影像学技术在痛风诊断及疾病监测中的应用研究进展

2023-11-26李笑石

诊断学(理论与实践) 2023年3期

李笑石，秦越

（西安大兴医院影像科，陕西西安 710016）

痛风是一种代谢性风湿病，主要发病原因为体内嘌呤代谢紊乱导致血尿酸增多。长期持续的高尿酸血症将会引发尿酸单钠(monosodium urate，MSU)结晶析出，这些晶体在尿酸盐浓度高于饱和水平（pH＞6．8）的情况下形成并沉积于关节内、外组织，由于炎性因子作用，最终痛风性关节炎[1-2]。

痛风是全世界范围内广泛流行的疾病。2021年的一项流行病研究调查显示，我国痛风患病率为0．03%～10．47%[3]，并呈逐年升高趋势。痛风是一种慢性疾病，在其急性期，患者临床常表现为极度疼痛，但这种疼痛症状通常在会在10～14 d 内自行消退[4]。痛风结石则是MSU 结晶的慢性异物肉芽肿反应，部分情况下会侵入骨骼，导致骨侵蚀和破坏[5]。慢性期痛风的并发症包括严重的骨关节损伤、软组织坏死性肿胀和骨感染，严重者甚至会引起肌腱断裂、关节功能丧失[6]。痛风是严重危害我国人民健康的重要疾病，对痛风的早期诊断及干预治疗是十分重要的。

1977 年，美国风湿学会（American college of rheumatology，ACR）制订了痛风的分类标准，该标准推荐将X 线平片摄影作为辅助诊断痛风的首选影像学检查。近年来，随着CT、MRI和超声等影像学检查技术的迭代发展，痛风诊断的也有了新的影像学技术支撑。2015 年，ACR 和欧洲抗风湿联盟(ACR/European league against rheumatism，ACR/EULAR)联合制订了新的痛风诊断标准[7]，该标准推荐了更多的影像学检查方法，包括近年来新推出的双能量CT技术、超声识别关节滑囊尿酸盐沉积技术、X线平片鉴定痛风性骨损害等[8]。双能量CT 技术是无创诊断和监测疾病的最有前景的技术，而MRI纹理分析技术也能协助鉴别诊断痛风关节炎。影像学检查不仅有助于诊断痛风，还能作为监测方法评估病情及降尿酸治疗的效果。近年来国内外比较不同影像学诊断方法在痛风中应用的研究较少，本文将对不同文献中各影像学检查在痛风诊断中的应用价值及优缺点进行分析比较，重点关注影像学特征在痛风诊断、疾病监测中的作用。

1 X线平片摄影

1.1 X线平片摄影的技术背景

X 线平片技术的原理是将X 射线通过人体部位后，传递到探测器上，并因此生成投影图像，这同时也是CT 技术的基本原理之一。采用X 线平片摄影辅助诊断痛风的历史可以追溯到19 世纪发明X 线成像技术之后不久[9]。近一个世纪以来，X 线平片摄影是痛风成像的主要方法，痛风性关节炎的典型X 线表征包括，关节间隙变窄、周围软组织肿胀，部分骨质可见破坏，临近骨质密度减低等。近几十年来，数字胶片系统正逐步替代传统胶片，美国及欧洲大部分国家都已经制定了X 线平片摄影的数字胶片标准。与传统的胶片相比，数字胶片提供了可以改进的动态对比范围，可以自定义对比度，尤其是对于软组织病变有着更好的鉴别效能（数字胶片诊断关节旁软组织肿胀的特异度由传统胶片的43．32%提升至77．51%）[10]。

1.2 X线平片摄影的影像学表现

早期痛风患者的X 线表现大部分正常，急性发作时可见关节周围软组织肿胀或关节积液，而骨质并没有破坏。随着尿酸盐沉积，患者的关节周围软组织密度增高。慢性痛风关节炎的典型X 线表现主要是偏心性骨质破坏，严重者可见多个骨质破坏区相互融合，痛风石在X 线平片摄影中表现为不对称的分叶状软组织肿块影，部分可见钙化[11]。在痛风病变后期，骨质侵蚀合并，导致关节间隙扩大、软骨塌陷、骨质溶解。但与其他侵蚀性炎症性关节病（如类风湿性关节炎相比），关节周围骨质减少并不是痛风性关节炎的主要特征。关节强直和关节半脱位是痛风的后期特征，大约6%的痛风患者会出现骨内再钙化形成，且通常发生在手脚关节处[12]。86%存在X 线平片摄影异常的痛风患者，其足部症状明显[13]，第1跖趾关节是X线平片最容易检出的部位；其次是第5 跖趾关节和跟骨。此外，62%有X 线平片摄影异常的痛风患者存在手部和腕部的临床症状[13]。

总之，通过X 线平片摄影可以显示部分痛风并发症，包括骨侵蚀和软骨塌陷，但X 线平片无法细致观察到软组织的受累[14]，同时不能很好地观察到滑膜和骨炎症变化以及MSU 晶体的沉积（见图1）。2018 年，欧洲风湿病协会更新了痛风诊断指南，将X 线平片摄影技术纳入了痛风诊断的影像学指标之一[15]。

图1 痛风患者右手的X线平片[17]Figure 1 X-ray imaging of the right hand of a patient with gout[17]

1.3 X线平片摄影在痛风诊断中的作用和效能

尽管X线平片摄影无法直接观察到MSU晶体，但痛风的X线平片摄影诊断标准早在1977年就被纳入ACR痛风诊断标准中。痛风的X线平片摄影影像学特征包括关节内的不对称肿胀和无糜烂的骨皮质下囊肿，但这些特征也经常出现在其他风湿性疾病中。最近一项对疑似痛风患者的研究发现，X 线平片摄影诊断痛风的灵敏度低（31%），特异度高（93%）[16]。诊断痛风的灵敏度较低主要是因为X线平片摄影一般不能发现痛风急性期的病变。另外一项关于手部X线平片摄影对早期关节炎患者诊断价值的研究也证实了这一点，该研究结果表明手部X线平片摄影无法诊断预测痛风[17]。

1.4 X线平片摄影对痛风疾病的监测作用

X 线平片摄影的一个关键优势是操作方便，价格低廉，可在基层医院广泛使用，并且很大程度上不依赖于技术人员操作设备的水平。X 线平片摄影可以成为一种潜在的痛风疾病监测技术。临床使用X 线平片摄影来连续监测痛风患者是否出现骨质侵蚀和关节间隙变窄，是一种方便、快捷的方法。

2 MRI

2.1 MRI的技术背景

MRI可以从多个方面评估痛风疾病，对病变侵及的骨骼、滑膜、骨髓、软骨和关节周围软组织结构等，都具有出色的可视化效果（见图2）[18]。MRI检查过程中不会产生辐射，MRI多模态成像序列可以采用多参数评估痛风病变的进展[19]。MRI是一种非常强大的成像技术，但其检查费用相对昂贵，检查时间长，且在我国大部分基层医院没有配备MRI仪器，导致其难以在临床，尤其是在基层医院痛风诊断中推广应用。

图2 痛风患者的MRIFigure 2 MRI image of gout

2.2 痛风的MRI图像特征

虽然MSU 晶体不能在MRI 图像上直接观察到，但痛风结石可以在T1 加权图像上显示，具体表现为等信号或低信号的结节；而在T2 加权图像上信号表现多样，常为混杂信号，增强后可见斑片状强化，且多位于结节边缘，这是由于痛风结石含水量不均匀，钙质、蛋白成分不均匀、混杂所致[20]。

痛风性关节炎的其他MRI 征象包括滑膜炎性改变、骨髓水肿、关节积液、腱鞘炎和软组织水肿[21-22]。在慢性期没有明显症状的患者中，有接近一半有过急性痛风病史，MRI关节影像中能观察到滑膜炎性改变，这表明慢性炎症可能在急性发作明显消退后持续存在[23]。

MRI 检查在痛风诊断中还有一个特别的优势，其能够详细评估骨质破坏。一项检测痛风引起的骨质侵蚀的研究表明，MRI检查比X线平片摄影更灵敏[24]。MRI能够显示包括滑囊、肌腱和韧带在内的关节旁软组织，从而对痛风影响区进行详细评估，识别炎症变化周期，并发现痛风结石。

2.3 MRI检查诊断痛风的效能

查阅目前已发表文献（检索数据库包括中国知网数据平台、万方数据知识平台、中华医学知识库、美国国家医学图书馆及国家生物技术信息中心），尚未发现有研究评估MRI 诊断痛风的准确率。MRI 检查并不能特异性地检出MSU 晶体。2011 年，美国的《风湿病年鉴》曾报道了一项研究，该研究比较了8例腕部出现急性痛风症状的患者和8例类风湿性关节炎患者的MRI图像[25]。结果显示，所有急性痛风和类风湿性关节炎患者都检出了滑膜炎和骨质破坏侵蚀，提示MRI表现无法区分急性痛风腕关节表现与其他关节炎。

但2021 年美国的一项研究表明，MRI 检查诊断膝关节和腕关节痛风的灵敏度为90%，特异度为91%[26]。2021 年刘欣等[27]的研究中，对77个关节部位进行了MRI扫描，结果表明，MRI T2WI单序列纹理分析对类风湿性关节炎和痛风性关节炎的鉴别诊断具有积极的临床意义，提示纹理分析对两者具有潜在的鉴别价值。但目前尚不清楚MRI检查纹理分析诊断痛风的准确率，而且较长的扫描时间、较昂贵的扫描费用、需要使用钆对比剂都影响了痛风患者对于MRI检查的可接受性[28]。

2.4 MRI检查在痛风疾病监测中的作用

骨质破坏侵蚀是慢性痛风的常见并发症状，MRI可以很好地显示骨质破坏的范围。在X线影像正常的骨质关节图像中，超过一半的患者在MRI检查中显示出骨质破坏[29]。因此，MRI在检测痛风患者的骨质损伤方面明显优于X线平片。

除此之外，MRI在痛风疾病监测中的另一个作用是，可以评估痛风石的大小，且不需要注射对比剂剂[30]。但目前国内外无论是纵向研究还是随机对照试验，都没有已发表文献显示MRI检查测量痛风石的准确率数据。在将来的研究中，笔者将对该方面进行进一步分析。

MRI 检查监测痛风的作用目前虽然相对有限，但其也具有特别的优势，例如可以诊断已确诊痛风患者的并发症发生情况。严重的痛风可能引发骨质感染，在此类患者的MRI 图像上可以观察到骨髓炎性改变。MRI 还可以评估痛风患者软组织受累情况，例如肌腱断裂。脊柱MRI 检查可以检测痛风石，可视化检出骨侵蚀和脊髓内病变改变[31]。

3 双能量CT成像

3.1 双能量CT技术背景

双能量CT的成像原理主要是通过2种不同能量级别的X 射线（80～140 kVp），同时或几乎同时照射病变区域，测量不同物质的衰减差异，以确定物质含量，然后使用特定的解析算法，将不同化学成分的物质（如尿酸盐和钙）区分开来（见图3）。计算机通过后处理渲染，将不同物质进行不同配色的伪彩染色。目前，双能量CT 检查已被证实可以确定肾结石的化学成分[32]，而国内外也有大量研究证实双能量CT检查在诊断痛风结石中具有独特优势。

图3 双能量CT扫描VR图像Figure 3 VR images of dual-energy CT scanning

3.2 痛风的双能量CT图像特征

在双能量CT 图像上，痛风尿酸盐沉积结晶（痛风石）很容易就可以被观察到。除了检测尿酸盐沉积外，双能量CT图像上还观察到痛风的其他特征，如肌腱受累、骨质侵蚀破坏等。但是双能量CT 图像无法像MRI 图像一样显示滑膜炎性改变和骨髓水肿。

3.3 双能量CT检查诊断痛风的效能

国外有多个研究显示，双能量CT 检查在痛风诊断中具有特异性。双能量CT 检查诊断痛风结石的灵敏度为78%～100%，特异度为79%～100%[33-35]。一项研究[36]观察了未确诊但有痛风症状的患者，在双源双能量CT 成像中，有47%的患者显示有尿酸盐沉积。随后的实验室检查发现，这些患者全部都有关节面痛风阳性指征，即双能量线性三维重建后，关节面可见痛风结石影，提示双源双能量CT检查诊断痛风的特异度高达100%[37]。

2015 年ACR/EULAR 痛风分类标准[7]中也明确表示，双能量CT成像与体格检查、高尿酸血症（大于100 mg/L）、X线平片摄影共同为痛风确诊的首选评估方法。

双能量CT 是目前痛风诊断的新技术，具有非常多的优势，但很多国内外的研究纳入的患者多数都是长期有临床症状并且确诊痛风的。而在一项双能量CT 诊断痛风的前瞻性研究中，在30%的急性足病患者中观察到了假阴性痛风[38]。可见，双能量CT 诊断痛风早期的灵敏度可能比预想的要低。我国的痛风指南也指出，双能量CT检查可能可以取代显微镜分析，作为一种痛风的诊断方法，但仍需要进行更大规模的实验和观察来验证。

3.4 双能量CT检查在痛风疾病监测中的作用

双能量CT 检查可以检测到微量的尿酸盐沉积物,能够有效监测尿酸盐沉积物的微量变化[39]，而通过AI 后处理软件的自动体积识别功能，可以快速、准确地测量尿酸盐沉积的负荷数值，无需手动统计，更加方便精确[40]。可见，使用双能量CT 检查进行尿酸盐量化评估的可靠性很高，与物理测量技术的比较表明，双能量CT 检查对痛风石内尿酸盐体积负荷的评估比在显微镜下痛风石直径游标卡尺测量法的可重复性更高，且两者的结果非常接近[41]。双能量CT 检查的弊端是，其检查过程中产生的电离辐射相比X 线平片摄影和MRI检查都高，但相信随着低辐射剂量CT 扫描技术的迭代更新，双能量CT的应用将会越来越广泛。

总之，双能量CT 检查在痛风诊治中具有很高的应用前景，其有助于准确诊断痛风，在监测和评估评估痛风疾病方面也有一定优势，虽然目前仍存在不足，但通过后续的研究和技术发展，将进一步弥补现在的缺陷。

4 光子计数探测器CT成像

4.1 光子计数探测器CT技术的原理

光子计数探测器CT（photon-counting detector CT，PCDCT）是近年来CT 领域最新的突破性技术，其与传统CT 主要区别是，其使用了半导体材料先将X 线光子转换成电子-空穴对，然后通过高电压电流使阳极接收电子，从而产生电子信号，而传统CT 使用的是间接转换技术，通过闪烁晶体将X 射线能量转换成光能，再将光能转换为电子信号[42]。两者对于电子信号的收集和转换原理截然不同。PCD-CT 诊断痛风的原理类似于双能量CT，由于其探测器对电子能量具有量化辨别能力，因此仅通过一次扫描，就可以获得多个能级的X 线光子计数信息，通过设置阈值，从而实现多能级能谱图像重建，理论上同样可以完成区分物质的作用[43]。

4.2 光子计数探测器CT诊断痛风的效能

非常遗憾的是，截止2023年4月，笔者并未在国内外相关文献（检索数据库包括中国知网数据平台、万方数据知识平台、中华医学知识库、美国国家医学图书馆及国家生物技术信息中心）中检索到使用PCD-CT 进行痛风诊断或监测的研究。在骨关节成像领域中，该技术在显示肋骨转移病灶的能力强于传统CT[44]。一项腕骨成像研究显示，PCD-CT检查可以大幅减少辐射剂量，同时获得分辨率极高的优质图像[45]。与痛风诊断非常接近的是一项2021 年的研究，其结果显示，PCD-CT 检查可以非常灵敏地对关节钙盐沉积情况进行量化显示，效果优于双能量CT检查（见图4）[46]。

图4 各种影像学检查对于钙盐沉积的显示Figure 4 Visualization of calcium salt deposits by various imaging examinations

4.3 光子计数探测器CT在未来痛风诊断中应用的展望

PCD-CT 技术是一种在未来非常有前景的CT 革命性技术，其特点为辐射剂量低、空间分辨率高和独特的能量与物质鉴别优势，尤其是在提高图像质量的同时大幅度降低辐射剂量，其对于痛风结石的诊断原理与双源CT 接近，推断其可以获得优秀的氮原子鉴别图像。但由于PCD-CT 技术的探测器核心原料碲锌镉或碲化镉晶体制备困难，性质很不稳定，成本较高，限制了该项检查的推广[47]。一般在短时间内，在我国基层医院并无法装备该设备，而痛风疾病作为专科性较强的常见病和基础疾病，患者首诊往往选择前往就近的基层医院，这也限制了这类研究型影像设备在痛风诊断中应用的研究。因此，在痛风诊断中虽然PCD-CT检查有可以预见的广泛应用前景，但仍然需要等待技术的进一步革新和发展，未来在设备条件完善的情况下进行更进一步的研究。

5 其他影像学检查技术

超声检查拥有无辐射、价格较低、可以实时诊断等优点，在痛风诊断中可以通过高或强回声信号探测到痛风结石。在Ventura-Ríos 等[48]的研究显示，超声检查对痛风结石的检出灵敏度和特异度分别为69．6%和92．0%。但目前在国内外的诸多研究中，痛风的超声诊断特征的定义、报告的规范化或分析的着重点均不统一，且超声检查受到操作医师主观因素及操作技术的影响非常大[49-50]，导致其在超声诊断中的应用价值受限。

核医学检查在痛风的诊断及治疗中应用较少。在痛风患者的PET-CT图像上，氟代脱氧葡萄糖摄取量会显著增高，但这种摄取增高并非是特异性的，其诊断痛风的灵敏度为55．5%，特异痛为56．9%[51]。且PET-CT检查时间长、费用高、辐射剂量大等因素也限制了其在痛风诊断领域的进一步应用。

6 结论

影像学检查在未来将会更多参与到痛风疾病评估的各个方面，相比有创伤的痛风尿酸盐晶体检测，无创的影像学检查方法将会逐渐占据主导。不同的影像学检查方法在痛风疾病诊疗中的联合应用是将来的趋势和研究热点。在痛风诊断中，影像学检查的经济、安全和可重复性是重要的因素，但最重要的还是提高诊断准确率的问题。

笔者团队的研究显示，双能量CT 检查是目前诊断和监测痛风最具有特点和潜力的影像学方法（见表1）。随着CT技术的迭代升级，更多新技术被开发应用，例如新的双源双能量CT 的临床应用，将会在降低辐射剂量和提高能谱宽域度上再次提升一个技术水平[37-39]；而光子探测器的研发成功也预示着能量物质识别技术将会有一个本质飞跃[36]；再加上近年来研究的热点——CT 图像识别通过与人工智能技术的结合，可以更加精准、快速地识别病变，甚至在肉眼观察级别下对病变进行显示[52]。可以预见，这些新技术的应用将推动对痛风疾病的机制和理解进行重新定义。各种影像学检查的综合应用，对于研究痛风的发病机制至关重要，开展多学科的协助，才能让痛风诊断和治疗学科迈进新的一步。