基于灰度差分法對隱匿性跖骨行軍骨折X線片診斷能力的研究

夏巍巍，范志剛，徐周繼，陳金美

·論 著·

基于灰度差分法對隱匿性跖骨行軍骨折X線片診斷能力的研究

夏巍巍，范志剛，徐周繼，陳金美

目的 提高隱匿性跖骨行軍骨折的X線片診斷能力，為相關方案的借鑒及推廣提供依據。 方法 收集解放軍第359醫院放射科影像學資料，以首診時X線片中跖骨行軍骨折未被明確，而復診時確診的病例為對象，共計129例。收集同期接受影像學檢查的腳部無異常100例作為對照組。運用醫學圖像灰度差分法對其進行回顧性分析研究。 結果 結合灰度差分法，隱匿性跖骨行軍骨折處灰度波形曲線異常，局部呈現陡增波峰或陡降波谷征象。多次采集可有效界定隱匿性跖骨行軍骨折線的范圍。基于灰度差分法對隱匿性跖骨行軍骨折的診斷率分別為第1跖骨100%，第2跖骨91.14%，第3跖骨100%，第4跖骨91.67%，第5跖骨92.00%。 結論 基于灰度差分法可有效提高X線片對隱匿性跖骨行軍骨折的診斷能力，此種方案可在部隊基層醫院廣泛推廣。

灰度差分法；跖骨；行軍骨折；診斷

跖骨行軍骨折好發于高強度、高負荷運動人群，尤其在一線軍事人員中，已成為困擾諸多指戰員的主要病患之一[1-2]。前期的文獻已證實，行軍骨折不同于外界暴力導致的骨折，其屬于長期應力性骨折，故病程具備由輕至重至折發展這一鮮明的特點[3-4]，亦決定了該病變在早中期時X線片診斷的局限性即隱匿性[5-6]。現代影像學設備的革命性發展，包括CT、MR的應用，雖然已使隱匿性跖骨行軍骨折的診斷能力得到極大提高[7]，然不同于地方醫院的屬性，部隊醫院特別是野戰救援醫院的設施往往難以實現上述診療條件，普通X線機器仍是主要醫療裝備。基于此，本文以新興的灰度差分法為手段，探討該方案在提高X線片對隱匿性跖骨行軍骨折的診斷能力中的作用和價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2010年1月至2016年12月在我科確診的跖骨行軍骨折病例作為病例組。入組標準：①初診主訴為跖骨處疼痛；②初診X線片診斷未發現明顯異常；③復診時經影像學資料(X線、CT、MRI)確診；④男性官兵。排除標準：①外傷性骨折；②跖骨其他病變。共收集129例符合上述標準病例，均為單發病變，其中平均年齡(17.8±3.4)歲，平均身高(169.3±12.6)cm，平均體重(55.8±7.4)kg；第1跖骨骨折8例，第2跖骨骨折79例，第3跖骨骨折5例，第4跖骨骨折12例，第5跖骨骨折25例。收集同期接受影像學檢查的腳部無異常100例作為對照組，用以明確正常受試者跖骨灰度差分法下的形態，為辨別及診斷病例組骨折提供參照和依據。其中平均年齡(21.9±3.5)歲，平均身高(154.5±12.8)cm，平均體重(49.3±8.6)kg。2組受試者一般資料比較差異無統計學意義(P>0.05)。本研究經醫院倫理委員會批準(批準號：002017018)，所有受試官兵對其一般資料及X線片檢查資料的使用知情并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 X線片資料收集 以跖骨正位X線片為觀測對象，舍棄側位或斜位圖像，并對詳細主訴部位做對應記錄。

1.2.2 灰度差分法 以光盤將工作站所有篩選出的待試跖骨X線片導出，后轉入IMAGE J1.46r軟件中，加載灰度數據分析工具包。光盤中的DICOM圖像轉換為8bit格式，由2名放射科高年資醫師按患者主訴疼痛部位勾畫感興趣區。在興趣區跖骨顯影圖像范圍內做長短不一數條灰度檢測線，由此對應生成灰度波形曲線。正常骨質灰度曲線波形整齊規則，波峰波谷起伏規律。如檢測線穿越骨折處，灰度曲線失去正常波形，呈現局限性陡增或陡降征象。采用多次測量，舍棄因設置超出范圍的檢測線對應的曲線圖，確保檢測線與灰度波形曲線圖位置對應。

2 結 果

2.1 隱匿性跖骨行軍骨折的X線片及灰度差分法表現 X線片表現：病變跖骨形態規則，骨密度均勻，邊緣光滑光整，未見明顯骨折線影，見圖1a；圖1b為與圖1a同一跖骨灰度差分法圖，灰度波形圖形態異常，局部呈現明顯陡降波谷，提示對應檢測線處骨質均度異常，與對照組正常骨質相比，該處存在應力損傷導致的骨質損傷、骨密度減低。圖1c為另一隱匿性跖骨行軍骨折病例，X線片中未見明顯骨折線影；圖1d為與圖1c同一跖骨灰度差分法表現，其灰度波形圖形態異常，局部呈現明顯陡增波峰，提示對應檢測線處骨質均度異常，與對照組正常骨質相比，該處存在應力損傷導致的骨質增生、骨密度增高。

a：隱匿性跖骨行軍骨折常規X線片(骨折處骨密度局部減低)；b：與a同一跖骨灰度差分法圖；c：隱匿性跖骨行軍骨折常規X線片(骨折處骨密度局部增高)；d：與c同一跖骨灰度差分法圖 A和B紅色箭頭所指處為對應檢測中局部骨折異常部位

圖1 隱匿性跖骨行軍骨折的灰度差分法示意圖

2.2 灰度差分法對X線片中隱匿性跖骨行軍骨折線范圍的界定 單次測量僅能以點的形式提示該處存在隱匿性骨折，故在2.1的基礎上，以初次提示點為中心采用多次測量，形成數個骨質異常點，并以此作跖骨行軍骨折的隱匿骨折線，其與復診時X線片上呈現的實際骨折線所在的部位、骨折線形態以及骨折線長度均無顯著差異。見圖2。

a:圖示1～4分別為灰度檢測線；b: 圖示1～4分別為對應局部骨質異常點，4個異常的點的紅色連線為隱匿性骨折線走形

圖2 隱匿性骨折線范圍界定示意圖

2.3 隱匿性跖骨行軍骨折的灰度差分法診斷能力評估 灰度差分法對隱匿性跖骨行軍骨折的診斷率分別為第1跖骨100%(8/8)，第2跖骨91.14%(72/79)，第3跖骨100%(5/5)，第4跖骨91.67%(11/12)，第5跖骨92.00%(23/25)。

3 討 論

跖骨行軍骨折又名跖骨疲勞性骨折，嚴格的軍事化訓練使其成為部隊一線指戰員最好發的疾病之一[8-9]。不同于外界暴力所致骨折時疼痛感與骨折線出現的同時性，跖骨行軍骨折多由長期的高強度應力所致，其疼痛感往往明顯先于骨折線的出現[10-11]，直至局部骨質的損傷、骨細胞破壞與骨細胞修復、增生并存這一狀態最終失衡時，方可在X線片上顯示清晰骨折線影。在主訴足部疼痛而X線診斷未能提供有價值診斷信息的背景下，許多就診官兵甚至接診醫務人員多將其歸因于訓練中足部韌帶或肌肉損傷，臨床診斷誤診率極高[12]，直至疼痛加劇再次就診時骨折線被明確后方做出正確的行軍骨折診斷。雖然近年來駐軍醫院中CT及MRI設備的應用，已使行軍骨折的提前診斷能力大大提高，遺憾的是特殊的軍事條件及訓練機動性，限制了這些大型檢查設備在一線部隊中的裝備，X線機仍是檢查指戰員骨質病變的重要方式。故在現有X線機仍為部隊主流診斷設備的條件下，引入新型圖像分析法，提高對該病變的診斷能力當屬燃眉之急、勢在必行。

灰度差分法是近年來醫學圖像后處理的重要手段，極其敏感且定量顯示圖像像素值及其排列方式的細微變化，亦稱為圖像顯微鏡[13]。以灰度差分法為手段的圖像紋理質地研究已取得豐富的成果[14]，并廣泛應用于臨床工作中。然國內以灰度差分法為手段進行臨床及科學研究尚處起步階段，偶現其中樞神經類疾病中應用的報道，鮮見有關骨折病變的研究。本文以此為基礎，以首診跖骨行軍骨折未被明確，而復診時確診的病例資料為對象，提煉其隱匿性這一特征，運用灰度差分法對其分析。本文結果提示，跖骨局部病變處呈現陡增或陡降征象，與行軍骨折病理過程基本一致，即對應該處應力損傷導致的骨質損傷、骨密度減低或骨質修復、增生[15]。同時，本文采用多次測量、以點作線方式可以準確印證實際骨折線影，且灰度差分法對129例不同部位的隱匿性跖骨行軍骨折的檢測率均在90%以上。另外，簡單便捷的灰度差分法亦易于在一線部隊的醫療單位甚至是裝備X線機的流動車輛上實施，其應用范圍可拓展至包括外傷骨折的診斷、骨折愈后的評價等多個醫學領域。

綜上，本文以基層醫療單位的臨床實際工作不足之處為切入點，以簡單易行的新型圖像后處理技術為手段，以跖骨行軍骨折為病種觀察對象，實例論證了灰度差分法在X線骨折診斷中的科學性及可行性，相關方案可值得借鑒及推廣應用。同時，其應用局限性亦應被注意，如：現有分析多局限于單樣本之間的比較，未開展多樣本組間比較。其次，其較高的敏感性易會造成部分結果的假陽性。另外，縱使其有較高的精確性，仍依托于人工或經驗法對初始興趣區進行劃定。

[1] Jacklin BD, Wright IM. Frequency distributions of 174 fractures of the distal condyles of the third metacarpal and metatarsal bones in 167 Thoroughbred racehorses (1999-2009) [J]. Equine Vet J, 2012, 44(6): 707-713.

[2] 許 偉，李善杰，馬小貝，等.軍事訓練致股骨疲勞骨折的MRI診斷[J]. 臨床軍醫雜志，2013,41(7)：766.

[3] 唐 治，周 晟.疲勞骨折影像學診斷及其誤診原因分析[J]. 中國優生優育，2014,20(6)：437-440.

[4] 葉小明.疲勞骨折68例診治體會[J]. 東南國防醫藥，2006,8(2):115-116.

[5] Emmerson TD, Lawes TJ, Goodship AE,etal. Dual-energy X-ray absorptiometry measurement of bone-mineral density in the distal aspect of the limbs in racing Greyhounds [J]. Am J Vet Res, 2000, 61(10): 1214-1219.

[6] Miller T, Kaeding CC, Flanigan D. The classification systems of stress fractures: a systematic review [J]. Phys Sportsmed, 2011, 39(1): 93-100.

[7] 何 東，陳興燦，鐘 琦,等.四肢關節專用MRI診斷疲勞性骨折的價值[J]. 東南國防醫藥,2014,16(1)：48-51.

[8] 常 靜.微信平臺在濟南地區武警官兵應力性骨折院外護理中的應用[J]. 實用臨床護理學雜志，2016，1(8)：195-196.

[9] Milgrom C, Finestone A, Sharkey N,etal. Metatarsal strains are sufficient to cause fatigue fracture during cyclic overloading [J]. Foot Ankle Int, 2002, 23(3): 230-235.

[10] Taylor D, Casolari E, Bignardi C. Predicting stress fractures using a probabilistic model of damage, repair and adaptation [J]. J Orthop Res, 2004, 22(3): 487-494.

[11] Muir P, McCarthy J, Radtke CL,etal. Role of endochondral ossification of articular cartilage and functional adaptation of the subchondral plate in the development of fatigue microcracking of joints [J]. Bone, 2006, 38(3): 342-349.

[12] Scalco E, Rizzo G. Texture analysis of medical images for radiotherapy applications [J]. Br J Radiol, 2017, 90(1070): 20160642.doi: 10.1259/bjr.20160642.

[13] Chen Z, Chen X, Liu M,etal. Texture features of periaqueductal gray in the patients with medication-overuse headache [J]. J Headache Pain, 2017, 18(1): 14.

[14] Weist R, Eils E, Rosenbaum D. The influence of muscle fatigue on electromyogram and plantar pressure patterns as an explanation for the incidence of metatarsal stress fractures [J]. Am J Sports Med, 2004, 32(8): 1893-1898.

[15] 喻樹高，盤振宇.軍事訓練傷致下肢應力性骨折流行病學調查[J]. 人民軍醫，2008,51(2)：72-73.

(本文編輯：葉華珍； 英文編輯：王建東)

A study on the diagnostic capability of the X ray of the occult metatarsal fracture based on the gray difference method

XIA Wei-wei, FAN Zhi-gang, XU Zhou-ji, CHEN Jin-mei

(DepartmentofRadiology,the359thHospitalofPLA,Zhenjiang212001,Jiangsu,China)

Objective To improve the diagnostic ability of X ray in occult metatarsal fracture, and provide basis for reference and promotion. Methods Collecting the radiology data of the 359th Hospital of PLA, data of patient whose metatarsal fracture was not clear in the first diagnosis of X ray and diagnosed after the follow-up visit were included in the study. 129 cases were included in the case group, and 100 cases in the normal control group. A retrospective analysis was made by using the medical method of gray difference. Results Combining the gray difference method, occult fracture of metatarsal bone gray curve showed abnormal local steep peak or trough steep signs. Multiple collections can effectively define the range of occult metatarsal fractures. The diagnostic rate of occult metatarsal fractures was showed as followed, the first metatarsal bone 100%, the second metatarsal bone 91.14%, the third metatarsal 100%, the fourth metatarsal 91.67%, and the fifth metatarsal bone 92.00%, respectively. Conclusion Based on the gray difference method, the diagnostic capability of X ray in the occult metatarsal fracture could be effectively improved. This kind of scheme could be widely used in the primary hospitals of PLA.

Gray difference method; Metatarsal bone; Marching fracture; Diagnosis

212001鎮江，解放軍第359醫院放射科

范志剛，E-mail：fzg359@163.com

夏巍巍，范志剛，徐周繼，等.基于灰度差分法對隱匿性跖骨行軍骨折X線片診斷能力的研究[J].東南國防醫藥，2017,19(4): 365-367.

R683.42

A

1672-271X(2017)04-0365-03

10.3969/j.issn.1672-271X.2017.04.008

2017-05-06;

2017-06-06)