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急性骨髓炎是由化脓性细菌经血行感染引起, 常见致病菌为金黄色葡萄球菌。该病若得到早期的诊治, 不仅可以降低其转为慢性骨髓炎的概率, 还可以预防败血症、骨骼发育异常等, 甚至可以减少患者的手术痛苦和治疗费用。本文对急性骨髓炎的影像学早期诊断研究进展综述如下。
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急性骨髓炎早期超声的特征包括: ①深部软组织的肿胀; ②骨膜不同程度增厚; ③骨膜抬高; ④骨皮质破坏; ⑤彩色多普勒血流显像示骨质破坏, 周围软组织血流信号呈斑点状或树枝状分布[1,3,9-11]。Howard等[12]研究表明, 对于急性骨髓炎的诊断, 深部软组织肿胀是一个非常敏感及特异的表现, 它足以将急性骨髓炎与其他软组织感染进行区分。Benson[13]认为, 蜂窝组织炎仅表现为浅表软组织的炎性渗出, 不累及骨膜; 而急性骨髓炎因炎症往往累及骨膜, 常出现骨膜下积液, 通过液性暗区与骨皮质毗邻关系, 超声检查不难区分急性骨髓炎与蜂窝组织炎。
虽然超声检查具有无创、无辐射、无痛苦、无需镇静剂、不受金属制品的影响等优点, 且费用远远低于CT和MRI, 但是超声图像的质量主要取决于操作者的熟练程度, 而且获得的图像缺乏解剖结构的整体感[14]。
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急性骨髓炎在MRI中的表现为: ①因炎症导致静脉充血、水肿、渗出及坏死, 引起骨髓水分增加, 故骨髓腔内广泛分布斑片状不均匀亮T2、暗T1水肿信号, 境界不清, 在短时反转恢复序列和T1加权像上显示较T2加权像更加敏感而直观; ②骨皮质周围软组织见弥漫性分布的亮T2、暗T1异常信号, 在矢状、冠状面呈半梭形, 横轴面呈环形或“C”形; ③骨皮质多显示完整, 若出现骨质破坏则T1加权像呈低或中等信号[2,4,14-16]; ④若脓肿形成, 则增强扫描可见脓肿壁呈环形强化。Averill等[17]报道, 应用常规MRI与对比增强MRI在骨髓炎诊断中的灵敏度(80%vs.83%)和特异度(84%vs. 79%)的差异无统计学意义; 对于骨髓炎并发症(如脓肿、骨骺感染灶和化脓性关节炎), 常规MRI与对比增强MRI的诊断置信度存在显著性差异, 其中以脓肿灶的诊断置信度差异最显著, 故强调常规MRI扫描可疑脓肿者, 建议用对比增强MRI以明确诊断; ⑤MRI可以显示骺软骨受侵的概貌[18]。
MRI对软组织的分辨率高, 采用多参数成像、特殊检查序列和顺磁性造影检查, 可优于其他检查显示髓腔内的病变, 故MRI诊断早期急性骨髓炎具有较高的灵敏度和准确率[2,14,19-21]。Riise等[22]报道, MRI诊断急性骨髓炎的灵敏度为100%、特异度为93%、阳性预测值为85%、阴性预测值为100%。Unger等[23]报道, MRI和骨扫描诊断骨髓炎的灵敏度、特异度和准确率存在显著性差异, 分别为92%和82%、96%和65%、94%和71%, 故对临床可疑急性骨髓炎骨扫描结果阳性者追加MRI可提高诊断的特异度和准确率。Bonhoeffer等[24]对急性血源性骨髓炎的患儿应用不同显像技术观察显示, 39例行X线平片检查, 23例(59%)阳性; 55例行超声检查, 31例(56%)阳性; 44例行99Tcm-亚甲基二膦酸盐(99Tcm-methylene diphosphonate, 99Tcm-MDP)三相骨扫描, 39例(89%)阳性; 4例行MRI, 4例(100%)阳性, 故认为对于临床可疑急性血源性骨髓炎, 早期诊断应首选MRI或骨扫描。
但是, MRI对小的死骨和钙化的显示不如CT灵敏; MRI检查前应明确具体的部位, 大范围的扫描耗时较长; 对于关节置换术合并急性骨髓炎患者, 因有金属器械植入, 故不适于MRI检查[1-2,4]。Connolly等[25]认为, 对难以明确诊断的骨盆及脊柱等结构较复杂部位, 或者是骨扫描发现长骨急性骨髓炎、行抗生素治疗超过2 d而临床症状和体征仍未改善时, 可追加MRI以提高诊断的阳性率, 从而优化诊治方案。但由于MRI的价格昂贵, 通常不作为常规检查。Connolly等[26]认为, MRI虽然避免了骨扫描给患者带来的电离辐射, 却不能一次显像了解全身骨骼信息, 对于临床局部体征不明显或多发灶的急性骨髓炎, MRI可能会遗漏病灶信息。
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99Tcm-MDP三相骨扫描是指血流相、血池相和延迟相扫描, 其原理是99Tcm-MDP与骨骼组织中羟基磷灰石晶体通过离子交换或化学吸附作用而分布于骨骼组织, 反映局部血流量和骨盐代谢水平。99Tcm-MDP三相骨扫描在成骨过程活跃的部位形成放射性浓聚的“热区”, 而在血流量减少和(或)成骨活性低的部位表现为放射性稀疏缺损的“冷区”。
Tuson等[27]报道, 99Tcm-MDP三相骨扫描诊断急性骨髓炎的灵敏度为92%、特异度为40%、准确率为81%、阴性预测值为63%、诊断“冷区”和“热区”的阳性预测值分别为100%和82%。Seldin等[28]研究表明, 三相骨扫描中若血流相、血池相和延迟相均为放射性浓聚, 则可诊断为急性骨髓炎; 若血流相、血池相为放射性浓聚, 而延迟相放射性浓聚不明显, 则可诊断为软组织炎症; 三相骨扫描诊断急性骨髓炎的灵敏度和特异度分别为94%和79%。根据急性骨髓炎对99Tcm-MDP的摄取可持续24 h以上的特点, Alazraki等[29]在三相骨扫描的基础上加做24 h扫描(又称为四相骨扫描), 若24 h延迟相病灶区仍呈放射性浓聚, 则诊断为急性骨髓炎, 反之则诊断为软组织感染, 结果: 四相骨扫描和三相骨扫描诊断急性骨髓炎的灵敏度、特异度、准确率分别为80%和100%、87%和73%、85%和80%。由于区分急性骨髓炎与软组织感染时四相骨扫描优于三相骨扫描, 故建议合并有软组织感染的急性骨髓炎患者行四相骨扫描。
但是, 99Tcm-MDP骨扫描不能清晰地显示解剖关系, 缺乏特异性, 且存在一定的假阳性率和假阴性率。同时, 临床医生应高度警惕三相骨扫描呈“冷区”的急性骨髓炎, 其多出现在疾病的早期, 常常意味着病情更加严重(往往存在骨膜下脓肿), 预后较差。
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67Ga显像的原理大致可归结为：①67Ga被多核 粒细胞摄取后，与其内的乳铁蛋白结合，并随多核 粒细胞迁移到炎症部位；②67Ga被炎症部位的细菌 摄取，生成铁蛋白一67Ga复合物而滞留于病灶区； ③67Ga也可以以离子形式或与转铁蛋白结合形式漏 出血管而进入病灶区。
67Ga显像诊断急性骨髓炎的特异度较三相骨扫描高, 一些学者认为, 临床可疑急性骨髓炎三相骨扫描阴性时, 再应用67Ga显像, 可以提高诊断的准确性[30]。67Ga的半衰期较长, 为78 h, 可以在一定时期内重复扫描而提高阳性检出率。
但是, 67Ga显像存在以下缺点: ①辐射剂量较高; ②24 h后方可显像, 对于可疑部位还需加做48 h的局部显像; ③67Ga显像的费用较三相骨扫描高; ④因肠道放射性干扰而出现假阳性; ⑤获得的图像质量较三相骨扫描差。
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111In-白细胞显像的原理是白细胞的炎症趋向作用。Schauwecker等[31]报道, 111In-白细胞与111In标记的中性粒细胞对急性骨髓炎诊断的灵敏度及在延迟显像上的相对蓄积量差异无统计学意义, 并且白细胞的分离较中性粒细胞容易。因此, 111In-白细胞对急性骨髓炎的诊断被广泛认可。McDougall等[32]认为, 急性骨髓炎患者白细胞普遍升高, 因而分离白细胞并不困难, 111In标记率为75%~95%, 并且未改变其原有的生物学活性, 即可对炎症病灶特异性定位。他们对33例临床存在可疑脓肿灶的患者进行111In-白细胞显像, 结果: 12例为放射性浓聚(其中11例最终明确脓肿存在), 21例未见异常放射性分布(其中3例最终明确脓肿存在); 又对4例临床可疑急性骨髓炎的患者进行111In-白细胞显像, 结果: 4例均为放射性浓聚, 且全部诊断为急性骨髓炎。Raptopoulos等[33]应用111In-白细胞和99Tcm-MDP显像连续观察18只兔子急性骨髓炎模型, 结果: 第1周111In-白细胞和99Tcm-MDP显像的灵敏度分别为83%和22%;第2周后99Tcm-MDP显像阳性的动物比例才逐渐增加。研究表明, 111In-白细胞对临床可疑急性骨髓炎的早期诊断较99Tcm-MDP三相骨扫描更灵敏。
但是, 111In-白细胞显像仍存在以下缺点: ①需抽取静脉血40~60 ml, 因抽血量较大, 对年龄较小的患儿不适用; ②24 h后才可显像, 必要时需加做48 h显像才可以使显像剂明显浓聚于炎症区, 故等待显像的时间较长; ③111In对脾脏的辐射剂量较67Ga高; ④111In-白细胞中20%为淋巴细胞, 它与中性粒细胞的运动趋向不同, 因而影响对结果的判断[33-34]; ⑤因局部骨髓造血活性增高, 往往存在假阳性。
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病灶区内的多核粒细胞用葡萄糖作为能量来源而导致病灶摄取18F-FDG增加。Grymes等[35]报道, 18F-FDG PET诊断感染灶的优点在于: ①可以融合高分辨率CT, 提高空间分辨率; ②因18F-FDG分子质量小, 能快速扩散至病灶区, 缩短扫描时间; ③骨与骨髓的放射性摄取低, 可减少身体辐射损伤; ④可鉴别骨质感染与骨质修复。Stumpe和Strobel[36]认为, 18F-FDGPET能区分骨质感染与骨质修复的原因可能是后者以成纤维细胞为主, 其对18F-FDG不摄取, 故该病灶区无法表现为“热区”。Koort等[37]通过对兔胫骨骨髓炎模型的研究发现, 18F-FDG在对照组(骨质修复组)可出现暂时性(持续3周)“热区”, 第6周“热区”消失; 而在实验组(急性骨髓炎组)表现为持续性“热区”, 且急性骨髓炎发病的第3周, 18F-FDGPET诊断的特异度较高。
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放射性核素炎症显像的进展与炎症显像剂的发展密切相关。近年来不断研制出新的炎症显像剂, 使炎症显像逐步朝着更快速、更特异的诊断方向发展。如: ①1 h显像且影像质量较好的核素标记抗粒细胞单克隆抗体片段; ②较三相骨扫描灵敏度更高且图像质量更优的111In-脂质体[38]; ③制备容易、显像时间缩短且辐射剂量较低的99Tcm-纳米胶体[39]; ④相对蓄积量较99Tcm-MDP、67Ga和111In标记的中性粒细胞更高, 而且制备容易、图像质量高、等待显像时间短(2~4 h)的99Tcm-白细胞介素8[40]; ⑤不仅能用于细菌感染病灶的鉴别诊断, 而且能直接反映抗生素疗效的99Tcm-环丙沙星[41]。
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总之, 影像学诊断技术对急性骨髓炎的早期诊断有重要意义。其中, 形态学成像技术包括X线平片、CT、超声检查和MRI, 它们仅仅能提供病灶的局部解剖定位信息; 而放射性核素显像兼有功能和形态学成像技术的特点, 可同时提供全身的解剖信息。临床医生应了解不同影像学诊断技术所具有的特性, 合理选择, 以提高急性骨髓炎的早期诊断效能。
急性骨髓炎的影像学诊断研究进展
Progress of imaging research on the early diagnosis of acute osteomyelitis
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摘要: 急性骨髓炎的影像学诊断技术包括X线平片、超声、CT、MRI及放射性核素显像。早期X线平片的诊断灵敏度低。超声能早期发现深部软组织及骨膜下脓肿，但图像质量取决于操作者的熟练程度。CT能早期观察到微小的骨质改变，但灵敏度较低。MRI可优于其他检查显示髓腔内的病变，但对于死骨、钙化的诊断不如CT灵敏。放射性核素显像剂的种类繁多，灵敏度和特异度各不相同。该文对急性骨髓炎的上述影像学诊断技术进行综述。Abstract: The imaging diagnostic techniques include X-ray plain film, ultrasound, CT, MRI and radionuclide imaging.X-ray plain film is less sensitive to early acute osteomyelitis.Ultrasound can detect abscesses in the soft tissues and subperiosteal space earlier, but there are variations in image quality based on the different operators'levels of proficiency.High-resolution CT can find minimal lesions on bone, but it has a low sensitivity to predict acute osteomyelitis.MRI is superior to other imaging techniques at visualizing bone marrow lesions, but it is less sensitive in detecting sequestrum and calcification than CT.A variety ofradionuclide imaging agents have been used in the early diagnosis of acute osteomyelitis in order to find a more sensitive and specific imaging technique.In this paper, different imaging diagnostic techniques of acute osteomyelitis are reviewed.
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