作者:上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科  何川

髋和膝关节的人工关节置换术(TJA)是十分成功的手术技术。许多独立中心和关节登记系统数据显示人工髋关节置换(THA)10年假体生存率超过95%，25年假体生存率超过80%;人工膝关节置换(TKA)15年假体生存率93%，20年假体生存率超过83%。尽管手术技术和植入物设计持续更新改良，但潜在的TJA术后并发症仍然存在。随着TJA在人口老龄化社会应用的增加以及植入物使用寿命的提高，需要进行假体植入术后影像学评价的患者数量也持续增长。

诊断性成像在TJA术后并发症的诊断和管理过程中扮演重要角色。假体松动和感染是较常见的术后并发症，而其他并发症诸如关节脱位和关节不稳定、假体位置不正、聚乙烯磨损导致的颗粒病和(或)骨溶解、假体周围骨折、粘液囊炎以及肌腱病变等同样会导致手术失败或者疼痛。传统X线仍然是TJA术后随访评估的基石。X线视野较大，可显示假体与原始关节结构的相对位置，可评估假体对线、假体松动、假体移位、假体周围骨折、异位骨化形成以及软组织钙化等并发症。但是，X线成像会受到投射角度的影响，更重要的是不能反映骨内细微改变和假体周围软组织的情况。近年来，CT，MRI，超声和核素扫描等成像技术的发展，使得TJA术后并发症的诊断手段更多样化，诊断的及时性和准确性都大大提高。

CT

CT可清晰显示细微骨性结构，诊断骨性并发症的敏感性和特异性较高。除显示骨溶解、异位骨化和假体松动等外，还可精确评估骨溶解的范围，显示假体周围实性或囊性肿块。常规CT会因为金属假体的存在而产生较大伪影，从而影响图像质量。CT成像中的伪影与假体金属的密度有关，密度较大的铬合金就会比钛金属产生更强的伪影，并且在金属周围X线的剧烈衰减限制了对紧邻假体的骨和软组织的评估。

通过对CT成像中参数和图像的优化可以减少金属伪影。也可以通过改变患者体位，使射线穿过金属直径最短横截面来明显减少伪影。另外还可采取增加射线源的电压(最高可达140kVp)和(或)电流(成人可加到300～450mAs)、缩小聚焦和薄层扫描等方法，通过增加穿过金属的射线量进一步减少伪影。但是，因射线对患者有潜在伤害，因此可增加的剂量是有限的。新型多源CT扫描仪可以在同一时间形成多个图像，可以有效增加穿透金属的射线数量而不增加射线剂量。

扫描后工作站可以针对感兴趣的结构进行精细调节以改良最终图像质量，也可以进行二维和三维的重建。各种“窗位”设定也有助于评估特定的解剖结构，例如分别观察骨和周围软组织。当存在大的金属假体，阅读图像时使用平时观察纵隔或腹部的“软组织窗”可提高局部骨溶解区的诊断率。作为断层成像的CT在评估骨溶解体积和溶解区发展方面比X线更有价值。CT影像中典型的骨溶解表现为多分叶低密度灶，可呈膨胀性，偶尔可见骨膜反应等与骨皮质异常的相关表现。CT扫描能明确显示假体周围低密度灶，通过比较囊壁密度变化，可以对先前存在的骨关节炎假性骨囊肿和术后出现的骨溶解病灶进行鉴别诊断。由于THA术后髋臼杯被金属头遮挡，横断位CT或X线影像上假体位置关系往往显示不佳，而CT三维重建则可较好地显示其对线关系。TKA术后还可利用CT评估股骨假体旋转对线情况。

MRI

MRI具有多平面扫描、无电离辐射及软组织对比度高等优势，非常适用于评估关节内软组织及骨内细微结构改变，特别是针对那些有临床症状但表现不典型，而且实验室检查不支持感染的病例。与CT一样，TJA术后MRI产生的伪影取决于所使用的金属植入物的类型，与由钴和铬构成的植入物相比，钛合金产生伪影较少。成像时使金属假体的长轴平行于磁场长轴，可减少伪影的产生。但关键是MRI脉冲序列参数决定其图像的整体质量。常规参数下的MRI因为产生的金属伪影太大而不能用于诊断。

由于金属假体产生的磁感应伪影与磁场强度直接相关，临床上推荐对TJA术后患者以较低的1．5T场强进行MR扫描，如果扫描场强太低(＜1．0T)，过低的信噪比同样影响成像质量。同时高带宽、大矩阵、薄层优化的快速自旋回波(FSE)和短时反转恢复(STIR)序列可以显著减少假体周围金属伪影。目前已经研制出针对金属植入物部位成像专用的减伪影技术，如多采集与可变谐振图像组合(MAVRIC)和层编码金属伪影校正(SEMAC)技术，以及最新出现的可混合MAVRIC-SEMAC序列(MAVRICSL)，这些技术可以进一步提高MRI成像质量，以精确评估假体周围软组织情况及其他并发症。

MRI可以对膝或髋关节置换术后疼痛患者进行临床评估。MRI在骨溶解的检测中灵敏性、特异性和准确性均远高于优化的X线，而且诊断效能不受病变位置影响。与X线相比，MRI还可以评估骨溶解病灶区域外的潜在骨外病灶，显示骨质溶解的位置和体积以及骨溶解病灶与周围软组织的关系。MRI可以诊断累及诸如后柱和坐骨等结构的髋臼周围骨质溶解，通常这些区域依据常规的髋关节正侧位X线很难进行准确的评估。研究表明，MRI是检测小于3CM髋臼溶骨性病变的最有效工具。这为动态观察假体周围骨内和软组织改变提供了有效的手段，利于采取手术或非手术措施(如口服双膦酸盐)进行早期干预，也有助于术前制定翻修手术计划。

MRI技术在TJA术后疼痛中的其他应用包括:对磨损颗粒诱发的滑膜炎和假体松动的确认，对复发性脱位病例中假体周围软组织的评估，对假体周围感染的深度和程度的评估，对区域性神经血管病变(如术后神经瘤)和异位骨化的位置以及临近的神经血管结构评估等。本文作者参与的一项对56例髋关节置换术后疼痛患者的研究发现，优化MRI诊断假体松动的敏感性和特异性分别为93%和95%，诊断金属颗粒诱发的假体周围局部组织不良反应(ALTR)以及假体周围骨折的敏感性和特异性均为100%，在综合其他常规检查的基础上，诊断假体周围感染的敏感性和特异性分别为94%和97%，提示MRI对TJA术后并发症评估具有很高的临床价值。

MRI图像可清晰显示磨损颗粒诱发的滑膜炎，关节囊膨胀或炎性假瘤，以及病变与神经血管的关系。THA术后金属颗粒诱发的ALTR表现为假体周围囊性或实性肿块、假体周围积液、软组织肿胀、臀肌腱撕裂、骨质流失、骨膜剥脱、神经血管受累及假体周围骨折等，这些均能通过MRI显示。目前MRI是诊断THA术后ALTR最准确的影像学手段，且MRI显示的病变程度与预后直接相关。对于金属对金属界面髋关节置换术后有症状的患者，建议常规行MRI检查。

假体周围感染与磨损颗粒、金属离子诱发的炎症反应在MRI图像上较难鉴别，但仍然有其特点，需对图像仔细分析并结合其他检查结果，比如MRI图像上出现软组织增生、引流窦道或骨髓炎，可进一步支持假体周围感染这一诊断。而TKA术后MRI图像呈现滑膜增厚、分层和“洋葱皮”样改变，高度提示假体周围感染。但MRI诊断假体周围感染仍需大宗病例研究支持。

MRI诊断假体松动和假体周围骨折具有非常高的准确性，还可评估假体周围软组织病变，例如可评估TKA术后股四头肌肌腱和髌骨肌腱、侧副韧带、后外侧角结构，THA术后臀外展肌和外旋肌肌腱附着点等。高质量的MRI还可以测量股骨假体与股骨上髁轴以及胫骨假体与胫骨结节间的成角，可有效评估假体旋转对线情况。MRI技术和图像分析能力的提高，可大大提高TJA术后并发症诊断的准确率。

超声

超声检查没有电离辐射，具有动态观测的能力，成本相对较低，在对患者的评估中起到重要的作用。但假体植入后关节的评估很大程度上依赖于操作者的个人操作经验和对超声图像的解读能力。另外，超声图像对于未经培训的关节外科医生来说不够直观，解读困难。

在使用超声评估关节置换术后疼痛病例时，由于基本上不存在金属伪影导致的图像质量降低的问题，因此对假体周围肌腱的完整性以及可能存在的肌肉萎缩评估比较准确。因为聚乙烯和金属具有不同的超声成像特点，所以可以用超声来评估关节假体各部件之间的位置关系，可以观察到可能存在的半脱位或聚乙烯磨损情况。超声评估方法已经被应用于肩关节和膝关节置换术后的随访研究中，分别用来评估肩袖和全膝关节假体中聚乙烯内衬的磨损情况及是否有破损。

超声的动态检测能力使医生便于对关节置换术后患者进行诊断性或治疗性干预，甚至可以观察到假体周围肌腱和韧带等软组织在活动关节时是否受到假体植入物的刺激。超声检查探测到膨胀性假关节囊伴异质低回声区，常提示存在聚乙烯内衬磨损产生颗粒诱发滑膜炎。超声还可以发现任何异常的积液(位于关节周围或假瘤内)，并且可根据需要指导积液的抽吸。如果发现关节周围病理性充血，则提示可能存在感染。应用能量多普勒检查有助于识别活动性炎症，从而发现滑膜炎或活动性感染，便于进一步指导穿刺吸引或药物治疗。超声引导下的诊断性抽吸或注射有重要临床意义。通过超声实时定位穿刺针位置，能够在目标区域准确输送药物或保证穿刺针位于目标关节腔内，避免损伤周围神经血管。对于THA术后由于髂腰肌肌腱激惹导致屈髋疼痛的患者，超声不仅可以有效诊断，而且可以直接引导注射治疗。

核医学

肌肉骨骼系统的核素显像敏感性较高而特异性较差，使其临床应用特别是针对关节置换术后病例的评估受到限制。应用核素显像鉴别无菌性炎症、假体松动与感染一直非常困难，尤其是对于术后时间较短(＜1年)的病例。上海交通大学医学院附属瑞金医院的一项研究中采用99TCM标记的三相核素骨扫描联合术中组织冰冻病理学检查鉴别THA术后远期假体松动与感染，结果敏感性为94%，特异性为100%，且阴性结果对于翻修手术方案制定有指导意义。与炎症特异性试剂组合，例如镓或被标记的白细胞作为放射性示踪剂能提高核素显像技术诊断感染的特异性，特别是对于TKA术后病例。

近来，PET/CT全身成像的应用得到不断的扩展，已经应用于TJA术后患者。应用PET/CT时，常使用18-氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)等炎症特异性试剂作为放射性示踪剂。一项早期研究结果已经证明PET/CT在THA和TKA术后的潜在应用价值，以对示踪剂吸收程度的高低来鉴别活动性感染、假体无菌性松动和滑膜炎(18F-FDG的高度摄取提示感染，中度摄取提示假体无菌性松动，低度摄取提示滑膜炎)。在对脊柱术后感染的研究中，PET/CT也显示出较可观的结果，与常规三相核素骨扫描或组合放射性示踪剂相比，对感染的诊断具有更高的特异性。然而，PET/CT检查不仅费用昂贵，而且有效放射剂量较大，成人检查估计为10～30mSv，而普通CT检查＜0．1mSv。目前，PET/CT在TJA术后评估中的作用尚不确定，尚不能作为常规检查手段。

总之，CT，MRI，超声和核医学等成像技术在诊断关节置换术后并发症中都有一定的临床价值，可以根据具体的临床情况由关节外科医生与放射科、超声科以及核医学科医生选择使用。熟悉各种成像技术在关节置换术后应用的优缺点，准确判读成像图像，可以使关节外科医生拥有更丰富的诊断手段，更易鉴别各种术后并发症。关节外科医生与相关检查科室医生的交流协作不仅有益于各自诊断水平的提高，更重要的是能使患者获得最大效益。

来源：骨科临床与研究杂志2017年7月第2卷第4期

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