数字化断层融合技术在骨骼病变诊断中的应用进展

吴二丰，李京徽，梁海波，张鑫鑫，刘 建，刘晨昊，马鹏鹏，徐小威

（晋城市人民医院医学影像科，山西 晋城 048000）

骨骼病变是指骨骼因外伤、退化、劳损、肿瘤等因素导致的病理性变化，不同类型骨骼病变的临床治疗方式差异较大[1]，故高特异度、灵敏度的骨骼病变诊断方法极为重要。目前，临床多通过计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）、磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）及数字X 线摄影（Digital radiography，DR）等传统影像学检查手段对骨骼病变进行鉴别诊断，通过辨别骨骼病变形态、信号强弱、密度及与周围组织的关系等来鉴别骨骼病变的类型[2]。但此类传统的影像学检查方法存在辐射量大、图像质量易受周围重叠组织干扰、图像分辨率低等缺点，临床用于鉴别诊断骨骼病变时，存在一定的误诊、漏诊率。近年来随着科学技术的不断发展，数字化断层融合技术（Digital Tomosynthesis，DTS）被逐步应用于临床诊断中，具有高效率、低剂量、高检出率等优势，可清晰显示所选范围内的多层面图像，具有较高的临床应用价值[3]。本研究拟针对DTS 的原理、特点及其在骨骼病变诊断中的应用进行论述，现报道如下。

1 DTS

DTS 是一种基于DR 的新型成像技术，由系统计算机、X 线球管、高压装置、X 线球管驱动系统、碘化铯平板探测器、图像采集工作站等组件构成，可通过一次低剂量曝光，获得所选范围内清晰的多层面重建图像。其原理为通过简单的位移- 叠加生成断层图像，在位移- 叠加时，随X 线球管移动，位于平板探测器上方的物体可随着探测器距离的变化被投射在探测器的不同位置，这些投射的图像经过适当移动，可叠加起来以生成感兴趣层面的图像，而该层面以外的图像则因弥散而被模糊化[4]。当目标层面为支点层面（X线球管与平板探测器进行平行运动时，围绕支点所在层面）时，探测器采集的图像可自动叠加成为该层面的断层图像，无需位移，与传统X 线扫描相同。相较于传统的X 线体层成像技术，DTS 一次曝光即可获得多层面的清晰图像，能显著减少受检者的辐射吸收剂量。有报道显示，DTS 于X-Y 轴层面上所得图像的空间分辨率约为CT 的3 倍；CT 检查时的辐射剂量约为11.95 mSv，而DTS 检查时的辐射剂量约为0.85 mSv，明显低于CT[5]。说明相较于CT，使用DTS 进行检查具有空间分辨率高、辐射剂量低的优势。此外，DTS 还具有扫描速度快、成像时间短、操作简便、可取自由体位等优势，被临床广泛应用于骨骼病变的诊断中。

2 DTS 在不同骨骼病变诊断中的应用价值

2.1 骨折

骨折是急诊科常见的病种之一。目前，X 线检查是创伤性骨折的首选检查方式，但X 线成像技术是将三维空间结构叠加生成二维图像，外来伪影、组织重叠影较多，导致位于较深部位﹑复杂部位的骨折或未发生错位的骨折极易发生漏诊、误诊。报道显示，CT检查对骨折来说具有较高的检出率，但患者受到的辐射剂量较大，且检查费用高昂，临床无法以CT 检查为常规、首选的创伤性骨折检查方法[6]。近年来，计算机技术不断进步，新的检查方式不断涌现。DTS 是一种基于数字化重建理论的全新X 线图像重建技术，经计算机重建可获得断层图像，去除金属伪影，避免深处骨折及复杂部位形成的组织重叠伪影给临床诊断造成干扰，可很好地观察骨痂形成及骨折断端的对线对位情况，对提高临床诊断准确率、改善治疗效果具有重要意义[7]。Perloff 等[8]研究显示，DTS 对临床鉴别诊断关节、手臂及股骨等处的隐匿性骨折具有较高的价值。Meena 等[9]在采用DTS 鉴别诊断腕舟骨骨折的相关研究中发现，DTS 可清晰显示骨皮质及骨小梁处的骨折情况，诊断腕关节骨折尤其是舟骨骨折的敏感性及特异性均明显高于传统X 线检查，还可辅助临床鉴别跖骨关节裂伤与骨折碎片。此外，有报道显示，DTS 用于鉴别诊断肋骨的不完全陈旧性骨折、骨折断端无移位的完全陈旧性骨折时，其图像显示能力明显优于CT，DTS 扫描重建图像可清晰显示未完全愈合的骨折断端的内骨痂影[10]。但Liao 等[11]指出，DTS在鉴别诊断肋软骨附近肋骨前段不完全性骨折，尤其是膈下肋骨骨折时，诊断较为困难；在鉴别诊断肋骨腋段处骨折时，患者需变换体位进行DTS 扫描，以提高临床诊断准确率，减少误诊、漏诊的发生。Allard 等[12]研究显示，传统X 线检查用于诊断骶尾骨骨折时，误诊、漏诊率约为61%，将DTS 应用于骶尾骨骨折的诊断中，有7 例行传统X 线检查未发现骨折征象的患者，在进一步行DTS 检查后诊断为骶尾骨骨折。以上研究说明，DTS 用于骨折的诊断及鉴别诊断中可有效提高诊断的准确率，具有较高的临床应用及推广价值。

2.2 骨质侵蚀、破坏

类风湿关节炎（RA）是一种病因不明的慢性自身免疫性疾病，可导致关节内骨质侵蚀、软骨破坏，严重者可发生残疾。以往临床常通过对RA 患者的手部、腕关节进行X 线检查以评估其治疗效果。但传统X 线检查对骨质侵蚀，尤其是RA 早期的骨质侵蚀敏感性较低，同时手、腕部解剖结构较为复杂，组织结构的重叠严重影响临床诊断的准确性。而DTS 检查可以早期发现骨质侵蚀、破坏，有助于临床对RA、强直性脊柱炎骶髂关节病变进行准确分级，还可以早期发现肿瘤的骨质破坏。Prusinowska 等[13]研究证明，临床经DTS 检查显示的骨质侵蚀检出数明显高于经传统X 线检查显示的检出数，且DTS 检出骨质侵蚀的灵敏度较传统X 线检查提高约20%，说明DTS 检查诊断骨质侵蚀的敏感性远高于传统X 线检查。此外，Cajamarca-Baron 等[14]研究发现，CT 扫描检出的骨质侵蚀数较DTS、传统X 线均更多，敏感性更强。原因可能是，CT 扫描可为临床提供矢状位及轴位图像，而DTS 检查仅能提供冠状位图像，缺乏矢状位及轴位图像，进而影响了临床诊断的准确性。Kirchgesner等[15]研究表明，相较于MRI 扫描，DTS 的灵敏性、特异性、准确性均更高，而DTS 与MRI 的检查结果具有较高的一致性。上述研究说明，DTS 检出骨质侵蚀的能力远高于传统X 线检查，但低于CT 检查，与MRI 检查的结果一致。故DTS 可替代传统X 线检查作为临床筛查RA 患者是否存在骨质侵蚀的有效手段，具有较高的灵敏度及特异度。

2.3 脊柱感染性病变

脊柱结核的发病率位于全身骨骼结核的首位，占40% ～50%，患者多为青壮年人群，儿童次之，老年人亦存在患病风险。成年人患病率最高的脊柱结核为腰椎结核，其次为胸椎结核，颈椎、骶椎结核的患病率最低，儿童则是胸椎、胸腰段结核的发病风险最高。目前，结核病的临床诊断方法多为DR 联合结核菌素试验，但普通DR 检查的误诊、漏诊率较高。布鲁氏杆菌性脊柱炎临床检查可见椎体骨质破坏及椎间隙狭窄等现象，与脊柱结核较为相似，不同的是布鲁氏杆菌感染时未出现椎旁脓肿。普通X 线检查时脊柱结核易与布鲁氏杆菌性脊柱炎、其他脊柱非特异性感染等脊柱病变混淆，临床难以鉴别。而DTS 具有辐射剂量低、空间分辨率高等特点，可发现深层部位的感染，如脊柱结核、布鲁氏杆菌性脊柱炎以及其他脊柱非特异性感染等，且能够清晰显示病变位置全貌、脊柱整体情况、椎间隙狭窄程度等，有利于临床鉴别诊断脊柱结核、布鲁氏杆菌性脊柱炎等脊柱感染性病变。研究显示，脊柱正侧位DTS 扫描及X 线平扫的图像质量良好率分别为100%、86.09%，DTS 扫描时椎体骨质破坏、椎旁脓肿及死骨形成的检出率分别为100.00%、63.64%、68.18%，而X 线平扫时椎体骨质破坏、椎旁脓肿及死骨形成的检出率分别为86.36%、36.36%、31.82%，说明DTS 扫描可用于诊断脊柱结核，能清晰显示脊柱各处的病变情况，值得临床推广[16]。究其原因主要是，X 线平扫时图像分辨率较差，同时组织器官叠加造成干扰，对早期骨骼细微病变的显示能力有限，对椎旁脓肿、椎管受累等病变的显示敏感性较低；而DTS 检查克服了常规X 线平扫的不足，能够清晰显示扫描部位的复杂结构及病变与周围组织的关系，同时脊柱结核早期细微的骨质破坏、死骨形成也可清晰显示。DTS 用于诊断脊柱结核，可有效消除肠道气便影的影响，还能清晰显示骨质破坏、死骨片、骨质钙化、椎旁脓肿、椎管受累等各种骨骼病变，对脊柱结核的早期诊断、治疗均有重要意义，可在临床上应用及推广。

2.4 关节病变

陈刘成等[17]研究显示，DTS 图像质量明显高于传统的DR 图像质量，普通X 线检查对关节脱位的漏诊率较高；儿童的关节囊、关节韧带等较为松弛，颈部的肌肉力量不强，颈椎关节极易发生错位，普通X线检查时，张口位对患儿具有较高的要求，儿童年龄小、活泼好动，依从性较差，故X 线摄影的成功率较低；同时，寰枢椎的位置较为特殊，枕骨、门齿等极易遮挡寰枢椎，影响摄片效果；而DTS 的断层性质，使临床检查时不必采取张口位亦可消除其他骨骼组织的遮挡，可清晰显示寰枢椎结构与关节间隙，大幅度降低临床检查时鉴别诊断的难度。邱先发[18]研究发现，DTS 是临床评估关节病变程度的最佳检查方式，可清晰显示关节间隙狭窄的程度及关节结构等，且临床诊断快速、简便，检出率高。Ha 等[19]报道，DTS 用于扫描髋关节具有极好的显示效果，患者分别于标准站位与模拟发病的站立位下行DTS 矢状面扫描成像，在重建图像中选取患侧股骨头及髋关节等显示最为完整的层面，观察髋关节前覆盖不同体位下的区别、变化，有助于临床研究髋关节前脱位的机制。

2.5 关节置换术后效果评估及随访

关节置换术是临床治疗重度关节病变的常用外科术式，可有效缓解关节疼痛，提高病变关节的活动度，改善患者的生活质量。但人工关节随着使用时间的延长，会发生无菌性松动，影响患者的预后。目前，临床多通过影像学检查来评估关节置换术后患者的恢复效果，常用的有DR、CT、MRI 等检查。但上述检查方式均可出现金属伪影，不能清晰显示假体与骨、骨水泥交界处的解剖结构，严重影响临床诊断、评估。而DTS 具有极佳的去金属伪影功能，可早期发现假体位置不良、松动、微小骨折等情况。研究显示，DTS检查的优片率明显高于DR 检查及CT 检查，仅可见少许的金属伪影[20]。综上，患者在关节置换术后采用DTS 进行复查，可明显减少因金属高原子序数导致的线束硬化性伪影，明显提高图像质量，为临床提供更为优质、可靠的影像学结果。

3 小结与展望

综上所述，临床可通过DTS 鉴别诊断各类骨骼病变，相较于其他传统的影像学检查方式，DTS 具有更高的灵敏度、特异度及准确性，且图像质量高、辐射剂量低、价格低廉，具有极高的临床推广价值。但目前DTS 的相关研究较少，需要更多的研究数据及临床数据为进一步完善DTS 的软件开发及临床应用提供支持，后续研究中可进一步加大样本量，深入研究DTS 对其他各类疾病的诊断价值，使DTS 能够在临床上得到进一步推广。