能谱CT在Ilizarov骨搬移术治疗胫骨骨缺损中的应用现状

2023-02-25 23:33李海涛王栋李福林李超张永红

实用骨科杂志 2023年11期

李海涛,王栋,李福林,李超,张永红

(山西医科大学第二医院骨科,山西太原 030001)

Ilizarov骨搬移术是由俄罗斯专家Ilizarov基于牵张成骨原理提出的手术技术,在牵张成骨区形成新生骨痂,可有效治疗骨缺损[1-2]。随着当前社会经济的高速发展,由于各种原因导致的不同类型骨折数量明显增多,下肢开放性骨折伴皮肤软组织缺损在临床较为常见,复杂性创伤常导致部分骨质缺失。此外,慢性骨髓炎、骨折术后骨不愈合、下肢骨肿瘤切除术也可导致骨缺损。Ilizarov骨搬移技术作为治疗骨缺损的一种方案,基本操作过程为先将Ilizarov环形外架固定于缺损的胫骨,进行低能量截骨得到滑行骨段,通过持续的向骨缺损端搬移滑行骨段,在牵拉区所在的空间会产生新骨痂,即为新生成骨区,从而达到治疗骨缺损的目的。该技术适用于不同类型的大范围骨缺损;同时,Ilizarov骨搬移技术在治疗过程中,还可根据患者的病情变化及时调整外架,达到最优治疗效果;且该技术不仅微创,还可同时达到修复软组织的效果。但在治疗过程中,需要依靠影像学技术对牵张成骨区新生骨进行客观评价。能谱CT作为一种新型检查技术,与常规X线相比,不仅可以定性、定量监测新生骨痂的形态、矿化量,弥补常规X线无法定量分析新生骨痂的不足,还可通过去伪影技术[3-6],得到更加清晰的图像,对于评估骨愈合、及时发现搬移过程中出现的并发症,制定个体化的治疗方案具有相对优势。本文就能谱CT在Ilizarov骨搬移术治疗胫骨骨缺损过程中的应用现状做一综述。

1 能谱CT的技术原理

能谱CT最大优势在于其可在40～140 keV能量间达到瞬时切换[7],并通过后处理软件,最终获得相应的单能量图像、能谱曲线图像、物质分离图像、有效原子序数图像[8],从而达到多参数模式成像的效果,为临床疾病诊治提供更加丰富的影像学参考[9-10]。(1)单能量图像:能谱CT可通过单管瞬时电压切换技术,生成40～140 keV的101幅单能量图像,不仅可以根据临床所需选取合适的图像,还可降低伪影对周围组织的影响,弥补了常规CT混合图像的不足。(2)能谱曲线图像:能谱CT可根据不同组织在不同keV下CT值的变化[11],绘制出能谱曲线图像,通过对能谱曲线图像的分析,有助于鉴别病变的性质,为临床疾病的诊治提供一定的参考价值[12]。(3)物质分离图像:能谱CT技术的后处理软件可将一种任意物质的X线衰减转变成任意两种物质X线衰减,根据衰减系数的变化,绘制出物质分离图像及基物质浓度图像,从而测量出组织中某种物质的真实含量[13-14]。(4)有效原子序数图像:能谱CT的数据分析可对比某种化合物与某种元素的吸收衰减系数,计算有效原子序数,从而确定化合物的成分,为临床疾病的诊治提供参考价值[15-16]。

2 能谱CT成像技术在Ilizarov技术治疗胫骨骨缺损中的监测方法及临床意义

在2009年美国尚未推出能谱CT(Discovery CT750 HD)之前,观察牵拉成骨区新生骨痂的生长情况的技术局限于彩超和传统X线。Young等[17]在牵拉成骨过程中发现2例患者的新生成骨区中存在液性囊泡,影响周围新生骨痂的形成,并且牵拉成骨区的骨愈合时间也相对延长,将囊性结构中的液体抽出后发现囊泡区中出现新生骨痂,由此可见囊泡的存在可能会影响骨痂的形成。姚志兰等[18]在对骨搬移患者进行超声监测时也发现2例患者出现囊泡,但对于骨痂的形成及骨愈合并未产生影响。根据Young等及姚志兰等的研究,推测囊性结构可能因成分不同而对骨痂形成及矿化有不同的影响。但二者的不足之处在于,观察新生骨痂生长情况时,不排除早期X线对于骨痂显影不佳的影响,同时也并未对囊泡中的液性物质进行定性研究。

早期利用超声发现囊泡后,可利用能谱CT的能谱曲线及有效原子序数更早对囊泡进行定性分析,对局部囊泡的形成和转归提供一定参考价值,同时对搬移骨段的矿化也可进行定量分析。陈雪峰等[19]对开始行骨搬移术的患者进行定期能谱CT扫描,观察牵拉成骨区新生骨痂的生长情况,发现术后2周即可在近截骨端观察到原始骨痂的形成,并在其周围可见机化血肿。根据以上研究推测,新生原始骨痂的搭建部位可能与局部血肿内部的某种因子之间存在某种联系,但目前尚未有报道证明这一推测。陈雪峰等[19]利用能谱CT曲线对3例出现囊泡的患者进行研究,发现2例患者的能谱曲线与血管的曲线走行一致,推测可能为血肿;1例患者的能谱曲线与血管不一致,推测可能为囊肿。但3例患者的囊泡最终都随搬移时间的延长而消失,囊泡区也充满骨痂。由此可见,能谱CT曲线技术不仅可以对囊泡的性质进行初步判断,同时还可以在早期观察囊泡的存在对于新生骨痂的生长情况的影响。因此,对于有囊泡存在且能谱CT监测骨痂早期生长缓慢的患者,可提前进行人为干预来促进骨痂的形成。在牵拉成骨的过程中,囊泡出现的原因并未有明确的报道,作者推断囊泡出现的原因可能与牵拉的速度有关;囊泡内部液体的性质可能会对骨痂的生成有一定影响,但还需大量临床研究证据的支持。在Ilizrrov技术治疗胫骨骨缺损的过程中,利用能谱CT对牵张期的治疗效果进行定量评估,可为后续的治疗提供一定的参考价值[20]。在骨搬移结束后等待新生骨段的矿化过程中,可利用能谱CT的物质分离与定量技术将新生成骨区羟基磷灰石(hydroxylapatite,HAP)的含量作为监测矿化质量的指标[21]。能谱CT对于HAP的测量可直接客观的反应新生骨的骨密度,减少临床医生对于骨质量主观性评估的影响,弥补了双能X线骨密度仪技术不能测量空间成骨质量的不足[22]。能谱CT的金属伪影减少算法技术,可以减少金属外固定架对于牵张成骨区新生骨质量测量结果的影响[23]。因此,在能谱CT可精确测量牵拉成骨的骨密度的基础上,更加准确客观的指导患者进行康复锻炼。陈雪峰等[19]在利用能谱CT测量牵拉成骨区新生骨的HAP含量中发现,HAP的含量与新生骨痂的沉降率之间有较好的相关性。但其研究样本较少,同时也未将骨痂的分布密度与HAP的含量进行分析。若后续研究中能弥补此处不足,研究结果将对于临床医师拆除Ilizarov环形外架具有很好的指导意义。

3 能谱CT技术的其他临床应用

能谱CT作为医学影像学近年来新发展的技术,该技术在常规CT成像的基础上可获得单能量图像,较常规CT具有低噪音、高对比特点。此外,还可通过后处理软件的数据,绘制出能谱曲线图像、物质定量与分离图像等。能谱CT成像技术不仅在Ilizarov技术治疗胫骨骨缺损中具有较好的临床应用价值,同时也可为肿瘤、结节、骨质疏松、痛风性关节炎等相关疾病的诊断、鉴别、治疗提供更具临床参考价值的影像学信息[24-25]。单能量成像方面:Tanoue等[26]在对32例脑肿瘤患者的回顾性研究中发现,40keV下的单能量图像的对比度明显优于常规CT的混合能量图像,对于肿瘤的诊断更具有参考价值,在单能量成像的同时,通过金属伪影减少算法可减少内外固定材料所致的金属伪影,从而获得更高质量的影像学图像[27-28]。能谱曲线图像方面:Pan等[29]在对28例宫颈癌患者的队列研究中,通过分析能谱曲线斜率的变化趋势,发现不同病理类型的宫颈癌的能谱曲线斜率间存在差异,由此可见能谱曲线斜率对于不同病理类型宫颈癌的诊断具有一定预测作用,可为病理组织学检查及临床医生提供参考价值。Ma等[30]在对25例小细胞肺癌纵膈淋巴结转移患者及26例纵膈结节病患者的研究中发现,两组患者的能谱曲线斜率存在差异。由此可见,能谱曲线斜率的变化可为肿瘤是否转移与结节病的鉴别提供一定参考价值。物质分离与定量方面:骨质中主要的无机物成分是HAP,利用能谱CT的物质分离定量技术,以HAP和水作为基物质对,通过测量二者的密度值来对骨质量进行评估[31-32]。Zhou等[33]在对128例检查腰椎椎体骨密度患者的研究中表明,利用能谱CT的物质分离与定量技术,可实现腰椎椎体内骨密度的精确量化。应用能谱CT对痛风患者体内痛风结石评估时,可精确计算出痛风石的数量、体积,同时也可为不同成分的结石做出鉴别诊断[9]。

4 能谱CT成像技术应用于临床的优势与局限

能谱CT技术在对Ilizarov骨搬移术治疗胫骨骨缺损患者牵拉成骨区新生骨段生长情况进行监测时,可以在早期观察到新生骨痂的形成,而彩超虽然在早期也可发现X线无法显影的新生骨痂,但随着新生骨痂数量的增多,超声在骨搬移后期无法穿透骨皮质进行测量。在骨搬移的过程中,能谱CT技术可通过能谱CT曲线对局部囊泡性质进行鉴别,相较彩超而言可为临床医生决定是否需要对其进行干预治疗提供更有价值的参考。能谱CT的物质分离与定量技术相较于X线片可对牵拉成骨区的新生骨进行定量评估,不仅在指导患者治疗过程中进行个体化的康复锻炼,而且在矿化期内通过能谱CT监测的新生成骨区矿化量,可为临床医生拆除外固定架提供一定的参考价值[34]。能谱CT作为一种新的影像学检查手段,其去伪影技术相比常规X线检查,可在一定程度上减少金属外固定架产生的伪影,同时可生成40～140 keV的101幅单能量图像,供临床所需选取合适的图像,弥补了常规CT混合图像的不足。

虽然有相关文献报道,能谱CT技术的成像质量较传统CT高,且辐射剂量较传统CT低[35],但在临床应用能谱CT检查时,也要考虑到部分辐射剂量对于机体的影响。能谱CT虽然可以进行多参数模式成像,但对肢体力线以及邻近关节是否出现畸形的评估不如X线更加直观,同时在监测新生成骨区的血流动力学方面不如彩超敏感。

5 小结