X线、CT及MRI对髋关节置换术后并发症的诊断价值

蒋梅花 何 川 冯建民 严福华 陈 喆 陆 勇

2 上海交通大学医学院附属瑞金医院骨科

髋关节置换术后并发症主要依靠影像学检查技术进行评估，X线摄片为常规随访手段，CT可精确显示假体周围骨质改变及假体对位对线关系，MRI软组织分辨率高，可检测X线及CT上为阴性的软组织病变。笔者通过回顾性分析44例髋关节置换术后出现并发症而进行翻修手术的病例，观察其X线、CT、MRI表现，并与手术病理结果对照，旨在提高对其影像表现的认识，探讨三者的诊断价值。

方 法

1.临床资料

搜集2010年1月—2014年7月期间我院收治的44例髋关节置换术后疼痛病例，其中男性17例，女性27例，年龄为35～88岁，中位年龄65岁。所有患者翻修术前均行X线、CT及MRI检查，所有并发症经手术病理证实。所有患者首发症状均为不同程度的疼痛或跛行，病史为1～24个月，其中2例有外伤史。

2.影像学检查方法

所有病例均行X线、CT及MRI检查。X线检查采用飞利浦DR仪，摄骨盆前后位片和患侧髋关节正侧位X线片。CT检查应用GE全身螺旋CT扫描仪，120 keV，300mAs，行冠状面及矢状面MPVR重建。MRI检查采用GE 1.5T扫描仪（Signa HDXT），采用心脏表面线圈，行横断面及冠状面扫描，扫描参数：FES T1W TR 400～600ms，TE 15～20ms，FSE T2W TR 2000～4000ms，TE 80～120ms，FSE STIR TR 2000～4000ms，TE 80～120ms，TI 150ms，层厚5mm，层距1mm，矩阵286×286，FOV40cm。

3.影像学资料分析

由两位经验丰富的放射科医生单独在PACS系统上分析44例患者的X线、CT及MR图像表现，观察并记录图像上是否出现无菌性松动、骨溶解、感染、异位骨化、假瘤或假体周围骨折等并发症表现，出现记为“1”，不出现记为“0”。对两位医生诊断意见不一致的病例，经共同经讨论后确定结果。

4.统计分析

采用四格表资料分析方法，分别统计X线、CT及MRI诊断髋关节置换术后无菌性松动、骨溶解及感染的敏感度和特异度，采用四格表配对卡方检验方法，分析三者诊断准确性的统计学差异。所有统计分析均在SPSS16软件上进行，P＜0.05为有统计学差异。

结 果

1.一般情况

44例患者的并发症包括无菌性松动、骨溶解、感染、假瘤及假体周围骨折(表1)，此外，影像学资料上还可观察到假体周围异位骨化。

2.影像表现

在X线平片和CT图像上，无菌性松动表现为假体周围＞2mm的均匀透亮线影（图1）。骨溶解表现为囊样透亮区，单发或多发，边界清晰，部分伴硬化边形成（图2）。假体周围感染的骨与软组织呈多种改变，X线表现为扇贝样骨质破坏，伴假体周围＞2mm的不规则透亮线。CT局部骨皮质轮廓不规则中断、缺损，无明显硬化缘（图3）。假瘤病例可见假体内衬磨损、移位，假体未见明确松动征象，X线对软组织改变显示不敏感，CT上可见假体周围类圆形软组织影，部分病灶内可见点片状金属碎屑影（图4）。假体周围骨折表现为假体周围骨皮质不连，骨折断端轻微移位。另外，X线平片见假体周围软组织内异位骨化形成1例，CT见4例，呈片状骨质密度影，CT精细地显示异位骨化与周围软组织的解剖关系。

图1 髋关节置换术后无菌性松动。A.X线平片示股骨柄假体-骨界面出现一均匀透亮线影，＞2mm（白箭）。B.CT冠状位MPR表现同X线平片一致（白箭）。C.冠状面T2WI示股骨柄假体周围线样稍高信号（白箭）。D.冠状面STIR像上高信号未被抑制（白箭）。

图2 髋关节置换术后骨溶解。A.X线平片示股骨大粗隆囊状透亮区（星号）。B.CT冠状面MPR示股骨大粗隆及髋臼囊状骨质透亮区，边界清晰（星号）。C.冠状面T2WI示股骨大粗隆和髋臼正常骨质信号为软组织信号取代，呈等稍高信号（星号）。D.横断面T2WI示股骨大粗隆和髋臼处骨溶解，边界清晰（星号）。

图3 髋关节置换术后感染。A.X线平片示股骨柄假体周围不规则透亮线影，＞2mm（白箭），股骨大粗隆见骨质透亮区（星号）。B.CT冠状面MPR示股骨柄假体周围不规则透亮线影（白箭），股骨大粗隆骨质吸收，骨皮质不连（星号）。C.冠状面STIR像示股骨柄假体不规则条片样高信号影（白箭），股骨大粗隆正常骨质信号消失，代之以囊状高低混杂信号，伴明亮液性信号影（星号），假体周围肌肉广泛信号增高（细白箭）。D.横断面T2W像示股骨大粗隆正常骨质信号消失，代之以囊样高低混杂信号影（星号）。

图4 髋关节置换术后假瘤。A.CT冠状面MPR示髋关节周围一类圆形软组织影，边界尚清（星号）。B.冠状面T2WI示髋关节周围类圆形囊实性软组织信号，呈等稍高混杂信号，病灶内可见液性信号影穿插其中（星号）。C.冠状面STIR像上高信号未被抑制。

在MR图像上，无菌性松动表现为假体周围光滑线样或环形中等信号影，STIR上呈稍高信号（图1）。骨溶解区可见异常囊状软组织信号，呈T1等低、T2高低混杂信号，STIR上为高低混杂信号，多数病灶可见硬化边（图2）。所有感染病例均可见假体周围软组织不同程度水肿，其中5例伴有髋臼骨质破坏，4例出现关节囊内向外膨出的不规则软组织影，T1为低信号，T2呈高低混杂信号；4例伴有假体周围骨质水肿改变；3例出现大量关节积液，2例窦道形成（图3）。假瘤为假体周围类圆形光滑囊实性软组织肿块，T2及STIR像上呈等高混杂信号影，部分病灶边缘可见低信号假包膜影（图4）。假体周围骨折表现为骨皮质断裂处的点状高信号影，周围可见骨膜增厚，在STIR像上呈高信号影，周围软组织广泛水肿。异位骨化为假体周围软组织内的骨质信号沉积，可见高信号骨髓信号及周围低信号皮质信号影，各序列上表现同正常骨质一致。

3.诊断效能分析

X线、CT及MR三者诊断假体无菌性松动及骨溶解的准确性无明显统计学差异，在诊断假体周围感染的准确性方面，X线和CT二者间无明显统计学差异，二者与MR间均有明显统计学差异（P＜0.05），MR诊断假体周围感染的敏感度与特异度均高于X线平片和CT检查。三种影像检查技术诊断无菌性松动、骨溶解及感染的敏感度与特异度见表2，三者诊断准确性的统计学差异情况见表3。

表1 髋关节置换术后并发症的手术及影像学诊断结果（例）

表2 X线、CT及MR诊断无菌性松动、骨溶解及感染的敏感度和特异度（100%）

表3 X线、CT及MR诊断髋关节置换术后并发症准确性的统计学差异（P值）

讨 论

髋关节置换术后常见并发症包括无菌性松动、骨溶解、感染、异位骨化、假瘤、假体周围骨折及血管神经损伤等。无菌性松动指排除感染后出现的假体固定性完全丧失，假体周围纤维膜形成或骨质吸收可引起假体松动。骨溶解与植入物磨损有关，聚乙烯内衬及金属假体磨损颗粒诱导巨噬细胞介导的免疫应答反应，导致骨溶解和假体周围骨质吸收，这是限制假体使用寿命的主要因素[1]。假体周围感染是关节置换术后诊断和治疗最为复杂的并发症之一，约三分之二病例由病菌术中定植造成，余则通过血行播散导致[2]。假瘤又称无菌性淋巴细胞性血管炎相关病变（ALVAL），是由金属碎屑引起的一种局部不良组织反应（ALTR），表现为血管周围淋巴细胞聚集。其区别于慢性炎症改变在于出现广泛表面组织坏死及巨噬细胞内金属碎屑存在[3-4]。本组假瘤病例在病理上均可见淋巴细胞浸润及金属颗粒沉积。假体周围骨折较为少见，更多发生在股骨假体周围，与外伤、应力等因素有关。另外，由于骨量缺失，翻修病人比初次置换病人更容易发生骨折[5]。本组骨折病例中1例有外伤史，另1例为翻修术后骨折。异位骨化是指关节周围软组织内出现成熟板层骨及骨髓沉积，是髋关节置换术后的常见并发症，其病因及诱发因素尚未完全清楚[6]。本组病例观察到的为成熟异位骨化，皮髓质可见。

无菌性松动病例在X线和CT图像上可见骨-骨水泥界面或金属-骨水泥界面的规则透亮线，＞2mm，该透亮线在MRI冠状面和矢状面上，则分别表现为均匀线样及环状异常信号，T2WI及STIR上为等高信号。假体移位，特别是股骨假体内翻或髋臼假体内陷，股骨柄假体下沉，以及骨水泥或假体断裂，都高度提示假体松动[7]。骨溶解在X线及CT上表现为膨胀样骨质透亮区，CT显示骨溶解更加精细，可清晰显示在X线片上难以观察的微小骨溶解。MRI上骨溶解则表现为正常骨质信号为软组织信号取代，呈T1等T2等高信号，STIR上高信号未被抑制。此外，股骨头偏心及金属断裂或骨水泥断裂也提示骨溶解可能[8]。感染病例骨及软组织呈多种改变，X线及CT上可见骨-骨水泥界面或金属-骨界面不规则透亮线，＞2mm，部分伴有不规则骨质破坏。X线对软组织改变不敏感，CT上部分病例可有假体周围软组织肿胀表现。MRI是评估假体周围感染的最理想手段，可观察骨质破坏、骨膜反应、关节积液、骨质水肿、软组织水肿及引流窦道等征象[5,9-10]。异位骨化是关节囊周围的骨形成，根据Brooker分型可分为四型：Ⅰ型为软组织中孤立的孤岛；Ⅱ型为异位骨距骨盆和近端股骨顶端间隙超过1cm；Ⅲ型则该距离在1cm以内；Ⅳ型为异位骨与骨盆和股骨相连成骨桥（髋关节强直）[6]。假瘤病例在X线和CT上可见髋臼内衬磨损、滑脱，CT表现为类圆形软组织肿块影，MR上表现为囊实性软组织肿块，边缘低信号包膜影[3-4]。假体周围骨折的X线和CT表现为假体周围骨皮质连续性中断，断裂处在MR T2及STIR上呈高信号灶点，伴有骨膜反应及软组织水肿。异位骨化表现为假体周围软组织内的骨质沉积，MR各序列表现同正常骨质一致，T1、T2高，STIR上高信号被抑制[10-13]。

X线成像视野大，空间分辨率高，多数情况下能够发现术后早期及晚期并发症，如松动、假体或假体周围骨折、脱位及异位骨化等，是髋关节置换术后评估及定期随访的标准影像学检查方法。不过X线平片对软组织病变不敏感，常常低估骨溶解范围，而CT和MR可以提供骨与软组织更为丰富的信息，有助于髋关节置换术后并发症的诊断及鉴别诊断[14]。CT在显示细微骨折及骨溶解方面优于X线平片，可通过测定骨溶解量以评估其进展。另外CT对假体对位对线显示更为精细，可以很好地评估假体磨损、脱位情况。MRI成像无电离辐射，能任意角度成像，软组织对比度优越，能早期发现肌肉、骨骼感染，有效评估感染的深度和广度，并能早期发现磨损诱导的滑膜炎、清晰显示骨溶解范围等。

CT及MR在髋关节置换术后并发症的评估中受金属伪影干扰，CT图像上表现为硬化伪影，导致图像质量下降，假体周围软组织显示不清。研究表明，通过提高keV及运用迭代重建算法可以减少金属伪影，近年来发展起来的宝石能谱成像（GSI）和双能CT（DECT）扫描能显著减少金属硬化伪影，提供更好CT图像[15-16]。MRI图像上金属伪影则表现为图像扭曲、变形、假体周围局部信号丢失，通过适当修改磁共振成像参数、采用快速自旋回波成像等，可以有效减少假体周围金属伪影，获得符合诊断需要的图像[17]。

[1]Goodman SB,Gibon E,Yao Z.The basic science of periprosthetic osteolysis.Instructional course lectures,2013,62:201-206.

[2]Winkler T,Trampuz A,Hardt S,et al.Periprosthetic infection after hip arthroplasty.Der Orthopade,2014,43:70-78.

[3]Nawabi DH,Gold S,Lyman S,et al.MRI predicts ALVAL and tissue damage in metal-on-metal hip arthroplasty.Clin Orthop Relat Res,2014,472:471-481.

[4]Natu S,Sidaginamale RP,Gandhi J,et al.Adverse reactions to metal debris:histopathological features of periprosthetic soft tissue reactions seen in association with failed metal on metal hip arthroplasties.J Clin Pathol,2012,65:409-418.

[5]Keogh CF,Munk PL,Gee R,et al.Imaging of the painful hip arthroplasty.AJR American journal of roentgenology,2003,180:115-120.

[6]Spinarelli A,Patella V,Petrera M,et al.Heterotopic ossification after total hip arthroplasty:our experience.Musculoskeletal Surgery,2011,95:1-5.

[7]Hayter CL,Potter HG,Su EP.Imaging of metal-on-metal hip resurfacing.The Orthopedic clinics of North America,2011,42:195-205,viii.

[8]Cooper HJ,Ranawat AS,Potter HG,et al.Early Reactive Synovitis and Osteolysis after Total Hip Arthroplasty.Clinical Orthopaedics and Related Research,2010,468:3278-3285.

[9]Chang EY,McAnally JL,Van Horne JR,et al.Metal-on-Metal Total Hip Arthroplasty:Do Symptoms Correlate with MR Imaging Findings?Radiology,2012,265:848-857.

[10]Fritz J,Lurie B,Miller TT.Imaging of hip arthroplasty.Seminars in Musculoskeletal Radiology,2013,17:316-327.

[11]Miller TT.Imaging of hip arthroplasty.European Journal of Radiology,2012,81:3802-3812.

[12]Hayter CL,Koff MF,Potter HG.Magnetic resonance imaging of the postoperative hip.Journal of Magnetic Resonance Imaging,2012,35 1013-1025.

[13]Toms AP,Marshall TJ,Cahir J,et al.MRI of early symptomatic metal-on-metal total hip arthroplasty:a retrospective review of radiological findings in 20 hips.Clinical Radiology,2008,63:49-58.

[14]Mayerhoefer ME,Fruhwald-Pallamar J,Czerny C.Imaging of hip joint arthroplasty.Der Radiologe,2009,49:419-424.

[15]Lee YH,Park KK,Song HT,et al.Metal artefact reduction in gemstone spectral imaging dual-energy CT with and without metal artefact reduction software.European Radiology,2012,22:1331-1340.

[16]Van Slambrouck K,Nuyts J.Metal artifact reduction in computed tomography using local models in an image block-iterative scheme.Medical Physics,2012,39:7080-7093.

[17]Sofka CM.Optimizing techniques for musculoskeletal imaging of the postoperative patient.Radiologic Clinics of North America,2006,44:323-329.