能譜CT在Ilizarov骨搬移術治療脛骨骨缺損中的應用現狀

李海濤,王棟,李福林,李超,張永紅

(山西醫科大學第二醫院骨科,山西 太原 030001)

Ilizarov骨搬移術是由俄羅斯專家Ilizarov基于牽張成骨原理提出的手術技術,在牽張成骨區形成新生骨痂,可有效治療骨缺損[1-2]。隨著當前社會經濟的高速發展,由于各種原因導致的不同類型骨折數量明顯增多,下肢開放性骨折伴皮膚軟組織缺損在臨床較為常見,復雜性創傷常導致部分骨質缺失。此外,慢性骨髓炎、骨折術后骨不愈合、下肢骨腫瘤切除術也可導致骨缺損。Ilizarov骨搬移技術作為治療骨缺損的一種方案,基本操作過程為先將Ilizarov環形外架固定于缺損的脛骨,進行低能量截骨得到滑行骨段,通過持續的向骨缺損端搬移滑行骨段,在牽拉區所在的空間會產生新骨痂,即為新生成骨區,從而達到治療骨缺損的目的。該技術適用于不同類型的大范圍骨缺損;同時,Ilizarov骨搬移技術在治療過程中,還可根據患者的病情變化及時調整外架,達到最優治療效果;且該技術不僅微創,還可同時達到修復軟組織的效果。但在治療過程中,需要依靠影像學技術對牽張成骨區新生骨進行客觀評價。能譜CT作為一種新型檢查技術,與常規X線相比,不僅可以定性、定量監測新生骨痂的形態、礦化量,彌補常規X線無法定量分析新生骨痂的不足,還可通過去偽影技術[3-6],得到更加清晰的圖像,對于評估骨愈合、及時發現搬移過程中出現的并發癥,制定個體化的治療方案具有相對優勢。本文就能譜CT在Ilizarov骨搬移術治療脛骨骨缺損過程中的應用現狀做一綜述。

1 能譜CT的技術原理

能譜CT最大優勢在于其可在40～140 keV能量間達到瞬時切換[7],并通過后處理軟件,最終獲得相應的單能量圖像、能譜曲線圖像、物質分離圖像、有效原子序數圖像[8],從而達到多參數模式成像的效果,為臨床疾病診治提供更加豐富的影像學參考[9-10]。(1)單能量圖像:能譜CT可通過單管瞬時電壓切換技術,生成40～140 keV的101幅單能量圖像,不僅可以根據臨床所需選取合適的圖像,還可降低偽影對周圍組織的影響,彌補了常規CT混合圖像的不足。(2)能譜曲線圖像:能譜CT可根據不同組織在不同keV下CT值的變化[11],繪制出能譜曲線圖像,通過對能譜曲線圖像的分析,有助于鑒別病變的性質,為臨床疾病的診治提供一定的參考價值[12]。(3)物質分離圖像:能譜CT技術的后處理軟件可將一種任意物質的X線衰減轉變成任意兩種物質X線衰減,根據衰減系數的變化,繪制出物質分離圖像及基物質濃度圖像,從而測量出組織中某種物質的真實含量[13-14]。(4)有效原子序數圖像:能譜CT的數據分析可對比某種化合物與某種元素的吸收衰減系數,計算有效原子序數,從而確定化合物的成分,為臨床疾病的診治提供參考價值[15-16]。

2 能譜CT成像技術在Ilizarov技術治療脛骨骨缺損中的監測方法及臨床意義

在2009年美國尚未推出能譜CT(Discovery CT750 HD)之前,觀察牽拉成骨區新生骨痂的生長情況的技術局限于彩超和傳統X線。Young等[17]在牽拉成骨過程中發現2例患者的新生成骨區中存在液性囊泡,影響周圍新生骨痂的形成,并且牽拉成骨區的骨愈合時間也相對延長,將囊性結構中的液體抽出后發現囊泡區中出現新生骨痂,由此可見囊泡的存在可能會影響骨痂的形成。姚志蘭等[18]在對骨搬移患者進行超聲監測時也發現2例患者出現囊泡,但對于骨痂的形成及骨愈合并未產生影響。根據Young等及姚志蘭等的研究,推測囊性結構可能因成分不同而對骨痂形成及礦化有不同的影響。但二者的不足之處在于,觀察新生骨痂生長情況時,不排除早期X線對于骨痂顯影不佳的影響,同時也并未對囊泡中的液性物質進行定性研究。

早期利用超聲發現囊泡后,可利用能譜CT的能譜曲線及有效原子序數更早對囊泡進行定性分析,對局部囊泡的形成和轉歸提供一定參考價值,同時對搬移骨段的礦化也可進行定量分析。陳雪峰等[19]對開始行骨搬移術的患者進行定期能譜CT掃描,觀察牽拉成骨區新生骨痂的生長情況,發現術后2周即可在近截骨端觀察到原始骨痂的形成,并在其周圍可見機化血腫。根據以上研究推測,新生原始骨痂的搭建部位可能與局部血腫內部的某種因子之間存在某種聯系,但目前尚未有報道證明這一推測。陳雪峰等[19]利用能譜CT曲線對3例出現囊泡的患者進行研究,發現2例患者的能譜曲線與血管的曲線走行一致,推測可能為血腫;1例患者的能譜曲線與血管不一致,推測可能為囊腫。但3例患者的囊泡最終都隨搬移時間的延長而消失,囊泡區也充滿骨痂。由此可見,能譜CT曲線技術不僅可以對囊泡的性質進行初步判斷,同時還可以在早期觀察囊泡的存在對于新生骨痂的生長情況的影響。因此,對于有囊泡存在且能譜CT監測骨痂早期生長緩慢的患者,可提前進行人為干預來促進骨痂的形成。在牽拉成骨的過程中,囊泡出現的原因并未有明確的報道,作者推斷囊泡出現的原因可能與牽拉的速度有關;囊泡內部液體的性質可能會對骨痂的生成有一定影響,但還需大量臨床研究證據的支持。在Ilizrrov技術治療脛骨骨缺損的過程中,利用能譜CT對牽張期的治療效果進行定量評估,可為后續的治療提供一定的參考價值[20]。在骨搬移結束后等待新生骨段的礦化過程中,可利用能譜CT的物質分離與定量技術將新生成骨區羥基磷灰石(hydroxylapatite,HAP)的含量作為監測礦化質量的指標[21]。能譜CT對于HAP的測量可直接客觀的反應新生骨的骨密度,減少臨床醫生對于骨質量主觀性評估的影響,彌補了雙能X線骨密度儀技術不能測量空間成骨質量的不足[22]。能譜CT的金屬偽影減少算法技術,可以減少金屬外固定架對于牽張成骨區新生骨質量測量結果的影響[23]。因此,在能譜CT可精確測量牽拉成骨的骨密度的基礎上,更加準確客觀的指導患者進行康復鍛煉。陳雪峰等[19]在利用能譜CT測量牽拉成骨區新生骨的HAP含量中發現,HAP的含量與新生骨痂的沉降率之間有較好的相關性。但其研究樣本較少,同時也未將骨痂的分布密度與HAP的含量進行分析。若后續研究中能彌補此處不足,研究結果將對于臨床醫師拆除Ilizarov環形外架具有很好的指導意義。

3 能譜CT技術的其他臨床應用

能譜CT作為醫學影像學近年來新發展的技術,該技術在常規CT成像的基礎上可獲得單能量圖像,較常規CT具有低噪音、高對比特點。此外,還可通過后處理軟件的數據,繪制出能譜曲線圖像、物質定量與分離圖像等。能譜CT成像技術不僅在Ilizarov技術治療脛骨骨缺損中具有較好的臨床應用價值,同時也可為腫瘤、結節、骨質疏松、痛風性關節炎等相關疾病的診斷、鑒別、治療提供更具臨床參考價值的影像學信息[24-25]。單能量成像方面:Tanoue等[26]在對32例腦腫瘤患者的回顧性研究中發現,40keV下的單能量圖像的對比度明顯優于常規CT的混合能量圖像,對于腫瘤的診斷更具有參考價值,在單能量成像的同時,通過金屬偽影減少算法可減少內外固定材料所致的金屬偽影,從而獲得更高質量的影像學圖像[27-28]。能譜曲線圖像方面:Pan等[29]在對28例宮頸癌患者的隊列研究中,通過分析能譜曲線斜率的變化趨勢,發現不同病理類型的宮頸癌的能譜曲線斜率間存在差異,由此可見能譜曲線斜率對于不同病理類型宮頸癌的診斷具有一定預測作用,可為病理組織學檢查及臨床醫生提供參考價值。Ma等[30]在對25例小細胞肺癌縱膈淋巴結轉移患者及26例縱膈結節病患者的研究中發現,兩組患者的能譜曲線斜率存在差異。由此可見,能譜曲線斜率的變化可為腫瘤是否轉移與結節病的鑒別提供一定參考價值。物質分離與定量方面:骨質中主要的無機物成分是HAP,利用能譜CT的物質分離定量技術,以HAP和水作為基物質對,通過測量二者的密度值來對骨質量進行評估[31-32]。Zhou等[33]在對128例檢查腰椎椎體骨密度患者的研究中表明,利用能譜CT的物質分離與定量技術,可實現腰椎椎體內骨密度的精確量化。應用能譜CT對痛風患者體內痛風結石評估時,可精確計算出痛風石的數量、體積,同時也可為不同成分的結石做出鑒別診斷[9]。

4 能譜CT成像技術應用于臨床的優勢與局限

能譜CT技術在對Ilizarov骨搬移術治療脛骨骨缺損患者牽拉成骨區新生骨段生長情況進行監測時,可以在早期觀察到新生骨痂的形成,而彩超雖然在早期也可發現X線無法顯影的新生骨痂,但隨著新生骨痂數量的增多,超聲在骨搬移后期無法穿透骨皮質進行測量。在骨搬移的過程中,能譜CT技術可通過能譜CT曲線對局部囊泡性質進行鑒別,相較彩超而言可為臨床醫生決定是否需要對其進行干預治療提供更有價值的參考。能譜CT的物質分離與定量技術相較于X線片可對牽拉成骨區的新生骨進行定量評估,不僅在指導患者治療過程中進行個體化的康復鍛煉,而且在礦化期內通過能譜CT監測的新生成骨區礦化量,可為臨床醫生拆除外固定架提供一定的參考價值[34]。能譜CT作為一種新的影像學檢查手段,其去偽影技術相比常規X線檢查,可在一定程度上減少金屬外固定架產生的偽影,同時可生成40～140 keV的101幅單能量圖像,供臨床所需選取合適的圖像,彌補了常規CT混合圖像的不足。

雖然有相關文獻報道,能譜CT技術的成像質量較傳統CT高,且輻射劑量較傳統CT低[35],但在臨床應用能譜CT檢查時,也要考慮到部分輻射劑量對于機體的影響。能譜CT雖然可以進行多參數模式成像,但對肢體力線以及鄰近關節是否出現畸形的評估不如X線更加直觀,同時在監測新生成骨區的血流動力學方面不如彩超敏感。

5 小 結

作為傳統CT技術上發展而來的能譜CT技術,其多參數成像效果拓寬了臨床疾病的影像學參考范圍。能譜CT技術在Ilizarov骨搬移術治療脛骨骨缺損的過程中,可進行多參數成像,彌補了X線及傳統CT的不足,為臨床醫師診治提供一定的影像學參考價值。因此,能譜CT技術監測Ilizarov骨搬移術治療脛骨骨缺損過程中牽拉成骨區新生骨的生長情況具有一定應用價值,可為骨缺損患者的進一步治療、判斷病情預后提供客觀依據。但相比于彩超、X線,能譜CT在對于某些指標的評估存在一定的局限,因此,對于能譜CT技術的發展還有待于更進一步。