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骨关节炎的诊断:放射性同位素闪烁扫描和热成像技术

該文的醫學專家

,醫學編輯
最近審查:06.07.2025

关节放射性同位素闪烁显像使用骨向性放射性药物(焦磷酸盐、膦,用99mTc标记)。这些药物在骨骼和胶原蛋白代谢活跃的区域积聚。它们在发炎的关节组织中积聚尤为密集,这在关节闪烁显像中有所体现。

放射性同位素闪烁显像方法用于关节炎的早期诊断、关节损伤的亚临床阶段的检测、炎症和退行性病变的鉴别诊断。

为了早期诊断关节的病理变化和检测反应性炎症,可以使用99m Tc 标记的焦磷酸盐骨骼闪烁显像。在反应性滑膜炎中,可以观察到放射性同位素的弥漫分布和过度固定。在骨骺的血管稀少区域,缺血区的闪烁显像显示放射性药物的蓄积减少,而在血液供应增加的区域(对应于骨重塑区域),其蓄积均匀增加。将闪烁显像数据与骨内静脉造影和骨内压测量结果进行比较时,可以注意到静脉淤滞和髓管内压力升高与放射性药物的异常高吸收同时存在。在这种情况下,其吸收程度与退行性营养不良过程的阶段成正比。对髋关节病中放射性核素分布的分析表明,在负荷增加的区域,标记化合物的积累增加,主要在囊肿和骨赘的壁上,以及新骨形成的区域。

广义上,热成像技术是通过各种方法对物体热场(即红外辐射场)进行图形记录的技术。热成像图是主体部分或整体温度场的固定二维图像。

热成像是一种辅助诊断测试,必须结合根据诊断算法获得的临床、实验室和病史数据进行统一解读。根据LG Rosenfeld及其合著者(1988)的研究,热成像的主要优点如下:

  1. 绝对安全。人体不会受到辐射或损伤。可对同一受试者进行多项研究。
  2. 检查速度。根据热成像仪的类型,检查时间从1分钟到4分钟不等。如果热成像室配备适当设备,患者皮肤温度与环境空气达到平衡所需的时间(15分钟)可以显著缩短。
  3. 高精度。在相距一毫米的两点之间,记录到的最小温度梯度为0.1摄氏度。如此高的精度可以对病变进行初步的局部诊断。
  4. 为孕妇和儿童选择一系列安全的研究程序的可能性。
  5. 可以同时评估多个身体系统的功能状态(使用概览热成像技术)。

确保热成像检查准确进行的关键在于检查室设备的正确配备以及患者检查前的准备工作。检查室必须创造条件,以稳定环境因素对热诊断设备和患者的影响。为此,门窗都应覆盖厚厚的遮光窗帘。应屏蔽可能的红外辐射源(中央供暖系统)。建议检查室的温度保持在 22±1°C,因为在较高温度下,热成像图的对比度会降低,而在较低温度下,患者会出现血管收缩,从而大大降低该方法的信息含量。检查室的相对湿度应在 40-70% 之间。房间内的空气流速不应超过 0.15-0.2 米/秒。配备空调的封闭房间可以满足这些要求。

对于不同部位的关节疾病,应遵循以下规则为患者进行热成像检查做准备:

A.上肢:

  • 手必须干净,去除指甲油。
  • 检查前一天,不要使用药膏,不要进行物理治疗,不要服用血管扩张剂或血管收缩剂。
  • 检查时,将双手从衣服中解放出来并放在桌架上。

B.下肢:

  • 腿部不缠绷带或敷布,露出皮肤以适应室温。
  • 检查前一天请勿服用任何药物或进行任何物理治疗。
  • 前一天晚上,需要泡脚,去除皮脂和脱落的表皮;卸掉指甲油。
  • 检查时,患者应处于仰卧位,或较少情况下以站立位进行。

进行体温测试前应进行一段时间的体温适应,成人体温为10-15分钟。由于人体体温指标在一天中每3-4小时变化一次,波动范围为0.2-0.4°C,建议同时进行比较(动态)测试。还需考虑到健康人的最高体温是在15-16小时达到的。

正确解读热成像图需要具备一般生理学、解剖学和医学特殊领域的知识。通常,健康人体内会出现由多种原因引起的高温区和低温区。高温区的出现可能由以下原因引起:

  • 在特定时间段内特定器官或组织的新陈代谢增加(例如哺乳期间的乳腺),
  • “腔体效应”(眼眶区域、肚脐、臀沟、腋窝、腹股沟区域、趾间空间、下肢内侧表面靠拢或上肢紧贴身体的区域)。

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正常热图的地形特征

热像图上背部及脊柱呈现均匀的热地形图,腰部中部略有高温,有时可见肩胛间隙中度高温。

在背部的热像图上,可以区分出4个恒定的高温区域:

  1. 在棘突的投影中,从中胸椎水平开始;与下腰椎相比,下胸椎和上腰椎区域的第一区域的宽度略大,
  2. 在臀沟的投影中,
  3. 骶髂关节投影处有两个对称区域(位于臀间皱襞外侧略上方),
  4. 在肾脏的投影中(位于不均匀强度的高温对称区域)。

腰骶神经根综合征导致该神经根支配区小腿皮肤温度下降0.7-0.9℃,同时伴有相应交感神经干连接支水平节段轻度高热。对患侧神经根进行奴佛卡因阻滞可使肢体相应皮区表面温度恢复正常,并使腰骶部节段温度下降0.2-0.3℃。在完成腰交感神经节的奴佛卡因或三甲卡因阻滞10-12分钟后,相应侧足部和小腿皮肤温度上升0.7-0.9℃,持续2-3分钟。

背部和脊柱区域的平均皮肤温度为33.5-34.2°C。

上肢

双上肢的热成像具有对称性,但根据 GM Frolov 及其合著者 (1979) 的研究,上肢存在轻微的热不对称,这是由于右肢或左肢发育较快或动脉压力差异造成的。

上肢热像图上的高温区通常位于血管束区域——肩部内侧、肘关节、前臂、腋窝区域。相对低温区主要出现在肩部、前臂外侧以及手指(相对于手掌)。在食指区域、指间间隙以及手背大静脉沿线,可观察到中度高温。上肢(手指除外)区域的平均皮肤温度为31.2-32.6℃,手指区域为27.2-28.6℃。

下肢

双下肢的热成像也呈现出对称性。在小腿上中部1/3处,可观察到明显的高温区域;而在膝关节区域、小腿下1/3处和足部,则可观察到低温区域。

足背表面的热像图呈现出一种不均匀的图像,高温区域从上到下呈递减趋势——在足趾区域确定了一个低温区。在足底表面,高温强度沿内侧边缘更为明显,尤其是在足弓的投影处。低温区则沿着外侧边缘和足趾区域出现。

在大腿后侧,臀部投影处可见明显的低温区,大腿上1/3处、腘窝处和小腿上1/3处可见高温区。小腿处高温强度呈向远端递减趋势。跟腱上方可见低温区。下肢(除脚趾外)皮肤温度平均值为32.1-32.4°C,脚趾处为23.3-23.9°C。

根据以下热成像特征对热成像图进行分析和处理:

  • 检测热不对称性,
  • 研究不对称部分(低温区或高温区)的面积:尺寸、均匀度、边界特征等,
  • 确定温度梯度并计算其系数,表示点间温差与点间距离的比率,
  • 确定对称截面的最大、最小和平均绝对温度,
  • 确定热释指数(TI),即每个等温场对应的温度总和与病理热不对称区的总面积之比。

正常情况下,热成像指数范围为 4.62 至 4.94,平均为 4.87。

根据NK Ternovoy及其合著者(1988年)的研究,在NS Kosinskaya认为的X线摄影第一期骨关节炎中,可观察到关节热不对称现象,关节区域上方出现低温区,并逐渐转变为肢体节段上方和下方的高温区。低温区的温度梯度为0.6±0.2°C。

II-III期骨关节病患者的热像图显示热不对称,患侧关节上方存在不同程度和严重程度的高温区,提示关节血管增生,关节滑膜及关节旁组织存在无菌性炎症。病变关节的温度梯度为1±0.2°C。

在有效治疗的情况下,热谱图的特点是温度不对称性降低,高热强度降低,温度梯度下降到 0.4-0.8°C。

乌克兰风湿病中心对骨关节炎膝关节的远程计算机热成像 (RCT)、放射线照相和超声数据之间的关系进行了研究。

本研究纳入了62例符合ACR(1986)分类标准的膝骨关节炎患者,其中女性43例(69.4%),男性19例(30.6%),年龄47至69岁(平均57.4±6.2岁),病程1.5至12年(平均5.6±2.6年)。44例(71%)患者为单关节病变,18例(29%)患者为双关节病变,因此,本组患者共检查了80个膝关节。根据Kellgren和Lawrence的X线诊断,1期患者23例(28.8%),Ⅱ期32例(40%),Ⅲ期19例(23.8%),Ⅳ期6例(7.4%)。为了进行比较,我们选取了27名受试者的54张膝关节X光片作为对照组,这些受试者的病史中没有关于膝关节、血管、软组织、骨骼和其他下肢关节的创伤性损伤或其他损伤的记录。对照组的27名受试者中,有18名(66.7%)女性和9名(33.3%)男性,年龄在31至53岁之间(平均41.5±4.9岁)。

采用标准方法进行膝关节前后位X线检查。骨关节病的X线分级标准为0~3度(关节间隙高度降低及骨赘形成),采用Y. Nagaosa等(2000)编著的《膝关节骨关节病分级图谱》。

在使用 Raduga-1 热像仪进行 DCT 时,我们遵循了 LG Rosenfeld (1988) 的建议。在膝关节热像图上,选取两个 35x35 毫米的对称区域,分别对应膝关节胫股节段 (TFKJ) 的内侧和外侧,并测量这些区域的平均温度。为了对 DCT 结果进行数学处理,我们采用以下公式确定温度梯度指数:

ATm = Tm - Trm 且 ATl = Tl - Trl,

其中,AT为温度梯度,Tm、Tl为TFKS内外侧投影区域温度,Trm、Trl为对照组健康个体检查时获得的TFKS内外侧投影区域温度参考值。

所有受检者均接受膝关节超声检查,采用 SONOLINE Omnia(西门子)设备,配备 7.5L70 线性传感器(频率 7.5 MHz),在“正交”模式下,于标准体位进行。检查内容包括骨关节面状况(包括皮质层“松动”及其缺损)、关节间隙、关节周围软组织、积液情况、韧带结构变化及其他一些参数。

在主要组患者中,还研究了关节综合征的临床症状。为此,采用Lequesne疼痛功能指数(LAI)来评估膝关节病的严重程度,该指数由疼痛综合征的性质(发病时间、无痛最大步行距离)、晨僵持续时间等因素决定。膝关节病的严重程度以分数编码(1-4分 - 轻度,5-7分 - 中度,8-10分 - 重度,11-13分 - 极重度,14分以上 - 重度)。疼痛综合征的强度采用视觉模拟疼痛量表(VAS)进行评估,其中无痛对应0毫米,最大疼痛对应100毫米。

使用 STATGRAPHICS plus v.3 计算机程序对所得结果进行统计分析。进行相关性分析时,相关系数 r < 0.37 表示相关性较弱,0.37 < r < 0.05 表示相关性中等,0.5 < r < 0.7 表示相关性显著,0.7 < r < 0.9 表示相关性强,r > 0.9 表示相关性非常强。p < 0.05 则被认为是可靠的。

患者临床检查结果显示,轻度膝关节病患者8例(12.9%),中度膝关节病患者13例(20.9%),重度膝关节病患者21例(33.9%),极重度膝关节病患者15例(24.2%),极重度膝关节病患者5例(8.1%)。9例(14.5%)患者无患处疼痛症状,另有53例(85.5%)患者根据视觉模拟评分法(VAS)评定疼痛程度为5至85毫米。38例(61.2%)患者关节活动度受限于75至125°,19例(30.6%)患者关节伸展度增加5至20°。

骨关节炎患者关节综合征的临床特征

指标

平均±标准差

AFI 莱克纳

8.87±3.9

你的痛苦,嗯

35.48±23.3

屈曲范围,°(正常130-150°)

128.15+20

延伸范围,°(正常 0")

3.23±5.7

对骨关节病患者膝关节热成像研究显示,DTM 平均为 0.69±0.26 °C,DTL 平均为 0.63+0.26 °C(p=0.061)。相关性分析显示,DTM 与所有研究的临床参数之间以及 DTL 与 Leken 的 AFI、VAS 疼痛和屈曲范围之间均存在统计学显著相关性。

相关性分析发现,内侧TFJ的温度梯度与内侧关节间隙高度的降低以及内外关节间隙骨赘的发生存在统计学上显著的直接关系,而外侧TFJ的温度梯度仅与外侧TFJ的关节间隙高度的降低及骨赘的发生存在统计学上显著的直接关系。

超声数据显示,骨关节病患者的关节间隙狭窄,其原因包括关节软骨高度降低(传感器横向位置)、骨质增生(骨赘)和/或关节面缺损、滑膜改变和关节积液、关节旁软组织改变(所有位置)。骨关节面皮质层表面的变化(不平整、表面缺损形成)在疾病早期(I期)就已记录到,并在III-IV期达到最大值。

28例(45.16%)患者出现关节积液,主要为Ⅱ、Ⅲ期骨关节病,积液主要位于关节上隐窝(32.3%),关节间隙外侧部(17.7%),内侧(9.7%)和后隐窝(3.2%)较少见。临床症状持续1个月以内,积液为均质无回声结构,炎症持续存在者,积液为非均质性回声结构,内含物大小、回声密度不等。24例(38.7%)患者滑膜增厚,其中14例滑膜增厚不均匀。本组患者平均病程长于全组(6.7±2.4年),滑膜增厚不均匀者病程更长(7.1±1.9年)。因此,滑膜炎的特点反映了疾病的持续时间和检查时病程的严重程度。DCT与超声检查结果的对比数据值得关注。

相关性分析数据显示,内外关节融合关节(TFJ)的温度梯度与超声数据显示的关节积液和滑膜增厚之间存在强或极强的直接关系。超声数据显示,TFJ内侧区域的骨质生长与关节所有检查区域的温度梯度之间存在较弱的相关性。

一方面,DCT数据与骨关节病患者的关节综合征临床特征、疾病的X线分期以及超声检查结果之间存在相关性。所得数据表明,使用包括X线摄影、DCT和超声在内的一系列仪器诊断方法是明智的,这些方法不仅能提供关节内组织状态的信息,还能提供关节外组织状态的信息。


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