胡震隆 朱家安

本課題組前期系列研究及相關(guān)報(bào)道［1-4］證實(shí)超聲可以評(píng)價(jià)強(qiáng)直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）患者骶髂關(guān)節(jié)病變，且潛力巨大。多普勒超聲可發(fā)現(xiàn)活動(dòng)期AS 患者骶髂關(guān)節(jié)背側(cè)區(qū)存在較豐富的低阻力指數(shù)炎性血流信號(hào)，診斷特異性及敏感性接近MRI［5］。但由于超聲無(wú)法穿透骶髂關(guān)節(jié)凹凸不平的耳狀面結(jié)構(gòu)，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示較困難，致使該血流信號(hào)在超聲影像下較難分辨其解剖學(xué)位置。因此，多普勒超聲發(fā)現(xiàn)異常血流動(dòng)力學(xué)表現(xiàn)是否可直接提示骶髂關(guān)節(jié)炎仍缺乏客觀證據(jù)支持。CT、MRI 對(duì)AS 骶髂關(guān)節(jié)炎早期診斷也因各自技術(shù)限制而效果欠佳［6］。本課題組前期研究［7］已建立骶髂關(guān)節(jié)圖像融合方法學(xué)，證實(shí)了超聲與CT 圖像融合（US-CT）具備可行性。本研究擬在前期研究基礎(chǔ)上，在AS 活動(dòng)期患者中實(shí)施US-CT圖像融合，通過(guò)觀察其低阻炎性血流信號(hào)，并結(jié)合詳盡的解剖學(xué)研究，聯(lián)合多普勒超聲對(duì)測(cè)得異常血流信號(hào)的組織定位進(jìn)行判斷，進(jìn)而判斷炎癥發(fā)生的位置，以驗(yàn)證多普勒超聲發(fā)現(xiàn)的骶髂關(guān)節(jié)區(qū)異常血流信號(hào)是否為評(píng)價(jià)AS活動(dòng)性的可靠指標(biāo)。

資料與方法

一、研究對(duì)象

選 取2016 年1 月 至2018 年3 月 我 院 確 診 的AS 伴雙側(cè)骶髂關(guān)節(jié)病變患者84 例，男62 例，女22 例，年齡17～42歲，平均（26.1±6.2）歲。AS診斷標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)1984年修訂的紐約分類標(biāo)準(zhǔn)［8］：①下腰背疼痛病程≥3 個(gè)月，疼痛隨活動(dòng)改善，但休息不緩解；②腰椎活動(dòng)受限；③胸廓擴(kuò)展范圍小于同年齡和性別的正常值；④雙側(cè)骶髂關(guān)節(jié)炎≥Ⅱ級(jí)，或單側(cè)骶髂關(guān)節(jié)炎≥Ⅲ級(jí)。符合④+①～③任一條可確診。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，入選者均知情同意。

兩具人體骨盆標(biāo)本取自上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院，用于實(shí)施骶髂關(guān)節(jié)解剖實(shí)驗(yàn)。

二、儀器與方法

（一）骶髂關(guān)節(jié)系統(tǒng)解剖及斷層解剖操作

1.系統(tǒng)解剖：取其中一具骨盆標(biāo)本在骶骨背側(cè)正中線將皮膚切開(kāi)，向上探及第五腰椎棘突，逐層分離直至移除棘突與骶骨間軟組織，然后逐步剝離骶骨及髂骨背側(cè)的皮膚及整個(gè)臀后部肌層直至顯示骶髂關(guān)節(jié)背側(cè)，破壞表面附著韌帶；前方打開(kāi)腹腔，移除臟器，暴露骶骨前部，逐步清理骶髂關(guān)節(jié)前方表面韌帶等軟組織。顯示前后關(guān)節(jié)邊緣后，用骨膜剝離刀逐步鈍性分離關(guān)節(jié)軟骨面直至關(guān)節(jié)面完全打開(kāi)，分離時(shí)注意避免軟骨面破壞。打開(kāi)后由頭側(cè)至尾側(cè)觀察關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2.斷層解剖：取另一具骨盆標(biāo)本，體表定位第五腰椎棘突，沿后正中線將皮膚切開(kāi)，向下逐層分離軟組織至暴露骶骨后部，定位雙側(cè)第1～3 骶骨后孔。使用骨鋸沿經(jīng)3 個(gè)骶后孔橫切面進(jìn)行切割，觀察3 個(gè)層面下關(guān)節(jié)內(nèi)組織構(gòu)成。

（二）獲取骶髂關(guān)節(jié)CT圖像

使用GE Light Speed VCT 掃描儀，受檢者取仰臥位，自第五腰椎向下連續(xù)掃描至股骨上段，骨窗觀察骶髂關(guān)節(jié)間隙及骨表面情況，結(jié)果由一名主治醫(yī)師和一名主任醫(yī)師共同審閱。CT 結(jié)果以DI-COM 格式存入光盤(pán)，并導(dǎo)入超聲儀器圖像融合軟件系統(tǒng)中備用。

（三）骶髂關(guān)節(jié)US-CT圖像融合操作

1.超聲儀器及融合成像操作前準(zhǔn)備：使用百勝M(fèi)yLab 90 彩色多普勒超聲診斷儀，CA431 探頭，頻率為4～6 MHz，配備Virtual Navigator 4.2導(dǎo)航系統(tǒng)。將磁定位發(fā)射裝置立于檢查床旁，接收器反向固定于探頭背側(cè)以使超聲圖像匹配CT 圖像方位。發(fā)射器與接收器間的距離保持在70 cm 以內(nèi)。融合軟件將根據(jù)導(dǎo)入的CT圖像生成骶髂關(guān)節(jié)空間信息。CT橫斷面圖像顯示于屏幕右側(cè)，超聲圖像顯示于左側(cè)，方便進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像比對(duì)及配準(zhǔn)。通過(guò)增益調(diào)節(jié)按鈕可在雙側(cè)圖像中疊加另一圖像背景以實(shí)現(xiàn)圖像初步配準(zhǔn)功能。

2.圖像融合操作方法：按照前期研究［7］建立的骶髂關(guān)節(jié)超聲與CT圖像融合的方法學(xué)（骶髂關(guān)節(jié)橫斷面超聲與CT 單平面融合法），受檢者取俯臥位，將探頭置其腰骶部，以高尖的第五腰椎棘突作為標(biāo)志點(diǎn)，顯示其橫切面后水平下移，直至出現(xiàn)中間骶骨及兩側(cè)髂嵴，當(dāng)切面經(jīng)過(guò)骶骨后孔水平時(shí)可顯示骶部背側(cè)圖像：從正中至兩側(cè)依次為骶正中嵴、骶中間嵴、骶外側(cè)嵴及髂嵴。骶髂關(guān)節(jié)后部區(qū)域?yàn)閮蓚?cè)骶外側(cè)嵴與兩側(cè)髂嵴之間的偏低回聲間隙，見(jiàn)圖1。分別以第1～3骶骨后孔層面（level 1～3）作為圖像融合的標(biāo)準(zhǔn)切面。找到層面后，通過(guò)融合軟件對(duì)導(dǎo)入的CT圖像進(jìn)行亮度等一系列圖像優(yōu)化并調(diào)整其層面使其與超聲下確定的層面相對(duì)應(yīng)，完成初步配準(zhǔn)。然后，在fine tuning 模式下于上述5種共7個(gè)可選配準(zhǔn)點(diǎn)中選擇超聲和CT下均可清晰顯示的3 個(gè)配準(zhǔn)點(diǎn)并實(shí)施單平面精確配準(zhǔn)，點(diǎn)擊融合按鍵完成最終圖像融合。在3個(gè)level層面背側(cè)表面結(jié)構(gòu)基本相同，均可按照上述方法進(jìn)行融合操作，軟件將根據(jù)空間信息自動(dòng)評(píng)估圖像配準(zhǔn)精度以判斷圖像融合是否成功。

圖1 超聲與CT圖像融合配準(zhǔn)點(diǎn)示意圖（關(guān)節(jié)背側(cè)觀）

（四）US-CT 融合圖像與多普勒超聲聯(lián)合判斷異常血流位置

生成US-CT 融合圖像后，將探頭于原處稍向下方傾斜，以顯示更多關(guān)節(jié)后部間隙。然后調(diào)至多普勒模式，血流取樣框調(diào)整至關(guān)節(jié)背側(cè)區(qū)合適位置進(jìn)行觀察，當(dāng)探及血流信號(hào)時(shí)，將彩色增益調(diào)至最大，再逐漸調(diào)低至血流信號(hào)亮度最強(qiáng)而偽彩剛好消失為宜。應(yīng)用頻譜多普勒觀察血流信號(hào)性質(zhì)，當(dāng)顯示為動(dòng)脈血流時(shí)，測(cè)量阻力指數(shù)值并記錄，共測(cè)量3次，取其平均值。血流信號(hào)阻力指數(shù)＞0 且≤0.70 提示為異常血流。最后，在融合圖像下判斷異常血流信號(hào)處的解剖結(jié)構(gòu)并記錄其組織定位，3 個(gè)level 層面炎性血流信號(hào)的定位按照前期研究［4］中“關(guān)節(jié)內(nèi)及周圍分類法”。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)數(shù)資料以構(gòu)成比或率表示，行χ2檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、骶髂關(guān)節(jié)系統(tǒng)解剖及斷層解剖特點(diǎn)

1.系統(tǒng)解剖特點(diǎn)：骶髂關(guān)節(jié)完全打開(kāi)后可見(jiàn)被覆軟骨的耳狀面結(jié)構(gòu)，即關(guān)節(jié)滑膜部，其位置靠前，從背側(cè)觀察其位置較深?；げ亢蠓疥P(guān)節(jié)間隙內(nèi)填充大量增加骶髂關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的骨間韌帶，為關(guān)節(jié)韌帶部。見(jiàn)圖2。

2.斷層解剖特點(diǎn)：橫切面顯示骶髂關(guān)節(jié)level 1～3層面從頭側(cè)至尾側(cè)的形態(tài)變化，在level 1層面中，骶髂骨間韌帶幾乎充填整個(gè)關(guān)節(jié)后部間隙，而真正意義的滑膜關(guān)節(jié)位置靠前且所占比例較?。▓D3A）。Level 2層面與level 1 層面基本相同，滑膜關(guān)節(jié)仍靠前。而當(dāng)切面逐漸下移至level 3 層面時(shí)，滑膜關(guān)節(jié)位置移行至后部，并替代骨間韌帶占據(jù)關(guān)節(jié)后間隙（圖3B）。

圖2 打開(kāi)的骶髂關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體圖

圖3 骶髂關(guān)節(jié)橫切面level 1及l(fā)evel 3層面解剖結(jié)構(gòu)

二、US-CT融合圖像中炎性血流信號(hào)位置判斷

1.84 例患者共168個(gè)骶髂關(guān)節(jié)，3個(gè)層面圖像融合成功數(shù)分別為：level 1層面163 個(gè)，level 2層面147 個(gè)，level 3層面134 個(gè)。

2.US-CT 融合圖像下異常血流信號(hào)位置分布于Level 1層面128個(gè)，level 2層面105個(gè)，level 3層面61個(gè)。3 個(gè)level 層面間炎性血流信號(hào)位置按關(guān)節(jié)內(nèi)及周圍定位的分布情況比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=9.101，P=0.011），見(jiàn)表1。3個(gè)level層面間炎性血流信號(hào)根據(jù)解剖學(xué)類型定位情況比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=174.607，P＜0.01），見(jiàn)表2。不同層面異常血流信號(hào)位置見(jiàn)圖4，5。

表1 融合圖像下3個(gè)層面炎性血流信號(hào)按關(guān)節(jié)內(nèi)及周圍定位的分布情況 個(gè)

表2 融合圖像下3個(gè)層面炎性血流信號(hào)按解剖學(xué)結(jié)構(gòu)定位的分布情況 個(gè)

圖4 Level 1層面中US-CT圖像融合示低阻炎性血流信號(hào)定位

圖5 Level 3層面中US-CT圖像融合示低阻炎性血流信號(hào)定位

討 論

超聲發(fā)現(xiàn)的骶髂關(guān)節(jié)后部異常血流動(dòng)力學(xué)改變對(duì)AS 的診斷價(jià)值一直是本課題組長(zhǎng)遠(yuǎn)的研究方向。根據(jù)前期系列研究，本課題組認(rèn)為超聲因其對(duì)低阻炎性血流的高敏感性，對(duì)處于未發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞的AS早期或極早期活動(dòng)性炎癥具備潛在評(píng)估能力，而CT和MRI目前難以做到。因此，若能明確超聲檢出的異常血流發(fā)生位置并與CT及MRI結(jié)果比對(duì)，將有助于判斷超聲與CT、MRI 結(jié)果的相關(guān)性和時(shí)間窗，這很可能將對(duì)AS的影像學(xué)診斷體系產(chǎn)生重大影響。

前期方法學(xué)研究［7］證實(shí)采用經(jīng)雙側(cè)level 1～3 層面實(shí)施圖像融合具備可行性，且US-CT 圖像融合穩(wěn)定性較高，因此本研究應(yīng)用骶髂關(guān)節(jié)US-CT 融合圖像結(jié)合詳盡的解剖實(shí)驗(yàn)來(lái)定位多普勒探及的炎性血流信號(hào)。本課題系列研究初期在描述炎性血流信號(hào)位置時(shí)采用位于“骶髂關(guān)節(jié)內(nèi)或周圍”的定位方式，但根據(jù)本研究的解剖學(xué)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)這一定位方法并不準(zhǔn)確，因?yàn)轺诀年P(guān)節(jié)不同層面的滑膜部分與韌帶部分的構(gòu)成比發(fā)生了變化，根據(jù)關(guān)節(jié)滑膜部及韌帶部進(jìn)行分類顯然更符合解剖學(xué)特點(diǎn)。本研究采用該方法后發(fā)現(xiàn)，在level 1～2 層面的炎性血流信號(hào)幾乎均位于關(guān)節(jié)后間隙中靠近骨面的韌帶區(qū)域。由于關(guān)節(jié)滑膜部在level 1～2層面位置靠前，超聲波較難探及該部分，因此可明確位于level 1及l(fā)evel 2層面的大多數(shù)異常血流信號(hào)其來(lái)源于骶髂骨間韌帶，從而提示為附著端炎表現(xiàn)。但隨著關(guān)節(jié)層面下移，位于前方的關(guān)節(jié)滑膜部逐漸后移并替代部分韌帶組織而靠近關(guān)節(jié)后間隙外緣，故可部分被超聲探及。這解釋了結(jié)果中l(wèi)evel 3層面多數(shù)異常血流信號(hào)被定為于滑膜部的原因。由此可以判斷，位于level 3層面的異常血流信號(hào)多來(lái)源于滑膜炎。本研究還發(fā)現(xiàn)少數(shù)位于level 2和level 3層面的血流信號(hào)位于滑膜部與韌帶部的交界處，CT因?qū)浗M織辨別能力較差，融合圖像下并不能區(qū)別滑膜及韌帶的差異，因此這類特殊部位的血流無(wú)法準(zhǔn)確定位。

通過(guò)US-CT 融合圖像，還可對(duì)異常血流信號(hào)位置處與CT提示異常處進(jìn)行比較。本研究發(fā)現(xiàn)CT提示的如骨白線模糊、骨密度減低等異常改變一般發(fā)生于滑膜部旁關(guān)節(jié)面。結(jié)合上述提及骶髂關(guān)節(jié)內(nèi)組織構(gòu)成比的變化特點(diǎn)，可以認(rèn)為在較高層面超聲提示的異常血流信號(hào)基本位于韌帶區(qū)，而無(wú)法與深部CT提示的可能異常對(duì)應(yīng)。同樣，滑膜部在較低層面位置表淺，異常血流信號(hào)與CT提示的骨線模糊處完全吻合。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)部分異常血流信號(hào)位置處CT 未見(jiàn)有骨面異常，該現(xiàn)象表明此處附著端炎尚未侵及骨皮質(zhì)而發(fā)生骨性結(jié)構(gòu)改變，因此該處超聲探及異常的時(shí)間窗早于CT，這可能是超聲在AS 活動(dòng)期炎早期陽(yáng)性檢出率優(yōu)于CT的有力證據(jù)之一。

本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)骶髂關(guān)節(jié)后部除存在低阻的炎性血流信號(hào)外，還存在較多的高阻血流信號(hào)，部分可呈條狀，當(dāng)時(shí)考慮其為跨過(guò)骶髂關(guān)節(jié)的髂動(dòng)脈分支小血管；而本研究解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這些血管均位于骶髂關(guān)節(jié)前方，超聲下不可能顯示；后經(jīng)US-CT融合圖像發(fā)現(xiàn)上述高阻的血流信號(hào)位于骶后孔背側(cè)開(kāi)口內(nèi)，且顯示清晰。因此認(rèn)為其并非髂血管分支，而是從骶后孔穿出的營(yíng)養(yǎng)血管，由于其穿出后分布于靠近關(guān)節(jié)后部周圍，易與異常血流信號(hào)混淆，僅能通過(guò)血流頻譜加以區(qū)分。

綜上所述，結(jié)合骶髂關(guān)節(jié)解剖學(xué)特點(diǎn)，本研究證實(shí)骶髂關(guān)節(jié)背側(cè)異常血流信號(hào)可根據(jù)US-CT融合圖像較為準(zhǔn)確地定位于關(guān)節(jié)韌帶部或滑膜部。骶髂關(guān)節(jié)背側(cè)異常血流信號(hào)可作為評(píng)價(jià)AS 的可靠指標(biāo)之一。后期本課題組將進(jìn)一步研究MRI 與超聲的圖像融合，為進(jìn)一步證實(shí)超聲是診斷AS的有效手段提供理論依據(jù)。