胡欽勝 聶涌 沈彬 楊靜 周宗科 康鵬德 裴福興

T-SMART 斷層融合成像在髖膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后影像學(xué)檢查的意義

胡欽勝 聶涌 沈彬 楊靜 周宗科 康鵬德 裴福興

目的 探討斷層融合成像技術(shù) ( tomosynthesis-shimadzu metal artefact reduction technology，T-SMART ) 在髖膝關(guān)節(jié)置換患者術(shù)后影像學(xué)檢查中的意義。方法 提取 2015年 1～6月，行 T-SMART 檢查的24例髖膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者的影像資料 [包括數(shù)字化 X 線(xiàn)攝影 ( digital radiography，DR )、CT]，對(duì)圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)及定量測(cè)量，通過(guò)比較各種檢查方法對(duì)假體周?chē)Y(jié)構(gòu)的觀察效果，研究 T-SMART 對(duì)人工關(guān)節(jié)假體及其周?chē)Y(jié)構(gòu)的顯示優(yōu)勢(shì)。結(jié)果 對(duì)所得到的圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，T-SMART 組優(yōu)片率為 91.7%，DR 組優(yōu)片率為 66.7%，而 CT 組優(yōu)片率為 0%。T-SMART 圖像顯示骨及假體周?chē)Y(jié)構(gòu)清晰，較 DR 有顯著優(yōu)勢(shì)；在價(jià)格、放射劑量、偽影控制等方面，較 CT 有明顯優(yōu)勢(shì)。結(jié)論 T-SMART 能夠有效去除偽影，圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于 DR和 CT，可用于關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周?chē)∽兊脑缙谠\斷，評(píng)估假體穩(wěn)定性，臨床意義重大。

X 線(xiàn)影像增強(qiáng)；體層攝影術(shù)，X 線(xiàn)計(jì)算機(jī)；體層攝影掃描儀，X 線(xiàn)計(jì)算機(jī)；關(guān)節(jié)成形術(shù)，置換，髖；關(guān)節(jié)成形術(shù)，置換，膝；斷層融合成像技術(shù)

隨著人工關(guān)節(jié)置換手術(shù)的普及和推廣，關(guān)節(jié)置換術(shù)后人工關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的評(píng)估已成為常規(guī)工作。關(guān)節(jié)置換術(shù)后復(fù)查的主要手段為影像學(xué)檢查，常用的檢查方法有數(shù)字化 X 線(xiàn)攝影 ( digital radiography，DR )和 CT。DR 顯示重疊圖像，假體以及相融合的解剖結(jié)構(gòu)不能清晰顯示；由于金屬植入物產(chǎn)生的偽影可使 CT 圖像質(zhì)量嚴(yán)重下降，對(duì)臨床骨科醫(yī)生的診療帶來(lái)影響[1]。數(shù)字化體層融合技術(shù) ( DTS ) 是新興的斷面成像技術(shù)，它是在數(shù)字化平板探測(cè)器 X 線(xiàn)設(shè)備上進(jìn)行一次連續(xù)曝光采集后，通過(guò)計(jì)算機(jī)重建得到掃描容積內(nèi)任意層面的圖像[2]。把原始圖像分為不含金屬成分圖像和金屬圖像后，運(yùn)用迭代重建( iterative reconstruction，IR ) 技術(shù)進(jìn)行圖像整合，從而最終得到 T-SMART 圖像。T-SMART 技術(shù)能夠有效地去除患者體內(nèi)的金屬偽影，改善圖像質(zhì)量[3-5]。本研究旨在探討 T-SMART 斷層融合成像在髖膝關(guān)節(jié)置換患者術(shù)后影像學(xué)檢查的意義。

資料與方法

一、一般資料

在我院 PACS 系統(tǒng)中提取 2015年 1～6月，行 T-SMART 檢查的 24例髖膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后患者( 25個(gè)關(guān)節(jié) )，男 10例，女 14例，年齡 56～82歲，平均 65.0歲。其中髖關(guān)節(jié) 15例 ( 16個(gè)關(guān)節(jié) )，膝關(guān)節(jié) 9例 ( 9個(gè)關(guān)節(jié) )。所有患者進(jìn)行了前視－后視和側(cè)視 T-SMART 斷層融合成像掃描和 DR檢查，6例 ( 3例髖，3例膝 ) 同時(shí)進(jìn)行了 CT 檢查進(jìn)行對(duì)照。所有病例關(guān)節(jié)假體均為鈦合金材質(zhì)。

二、體層掃描設(shè)備及圖像重建方法

DTS 檢查均采用島津公司 Sonialvision safire II全數(shù)字化大平板透視－攝影系統(tǒng)及島津圖像后處理工作站。所有患者均取仰臥位，將被檢查部位置于檢查床中心，焦片距為 1100mm，首先拍攝定位像，膝關(guān)節(jié)從股骨下段到脛腓骨上端，包含整個(gè)人工膝關(guān)節(jié)，髖關(guān)節(jié)從股骨中上段到髖臼頂部，選用關(guān)節(jié) TOMOS ( Tomosythesis 斷層融合 ) 掃描序列，均行正位和側(cè)位掃描。曝光條件：平均約 65kV，2.5mAs，斷層夾角 40°，成像時(shí)間為 5.0～7.5s，得到原始圖像 ( 因肢體長(zhǎng)度和掃描范圍不同，獲得圖像數(shù)量也各有不同 )。掃描后原始數(shù)據(jù)采用 IR 技術(shù)重建圖像。

三、數(shù)字化 X 線(xiàn)攝影

應(yīng)用島津公司數(shù)字化 X 線(xiàn)機(jī) ( CH-200)。髖關(guān)節(jié)采用骨盆正位攝 X 線(xiàn)片，在囑患者制動(dòng)狀動(dòng)下，拍攝膝關(guān)節(jié)正側(cè)位 X 線(xiàn)片。

四、CT 圖像采集

患者取仰臥位，采用西門(mén)子公司 64排 CT 機(jī)( SOMATOM Definition Flash ) 行髖膝關(guān)節(jié)掃描，掃描后數(shù)據(jù)采用體算法重建，層厚及重建間隔均為1.0mm。

五、假體及其周?chē)Y(jié)構(gòu)清晰度的評(píng)價(jià)

本研究采用主觀評(píng)估和定量測(cè)量方式對(duì)偽影強(qiáng)弱程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)：解剖結(jié)構(gòu)、骨小梁及骨皮質(zhì)顯示清晰，關(guān)節(jié)間隙顯示清晰，金屬植入物與周?chē)堑南噙B結(jié)構(gòu)情況顯示清楚，無(wú)金屬偽影，記2分 ( 圖 1a )；中：因輕微偽影或受限于圖像分辨率等原因，圖像清晰度受影響，但基本不影響觀察，記 1分 ( 圖 1b )；差：解剖結(jié)構(gòu)的對(duì)比度與清晰度均較差，金屬植入物與周?chē)堑南噙B結(jié)構(gòu)顯示不清楚，或金屬偽影明顯，關(guān)節(jié)間隙不清，不利于診斷，記 0分 ( 圖 1c )。

圖1 患者，女，70歲，右側(cè)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后無(wú)菌性松動(dòng) a：T-SMART 顯示脛骨假體松動(dòng)，與脛骨之間間隙清晰；b：DR 圖像因?yàn)閳D像分辨率原因，假體、骨水泥與骨之間結(jié)構(gòu)欠清晰；c：CT 圖像因?yàn)閭斡案蓴_大，圖像極不清晰，嚴(yán)重影響觀察Fig.1A 70-year-old female patient who was diagnosed as aseptic loosening of Rt TKA a: T-SMART showed aseptic loosening of the tibial component, the gap between it and the bone was clear; b: As for the low image resolution, the structures between implant, bone cement and the bone were not clearly shown in the DR image; c: Because of severe interferences of the artifacts, the CT images could only be badly observed

在閱片工作站上分別瀏覽同一患者的體層掃描圖像、DR 與 CT，抽取出體層掃描圖像及 CT 冠狀位重建圖像中通過(guò)假體長(zhǎng)軸線(xiàn)的層面，由放射科和骨科各 2位醫(yī)生分別對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，意見(jiàn)不一致時(shí)協(xié)商達(dá)成一致。同時(shí)定量測(cè)量存在的偽影，通過(guò)測(cè)量三組圖像中相同位置最大偽影的長(zhǎng)度 ( 如果存在 )，客觀地評(píng)價(jià)三種技術(shù)手段對(duì)金屬植入物邊緣清晰度、假體與周邊骨水泥的融合度以及人工關(guān)節(jié)間隙的顯示效果，測(cè)量結(jié)果取平均值后記錄。

六、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用 SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，圖像質(zhì)量的比較采用配對(duì)設(shè)計(jì)的 χ2檢驗(yàn)進(jìn)行比較，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、三組圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)比較

4位醫(yī)師從圖像清晰度、假體金屬植入物與周?chē)窍噙B結(jié)構(gòu)的顯示清晰度、金屬偽影的多少等方面對(duì)不同技術(shù)得到的圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)。在 T-SMART組中，優(yōu)片率為 91.7% ( 22/ 24)，中與差為 8.3% ( 2/ 24)。在 DR 組中，優(yōu)片率為 66.7% ( 16/ 24)，中與差為 33.3% ( 8/ 24)，兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ( P＜0.05)。在 CT 組中，僅有的 6張圖片，優(yōu)片率為 0% ( 0/ 6)，中或差為 100% ( 6/ 6)。

二、三種檢查手段的檢測(cè)數(shù)據(jù)及三組圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)比較

T-SMART 的檢查費(fèi)用與 DR 持平，但比 CT 低得多。放射時(shí)間上 DR 時(shí)間最短，T-SMART 和 CT卻因?yàn)闄z查范圍大小、假體長(zhǎng)短不同等諸多因素差異較大，但均明顯長(zhǎng)于 DR 的時(shí)間 ( P＜0.05)。在放射劑量上，DR 也是三者中最低的，T-SMART 的放射劑量明顯高于 DR，但同時(shí)明顯低于 CT ( P＜0.05)。三組圖像均能顯示人工髖膝關(guān)節(jié)的形態(tài)以及相鄰的解剖結(jié)構(gòu)，其中所有 DR 檢查均無(wú)金屬偽影，圖片顯示不清主要是由于組織重疊，不同的解剖結(jié)構(gòu)相互干擾所致。T-SMART 圖片中僅 2例可見(jiàn)少許金屬偽影，且偽影長(zhǎng)度極小，分別為 0.2mm 和0.3mm。僅有的 6例 CT 圖片中均存在不同程度的偽影，除 1例因輕度偽影不太影響觀察外，其余均顯示不清。偽影長(zhǎng)度從 2.1～12.5mm 不等 ( 表 1)。

三、金屬偽影表現(xiàn)

金屬偽影表現(xiàn)各異，可為條狀、星芒狀或放射狀，長(zhǎng)期困擾著臨床醫(yī)師[6]。T-SMART 圖像在經(jīng)過(guò)處理后，顯示骨及假體周?chē)Y(jié)構(gòu)清晰，較 CT 及 DR有顯著的優(yōu)勢(shì)，可用于關(guān)節(jié)置換術(shù)后不同階段的隨訪(fǎng) ( 圖 2，3)。

例 1，女，68歲，右全髖關(guān)節(jié)置換術(shù) ( total hip arthroplasty，THA ) 術(shù)后 14年，疼痛 3年，左 THA術(shù)后 6年。入院影像學(xué)檢查 ( 圖 2)。

表1 不同影像學(xué)檢查手段的比較Tab.1The data related to different radiological assessment techniques

圖2 患者，女，68歲，右 THA 術(shù)后假體無(wú)菌性松動(dòng)，右股骨骨缺損 ( Paprosky IIIa ) a：T-SMART 圖像顯示右側(cè)股骨近端骨質(zhì)和假體之間可見(jiàn)明顯間隙，可確定右側(cè)股骨柄松動(dòng)、骨溶解明顯，而左側(cè)髖關(guān)節(jié)假體固定良好；b：DR 圖像可清晰顯示右側(cè)股骨假體外移下沉，但股骨假體與假體周?chē)琴|(zhì)間透亮線(xiàn)不明顯；c：CT 圖像偽影嚴(yán)重影響觀察，僅能判斷右側(cè)股骨假體下沉外移，外側(cè)皮質(zhì)觀察不清Fig.2A 68-year-old female patient who was diagnosed as aseptic loosening of Rt TKA and bone defect of Rt femur ( Paprosky IIIa ) a: T-SMART showed that there was a gap between right proximal femur and the implant, so the aseptic loosening of the femoral component and osteolysis of the femur was conf i rmed; b: Right femur sank and laterally shifted, but there was no radiolucent lines between the implant and the bone, shown in the DR image; c: Artifacts of the CT image seriously affected the observation, only the right femur sink and laterally shift could be conf i rmed, while the lateral cortex was not clear

圖3 患者，男，45歲，髖關(guān)節(jié)翻修術(shù)后 1個(gè)月隨訪(fǎng)假體穩(wěn)定 a：T-SMART圖像顯示股骨和假體之間貼合緊密，未見(jiàn)間隙，可確定股骨柄固定良好；b：DR 圖像可清晰顯示假體位置良好，但顯示效果明顯不及 T-SMARTFig.3A 45-year-old male patient whose implant was stable at post-operative 1month follow up a: T-SMART showed that the femur and prosthesis closely attached, no gap between them, so the fixation of the femoral implant was good; b: The DR images showed that the prosthesis was in good position, but the effects were not as good as T-SMART

例 2，男，45歲，右髖翻修術(shù)后 1個(gè)月，門(mén)診行影像學(xué)檢查 ( 圖 3)。a：為體層掃描影像，股骨和假體之間貼合緊密，未見(jiàn)間隙，可確定股骨柄固定良好；b：DR 圖像可清晰顯示假體位置良好，但顯示效果明顯不及體層掃描檢查。

討 論

關(guān)節(jié)置換術(shù)的術(shù)后觀察、療效隨訪(fǎng)和愈后評(píng)價(jià)主要依賴(lài)影像學(xué)檢查，目前，國(guó)內(nèi)外主要采用 DR 檢查和 CT 掃描。MRI 由于金屬植入物所產(chǎn)生的強(qiáng)磁敏感偽影會(huì)影響成像質(zhì)量和診斷效能而不予采納[7]。術(shù)后給予普通 X 線(xiàn) DR 檢查，可了解患者恢復(fù)情況，方便有效。普通 DR 是分布于二維空間的平面圖像，所包括的影像結(jié)構(gòu)相互重疊、遮蓋，假體連接部位往往不容易顯示，因而局部細(xì)節(jié)觀察受限[8]，較難做出明確的診斷。髖膝關(guān)節(jié) CT 掃描可進(jìn)行多平面重建、多角度顯示，已成為骨科檢查的常用手段，但術(shù)后有金屬假體植入物的病例在行 CT 掃描時(shí)，金屬植入物易產(chǎn)生線(xiàn)束硬化偽影，表現(xiàn)為明暗相間的條狀或放射狀，影響對(duì)假體與周?chē)墙M織連接部位的觀察，使圖像質(zhì)量明顯降低，甚至無(wú)法診斷[4,9-10]，而 DTS 彌補(bǔ)了此類(lèi)檢查的不足。通過(guò)應(yīng)用 IR 技術(shù)進(jìn)行圖像分析，去除了金屬偽影，顯示假體周?chē)Y(jié)構(gòu)清晰，更為直觀明了，診斷較為容易[3]。

本研究中 T-SMART 的優(yōu)片率可以達(dá)到 91.7%，顯著提高了人工髖膝關(guān)節(jié)假體周?chē)c骨組織相溶部分的顯示能力，清晰地展現(xiàn)了金屬內(nèi)置物與周?chē)琴|(zhì)的解剖結(jié)構(gòu)，由此可以判斷假體的穩(wěn)定性。如果假體周?chē)霈F(xiàn)透亮線(xiàn)，則表明假體出現(xiàn)了松動(dòng)。如果貼合緊密，則假體固定良好。而 CT 圖像中人工關(guān)節(jié)周?chē)a(chǎn)生的金屬偽影非常明顯，假體與周?chē)墓侨诤霞?xì)節(jié)顯示極差，優(yōu)片率僅為 0%。DR 雖無(wú)偽影，但假體與周?chē)M織間顯示不清，無(wú)法做精細(xì)判斷和測(cè)量，優(yōu)片率僅為 66.7%。但由于本研究樣本量較小，而植入金屬產(chǎn)生的偽影與金屬的形狀、大小、形態(tài)、種類(lèi)及重建使用的參數(shù)都有關(guān)[11-12]。因此，在未來(lái)的臨床工作中需要納入更多的病例資料加以驗(yàn)證。雖然 T-SMART 在觀察組織結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)如此明顯，但在價(jià)格上卻與 DR 的價(jià)格一樣，顯著低于 CT。研究還發(fā)現(xiàn)在放射劑量上，T-SMART 要高于 DR，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 CT，與文獻(xiàn)中報(bào)道一致[13-14]。

盡管 T-SMART 具有無(wú)金屬偽影、輻射量較低、價(jià)格較低和操作便利等明顯優(yōu)點(diǎn)，但其也有明顯的不足：( 1) 因?yàn)閽呙杞嵌鹊南拗疲?CT 相比，T-SMART 缺乏橫斷面的重建，不能對(duì)水平面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察；( 2) 雖然假體及骨小梁結(jié)構(gòu)顯示極為清晰，但軟組織顯示不好是其短板，在這方面甚至不如 DR 的參考價(jià)值大。

綜上所述，T-SMART 能夠有效地去除偽影，清晰顯示假體與周?chē)琴|(zhì)的關(guān)系，能夠克服由于 X 線(xiàn)片組織重疊、CT 金屬偽影重等因素導(dǎo)致的無(wú)法正確評(píng)價(jià)金屬假體與周?chē)琴|(zhì)關(guān)系的不足，可用于髖膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周?chē)∽兊脑缙谠\斷，特別是對(duì)于觀察骨溶解、假體松動(dòng)等方面，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，臨床意義重大。

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( 本文編輯：李貴存 )

第四屆骨腫瘤保肢功能重建高峰論壇暨第一屆創(chuàng)傷修復(fù)重建高級(jí)研討會(huì)報(bào)名通知

第四屆骨腫瘤保肢功能重建高峰論壇暨第一屆創(chuàng)傷修復(fù)重建高級(jí)研討會(huì)——聚焦新技術(shù)，將于 2017年 10月20～21日在上海召開(kāi)。此次大會(huì)由上海市骨腫瘤學(xué)組、上海市中西醫(yī)結(jié)合學(xué)會(huì)骨傷科專(zhuān)業(yè)委員會(huì)創(chuàng)傷學(xué)組共同主辦，由上海市第十人民醫(yī)院骨科承辦。屆時(shí)著名骨腫瘤和創(chuàng)傷專(zhuān)家將會(huì)聚上海，濟(jì)濟(jì)一堂，分享經(jīng)驗(yàn)，共享骨腫瘤，骨創(chuàng)傷肢體功能修復(fù)重建的新理念、新技術(shù)，必定會(huì)為與會(huì)者帶來(lái)別開(kāi)生面的新收獲！

請(qǐng)有意參會(huì)者，提前電話(huà)或者郵件聯(lián)系會(huì)務(wù)組注冊(cè)參會(huì)?，F(xiàn)將有關(guān)事項(xiàng)通知如下：

1. 會(huì)議時(shí)間：2017年 10月 20～21日；

2. 會(huì)議地點(diǎn)：上海市健康智谷 7號(hào)樓 3樓多功能廳( 地址：上海市靜安區(qū)靈石路 697號(hào) )；

3. 費(fèi)用：免注冊(cè)費(fèi)，餐宿自理；

4. 學(xué)分：授予 II 類(lèi)學(xué)分 4分；

5. 會(huì)務(wù)聯(lián)系人：朱昆鵬 15216636683，

張雷 13611699021，

大會(huì)郵箱：bonetumortrauma@163.com

Signif i cance of T-SMART in post-operative radiological assessment of total joint replacement

HU Qin-sheng, NIE Yong, SHEN Bin, YANG Jing, ZHOU Zong-ke, KANG Peng-de, PEI Fu-xing.
Department of Orthopaedics. West China Hospital, Sichuan University. Chengdu, Sichuan, 610041, China

Objective To investigate the value of tomosynthesis-shimadzu metal artefact reduction technology ( T-SMART ) in post operative radiological assessment of total joint replacement. Methods From Jan 2015to June 2015, 24patients who

hip / knee replacement were recruited and the radiological materials, including DR and CT, were compared with subjective evaluation and quantitative measurement. The advantages of T-SMART in observing artif i cial joint prostheses and its surrounding structure were studied by comparing the observation effects of various radiographic materials. Results The images obtained through the three techniques were subjectively evaluated. The satisfactory rate of T-SMART group was 91.7%, DR group 66.7% and CT group 0%. Compared with DR, the T-SMART showed the bone and periprosthetic structures more clearly. It had signif i cantly more advantages than CT in the price, doses of radiation and the artifacts control. Conclusions T-SMART can effectively remove the artifacts, and the quality of the images was better than DR and CT. It can be used in the early diagnosis of periprosthetic problems after joint replacements, to assess the stability and has clinical signif i cance.

Radiographic image enhancement; Tomography, X-ray computed; Tomography scanners, X-ray computed; Arthroplasty, replacement, hip; Arthroplasty, replacement, knee; Tomosynthesis-shimadzu metal artefact reduction technology

10.3969/j.issn.2095-252X.2017.08.006

R687.4, R445

610041 成都，四川大學(xué)華西醫(yī)院骨科

2016-11-28)