T-SMART 断层融合成像在髋膝关节置换术后影像学检查的意义

胡钦胜 聂涌 沈彬 杨静 周宗科 康鹏德 裴福兴

T-SMART 断层融合成像在髋膝关节置换术后影像学检查的意义

胡钦胜 聂涌 沈彬 杨静 周宗科 康鹏德 裴福兴

目的 探讨断层融合成像技术 ( tomosynthesis-shimadzu metal artefact reduction technology，T-SMART ) 在髋膝关节置换患者术后影像学检查中的意义。方法 提取 2015年 1～6月，行 T-SMART 检查的24例髋膝关节置换术后患者的影像资料 [包括数字化 X 线摄影 ( digital radiography，DR )、CT]，对图像进行主观评价及定量测量，通过比较各种检查方法对假体周围结构的观察效果，研究 T-SMART 对人工关节假体及其周围结构的显示优势。结果 对所得到的图像进行主观评价，T-SMART 组优片率为 91.7%，DR 组优片率为 66.7%，而 CT 组优片率为 0%。T-SMART 图像显示骨及假体周围结构清晰，较 DR 有显著优势；在价格、放射剂量、伪影控制等方面，较 CT 有明显优势。结论 T-SMART 能够有效去除伪影，图像质量明显优于 DR和 CT，可用于关节置换术后假体周围病变的早期诊断，评估假体稳定性，临床意义重大。

X 线影像增强；体层摄影术，X 线计算机；体层摄影扫描仪，X 线计算机；关节成形术，置换，髋；关节成形术，置换，膝；断层融合成像技术

随着人工关节置换手术的普及和推广，关节置换术后人工关节稳定性的评估已成为常规工作。关节置换术后复查的主要手段为影像学检查，常用的检查方法有数字化 X 线摄影 ( digital radiography，DR )和 CT。DR 显示重叠图像，假体以及相融合的解剖结构不能清晰显示；由于金属植入物产生的伪影可使 CT 图像质量严重下降，对临床骨科医生的诊疗带来影响[1]。数字化体层融合技术 ( DTS ) 是新兴的断面成像技术，它是在数字化平板探测器 X 线设备上进行一次连续曝光采集后，通过计算机重建得到扫描容积内任意层面的图像[2]。把原始图像分为不含金属成分图像和金属图像后，运用迭代重建( iterative reconstruction，IR ) 技术进行图像整合，从而最终得到 T-SMART 图像。T-SMART 技术能够有效地去除患者体内的金属伪影，改善图像质量[3-5]。本研究旨在探讨 T-SMART 断层融合成像在髋膝关节置换患者术后影像学检查的意义。

资料与方法

一、一般资料

在我院 PACS 系统中提取 2015年 1～6月，行 T-SMART 检查的 24例髋膝关节置换术后患者( 25个关节 )，男 10例，女 14例，年龄 56～82岁，平均 65.0岁。其中髋关节 15例 ( 16个关节 )，膝关节 9例 ( 9个关节 )。所有患者进行了前视－后视和侧视 T-SMART 断层融合成像扫描和 DR检查，6例 ( 3例髋，3例膝 ) 同时进行了 CT 检查进行对照。所有病例关节假体均为钛合金材质。

二、体层扫描设备及图像重建方法

DTS 检查均采用岛津公司 Sonialvision safire II全数字化大平板透视－摄影系统及岛津图像后处理工作站。所有患者均取仰卧位，将被检查部位置于检查床中心，焦片距为 1100mm，首先拍摄定位像，膝关节从股骨下段到胫腓骨上端，包含整个人工膝关节，髋关节从股骨中上段到髋臼顶部，选用关节 TOMOS ( Tomosythesis 断层融合 ) 扫描序列，均行正位和侧位扫描。曝光条件：平均约 65kV，2.5mAs，断层夹角 40°，成像时间为 5.0～7.5s，得到原始图像 ( 因肢体长度和扫描范围不同，获得图像数量也各有不同 )。扫描后原始数据采用 IR 技术重建图像。

三、数字化 X 线摄影

应用岛津公司数字化 X 线机 ( CH-200)。髋关节采用骨盆正位摄 X 线片，在嘱患者制动状动下，拍摄膝关节正侧位 X 线片。

四、CT 图像采集

患者取仰卧位，采用西门子公司 64排 CT 机( SOMATOM Definition Flash ) 行髋膝关节扫描，扫描后数据采用体算法重建，层厚及重建间隔均为1.0mm。

五、假体及其周围结构清晰度的评价

本研究采用主观评估和定量测量方式对伪影强弱程度进行评价。

主观评价标准：优：解剖结构、骨小梁及骨皮质显示清晰，关节间隙显示清晰，金属植入物与周围骨的相连结构情况显示清楚，无金属伪影，记2分 ( 图 1a )；中：因轻微伪影或受限于图像分辨率等原因，图像清晰度受影响，但基本不影响观察，记 1分 ( 图 1b )；差：解剖结构的对比度与清晰度均较差，金属植入物与周围骨的相连结构显示不清楚，或金属伪影明显，关节间隙不清，不利于诊断，记 0分 ( 图 1c )。

图1 患者，女，70岁，右侧全膝关节置换术后无菌性松动 a：T-SMART 显示胫骨假体松动，与胫骨之间间隙清晰；b：DR 图像因为图像分辨率原因，假体、骨水泥与骨之间结构欠清晰；c：CT 图像因为伪影干扰大，图像极不清晰，严重影响观察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

在阅片工作站上分别浏览同一患者的体层扫描图像、DR 与 CT，抽取出体层扫描图像及 CT 冠状位重建图像中通过假体长轴线的层面，由放射科和骨科各 2位医生分别对图像质量进行评分，意见不一致时协商达成一致。同时定量测量存在的伪影，通过测量三组图像中相同位置最大伪影的长度 ( 如果存在 )，客观地评价三种技术手段对金属植入物边缘清晰度、假体与周边骨水泥的融合度以及人工关节间隙的显示效果，测量结果取平均值后记录。

六、统计学处理

采用 SPSS 19.0软件进行统计学分析，图像质量的比较采用配对设计的 χ2检验进行比较，P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

一、三组图像质量的主观评价比较

4位医师从图像清晰度、假体金属植入物与周围骨相连结构的显示清晰度、金属伪影的多少等方面对不同技术得到的图像进行评价。在 T-SMART组中，优片率为 91.7% ( 22/ 24)，中与差为 8.3% ( 2/ 24)。在 DR 组中，优片率为 66.7% ( 16/ 24)，中与差为 33.3% ( 8/ 24)，两组比较差异有统计学意义 ( P＜0.05)。在 CT 组中，仅有的 6张图片，优片率为 0% ( 0/ 6)，中或差为 100% ( 6/ 6)。

二、三种检查手段的检测数据及三组图像质量的客观评价比较

T-SMART 的检查费用与 DR 持平，但比 CT 低得多。放射时间上 DR 时间最短，T-SMART 和 CT却因为检查范围大小、假体长短不同等诸多因素差异较大，但均明显长于 DR 的时间 ( P＜0.05)。在放射剂量上，DR 也是三者中最低的，T-SMART 的放射剂量明显高于 DR，但同时明显低于 CT ( P＜0.05)。三组图像均能显示人工髋膝关节的形态以及相邻的解剖结构，其中所有 DR 检查均无金属伪影，图片显示不清主要是由于组织重叠，不同的解剖结构相互干扰所致。T-SMART 图片中仅 2例可见少许金属伪影，且伪影长度极小，分别为 0.2mm 和0.3mm。仅有的 6例 CT 图片中均存在不同程度的伪影，除 1例因轻度伪影不太影响观察外，其余均显示不清。伪影长度从 2.1～12.5mm 不等 ( 表 1)。

三、金属伪影表现

金属伪影表现各异，可为条状、星芒状或放射状，长期困扰着临床医师[6]。T-SMART 图像在经过处理后，显示骨及假体周围结构清晰，较 CT 及 DR有显著的优势，可用于关节置换术后不同阶段的随访 ( 图 2，3)。

例 1，女，68岁，右全髋关节置换术 ( total hip arthroplasty，THA ) 术后 14年，疼痛 3年，左 THA术后 6年。入院影像学检查 ( 图 2)。

表1 不同影像学检查手段的比较Tab.1The data related to different radiological assessment techniques

图2 患者，女，68岁，右 THA 术后假体无菌性松动，右股骨骨缺损 ( Paprosky IIIa ) a：T-SMART 图像显示右侧股骨近端骨质和假体之间可见明显间隙，可确定右侧股骨柄松动、骨溶解明显，而左侧髋关节假体固定良好；b：DR 图像可清晰显示右侧股骨假体外移下沉，但股骨假体与假体周围骨质间透亮线不明显；c：CT 图像伪影严重影响观察，仅能判断右侧股骨假体下沉外移，外侧皮质观察不清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

图3 患者，男，45岁，髋关节翻修术后 1个月随访假体稳定 a：T-SMART图像显示股骨和假体之间贴合紧密，未见间隙，可确定股骨柄固定良好；b：DR 图像可清晰显示假体位置良好，但显示效果明显不及 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岁，右髋翻修术后 1个月，门诊行影像学检查 ( 图 3)。a：为体层扫描影像，股骨和假体之间贴合紧密，未见间隙，可确定股骨柄固定良好；b：DR 图像可清晰显示假体位置良好，但显示效果明显不及体层扫描检查。

讨 论

关节置换术的术后观察、疗效随访和愈后评价主要依赖影像学检查，目前，国内外主要采用 DR 检查和 CT 扫描。MRI 由于金属植入物所产生的强磁敏感伪影会影响成像质量和诊断效能而不予采纳[7]。术后给予普通 X 线 DR 检查，可了解患者恢复情况，方便有效。普通 DR 是分布于二维空间的平面图像，所包括的影像结构相互重叠、遮盖，假体连接部位往往不容易显示，因而局部细节观察受限[8]，较难做出明确的诊断。髋膝关节 CT 扫描可进行多平面重建、多角度显示，已成为骨科检查的常用手段，但术后有金属假体植入物的病例在行 CT 扫描时，金属植入物易产生线束硬化伪影，表现为明暗相间的条状或放射状，影响对假体与周围骨组织连接部位的观察，使图像质量明显降低，甚至无法诊断[4,9-10]，而 DTS 弥补了此类检查的不足。通过应用 IR 技术进行图像分析，去除了金属伪影，显示假体周围结构清晰，更为直观明了，诊断较为容易[3]。

本研究中 T-SMART 的优片率可以达到 91.7%，显著提高了人工髋膝关节假体周围与骨组织相溶部分的显示能力，清晰地展现了金属内置物与周围骨质的解剖结构，由此可以判断假体的稳定性。如果假体周围出现透亮线，则表明假体出现了松动。如果贴合紧密，则假体固定良好。而 CT 图像中人工关节周围产生的金属伪影非常明显，假体与周围的骨融合细节显示极差，优片率仅为 0%。DR 虽无伪影，但假体与周围组织间显示不清，无法做精细判断和测量，优片率仅为 66.7%。但由于本研究样本量较小，而植入金属产生的伪影与金属的形状、大小、形态、种类及重建使用的参数都有关[11-12]。因此，在未来的临床工作中需要纳入更多的病例资料加以验证。虽然 T-SMART 在观察组织结构方面的优势如此明显，但在价格上却与 DR 的价格一样，显著低于 CT。研究还发现在放射剂量上，T-SMART 要高于 DR，却远远低于 CT，与文献中报道一致[13-14]。

尽管 T-SMART 具有无金属伪影、辐射量较低、价格较低和操作便利等明显优点，但其也有明显的不足：( 1) 因为扫描角度的限制，跟 CT 相比，T-SMART 缺乏横断面的重建，不能对水平面的结构进行观察；( 2) 虽然假体及骨小梁结构显示极为清晰，但软组织显示不好是其短板，在这方面甚至不如 DR 的参考价值大。

综上所述，T-SMART 能够有效地去除伪影，清晰显示假体与周围骨质的关系，能够克服由于 X 线片组织重叠、CT 金属伪影重等因素导致的无法正确评价金属假体与周围骨质关系的不足，可用于髋膝关节置换术后假体周围病变的早期诊断，特别是对于观察骨溶解、假体松动等方面，具有明显的优势，临床意义重大。

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( 本文编辑：李贵存 )

第四届骨肿瘤保肢功能重建高峰论坛暨第一届创伤修复重建高级研讨会报名通知

第四届骨肿瘤保肢功能重建高峰论坛暨第一届创伤修复重建高级研讨会——聚焦新技术，将于 2017年 10月20～21日在上海召开。此次大会由上海市骨肿瘤学组、上海市中西医结合学会骨伤科专业委员会创伤学组共同主办，由上海市第十人民医院骨科承办。届时著名骨肿瘤和创伤专家将会聚上海，济济一堂，分享经验，共享骨肿瘤，骨创伤肢体功能修复重建的新理念、新技术，必定会为与会者带来别开生面的新收获！

请有意参会者，提前电话或者邮件联系会务组注册参会。现将有关事项通知如下：

1. 会议时间：2017年 10月 20～21日；

2. 会议地点：上海市健康智谷 7号楼 3楼多功能厅( 地址：上海市静安区灵石路 697号 )；

3. 费用：免注册费，餐宿自理；

4. 学分：授予 II 类学分 4分；

5. 会务联系人：朱昆鹏 15216636683，

张雷 13611699021，

大会邮箱：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，四川大学华西医院骨科

2016-11-28)