成都华西华科研究所分析肌骨影像学发展方向和QCT骨密度测量体模软件系统检测法检测骨密度

1895年，德国物理学家伦琴（Roentgen )发现X线，当时照的第一张人体X线片就是他夫人的手。由 于人体骨骼含钙多，密度高，与周围组织对比明显，因此非常适合X线成像。从常规X线摄片，到CT、 MRI，再到PET-CT、PET-MRI以及分子影像学，100多年来，医学影像学已成为骨科必不可少的检查方法， 在各种骨科疾病的诊断、治疗和随访中发挥着不可替代的作用。医学影像学科包括放射学和核医学，为骨科 的发展提供了基础，同时骨科的发展也促进了医学影像学成像技术的进步。如今影像学的发展日新月异，我 们认为以下几个方面是未来发展的方向。

一、全数字化图像

[4]        数字化摄影：100多年过去了，常规X线摄片仍然是医学影像检查的基础，是骨科影像检查和透视下 复位必不可少的手段。传统的X线胶片照相，它的分辨率高，图像清晰，但缺点是一次摄像只能出一张图 像，没有数字化，不能进行数字化存储和传输。随着计算机以及网络技术的发展，出现了以CR和DR为代 表的数字化X线（Digital radiography )成像技术，虽然图像分辨率没有传统的X线胶片高，但它实现了数字 化，一次摄像可以打印多份胶片，X线胶片也从药水冲洗变为数字化激光打印，从湿片到干片，更加环保。 骨科医师认为CT射线剂量大，平片剂量小，其实不然，X线平片需要照正侧位，有时还要加斜位和功能位 片，如果再定期复查，那么这种X线检查的辐射剂量问题则不能忽视。希望骨科医师能够重视X线平片的 剂量问题，根据需要照片。数字化图像可以采用各种图像处理、拼接以及测量技术。近年来，断层融合技术 (Tomosynthesis)结合了 DR和断层摄影的优点，采用多次、多角度曝光，实现了对被照物体的多层断层成 像，具有放射剂量低、无金属假体伪影等特点^[1-2]。该技术在骨科金属植入物的手术后复查中将有广阔的应 用前景，如髋关节、膝关节假体置换术后，以及脊柱金属固定术后，常规CT检查金属伪影大，辐射量大， 效果不好。初步临床应用经验显示，断层融合技术具有良好的应用前景。目前放射科成像基本上实现数字 化，可以实现采用显示器阅片，做到无胶片无纸化放射科。数字化图像存储与传输（picture archiving and communication system，PACS )也使远程放射诊断和会诊成为现实。

[5]       CT: 19世纪70年代，CT扫描技术的发明是医学影像学的一次巨大飞跃，CT是完全数字化的图像， 密度分辨率比X线平片高，它的断面图像解决了X线平片的重叠问题。经过短短几十年，CT扫描技术从最

初的单层轴位扫描发展到螺旋扫描，从单排探测器发展到64排、256排和320排CT,从单层的轴位图像到 现在的体积数据，可以进行任意方向的图像重建，极大地提高了显示解剖和病变的能力。CT扫描时间也缩短 到亚秒，扫描范围可以覆盖全身，这也使CT扫描血管成像（CT angiography，CTA)成为可能。CT图像的三 维重建使得影像检查进入三维时代，这使得骨科医师从立体的角度来观察和理解病变。采用CT数据可以进 行模拟手术、术中导航等，这极大地提高了骨科手术的精度^[3]。随着3D打印技术的普及，骨科手术前3D 模型的打印和制作将会越来越普及，而CT等影像设备采集的数据正是3 D打印的基础^[4-^5]。常规的CT扫描 都是采用混合能量X线，现在采用双源、能谱等技术，可以实现单能量X线CT成像，这种单能量X线CT 扫描，可以减少金属伪影^[6]，改善血管成像与物质成分的分析（如区分钙和尿酸结晶等）^[7]。目前发展的显微 CT ( Micro-CT )的图像分辨率可达数微米，可以显示骨小梁结构的细节，成为研究骨微结构的重要工具^[8]。 CT是显示骨结构、钙化以及肺组织的理想检查方法，但CT在显示软组织上明显不足，如软骨、肌肉、韧带 等。获得骨科清晰CT图像的代价是辐射剂量的增加，近年来CT的辐射剂量问题引起了医学界的广泛重视， 希望骨科医师在追求高质量图像的同时，要考虑患者，尤其是儿童和育龄妇女接受辐射剂量的问题^[9]。

3. MRI: MRI是医学影像学的又一次巨大革命，它不使用X线，因此没有辐射。MRI的组织分辨率非常 高，能清晰显示软骨、肌肉和韧带等软组织，成为目前骨科影像发展最快的技术。MRI发展经历了从永磁到 超导、从低场强到高场强的过程，目前3 TMRI已经在临床广泛使用，更高场强的MRI也在研发中。这些技 术的进步使得MRI图像分辨率不断提高，显示组织解剖和病变也越来越精确。MRI的另一个巨大潜力是功能 MRI和MRI频谱研究，使医学影像学从以往强调解剖细节，发展到功能研究。这些新技术刚刚起步，在临床 上还没有得到广泛使用，这就需要放射科和骨科医师密切合作，共同进步，更好地为患者服务。

二、  从定性诊断到精确定量

以往我们过分重视图像质量，追求图像的清晰度和细节显示，虽然这些图像对显示骨科疾病的解剖和病 理改变非常重要，但往往依靠医师的读片，受观察者主观影响。医学图像在适当质量控制的基础上，能够对 显示的骨结构进行精确定量和测量，这些定量和测量是客观的、可重复的，这些测量结果对骨科有非常重要 的作用。通过脊柱和下肢全长照片，可以准确测量脊柱角度和力线、下肢长度和力线、角度等，对手术前制 订方案和手术后随访均有帮助^[10]。

CT图像上可以进行股骨颈前倾角和胫骨旋转角度的测量，对手术矫正有帮助^[11]。利用常规CT扫描，加 上适当的体模可以进行扫描部位的精确骨密度（bone mineral density，BMD )测量，这是真正的体积骨密度。 这些测量结果可以用来诊断骨质疏松症，进行病情监测和疗效观察^[12-14]。测量所得的骨密度结果还可用于骨 科手术前制订方案，例如脊柱骨密度若低于50 mg/cm³,椎体骨折风险就增加^[14]，可能就需要加骨水泥进行 加固。股骨近端骨密度测量则可以用于股骨头固定物的选择，用张力螺钉还是螺旋刀片^[15]。

MRI各种测量方法在骨科也得到广泛研究。采用注射造影剂后对同一部位进行快速重复扫描，根据时 间和信号变化曲线，可以反映扫描区内的血流灌注情况，这对区分肿瘤的良恶性有一定帮助。MRI采用弥 散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI )可以反映被测量组织的水分子弥散运动情况，并且可以测量 表观弥散系数（apparent dfusion coefficient，ADC)值，反映组织的水分子弥散情况^[16]。MRI可以清晰显示 关节软骨的结构，并对软骨的T₂值进行测量，反映软骨早期退变情况。通过注射造影剂延迟扫描（delayed gadolinium-enhanced MRI of cartilage，dGEMRIC )关节软骨可以观察关节软骨内蛋白多糖的早期降解情况， 这有助于早期发现软骨的退变^[17]。

三、  仔细进行术前、术后影像检查，降低医疗风险

随着64排及更多的多排螺旋CT的普及和应用，快速CT冠脉成像和肺动脉成像成为放射科的常规工 作。对于老年人等高风险的人群，手术前冠脉CT成像可以准确评估冠脉的狭窄程度，降低手术风险^[18]。骨 科手术后如果怀疑有肺动脉栓塞，可以进行肺动脉CT成像，快速准确显示有无大血管栓塞，以决定治疗方 案，降低病死率^[19]。CT快速血管成像可以清晰显示骨科病变与血管的关系，以及血管是否受到侵袭等，为 骨科手术方案提供解剖信息^[20]。随着3 D打印技术的普及和应用，利用CT原始数据进行的3 D模型打印和 制作，为骨科提供手术前模型，可以进行模拟手术和假体个性化制作^[3-5]。

四、  “绿色”放射检查

放射检查在骨科疾病的诊疗中发挥着非常重要的作用，骨科放射检查往往需要多方位、多次随访以及术

中监测等，在整个诊疗过程中，患者接受的射线剂量不小，可能对人体有一定的风险。但因为放射影像检查 对人体的伤害不会马上显现，所以尚没有引起医生和患者的足够重视。近年来，多排螺旋CT的普及和广泛 应用，双能量和能谱等扫描方法的使用，都增加了射线量，从而增加了患者的放射损伤风险。应该提倡正当 地放射检查，放射科在成像时，在保证适度的图像质量前提下，不要一味追求高质量图像，应尽量使用低条 件。如果有非放射检查方法，如超声、磁共振检查，则尽量使用非放射的检查方法，这对于儿童髋关节和骨 盆病变尤为重要，因为这样可以减少对性腺的辐射。在实际操作过程中，放射科要加强技术员的培训，提高 放射防护意识，积极主动为患者提供防护用品，降低放射量。在这个过程中放射科医生往往是被动的，骨科 医生应该提高对放射损伤的认识，在开放检查时要考虑射线剂量问题，尽可能作适量的放射检查，避免不必 要的过量检查。

五、分子影像学

分子影像学（molecular imaging )是1999年由哈佛大学的Weissleder等影像学界权威提出的一门新兴学 科，并在医学各个领域得到飞速发展。分子影像学是运用影像学方法显示组织、细胞和亚细胞水平的特定分 子，反映活体状态下分子水平的变化，对其生物学行为用影像方法进行定性和定量研究的科学。分子影像学 成像必须满足4个基本条件：（1 )有高度特异性和亲和力的分子探针；（2 )探针必须能克服生物传递屏障有 效地进入靶向器官和细胞内；（3)有适度扩增的方法；（4)有敏感、快速、高清晰度的成像技术。以上4点 简称“分子成像四要素”。成像手段包括：放射性核素成像（radionuclide imaging)、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI)、磁共振波谱成像（MR spectroscopy，MRS)、光学成像（optical imaging，OI)、超 声成像（ultraso皿d imaging，US )及多模式融合成像（integration of multi-mode imaging )等^[21-22]。分子影像学 在医学研究方面有着广阔的应用前景，如疾病早期诊断、个体化医疗指导、生物治疗和疗效监测等。分子影 像学目前在骨科的应用刚刚起步，相信在不远的将来会有快速发展。成都华西华科研究所研发生产多种定量CT QCT骨密度测量体模软件分析系统
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