犬肘關節CT關節造影方法探討

代禾根,謝富強

(中國農業大學動物醫學院,北京海淀100193)

犬肘關節的內側部常發生骨和軟骨的病變，包括尺骨內側冠狀突碎裂和肱骨髁內側分離性骨軟骨病。肱骨髁的內側部分也常伴隨內側冠狀突碎裂出現軟骨侵蝕。軟骨侵蝕病灶作為一個重要的臨床征象，其對后續發生的骨關節炎有重要的診斷意義。但由于軟骨病灶在X線片和CT圖像上均難以顯現而常在肘關節的影像學檢查中被忽視。目前，常用于檢出肘關節關節軟骨病變的方式為關節鏡檢查、CT肘關節造影術和MRI肘關節造影術。關節鏡檢查被認為是關節軟骨病變檢查的金標準[1-2]，但其具有侵入性。影像學檢查中的CT肘關節造影術和MRI肘關節造影術則各具特點。Waldt S等人對比了CT肘關節造影術和MRI肘關節造影術對人肘關節關節軟骨病灶的檢出率，前者的敏感性和特異性分別為80%和93%，后者的敏感性和特異性分別為78%和95%[3]。由于CT的空間分辨率高于MRI，可發現微小的鈣化灶，因此CT在肘關節病變的檢查上優于MRI。

1 材料與方法

1.1 動物 10只比格犬，購自北京沙河通利實驗動物養殖場。實驗犬的性別隨機抽取，其中雄性4只，雌性6只。年齡在2～5歲，體重在5～10 kg。犬的四肢外觀無明顯異常，步態正常，無跛行、疼痛等癥狀。犬的肘關節經X線檢查無影像異常。

1.2 器材 飛利浦16排螺旋X射線計算機體層攝影設備，電壓380 V、50 Hz，功率65 kVA；Philips Medical Systems CT影像處理工作站；碘海醇注射液，規格350 mg I/mL(以碘濃度計)；泡沫板、鉛板、沙袋、紗布、注射器等輔助材料。

1.3 方法

1.3.1 對試驗犬按照0.1 mL/(kg·bw)肌肉注射舒泰50與速眠新的混合劑(混合比為1∶3)，使犬進入全身麻醉狀態。

1.3.2 麻醉后將犬左側臥于CT檢查床上，雙前肢向探測器方向拉伸并垂直于探測器，保持雙前肢平行，頭部向后仰以遠離前肢和肘關節。然后進行CT掃描，CT掃描技術參數：140 kV，230 mAs，層厚0.75 mm，像素矩陣1024×1024，螺旋掃描。掃描的范圍從鷹嘴頂部至橈骨頭遠端±3 mm處。CT平掃過后，對犬肘關節進行關節囊內造影，所用造影劑均為碘海醇注射液。肘關節關節囊內造影的方法為：將犬的肘關節屈曲，使肱骨和橈尺骨呈90°角，使用22 G注射器針頭在肱骨外上髁水平從肘關節后外側向前內側水平刺入，使用注射器抽吸關節液，在透明清亮的關節液被吸出之后注入造影劑。當吸出的關節液中含有血液時則不進行造影劑注射。造影劑的注射劑量為4～5 mL，通過觸摸關節囊變得飽滿時停止注射造影劑。在造影劑注射進入肘關節之后，人工進行犬肘關節的屈曲和伸展活動，活動2 min之后進行CT掃描，掃描條件同CT平掃。每只犬的雙側肘關節需進行3次不同濃度造影，以碘的濃度計算分別是：35 mg I/mL，70 mg I/mg，140 mg I/mL。每只犬每次進行1個濃度造影，循環使用，共分3次進行，每次間隔時間為1周。

1.3.3 造影效果及軟骨厚度測量 分析統計不同濃度造影劑在CT圖像上的肘關節造影效果，造影成功的標準為：肘關節關節囊內充滿造影劑、造影劑進入肱橈關節和肱尺關節間隙并顯示周圍關節軟骨影像。分別測量肱骨髁中部、內上髁水平的重建矢狀面上肱骨側和尺骨側的關節軟骨厚度(圖1)。

1.3.4 對連續型數據應用IBM SPSS Statistics 20 軟件進行t檢驗和方差分析，比較不同濃度造影劑CT圖像上的軟骨厚度測量值之間的差異，當P<0.05時為具有顯著差異。

2 結果

2.1 不同濃度造影劑的造影成功率比較 按最終造影成功的肘關節數計算，在140 mg I/mL濃度下，共有10只犬的20個肘關節造影后在CT圖像上可見造影劑填充整個關節囊和關節間隙，并能清晰顯示關節軟骨，造影成功率為100%；在70 mg I/mL濃度下，共有10只犬的17個肘關節造影后在CT圖像上可見造影劑填充整個關節囊和關節間隙，并能清晰顯示關節軟骨，造影成功率為85%；在35 mg I/mL濃度下，僅有1只犬的1個肘關節造影后在CT圖像上可見造影劑填充整個關節囊和關節間隙，并能較清晰顯示關節軟骨，造影成功率為5%。140 mg I/mL濃度在肘關節造影中的成功率最高，而35 mg I/mL濃度的成功率最低。

圖1 肘關節關節軟骨測量位點

A：比格犬肘關節CT橫斷面定位圖像：位于尺骨滑車切跡中部和 肱骨內上髁水平，白色定位線所示； B：比格犬肘關節CT矢狀面 測量點：位于肱骨滑車溝中部水平，圖中白點所示

2.2 CT圖像造影效果比較 3個濃度的造影劑在進入關節囊后，在CT圖像上均有一個相對穩定的CT值，其中140 mg I/mL濃度在圖像上的CT值為2 000～2 600 HU，70 mg I/mL濃度的CT值為1 000～1 200 HU，35 mg I/mL濃度的CT值為400～700 HU。在窗寬2 500、窗位700的條件下觀看圖像，各造影劑濃度的圖像特征如下：

(1)140 mg I/mL濃度組的造影劑在CT圖像上為白色高密度物質結構(略高于周圍骨皮質)。在重建矢狀面可見造影劑與周圍骨骼結構邊界清晰易于區分，肱橈關節和肱尺關節間隙內呈一條均勻的高密度帶，其與周圍結構的對比明顯，關節間隙兩側的關節軟骨呈低密度的條帶出現在造影劑兩側。造影劑與周圍的關節軟骨之間分界不清晰，從密度最高的造影劑往密度較低的關節軟骨依次形成不同的密度階梯，測量時難以區分關節軟骨的確切邊界。造影劑填充至肘關節的整個關節囊，在鷹嘴窩和橈窩水平可見肱骨前側和后側兩個高密度、散在低密度褶皺狀結構的囊袋，且后側的囊袋褶皺較前側多且明顯。同時，肱橈關節頭側具有少量的造影劑，形成一個較小的囊袋，并與橈窩頭側的囊袋連通(圖2A)。在橫斷面可見肱骨滑車與尺骨滑車切跡之間及其周圍充滿造影劑，肱骨髁的頭側部分也存在一窄帶樣的高密度造影劑(圖2B)。在重建冠狀面，可見大量高密度造影劑位于鷹嘴窩周圍，同時在肱尺關節間隙內可見少量造影劑，而在此切面通常看不到肱橈關節之間的造影劑影像(圖2C)。

(2)70 mg I/mL濃度組在CT圖像上表現為與周圍骨松質密度大致相當的結構(鷹嘴和肱骨頭的骨松質)。在重建矢狀面可見造影劑呈中高密度結構，肱橈關節和肱尺關節間隙內呈一條窄的中高密度帶，其與周圍結構的對比較明顯，關節間隙兩側的關節軟骨呈低密度的條帶出現在造影劑兩側。造影劑與周圍的關節軟骨之間分界清晰，中高密度的造影劑與低密度的關節軟骨之間無密度階梯，測量時可以較準確的區分關節軟骨的邊界。在鷹嘴窩和橈窩水平可見肱骨前側和后側有兩個中高密度、斑駁的囊袋結構，其中后側的囊袋最大，頭側的囊袋較小，肱橈關節頭側也具有少量的造影劑，形成一個較小條形囊袋，并與橈窩頭側的囊袋連通(圖3A)。橫斷面和冠狀面的造影劑分布與140 mg I/mL濃度組相似(圖3B和3C)。

(3)35 mg I/mL濃度組在CT圖像上表現為比關節周圍軟組織密度稍高的中等密度結構。在重建矢狀面，肱橈關節和肱尺關節間隙內的造影劑難以與周圍的軟骨區分，其與周圍結構的對比不明顯。在鷹嘴窩和橈窩水平可見肱骨前側和后側有2個中等密度、較均質的團塊狀結構，幾乎無褶皺(圖4A)。橫斷面和冠狀面的造影劑分布與140 mg I/mL濃度組相似(圖4B和4C)。

2.3 關節軟骨測量 由于在35 mg I/mL的造影劑濃度組所獲得的數據量太少，進行統計分析的誤差較大，因此僅對比格組內的70 mg I/mL的造影劑濃度組和140 mg I/mL的造影劑濃度組進行比較。在尺骨滑車切跡中部、肱骨內上髁水平的矢狀面上測量獲得的關節軟骨厚度為：140 mg I/mL濃度組肘關節肱骨側的關節軟骨厚度平均值為(0.43±0.04) mm，70 mg I/mL濃度組肘關節肱骨側的關節軟骨厚度平均值為(0.39±0.04) mm；140 mg I/mL濃度組肘關節尺骨側的關節軟骨厚度平均值為(0.43±0.05) mm，70 mg I/mL濃度組肘關節尺骨側的關節軟骨厚度平均值為(0.39±0.04) mm。對數據進行方差分析，無論是肱骨側還是尺骨側，140 mg I/mL濃度組的肘關節關節軟骨厚度與70 mg I/mL 濃度組的肘關節關節軟骨厚度之間均存在極顯著的差異(P<0.01)。說明在不同造影劑濃度下測量獲得的軟骨厚度相差大，且70 mg I/mL濃度下的軟骨厚度明顯小于140 mg I/mL濃度下的軟骨厚度。2個濃度下測量值的變異系數分別是9.8%和9.7%。

圖2 140 mg I/mL濃度組造影劑分布圖 *:高密度區域造影劑

A：肘關節矢狀面 ； B：肘關節橫斷面 ； C：肘關節冠狀面

圖3 70 mg I/mL濃度組造影劑分布圖 *:中高密度區域造影劑

A：肘關節矢狀面 ； B：肘關節橫斷面 ； C：肘關節冠狀面

圖4 35 mg I/mL濃度組造影劑分布圖 *:中等密度區域造影劑

A：肘關節矢狀面 ； B：肘關節橫斷面 ； C:肘關節冠狀面

3 討論

本研究對犬肘關節內造影劑注射劑量的控制是通過觸摸關節囊明顯變得飽滿來確定的。至于不同個體犬的造影劑劑量，除了與犬的體重有關外，更與犬的品種和體型大小相關，因此關節內造影劑的注射量并不能完全按照體重的正比關系來確定，這與血管內造影劑量的確定方法存在差別。本研究中使用的3個用于肘關節造影的碘海醇濃度是參考部分研究所獲得的有效濃度設定的[4]，最初設定的3個濃度梯度為35、70 mg I/mL和140 mg I/mL。但是在研究過程中發現35 mg I/mL濃度在進行肘關節造影時，大多數無法在設定的窗位中顯示出關節間隙內的造影劑，因此也就無法區分出肘關節關節軟骨。在排除了窗寬、窗位、拍攝條件、動物體型、掃描時間等影響因素之后，懷疑造成這種原因的可能性有兩個：一是由于此濃度組的造影劑濃度較低，在進行造影后關節間隙內的造影劑被快速分散到周圍的關節囊袋中，導致周圍關節間隙中分布的造影劑量過少并難以在CT圖像中清晰的觀察到；二是由于此濃度組的造影劑顯影密度與周圍組織的密度過于接近，在圖像處理過程中將這部分密度相近的組織顯示為同一種結構。前一種情況在某些研究中有所提及[5]，但本研究分別在犬肘關節注入35 mg I/mL濃度的造影劑后的15 s、30 s、1 min、2 min和3 min進行了CT掃描，均難以觀察到肘關節間隙內的造影劑影像。同時，通過測量該濃度組造影后肘關節關節間隙內的CT值可發現該處的CT值與周圍關節囊內造影劑的CT值相當，而與未造影的肘關節關節間隙內的CT值(0 HU)差異較大，因此更傾向于是由試驗所用的CT機的圖像處理算法引起的35 mg I/mL濃度組的關節間隙內造影劑不可見。在此濃度組中，關節間隙內唯一出現造影劑顯影的一個肘關節來自于一只肘關節不協調的比格犬。由于這只比格犬的內側關節間隙寬度較其他健康犬寬，因此在這部分關節間隙內可見造影劑顯影，這可能是由于在這部分較寬的關節間隙處造影劑的量有較大集聚，使得計算機將造影劑與周圍組織進行了區分。

從造影的成功率來看，140 mg I/mL濃度組的造影成功率最高，70 mg I/mL濃度組次之，35 mg I/mL濃度組最低。這可能是由于140 mg I/mL濃度的造影劑粘滯度更高，更易粘滯在關節間隙內而不易被擠壓到周圍的關節囊，而濃度更低的造影劑可能更易被吸收和擠壓至周圍關節囊，因此造影成功率逐漸下降。但是在140 mg I/mL濃度組的關節軟骨厚度測量過程中，由于高濃度造影劑在軟骨和造影劑邊界造成的像素衰減梯度，軟骨的邊界難以界定-即140 mg I/mL濃度的造影劑造成的“開花”偽影(Bloom artifact)導致軟骨厚度的測量精確性下降，這種現象也在Gendler A等的研究中得到了證實[4]。但是，這種“開花”偽影并不會干擾圖像上軟骨形態和軟骨病灶的判斷，僅會造成測量誤差的出現，因此140 mg I/mL濃度的造影劑也常用于犬膝關節、人肘關節及羊膝關節[6]造影中不涉及測量軟骨厚度的其他病變研究。綜合造影成功的難易程度、關節軟骨的易見性進行評估，140 mg I/mL 的造影劑濃度即可滿足臨床進行常規肘關節造影檢查(如檢查軟骨病灶、軟骨瓣和軟骨碎片)。對于需要測量肘關節關節軟骨的情況，由于在這2個濃度下測量值的變異系數相差不大(分別是9.8%和9.7%)，2組測量值之間的標準差也基本相等，說明2個濃度下測量值的精確性之間無較大差別。對于測量的準確性而言，由于70 mg I/mL的造影劑濃度不會出現140 mg I/mL濃度下的“開花”偽影，可能更加適合作為測量關節軟骨厚度所使用的濃度，但測量準確性的判斷最終還需依靠于活組織檢查加以確定。另外，本次研究還發現用于CT掃描的造影劑濃度，即使是使用最高的140 mg I/mL濃度的造影劑在數字X線片上也難以產生與周圍組織明顯區別的造影效果，說明CT掃描與數字X線影像相比能在使用更低濃度造影劑的情況下對診斷肘關節疾病獲得更好的診斷效果。