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        影像學(xué)評(píng)價(jià)骨折愈合的研究進(jìn)展

        2018-03-04 07:04:16劉嵬張英劍
        醫(yī)學(xué)信息 2018年24期

        劉嵬 張英劍

        摘 ? 要:目前臨床醫(yī)生在評(píng)價(jià)骨折愈合情況時(shí)仍缺乏統(tǒng)一的影像學(xué)標(biāo)準(zhǔn)及金標(biāo)準(zhǔn)。患者間的個(gè)體、骨折部位以及骨折類型的差異都使骨折的影像學(xué)評(píng)估工作變得比較復(fù)雜。對(duì)骨骼的生物力學(xué)的特點(diǎn)及骨折愈合過程的深入研究有助于指導(dǎo)骨折愈合的評(píng)估工作。標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)分系統(tǒng)的研究和特定影像學(xué)標(biāo)志的識(shí)別進(jìn)一步明確了影像科醫(yī)生在這一過程中的作用。本文就骨折愈合的評(píng)分系統(tǒng)和影像學(xué)特征加以綜述,了解現(xiàn)有各種評(píng)價(jià)骨折愈合技術(shù)方法的實(shí)用性、局限性以及潛在發(fā)展方向。

        關(guān)鍵詞:影像學(xué);骨折愈合;影像學(xué)評(píng)分

        中圖分類號(hào):R683 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI:10.3969/j.issn.1006-1959.2018.24.013

        文章編號(hào):1006-1959(2018)24-0048-05

        Abstract:At present, there is still a lack of uniform imaging standard and gold standard in the evaluation of fracture healing by clinicians.Imaging evaluation of fractures is complicated by differences in individual, site and type of fracture.An in-depth study of the biomechanical characteristics of bone and the process of fracture healing is helpful to guide the evaluation of fracture healing.Further study of bone biomechanics and fracture healing is helpful to evaluate fracture healing.The study of standardized scoring system and the identification of specific imaging markers further clarify the role of imaging physicians in this process.In this paper, the scoring system and imaging features of fracture healing are reviewed, and the practicability, limitation and potential development of existing methods for evaluating fracture healing are discussed.

        Key words:Medical imaging;Fracture healing;Imaging score

        目前影像學(xué)評(píng)估骨折愈合的方法眾多,出現(xiàn)很多影像學(xué)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及影像學(xué)特征相關(guān)的研究。本文就這些關(guān)于骨折愈合的評(píng)分系統(tǒng)和影像學(xué)特征加以綜述,以便了解目前這些評(píng)價(jià)骨折愈合技術(shù)各自的的實(shí)用性和局限性,以及該領(lǐng)域的新方法和潛在發(fā)展方向。

        1 骨折愈合的過程

        骨折愈合(fracture healing)是一個(gè)復(fù)雜的再生過程,這一過程除了最初的出血和炎癥階段,其余均與骨骼發(fā)育類似[1]。在骨折部位,血腫形成和炎癥反應(yīng)激活了各種生長因子和細(xì)胞因子,導(dǎo)致間充質(zhì)干細(xì)胞增殖和分化為軟骨細(xì)胞或成骨細(xì)胞。骨折斷端和髓腔內(nèi)很快充滿了能夠形成軟骨痂的軟骨細(xì)胞。在骨干骨折斷端的周圍,骨膜的深層富含具有轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞能力的干細(xì)胞,可以通過膜內(nèi)骨化直接成骨[2]。由于硬骨痂是由周圍到中心形成的,所以骨折間隙中的軟骨通過軟骨內(nèi)骨化轉(zhuǎn)化為編織骨。待編織骨填充骨折斷端間隙后,破骨細(xì)胞與成骨細(xì)胞不斷循環(huán)交替工作,將編織骨轉(zhuǎn)化為板層骨,并改造髓腔[3]。

        從生物力學(xué)角度講,骨折的愈合意味著強(qiáng)度和剛度等機(jī)械性能的恢復(fù)。骨折的畸形愈合往往都能在正常的生理愈合時(shí)間內(nèi)完成,但畸形愈合或?qū)е鹿堑慕嵌取㈤L度及旋轉(zhuǎn)異常。少數(shù)骨折(5%~10%)會(huì)出現(xiàn)延遲愈合或不愈合[1],即骨折愈合過程發(fā)生的時(shí)間明顯長于該部位骨折愈合的預(yù)期時(shí)間3~6個(gè)月。骨不連分為肥大型和萎縮型。肥大型骨不連的特征是骨折端有血管,具有生物活性。而萎縮型骨不連骨折斷端無血管形成,僅僅存在少量骨痂或根本無骨痂形成,骨折線仍然可見[4]。

        很多不良因素都可能破壞骨折正常的愈合過程,最終形成延遲愈合或不愈合。骨折端血供不佳可抑制骨折愈合的早期炎癥和修復(fù)階段,導(dǎo)致萎縮型的骨不連。這可能是局部因素造成的,如骨折的類型和部位、合并嚴(yán)重血管損傷、血腫的壓迫、與滋養(yǎng)動(dòng)脈的距離增加以及骨折斷端骨缺損。也與患者年齡、合并癥、自身?xiàng)l件、吸煙、酗酒和藥物等全身因素有關(guān)[5]。肥大型骨不連主要與骨折愈合晚期重建階段骨折斷端的不穩(wěn)定有關(guān)。骨折斷端持續(xù)不穩(wěn)定導(dǎo)致局部生長滑膜組織,形成假關(guān)節(jié),影像學(xué)上在骨折斷端可見到液體或氣體的特征。感染可干擾骨折的愈合過程,約1/3的骨不連與感染有關(guān)[6]。

        2骨折愈合的評(píng)估

        臨床上需要確定骨折何時(shí)愈合,以便決定患者患肢的負(fù)重狀態(tài)、活動(dòng)水平以及是否需要佩戴支具。雖然骨不連與臨床決策密切相關(guān),但目前文獻(xiàn)報(bào)道中,仍缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[7]。臨床上判斷患者骨折是否愈合通常依靠體格檢查、影像學(xué)表現(xiàn)及患者主觀感受等因素。體格檢查標(biāo)準(zhǔn)通常包括患肢負(fù)重時(shí)骨折部位無疼痛,局部無壓痛、叩擊痛和患肢的負(fù)重能力。影像學(xué)評(píng)估主要靠X光片,通常包括:通過骨、骨痂或小梁橋接骨折;正側(cè)位片上四個(gè)皮質(zhì)中的三個(gè)皮質(zhì)骨折橋接;以及骨折線影消失和骨皮質(zhì)連續(xù)?;颊咦陨韺?duì)功能和疼痛水平的主觀感受評(píng)估也越來越成為重要的判別因素之一。然而近來研究表明患者臨床表現(xiàn),影像學(xué),和患者主觀感受這三個(gè)方面的診斷可能不一致[8]。由于患者個(gè)體差異及文化程度不同,體格檢查時(shí)觸診疼痛的體征也是非常主觀且不可靠的[9]。目前,臨床上也在不斷探索新的檢測骨痂成熟度的方法,Yoshida T等[10]應(yīng)用一種測量生物電阻抗的技術(shù)來評(píng)估骨痂的成熟度,決定何時(shí)去除骨折外固定器。

        3影像學(xué)的作用

        雖然骨科醫(yī)生不能單憑影像學(xué)資料作出診斷和臨床決定,但影像學(xué)資料在對(duì)于骨折是否愈合的判斷上仍然起關(guān)鍵作用。X光片和CT是最常用的方式,超聲和核素成像也逐漸顯現(xiàn)出實(shí)用價(jià)值。

        3.1 X光片 ?由于X光片成本低、應(yīng)用廣泛及輻射相對(duì)小,已經(jīng)成為目前骨折愈合評(píng)估中最常用的技術(shù)。外骨痂的形成和生長以及骨折線被骨痂的橋接是骨折愈合過程中兩個(gè)最容易被識(shí)別的X線征象。隨著骨皮質(zhì)連續(xù)性不斷增強(qiáng)及骨痂不斷生長,骨折抗旋轉(zhuǎn)性能與強(qiáng)度也不斷提升[11]。早期也有關(guān)于人骨折愈合的評(píng)分系統(tǒng),但這些系統(tǒng)比較復(fù)雜且實(shí)用性不強(qiáng)。Eastaugh SJ等[12]在2009年提出最大骨痂指數(shù)的概念,他們在骨折處連續(xù)拍攝兩個(gè)體位的X光片,然后測量兩個(gè)平面上的骨痂組織直徑,與相同水平的骨骼直徑的比值稱為最大骨痂指數(shù),試圖建立可量化的骨痂組織單位。盡管他們發(fā)現(xiàn)最大骨痂指數(shù)與生物力學(xué)強(qiáng)度測試之間有中等程度的相關(guān)性,但作者也指出,即使是拍片過程中很小的體位旋轉(zhuǎn)變化也會(huì)影響測量,并且許多骨折類型不適于這種技術(shù)。Whelan DB等[13]發(fā)現(xiàn),通過投照管狀骨相互垂直的兩個(gè)體位,計(jì)數(shù)發(fā)生骨折斷端橋接的皮質(zhì)數(shù)量可以可靠的評(píng)估骨折的愈合。他們根據(jù)脛骨正側(cè)位四個(gè)皮質(zhì)的骨痂及骨折線影的不同分配制定了脛骨骨折愈合的影像學(xué)評(píng)分(radiographic union score for tibia,RUST),旨在規(guī)范脛骨骨折愈合的評(píng)估。

        有學(xué)者使用大鼠脛骨的動(dòng)物模型來驗(yàn)證這種評(píng)分系統(tǒng)的可靠性[14],結(jié)論與上述Whelan DB的研究結(jié)果不完全一致。Whelan DB等強(qiáng)調(diào)必須是皮質(zhì)骨之間出現(xiàn)橋接才算這一皮質(zhì)骨愈合,但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)X光片上外骨痂生長良好,但對(duì)應(yīng)骨皮質(zhì)仍無橋接,骨折線影仍可見,經(jīng)生物力學(xué)測定,可以按照骨折愈合判定[13]。所以他們對(duì)不同范圍內(nèi)骨折線影的計(jì)分進(jìn)行修訂,從而使RUST評(píng)分系統(tǒng)變得可靠性更強(qiáng),并建議術(shù)后立即拍X光片留作參考,以便在后續(xù)的比較中提高觀察者間評(píng)分的可靠性,主要幫助避免錯(cuò)誤地將重疊骨分類為骨痂形成。這一點(diǎn)在輕度移位的螺旋型骨折的評(píng)估中尤為重要。

        基于RUST評(píng)分的成功,很多研究者已經(jīng)將Whelan DB的評(píng)分系統(tǒng)用于骨骼系統(tǒng)的其他部分的骨折評(píng)估。髖部骨折愈合的影像學(xué)評(píng)分[15](radiographic union score for hip,RUSH)和橈骨骨折愈合的影像學(xué)評(píng)分[16](radiographic union score for radius,RUSS)這兩個(gè)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中已經(jīng)顯示出其可靠性并被廣泛應(yīng)用。RUSH評(píng)分包括RUST評(píng)分的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分算法,但也增加了對(duì)股骨近端穩(wěn)定性特別重要的骨小梁骨折線情況的評(píng)估。RUSH評(píng)分已用于評(píng)估股骨頸和股骨粗隆間骨折,提高了觀察者對(duì)兩種骨折類型愈合情況判定的可靠性。Frank T[15]等發(fā)現(xiàn)股骨頸骨折6個(gè)月時(shí)RUSH評(píng)分仍<18分,即可診斷骨不連,這一結(jié)果敏感性及特異性均為100%,且觀察者如果對(duì)按時(shí)間順序依次投照的系列X光片觀察得出的結(jié)論要比觀察單一一張未知時(shí)間點(diǎn)的X光片得出的結(jié)論要可靠得多。RUSS評(píng)分也被證明是一個(gè)可靠的評(píng)分系統(tǒng),盡管內(nèi)固定物的遮擋可能會(huì)導(dǎo)致評(píng)分者之間存在較明顯的計(jì)分差異[17]。

        除了評(píng)分系統(tǒng),也有關(guān)于X光片中可預(yù)測骨折不愈合的跡象的影像學(xué)特征的研究報(bào)道。Salih S[18]等描述“骨折線”征,骨折線低密度影延伸并超過原始皮質(zhì)邊界但不延續(xù)到骨痂的邊界。該征象對(duì)脛骨干骨折肥大性骨不連有較高的預(yù)測價(jià)值,陽性預(yù)測值為88.9%,陰性預(yù)測值為75.0%。其認(rèn)為這個(gè)影像學(xué)標(biāo)志提示需要增加骨折斷端穩(wěn)定性,延遲取出內(nèi)固定物。

        Duryea J[19]等基于圖像建立了一種定量測量骨痂面積的算法。臨床醫(yī)生需要做的是幫助確認(rèn)影像中骨折范圍,該算法即可自動(dòng)定義其他參數(shù)并計(jì)算骨痂的體積。這種基于軟件的讀片技術(shù)其優(yōu)點(diǎn)主要在于限制用戶的主觀輸入,降低了觀察者之間對(duì)影像判別和評(píng)估的主觀差異。

        3.2 CT ?隨著CT掃描的圖像層厚越來越小,成像質(zhì)量越來越高,現(xiàn)已經(jīng)成為評(píng)估骨折愈合的實(shí)用工具。已有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)CT的影像密度與實(shí)際骨強(qiáng)度具有高度相關(guān)性且骨痂在CT上顯影要早于X光片[20]。盡管已證明CT評(píng)估骨愈合是有用的,但是由于其較高的成本和較高的輻射劑量,它并非常規(guī)用于骨折愈合的評(píng)估。但在X光片診斷不確切的情況下,CT檢查卻是很實(shí)用的輔助手段。有研究證實(shí)在X光片診斷不確定的情況下選擇CT檢查對(duì)骨折愈合情況的判斷是有效的。CT圖像比X光片更適合于定量和容積測量,以減少主觀因素的干擾,因此CT可用于評(píng)估骨愈合過程的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)特性。通過連續(xù)掃描的方式,測量骨折斷端的CT值,可以有效地對(duì)骨折愈合情況做出正確評(píng)估[21]。有學(xué)者進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用CT評(píng)估小鼠骨折模型中股骨的愈合比生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)更實(shí)用[22]。但CT對(duì)于金屬內(nèi)固定物有較強(qiáng)的束狀偽影。傳統(tǒng)CT掃描中為減少金屬偽影常增加管球的電壓或電流,意在消除束狀偽影,但也導(dǎo)致圖像中軟組織影的對(duì)比度降低和輻射劑量的增加[23]。雙能量CT掃描的出現(xiàn)既減少了束狀偽影,又保留了較好的軟組織對(duì)比度,而且輻射劑量與常規(guī)CT相當(dāng)。但考慮到經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性,即使是低輻射劑量的雙能量CT掃描,也不推薦在一般骨折患者隨訪時(shí)常規(guī)應(yīng)用,往往是患者骨折3個(gè)月后X光片顯示愈合不良或者患者仍有疼痛時(shí)才推薦應(yīng)用[24]。像腕舟骨這種有壞死風(fēng)險(xiǎn)的骨折以及某些骨折部位在X光片上被金屬固定物嚴(yán)重遮擋,隨訪時(shí)則需要借助CT檢查評(píng)估骨折愈合情況。

        3.3超聲 ?由于超聲檢查無創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)且無電離輻射,所以在肌肉骨骼成像中迅速得到普及。受其成像原理限制,超聲在評(píng)估骨折部位時(shí),只有外骨痂表面和其覆蓋的軟組織可顯影,而深層的骨折情況顯影較差。盡管有成像的局限性,超聲在評(píng)估骨愈合方面也是存在優(yōu)勢的。由于X光片和CT顯影是依靠骨痂內(nèi)鈣鹽沉積情況的,所以往往在骨折后6~8周后才逐漸顯影,但骨折后1~2周骨痂就能在超聲上顯像[25]。超聲是能在X光片顯影之前就可靠的預(yù)測出骨折是否已愈合,Wawrzyk M等[26]的研究已證實(shí)這一發(fā)現(xiàn),并指出內(nèi)固定物是超聲檢查的重要標(biāo)記參照物,找到內(nèi)固定物后就可在其臨近的組織中進(jìn)行超聲檢查評(píng)估。并提出小兒長骨骨折愈合過程中骨痂形成的超聲表現(xiàn)與X光片表現(xiàn)之間存在相關(guān)性,建議在兒童骨折中超聲檢查代替X光檢查。但是與X光片和CT相比,超聲主要受成像原理所限,強(qiáng)回聲后方的聲影導(dǎo)致其只能評(píng)價(jià)外骨痂的情況而無法良好的評(píng)價(jià)骨皮質(zhì)的愈合情況。

        隨著新技術(shù)的不斷研發(fā),超聲的成像效果也在不斷進(jìn)步。利用特殊探頭可以獲得超聲三維重建圖像,對(duì)觀察復(fù)雜骨折的愈合情況很有幫助。此外,多普勒成像有可能觀察骨折后骨痂周圍血管生長的情況。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明,超聲能量成像可以識(shí)別長骨骨折修復(fù)早期時(shí)新生血管的形成情況[27]。

        3.4核醫(yī)學(xué)影像 ?Tc99m-MDP骨掃描是一種功能成像技術(shù),示蹤劑的濃聚影像提示有血流和新骨形成。正常骨折愈合的過程表現(xiàn)為急性期骨折部位彌漫性攝取、亞急性期線性攝取、以及隨著愈合進(jìn)程攝取減少。X光片和CT上如果見到骨痂影像,則提示骨折周圍組織有活性,但如沒有骨痂影像,就無法辨別局部組織是否有活性或死骨的范圍。骨掃描就能根據(jù)示蹤劑攝取情況加以區(qū)分,雖沒有形成骨痂,但如果局部沒有示蹤劑顯影則提示有死骨形成,有示蹤劑顯影的部分則說明該處的骨組織仍有活性[28]。PET/CT檢查中出現(xiàn)攝取18F-FDG可提示局部成骨細(xì)胞活性和骨痂生長。18F-FDG在骨折愈合正常的過程中攝取良好,但在骨不連的模型中攝取減少,所以18F-FDG可用于早期預(yù)測骨不連及監(jiān)測新骨生長[29]。Wenter V[30]等研究發(fā)現(xiàn)18F-FDG PET/CT檢查可以有助于鑒別骨不連是否由感染因素造成的。Ventura M[31]等在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)18F-FDG PET/CT可監(jiān)測生物材料中骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(BMP-2)的釋放情況。然而,PET/CT由于輻射劑量明顯高于其他方法而尚未普遍應(yīng)用于骨折愈合的隨訪中。目前它仍然主要用于腫瘤學(xué)的相關(guān)監(jiān)測。

        4結(jié)論

        骨折愈合的評(píng)估依賴于包括主觀因素在內(nèi)的多種因素,是臨床工作的重要組成部分。目前的研究主要是將骨痂的形成情況作為骨折愈合的關(guān)鍵指標(biāo)和預(yù)測骨折能否愈合的關(guān)鍵因素,所以對(duì)骨的生物力學(xué)和骨折愈合過程的研究有助于指導(dǎo)目前的臨床實(shí)踐。X光片、CT、超聲及核醫(yī)學(xué)都可作為評(píng)估骨折愈合的方式,但它們各有利弊。探究統(tǒng)一的評(píng)分系統(tǒng)和影像學(xué)體征有助于放射科醫(yī)生診斷的標(biāo)準(zhǔn)化。利用計(jì)算機(jī)輔助測量和優(yōu)化成像技術(shù)將更能提高這一復(fù)雜工作的客觀性,協(xié)助臨床醫(yī)師診斷及治療。

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