SPECT/CT对全髋关节置换术后并发症的诊断价值

宋其韬 龙雷

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SPECT/CT对全髋关节置换术后并发症的诊断价值

Diagnostic value of complications after total hip replacement by SPECT/CT

    Corresponding author: Qitao Song, 15922234084@163.com ;
  • 摘要: 关节置换手术后,假体松动及感染等并发症是患者术后不适的主要原因。在正确判断并发症方面,传统的影像手段各有利弊。SPECT/CT将功能成像与解剖成像同机融合,可以明确全髋关节置换术(THA)后金属假体与邻近骨质情况,判断术后并发症的出现,有助于手术方案的制定。笔者对CT三维影像测量在髋关节数据测量精确性方面的优势、方法和髋关节置换术后常见并发症,包括无菌性松动、假体周围感染、组织细胞反应、假体周围骨折、聚乙烯内衬磨损、异位骨化、假体周围假瘤形成等SPECT/CT影像特点做一综述。
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-12
  • 刊出日期:  2017-05-25

SPECT/CT对全髋关节置换术后并发症的诊断价值

摘要: 关节置换手术后,假体松动及感染等并发症是患者术后不适的主要原因。在正确判断并发症方面,传统的影像手段各有利弊。SPECT/CT将功能成像与解剖成像同机融合,可以明确全髋关节置换术(THA)后金属假体与邻近骨质情况,判断术后并发症的出现,有助于手术方案的制定。笔者对CT三维影像测量在髋关节数据测量精确性方面的优势、方法和髋关节置换术后常见并发症,包括无菌性松动、假体周围感染、组织细胞反应、假体周围骨折、聚乙烯内衬磨损、异位骨化、假体周围假瘤形成等SPECT/CT影像特点做一综述。

English Abstract

  • 全髋关节置换术(total hip arthroplasty,THA)在20世纪60年代初期由英国整形外科医生约翰·查恩利开创。随着医学技术的发展以及假体材料的改进与完善,到目前为止,人工假体的10年生存率已达90%以上。但THA后8年,3.94%的患者会出现术后并发症并需做翻修手术[1]。无菌性松动、脱位或半脱位、感染、疼痛和假体周围骨折是最常见的并发症,而感染、骨质疏松、骨吸收等是造成假体(髋臼或股骨柄)松动甚至假体断裂的直接原因[2-3]。因此,采用合适的影像诊断技术对术后并发症进行准确的评估具有重要意义。

    螺旋CT扫描具有较高的密度分辨率,可清晰地显示细微骨性结构,其三维重建图像具有更直观、更准确的优点。多排螺旋CT的多平面重建技术可以多方位、多角度显示骨质结构。由于髋关节解剖结构较为复杂且THA后髋臼杯被金属球头遮挡,X线平片前后重叠的二维图像无论图像清晰度还是测量精确度均不及CT检查。关节置换后使用螺旋CT扫描可用于评估股骨假体旋转对线情况[4]

    SPECT显像具有显示假体周围骨代谢活动的优势,且不会因金属假体的影响而造成显像质量的下降。SPECT/CT融合了二者的优势,提供了比传统X线更为优越的空间定位,是THA后诊断和处理并发症的重要依据。本文对髋关节置换术后正常的和常见并发症的SPECT/CT影像特点进行逐一阐述。

    • SPECT/CT成像的优势是最大限度地减少患者在SPECT和CT检查室之间的往返。患者注射99Tcm标记的二膦酸盐后进行骨显像,经过约20 min的采集时间即得到SPECT图像。此后无需移动患者便可继续进行螺旋CT扫描。每次扫描的总辐射剂量约为8~10 mSv,其中SPECT显像的辐射剂量为3 mSv,骨盆CT为5~7 mSv。

    • 关节置换术后金属植入物产生的射线束硬化伪影在一定程度上影响了CT对植入物周边结构的观察,特别是对植入物并发症的评估[5]。提高管电流和管电压可以改善植入物所致伪影,提高总体图像质量,然而,这些技术手段会导致骨盆所受照射量增加。采用快速迭代重建算法代替滤波反投影法进行图像后处理也可以减少金属伪影的产生[6]。有学者指出,低螺距、窄准直宽度扫描以及标准或光滑滤过方式可进一步减少射线硬化伪影的产生[7]

    • X线正位片及CT冠状重建图像上,髋臼按Delee和Charnley[8]分区法,由股骨头中心分别向上做一垂直线,向内做一水平线,将髋臼分为3个区,即外上、内上、内下,分别记为A1~A3,其中A3区又分为耻骨缘、坐骨缘和髋臼后缘3个部分,记为A31~A33。

      股骨近端按Gruen-Amstutz[9]分区法将股骨近端分为7个区,即外上部、中部外侧、外下部、假体远端、内下部、中部内侧、内上部,依次记为B1~B7。

    • 假体周围透亮带为金属界面至邻近骨质硬化边的透亮间隙。透亮带<1 mm代表薄层纤维膜的形成,透亮带外侧硬化边表示骨重建,均为稳定的纤维固定。假体植入后2年内,若假体与骨之间存在透亮带,且透亮带宽度>1 mm但≤2 mm并相对一致,则为衬性骨溶解,视为正常:若透亮带局灶性向远离假体表面的方向扩展形成“扇贝”样边缘且有明显分界,为膨胀性骨溶解,视为异常。髋臼分区中薄透亮带通常位于髋臼A1区,其保持稳定则视为正常。在股骨分区中,透亮带常见于B1区,偶尔见于B7区[10]。Kawamura等[11]提出非骨水泥型髋关节假体松动的标准为髋臼杯位置移动(水平或垂直距离超过2 mm;外展角或前倾角改变超过5°)或臼杯与骨界面间有>2 mm连续透亮带或螺钉断裂。股骨假体不稳定标准为假体进行性下沉超过2 mm或出现新的内外翻或假体断裂。假体移位和断裂是假体松动的确定征象。

    • 目前临床上多采用生物型假体应用于髋关节功能重建的髋关节置换术,并取得了较好的中远期效果[12-13]。股骨假体插入股骨近端后,植入的假体与自体骨之间产生机械力的再分配。大部分负荷绕过股骨近端皮质,通过金属杆聚集在股骨的峡部,这种现象称为应力遮挡作用。这会导致被屏蔽骨质的丢失和溶解,造成局部骨质疏松。应力遮挡在X线平片上表现为近端骨密度减低,局部骨皮质变薄。这种情况通常发生在大转子区域,由于应力屏蔽所产生的相应透亮带区域未见核素异常摄取[14]

      多孔钽金属涂层具有较低的弹性模量,减少了髋臼及股骨应力遮挡造成的骨量丢失;其较高的孔隙率及良好的骨诱导特性,有利于早期骨长入,增强假体与骨组织的连接能力[15]

    • SPECT/CT对髋关节置换术后的评价包括:CT图像中假体的位置及假体周围的密度减低区,SPECT图像的示踪剂摄取情况等。正常情况下,SPECT图像中示踪剂不均匀分布,髋臼正常的生理性摄取比股骨近端高,股骨干骺端的摄取比骨干高[16]

      髋关节置换术后,用骨水泥黏合的假体和用多孔涂层的非骨水泥假体对99Tcm标记的MDP摄取不同。骨水泥黏合的假体术后99Tcm标记的MDP摄取的增高随时间的延长逐渐减少,多数患者术后1年平面骨扫描图像恢复正常;约10%的患者术后2年在髋臼周围、股骨大转子和假体尖端仍会有稳定的摄取,这种稳定的摄取会持续12~24个月;几乎所有患者在小转子和股骨干部位的摄取在术后12个月恢复到术前水平。非骨水泥黏合的假体,约1/3患者在术后至少12个月内,大、小粗隆及假体的尖端示踪剂摄取活跃。股骨尖端的局灶性摄取已经被证实可以持续至2年,且可随时间延长而持续增加(浓集)。这可能是由于非多孔涂层构成的假体尖端的微小移动所致。由于正常骨长入假体,大于生理性的额外摄取的持续时间可能超过2年[17]

      目前,还没有使用SPECT/CT描述THA后示踪剂摄取自然变化规律的专业文献。由于植入假体后股骨干的机械应力发生改变,股骨假体尖端周围皮质骨可见反应性增厚[5]。CT图像中骨皮质的密度和厚度随时间延长不断增加,且常与SPECT图像上相应的摄取增加有关。

    • 无菌性松动是指假体从其原来的植入位置发生移动,但没有感染,这是最常见的髋关节置换术并发症,也是人工关节翻修手术的最常见原因。White等[18]研究表明,THA后假体松动的发生率约为1.8%。约50%的假体植入10年后可以在影像学上找到松动证据。髋臼和股骨假体均可能发生无菌性松动,病因是多方面的。骨水泥高分子聚合作用产生的热损伤常常导致骨水泥黏合的髋臼假体松动,而股骨假体则不太可能发生。非骨水泥型股骨柄假体对股骨干骺端或股骨干产生压力,并借助假体柄表面羟基磷灰石涂层与骨组织相结合[19]。对于非骨水泥假体,一般认为髋臼假体松动的原因与磨损和应力遮挡有关,由于应力遮挡导致假体周围骨吸收、骨溶解、骨量丢失,最终造成假体松动[20]

      假体位置欠佳等生物力学因素可致假体不稳并逐渐出现移位,也可造成假体松动。通过假体植入前后的影像资料的对比,可以判断假体是否存在松动移位的现象。髋臼杯外展角>60°、前倾角>20°或后倾均提示假体移位[21]。假体周围局灶性透亮带>2 mm与SPECT上相应部位的摄取增加是常见的松动表现。假体松动后,松动的假体作用于邻近骨界面产生一种间断性撞击力,促使局部骨质破骨成骨过程增强,成骨过程使血流及骨盐代谢增加,新骨形成,因而99Tcm标记的MDP在假体松动部位浓聚。根据生物力学分析,受力最强处必然是放射性浓聚最明显处[21]。对于非骨水泥假体,透亮带发生在多孔涂层表面,常不规则。

      关节置换术后放射性核素摄取程度的变化,是评判假体松动的指标之一,骨显像摄取程度的增加表明可能存在无菌性松动。假体植入术后3个月,如果在早期时相(血流和血池)的图像中,假体周围有明显的示踪剂摄取增加,应高度怀疑并发症的可能[17];反之,血池相摄取没有增加或延迟相核素摄取未见增加,则假体松动的可能性很小。对于假体位置不良或存在假体周围骨折的患者,骨显像非常有价值。

      无菌性松动的三时相骨显像图像特征可以概括为假体周围示踪剂摄取增加、相应CT图像上不规则的密度减低区(透亮带)伴(或不伴)假体移位。

    • 由于假体周围感染和无菌性松动的临床处理原则截然不同,故二者的鉴别诊断尤为重要,但假体感染与松动无论在组织学上还是在临床表现上都非常相似,因此鉴别困难。

      以往,假体松动主要依据临床症状及X线平片上假体周围出现的透亮带来判断,但由于早期松动假体周围尚未出现骨骼结构异常,假体周围较细小的透亮带被遮挡,常影响X线或CT诊断,且X线平片检查只有在感染后期才会显示异常。关节假体多为金属材料,CT或MRI会出现伪影,也会影响对假体松动的判断。对于判断假体周围是否存在感染,关节液抽吸活检被认为最具诊断价值,但其为有创性检查且可能造成感染扩散,临床难以普遍开展。血清C反应蛋白和血红细胞沉降率的测定可作为炎性反应指标,简单易行,但缺乏特异性[14]

      核素骨显像被认为是关节置换术后鉴别诊断感染和假体松动的金标准[22]。SPECT/CT图像融合技术把SPECT的高灵敏度和CT的高分辨率有机地结合起来,一次检查即可得到核医学诊断信息和CT信息,实现了功能代谢显像与解剖图像的完美结合,从而能够对关节假体松动和感染进行精准的定位和定性,诊断的准确率大大提高。

      假体无菌性松动的SPECT/CT融合图像上,放射性核素浓聚区主要集中在关节假体的负重区,如髋臼外前缘、股骨柄远端等部位,而其他部位放射性核素浓聚较非负重区明显减淡甚至不浓聚,放射性核素浓聚程度和关节假体负重程度呈正相关。假体感染性松动的骨三时相显像的典型表现为动态相(血流相)、血池相上感染假体周围血流灌注增加,延迟相假体周围呈弥漫性示踪剂摄取明显增加。与此同时,周围软组织内示踪剂摄取也同样增加,血池相的摄取明显增加更常见于感染假体。髋关节CT图像显示假体周围骨质密度不均匀,可见低密度条带影,骨皮质边缘不规则,局灶性溶骨表现为“扇贝”样骨溶解,骨膜反应或伴邻近软组织肿块皮肤窦道形成,甚至可见骨皮质不连续、骨质破坏等征象,与SPECT显像上摄取增加区相对应[23]

      111In或99Tcm标记的白细胞/抗体扫描具有白细胞靶向,并且特异度达到86%,如果同时使用111In标记的白细胞和99Tcm标记的硫胶体,特异度可高达91%。白细胞标记的SPECT/CT成像已被用于鉴别无菌性松动和感染[24]

    • 组织细胞反应易发生于术后1~5年。关节置换后,关节假体与相邻骨表面间或假体间的微磨擦和局部机械损伤使一些颗粒从假体表面脱落,从而发生巨噬细胞反应。人工髋关节负重区承受着持续的应力,髋臼杯内衬的聚乙烯材料会因此发生磨损和变薄,磨损脱落的颗粒与周围骨溶解的发生密切相关,这一改变在SPECT延迟显像的相应区域表现为局灶性示踪剂摄取增加[18]

    • 金属诱导反应性肿块或病变,也被称为假瘤[25]和无菌性淋巴细胞性血管炎相关病变,是一种非肿瘤、非感染性的假体周围组织的实性或囊性肿块,肿块内或可见金属碎屑,其几乎只发生在金属对金属假体,发生率接近60%[26-28]。Natu等[29]报道的金属对金属THA的123例患者中,85.5%出现无菌性淋巴细胞性血管炎相关病变表现,其被认为是由于过度磨损、金属过敏、或这两者共同作用所产生的碎屑颗粒所致。患者可无症状,无疼痛、压迫感觉[30]

      CT诊断金属诱导反应性肿块的主要依据为假体周围肿块形成,伴或不伴潜在的骨质溶解。Makis等[31]报道金属诱导反应性肿块的SPECT表现为:与假体周围肿块对应的放射性摄取缺损区。SPECT/CT诊断的关键是在CT上出现假体周围肿块,而该肿块区域骨三时相显像缺乏血管和成骨细胞的活性,但其摄取和典型图像、准确率仍需进一步完善。

    • 假体周围骨折是髋关节置换术后疼痛的一个原因。假体周围骨折的发生率为0.1%~2.1%,其更常见于假体翻修术后。急性骨折的血流相和血池相均表现为血流灌注增加,可用于骨折分期。急性骨折、不稳定骨折、陈旧骨折未愈合在SPECT图像上表现为示踪剂摄取增加。通过CT观察骨折愈合过程中新骨是否生成、骨折线是否存在可以推断骨折的愈合程度。髋臼假体周围出现大量骨溶解、负重后髋痛、关节活动不受限等征象不能判定臼杯假体松动,此时髋痛的原因很可能是由于骨溶解区周围残存的骨小梁不堪承重,发生隐匿骨折所致[32]

    • 异位骨化(heterotopic ossification,HO),也被称为骨化性肌炎,是指异常解剖部位的不典型骨形成,通常发生在肌肉或结缔组织内。HO是THA后较常见的并发症。Spinarelli等[33]报道的接受非骨水泥型THA的181例患者中,髋中HO发生率为28.7%。Pavlou等[34]报道在接受THA的893例患者中,髋中HO总体发生率为24%。

      急性HO的临床症状包括发烧、疼痛、肿胀、红斑、活动受限等,这需要与其他临床症状相似的疾病,如蜂窝组织炎、血栓性静脉炎、骨髓炎等相鉴别。X线平片对HO诊断的特异度高,但X线平片上的骨化表现要在骨三相扫描阳性结果后4~6周才会出现。术后数月,HO区域的SPECT显像示踪剂摄取活性达到峰值,并在1年左右恢复至本底水平,此时认为HO已达成熟期。SPECT/CT可准确定位未成熟的HO区域、范围,其表现为血流、血池相的血流量增加、延迟显像摄取增加及CT图像上软组织骨化的特征。成熟的HO也可以有症状,这与骨桥的存在或假体与自体骨之间假关节的形成有关,此时SPECT显像为假体与自体骨交界处示踪剂局灶性摄取增加[33]

    • 准确的SPECT/CT图像解释是评估THA后正常表现和各种术后并发症,解决THA后一系列诊断难点问题的有效解决工具,但是目前其有效性和临床准确性仍缺乏相关研究。SPECT/CT图像中由于金属假体产生的人为的条纹状伪影可通过成像参数优化被最小化,但目前结合其他示踪剂显像(炎症显像、成骨细胞活性显像、骨髓显像等)可使SPECT/CT结果更加明确。同时需要严格掌握适应症,使不必检查的患者免受辐射影响,严格依据患者的体重控制核素用量,使辐射剂量最小化、合理化。

参考文献 (34)

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