低劑量容積螺旋穿梭技術(shù)4D運(yùn)動(dòng)軌跡成像在髕股關(guān)節(jié)紊亂檢查中的優(yōu)勢(shì)

楊寶軍，席建平，趙春麗，王謙，張博陽(yáng)，馬晨

作者單位：寶雞市中醫(yī)醫(yī)院，aCT室，b婦產(chǎn)科，陜西 寶雞721001

髕股關(guān)節(jié)具有獨(dú)特的解剖構(gòu)型及復(fù)雜的生物力學(xué)屬性［1］，多種因素可使髕骨偏離正常的運(yùn)動(dòng)軌跡而導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)紊亂，為膝關(guān)節(jié)疼痛的主要原因之一［2］，其發(fā)病率高達(dá)15%～45%［3］。以往對(duì)于髕股關(guān)節(jié)疾病的研究主要在于評(píng)價(jià)髕股關(guān)節(jié)的咬合關(guān)系，而目前絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為能反應(yīng)髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及力學(xué)變化的髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)作為診斷該病的關(guān)鍵性指標(biāo)［3-4］。容積螺旋穿梭技術(shù)（volume helical shuttle，VHS），即動(dòng)態(tài)500排技術(shù)，能顯著提高CT的時(shí)間分辨率，動(dòng)態(tài)顯示關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，有利于捕捉髕骨的運(yùn)動(dòng)軌跡［5-6］。本研究將該掃描技術(shù)應(yīng)用于髕股關(guān)節(jié)紊亂病人的CT掃描中，探討其在髕股關(guān)節(jié)CT檢查中的優(yōu)勢(shì)。

1 資料與方法

1.1一般資料選擇2017年1月至2019年3月經(jīng)寶雞市中醫(yī)醫(yī)院骨關(guān)節(jié)科臨床綜合檢查后確診的48例髕股關(guān)節(jié)紊亂病人，采用隨機(jī)數(shù)字表法將其分為常規(guī)組及VHS組，每組各24例。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡≥18歲；（2）膝關(guān)節(jié)無(wú)骨折及手術(shù)史；（3）VHS組病人膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)不受限，能完全掌握并完成VHS掃描動(dòng)作。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）伴有嚴(yán)重的膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻畸形、骨性關(guān)節(jié)炎，膝關(guān)節(jié)感染等病變；（2）病人及近親屬對(duì)不同掃描方案輻射劑量較為敏感。兩組病人間的一般資料比較見(jiàn)表1，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。本研究符合《世界醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)赫爾辛基宣言》相關(guān)要求，所有病人均知情同意。

表1 常規(guī)組及容積螺旋穿梭（VHS）組髕股關(guān)節(jié)紊亂48例一般資料對(duì)比

1.2檢查儀器與方法使用GE公司Healthcare Optima CT660 64排128層螺旋CT掃描儀，以髕骨為中心，掃描范圍從髕骨上緣3～5 cm至脛骨粗隆下2 cm。VHS組病人使用VHS掃描模式，病人取仰臥位，腳先進(jìn)，雙膝并攏，雙足中立位并用束縛帶固定，腘窩下墊三角墊；掃描前反復(fù)對(duì)病人進(jìn)行雙膝關(guān)節(jié)緩慢屈膝運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，保證其動(dòng)作于20秒內(nèi)盡量達(dá)到緩慢、準(zhǔn)勻速，無(wú)明顯的側(cè)移及往復(fù)運(yùn)動(dòng)；雙膝關(guān)節(jié)于完全伸直位掃描定位，啟動(dòng)掃描后囑病人緩慢勻速屈膝；掃描條件：管電壓80 kV，管電流為自動(dòng)管電流或60～80 mAs固定管電流，層厚5 mm，穿梭7～10個(gè)時(shí)像，每次穿梭時(shí)間為2 s，螺距0.984∶1，球管旋轉(zhuǎn)1周0.6 s，掃描后對(duì)所有時(shí)像圖像進(jìn)行80%～90%權(quán)重自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建（ASiR），重建的層厚和間距為0.625 mm。常規(guī)組病人取仰臥位，腳先進(jìn)，雙膝并攏，膝下墊支撐墊使關(guān)節(jié)固定屈曲約20°～30°后行常規(guī)螺旋掃描，掃描條件：管電壓120 kV，管電流為250～300 mAs，層厚5 mm，掃描后進(jìn)行0.625 mm減薄并三維重建。

1.3圖像的處理及評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.1客觀評(píng)價(jià) 將掃描及處理后的圖像傳至AW4.6工作站，兩組圖像均行2D多平面重組（MPR），3D容積再現(xiàn)（VR）重建，常規(guī)組測(cè)量反映髕股咬合關(guān)系的指標(biāo)：外側(cè)髕股角（LPFA）、髕股適合角（CA）、髕骨傾斜角（PTA）［7］；VHS組分別測(cè)量各個(gè)時(shí)像圖像的LPFA、CA、PTA，并使用4D Body Shuttle軟件重建膝關(guān)節(jié)屈曲活動(dòng)，顯示髕骨的4D運(yùn)動(dòng)軌跡。將LPFA開(kāi)口朝內(nèi)、CA＞16°、PTA＞10°作為判定髕股關(guān)節(jié)失穩(wěn)之常規(guī)指標(biāo)異常的標(biāo)準(zhǔn)［8］，將髕骨在屈膝活動(dòng)中明顯的外移、傾斜視為軌跡異常的指標(biāo)［9-10］。統(tǒng)計(jì)所有指標(biāo)異常關(guān)節(jié)，比較兩種方法對(duì)髕股關(guān)節(jié)紊亂的檢出率。

1.3.2主觀評(píng)價(jià) 由2名長(zhǎng)期從事CT診斷工作的副主任醫(yī)師對(duì)髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡以及圖像質(zhì)量分別進(jìn)行評(píng)分。運(yùn)動(dòng)軌跡從其完整性、連續(xù)性及光滑性上予以評(píng)判：5分——軌跡完整（0～60°），連續(xù)無(wú)頓挫、無(wú)側(cè)方擺動(dòng)及往復(fù)運(yùn)動(dòng)或?yàn)檩p微的頓挫及側(cè)方擺動(dòng)；3分——軌跡能滿足臨床基本需求（0～30°），頓挫、側(cè)方擺動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)較為明顯，但不影響髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的判定及常規(guī)指標(biāo)的測(cè)量；0分——軌跡不完整（＜30°），頓挫、側(cè)方擺動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)多、過(guò)大，不能有效判定髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡及對(duì)常規(guī)指標(biāo)的準(zhǔn)確測(cè)量。3分以上即為合格軌跡。圖像質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為：5分——結(jié)構(gòu)清晰，邊緣銳利，噪聲及運(yùn)動(dòng)偽影小，軟組織清晰可辨；3分——圖像結(jié)構(gòu)基本清晰，噪聲及偽影較大，軟組織邊界模糊，骨性結(jié)構(gòu)清晰可辨；0分——圖像細(xì)微結(jié)構(gòu)顯示不清晰，骨性結(jié)構(gòu)邊界模糊，噪聲及偽影過(guò)大。3分以上即為圖像質(zhì)量滿意。當(dāng)評(píng)判意見(jiàn)不一致時(shí)，兩人討論取得一致。

1.4輻射劑量?jī)山M病人完成檢查后，CT自動(dòng)提供容積劑量指數(shù)（CTDIvol）、劑量長(zhǎng)度乘積（DLP）的數(shù)據(jù)。基于DLP估算CT輻射劑量的方法快捷方便，無(wú)須大量計(jì)算，所以本研究以DLP數(shù)值來(lái)評(píng)估兩組輻射劑量。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法所有數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)量資料用x±s表示，采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)或Fisher確切概率法。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

兩組病人從病膝檢出情況、圖像質(zhì)量、輻射劑量方面進(jìn)行了對(duì)比分析（表2）。

VHS組24例病人48只膝關(guān)節(jié)均成功建立了髕股關(guān)節(jié)4D運(yùn)動(dòng)軌跡，獲得了髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡及不同屈膝角度的常規(guī)測(cè)量指標(biāo)數(shù)值，VHS組的檢出率明顯高于常規(guī)組（P＝0.001），VHS技術(shù)可檢出常規(guī)膝關(guān)節(jié)掃描時(shí)不能發(fā)現(xiàn)的髕股關(guān)節(jié)紊亂（圖1A，1B）。

VHS組24例采用低劑量掃描，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析兩組病人輻射量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝3.667，P＝0.001），VHS組輻射劑量較常規(guī)組減少了37.6%，但兩組圖像質(zhì)量總滿意率經(jīng)檢驗(yàn)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＝0.500）（圖1C～1F）。

VHS組軌跡評(píng)分5分17只膝關(guān)節(jié)（35.4%），3分29只膝關(guān)節(jié)（60.4%），總合格率為95.8%，0分即不合格膝關(guān)節(jié)2只（4.2%）。不合格原因1只為軌跡不完整，1只為關(guān)節(jié)側(cè)方擺動(dòng)過(guò)大（圖1G，1H）。

3 討論

髕股關(guān)節(jié)紊亂是髕骨由于各種原因相對(duì)于股骨的運(yùn)動(dòng)偏離了正常的路線，繼而引起下肢應(yīng)力分布發(fā)生了改變，使膝關(guān)節(jié)的軟組織結(jié)構(gòu)、軟骨等產(chǎn)生應(yīng)激性反應(yīng)，最終導(dǎo)致軟骨炎、骨性關(guān)節(jié)炎等后果［11-12］。傳統(tǒng)使用X線、CT及MRI測(cè)量其LPFA、CA、PTA等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，但這些指標(biāo)僅僅反映了某一點(diǎn)靜止?fàn)顟B(tài)下的髕股關(guān)節(jié)咬合關(guān)系，不能體現(xiàn)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)中髕股關(guān)節(jié)的變化情況［13］，因此對(duì)髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡的研究愈顯重要。而VHS技術(shù)是由GE公司開(kāi)發(fā)，它通過(guò)實(shí)時(shí)精控掃描床，使其在數(shù)據(jù)采集期間持續(xù)、精準(zhǔn)地往復(fù)運(yùn)動(dòng)，借助動(dòng)態(tài)螺距容積穿梭及錐形束重建，在提高了時(shí)間分辨率的同時(shí)，其成像Z軸范圍增大至312.5 mm，可有效實(shí)現(xiàn)組織器官的功能成像。目前該技術(shù)主要應(yīng)用于CT的灌注成像、動(dòng)態(tài)血管成像、血流動(dòng)力學(xué)成像等方面［14］。將該技術(shù)應(yīng)用于捕捉髕股關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，可在滿足3D成像的基礎(chǔ)上，最大程度的采集到關(guān)節(jié)活動(dòng)的整個(gè)信息，實(shí)現(xiàn)直觀的4D動(dòng)態(tài)成像。

從本研究結(jié)果來(lái)看，VHS技術(shù)對(duì)病膝的檢出率達(dá)到100.0%，明顯高于常規(guī)方法的檢出率（78.1%）。其主要原因是：首先VHS組可獲得多組不同屈膝角度下的圖像，信息量大而全，而常規(guī)組只有一組圖像，信息量少；膝關(guān)節(jié)在屈伸何種角度下測(cè)量的指標(biāo)具有診斷的特異性本就在臨床實(shí)踐中存在一定的爭(zhēng)議［15］，何況常規(guī)組僅反映了關(guān)節(jié)在某一屈膝角度下的咬合關(guān)系，所以VHS組不僅有利于檢出髕骨穩(wěn)定性最差時(shí)（屈膝0～20°內(nèi)）任一角度發(fā)生的關(guān)節(jié)不穩(wěn)，也有利于檢出少部分髕骨在屈曲20～30°后發(fā)生的不穩(wěn)及一過(guò)性關(guān)節(jié)不穩(wěn)［16］，檢出范圍廣；其次VHS組可重建出髕股關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，在人體運(yùn)動(dòng)中發(fā)現(xiàn)隱匿的髕股關(guān)節(jié)紊亂及運(yùn)動(dòng)功能的改變。

VHS技術(shù)能100%的建立了髕股關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，但膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其運(yùn)動(dòng)除過(guò)屈伸運(yùn)動(dòng)外，還有內(nèi)外側(cè)的側(cè)方位移、旋轉(zhuǎn)等［17］。本研究通過(guò)使用束縛帶固定腳踝及膝關(guān)節(jié)上方，盡量減少脛股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所致的側(cè)方運(yùn)動(dòng)，保證髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡的光滑性；掃描前對(duì)病人嚴(yán)格的訓(xùn)練，保證其運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)勻速、緩慢，盡量減少頓挫及關(guān)節(jié)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，保證髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡的連續(xù)性。VHS組軌跡不合格率為4.2%，主要原因是膝關(guān)節(jié)側(cè)方擺動(dòng)多大、或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)于緩慢而屈膝不到位、或出現(xiàn)多次的重復(fù)運(yùn)動(dòng)，這些均屬于因病人主觀不能完全配合或是膝關(guān)節(jié)疾患影響了規(guī)定動(dòng)作的完成所致，也是導(dǎo)致5分軌跡少（35.4%），3分軌跡較多（60.4%）的主要原因。

VHS技術(shù)需要多個(gè)時(shí)像的穿梭掃描，易增加輻射劑量。本研究VHS組使用低管電壓（80 kV）、低管電流（自動(dòng)管電流或60～80 mA），輻射劑量DLP僅為（175.69±15.61）mGy·cm，低于常規(guī)組掃描劑量的37.6%。輻射劑量的降低，明顯增加了圖像的噪聲，影響圖像質(zhì)量，但ASiR技術(shù)通過(guò)多次迭代，對(duì)噪聲加以校正及抑制，使得到的圖像較為清晰，本研究?jī)山M圖像滿意率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，體現(xiàn)了合理有效的最低劑量原則（ALARA）［18-19］。

表2 常規(guī)組及容積螺旋穿梭（VHS）組髕股關(guān)節(jié)紊亂檢出率、圖像質(zhì)量及輻射劑量對(duì)比

以往學(xué)者對(duì)髕股關(guān)節(jié)進(jìn)行多次及多角度的靜態(tài)掃描，然后勾畫(huà)髕骨中心的相對(duì)應(yīng)位置來(lái)獲得髕骨的運(yùn)動(dòng)軌跡，其掃描過(guò)程繁瑣，圖像后處理及軌跡的勾畫(huà)復(fù)雜，直視性及可重復(fù)性差［20］。VHS技術(shù)改善了其研究的方法，具有一次定位、一次掃描，圖像后處理簡(jiǎn)單，軌跡觀察比較直觀，可重復(fù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，且其采集的數(shù)據(jù)較為全面，配合低劑量掃描方案，可有效檢出髕股關(guān)節(jié)紊亂，較常規(guī)檢查具有明顯的優(yōu)勢(shì)，值得推廣應(yīng)用。

（本文圖1見(jiàn)插圖6-4）

圖1 髕股關(guān)節(jié)紊亂病人膝關(guān)節(jié)CT掃描圖像：A，B為容積螺旋穿梭（VHS）同一病人不同時(shí)像屈膝圖，A為屈膝15°時(shí)髕骨軌跡異常，輕度外側(cè)移位，B為屈膝30°時(shí)髕股關(guān)節(jié)關(guān)系如常；C，D為常規(guī)組一病人常規(guī)劑量掃描后骨窗及軟組織窗；E，F(xiàn)為VHS組一病人低劑量掃描后經(jīng)80%自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建（ASiR）后的骨窗及軟組織窗，兩組圖像骨窗顯示清晰，軟組織窗VHS組噪聲稍大，兩組圖像總體評(píng)分相仿；G，H為VHS組不合格軌跡明顯的側(cè)方擺動(dòng)偽影