细胞与成骨细胞不断循环交替工作，将编织骨转化为板层骨，并改造髓腔[3]。

从生物力学角度讲，骨折的愈合意味着强度和刚度等机械性能的恢复。骨折的畸形愈合往往都能在正常的生理愈合时间内完成，但畸形愈合或导致骨的角度、长度及旋转异常。少数骨折（5%～10%）会出現延迟愈合或不愈合[1]，即骨折愈合过程发生的时间明显长于该部位骨折愈合的预期时间3～6个月。骨不连分为肥大型和萎缩型。肥大型骨不连的特征是骨折端有血管，具有生物活性。而萎缩型骨不连骨折断端无血管形成，仅仅存在少量骨痂或根本无骨痂形成，骨折线仍然可见[4]。

很多不良因素都可能破坏骨折正常的愈合过程，最终形成延迟愈合或不愈合。骨折端血供不佳可抑制骨折愈合的早期炎症和修复阶段，导致萎缩型的骨不连。这可能是局部因素造成的，如骨折的类型和部位、合并严重血管损伤、血肿的压迫、与滋养动脉的距离增加以及骨折断端骨缺损。也与患者年龄、合并症、自身条件、吸烟、酗酒和药物等全身因素有关[5]。肥大型骨不连主要与骨折愈合晚期重建阶段骨折断端的不稳定有关。骨折断端持续不稳定导致局部生长滑膜组织，形成假关节，影像学上在骨折断端可见到液体或气体的特征。感染可干扰骨折的愈合过程，约1/3的骨不连与感染有关[6]。

2骨折愈合的评估

临床上需要确定骨折何时愈合，以便决定患者患肢的负重状态、活动水平以及是否需要佩戴支具。虽然骨不连与临床决策密切相关，但目前文献报道中，仍缺乏统一的标准[7]。临床上判断患者骨折是否愈合通常依靠体格检查、影像学表现及患者主观感受等因素。体格检查标准通常包括患肢负重时骨折部位无疼痛，局部无压痛、叩击痛和患肢的负重能力。影像学评估主要靠X光片，通常包括：通过骨、骨痂或小梁桥接骨折;正侧位片上四个皮质中的三个皮质骨折桥接;以及骨折线影消失和骨皮质连续。患者自身对功能和疼痛水平的主观感受评估也越来越成为重要的判别因素之一。然而近来研究表明患者临床表现，影像学，和患者主观感受这三个方面的诊断可能不一致[8]。由于患者个体差异及文化程度不同，体格检查时触诊疼痛的体征也是非常主观且不可靠的[9]。目前，临床上也在不断探索新的检测骨痂成熟度的方法，Yoshida T等[10]应用一种测量生物电阻抗的技术来评估骨痂的成熟度，决定何时去除骨折外固定器。

3影像学的作用

虽然骨科医生不能单凭影像学资料作出诊断和临床决定，但影像学资料在对于骨折是否愈合的判断上仍然起关键作用。X光片和CT是最常用的方式，超声和核素成像也逐渐显现出实用价值。

3.1 X光片  由于X光片成本低、应用广泛及辐射相对小，已经成为目前骨折愈合评估中最常用的技术。外骨痂的形成和生长以及骨折线被骨痂的桥接是骨折愈合过程中两个最容易被识别的X线征象。随着骨皮质连续性不断增强及骨痂不断生长，骨折抗旋转性能与强度也不断提升[11]。早期也有关于人骨折愈合的评分系统，但这些系统比较复杂且实用性不强。Eastaugh SJ等[12]在2009年提出最大骨痂指数的概念，他们在骨折处连续拍摄两个体位的X光片，然后测量两个平面上的骨痂组织直径，与相同水平的骨骼直径的比值称为最大骨痂指数，试图建立可量化的骨痂组织单位。尽管他们发现最大骨痂指数与生物力学强度测试之间有中等程度的相关性，但作者也指出，即使是拍片过程中很小的体位旋转变化也会影响测量，并且许多骨折类型不适于这种技术。Whelan DB等[13]发现，通过投照管状骨相互垂直的两个体位，计数发生骨折断端桥接的皮质数量可以可靠的评估骨折的愈合。他们根据胫骨正侧位四个皮质的骨痂及骨折线影的不同分配制定了胫骨骨折愈合的影像学评分（radiographic union score for tibia，RUST），旨在规范胫骨骨折愈合的评估。

有学者使用大鼠胫骨的动物模型来验证这种评分系统的可靠性[14]，结论与上述Whelan DB的研究结果不完全一致。Whelan DB等强调必须是皮质骨之间出现桥接才算这一皮质骨愈合，但有时会出现X光片上外骨痂生长良好，但对应骨皮质仍无桥接，骨折线影仍可见，经生物力学测定，可以按照骨折愈合判定[13]。所以他们对不同范围内骨折线影的计分进行修订，从而使RUST评分系统变得可靠性更强，并建议术后立即拍X光片留作参考，以便在后续的比较中提高观察者间评分的可靠性，主要帮助避免错误地将重叠骨分类为骨痂形成。这一点在轻度移位的螺旋型骨折的评估中尤为重要。

基于RUST评分的成功，很多研究者已经将Whelan DB的评分系统用于骨骼系统的其他部分的骨折評估。髋部骨折愈合的影像学评分[15]（radiographic union score for hip，RUSH）和桡骨骨折愈合的影像学评分[16]（radiographic union score for radius，RUSS）这两个系统在应用过程中已经显示出其可靠性并被广泛应用。RUSH评分包括RUST评分的标准评分算法，但也增加了对股骨近端稳定性特别重要的骨小梁骨折线情况的评估。RUSH评分已用于评估股骨颈和股骨粗隆间骨折，提高了观察者对两种骨折类型愈合情况判定的可靠性。Frank T[15]等发现股骨颈骨折6个月时RUSH评分仍<18分，即可诊断骨不连，这一结果敏感性及特异性均为100%，且观察者如果对按时间顺序依次投照的系列X光片观察得出的结论要比观察单一一张未知时间点的X光片得出的结论要可靠得多。RUSS评分也被证明是一个可靠的评分系统，尽管内固定物的遮挡可能会导致评分者之间存在较明显的计分差异[17]。

除了评分系统，也有关于X光片中可预测骨折不愈合的迹象的影像学特征的研究报道。Salih S[18]等描述“骨折线”征，骨折线低密度影延伸并超过原始皮质边界但不延续到骨痂的边界。该征象对胫骨干骨折肥大性骨不连有较高的预测价值，阳性预测值为88.9%，阴性预测值为75.0%。其认为这个影像学标志提示需要增加骨折断端稳定性，延迟取出内固定物。

Duryea J[19]等基于图像建立了一种定量测量骨痂面积的算法。临床医生需要做的是帮助确认影像中骨折范围，该算法即可自动定义其他参数并计算骨痂的体积。这种基于软件的读片技术其优点主要在于限制用户的主观输入，降低了观察者之间对影像判别和评估的主观差异。

3.2 CT  随着CT扫描的图像层厚越来越小，成像质量越来越高，现已经成为评估骨折愈合的实用工具。已有动物实验证实CT的影像密度与实际骨强度具有高度相关性且骨痂在CT上显影要早于X光片[20]。尽管已证明CT评估骨愈合是有用的，但是由于其较高的成本和较高的辐射剂量，它并非常规用于骨折愈合的评估。但在X光片诊断不确切的情况下，CT检查却是很实用的辅助手段。有研究证实在X光片诊断不确定的情况下选择CT检查对骨折愈合情况的判断是有效的。CT图像比X光片更适合于定量和容积测量，以减少主观因素的干扰，因此CT可用于评估骨愈合过程的宏观和微观结构特性。通过连续扫描的方式，测量骨折断端的CT值，可以有效地对骨折愈合情况做出正确评估[21]。有学者进行动物实验结果发现使用CT评估小鼠骨折模型中股骨的愈合比生物力学实验更实用[22]。但CT对于金属内固定物有较强的束状伪影。传统CT扫描中为减少金属伪影常增加管球的电压或电流，意在消除束状伪影，但也导致图像中软组织影的对比度降低和辐射剂量的增加[23]。双能量CT扫描的出现既减少了束状伪影，又保留了较好的软组织对比度，而且辐射剂量与常规CT相当。但考虑到经济性及实用性，即使是低辐射剂量的双能量CT扫描，也不推荐在一般骨折患者随访时常规应用，往往是患者骨折3个月后X光片显示愈合不良或者患者仍有疼痛时才推荐应用[24]。像腕舟骨这种有坏死风险的骨折以及某些骨折部位在X光片上被金属固定物严重遮挡，随访时则需要借助CT检查评估骨折愈合情况。

3.3超声  由于超声检查无创、经济且无电离辐射，所以在肌肉骨骼成像中迅速得到普及。受其成像原理限制，超声在评估骨折部位时，只有外骨痂表面和其覆盖的软组织可显影，而深层的骨折情况显影较差。尽管有成像的局限性，超声在评估骨愈合方面也是存在优势的。由于X光片和CT显影是依靠骨痂内钙盐沉积情况的，所以往往在骨折后6～8周后才逐渐显影，但骨折后1～2周骨痂就能在超声上显像[25]。超声是能在X光片显影之前就可靠的预测出骨折是否已愈合，Wawrzyk M等[26]的研究已证实这一发现，并指出内固定物是超声检查的重要标记参照物，找到内固定物后就可在其临近的组织中进行超声检查评估。并提出小儿长骨骨折愈合过程中骨痂形成的超声表现与X光片表现之间存在相关性，建议在儿童骨折中超声检查代替X光检查。但是与X光片和CT相比，超声主要受成像原理所限，强回声后方的声影导致其只能评价外骨痂的情况而无法良好的评价骨皮质的愈合情况。

随着新技术的不断研发，超声的成像效果也在不断进步。利用特殊探头可以获得超声三维重建图像，对观察复杂骨折的愈合情况很有帮助。此外，多普勒成像有可能观察骨折后骨痂周围血管生长的情况。动物实验证明，超声能量成像可以识别长骨骨折修复早期时新生血管的形成情况[27]。

3.4核医学影像  Tc99m-MDP骨扫描是一种功能成像技术，示踪剂的浓聚影像提示有血流和新骨形成。正常骨折愈合的过程表现为急性期骨折部位弥漫性摄取、亚急性期线性摄取、以及随着愈合进程摄取减少。X光片和CT上如果见到骨痂影像，则提示骨折周围组织有活性，但如没有骨痂影像，就无法辨别局部组织是否有活性或死骨的范围。骨扫描就能根据示踪剂摄取情况加以区分，虽没有形成骨痂，但如果局部没有示踪剂显影则提示有死骨形成，有示踪剂显影的部分则说明该处的骨组织仍有活性[28]。PET/CT检查中出现摄取18F-FDG可提示局部成骨细胞活性和骨痂生长。18F-FDG在骨折愈合正常的过程中摄取良好，但在骨不连的模型中摄取减少，所以18F-FDG可用于早期预测骨不连及监测新骨生长[29]。Wenter V[30]等研究发现18F-FDG PET/CT检查可以有助于鉴别骨不连是否由感染因素造成的。Ventura M[31]等在动物实验中发现18F-FDG PET/CT可监测生物材料中骨形态发生蛋白-2（BMP-2）的释放情况。然而，PET/CT由于辐射剂量明显高于其他方法而尚未普遍应用于骨折愈合的随访中。目前它仍然主要用于肿瘤学的相关监测。

4结论

骨折愈合的评估依赖于包括主观因素在内的多种因素，是临床工作的重要组成部分。目前的研究主要是将骨痂的形成情况作为骨折愈合的关键指标和预测骨折能否愈合的关键因素，所以对骨的生物力学和骨折愈合过程的研究有助于指导目前的临床实践。X光片、CT、超声及核医学都可作为评估骨折愈合的方式，但它们各有利弊。探究统一的评分系统和影像学体征有助于放射科医生诊断的标准化。利用计算机辅助测量和优化成像技术将更能提高这一复杂工作的客观性，协助临床醫师诊断及治疗。

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