多層螺旋CT鑒別全髖關節置換術后遲發性無菌及感染性并發癥

曾懿，張德洲，易雪冰

全髖關節置換術(total hip arthroplasty，THA)普遍應用于終末期髖關節病變，能有效解除關節疼痛、改善關節功能，顯著提高大多數患者(>89%)生活質量[1,2]。髖關節疼痛是THA后患者不適常見原因。髖關節假體周圍疼痛通常與假體周圍感染、假體無菌性松動和肉芽腫性假瘤相關[3]。假體周圍感染是一種嚴重并發癥，區分假體周圍感染和無菌性松動至關重要。當X線檢查發現是正常或可疑時，計算機斷層掃描(CT)被廣泛認為對評估假體周圍感染是有效的。磁共振成像(MRI)也可用于診斷假體髖關節并發癥，特別適用于假體周圍軟組織異常及骨髓水腫。與CT相比，MRI昂貴且耗時，在評估小的假體周圍溶骨性病變及假體位置方面價值有限，對關節穿刺或組織活檢無指導作用。然而，CT對無菌性并發癥的診斷標準方面的價值尚未明確。此外，CT征象是否會受患者假體置入時間影響仍不清楚。本研究目的是探討多層螺旋CT (MDCT)在診斷翻修手術前THA患者假體周圍感染、無菌性機械松動和肉芽腫病應用價值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性研究本院2011年1月-2019年1月8年83例接受了翻修手術的連續性患者。所有患者術前均采用MDCT進行評估。MDCT檢查的納入標準包括既往有THA病史和存在下列一項或多項特征：臨床癥狀如髖關節疼痛、發熱、壓痛和/或紅斑；假體周圍骨溶解(X線片)；血沉>30 mm/h； C反應蛋白水平>1 mg/dl。

2.CT檢查方法

采用西門子Somatom Definition As+ 64排螺旋CT機對所有患者行CT掃描，參數如下：管電壓120 kV；管電流120～150 mA；螺距0.625 mm；層厚及層間距1 mm；矩陣512×512；FOV 8～10 cm；骨窗窗寬3500 HU，窗位400 HU；軟組織窗寬700 HU，窗位100 HU。掃描范圍：從髖臼上緣至假體柄下緣，包括整個假體。

3.CT圖像分析

兩名經驗豐富的肌骨放射科醫師對患者臨床病史和手術表現未知的情況下，回顧性分析MDCT圖像。對兩位醫生診斷不一致病例，經共同經討論后確定結果。MDCT圖像分析包括假體周圍軟組織異常、假體周圍骨溶解、假體髖臼錯位、假體周圍異位骨化形成、髂淋巴結腫大。對這些征象進行分類的標準見表1、圖1[4-8]。

4.微生物及組織病理學分析

所有患者均在本院接受翻修手術并取得了微生物學和組織學確診。按照微生物及組織病理學結果，將所有患者分為假體周圍感染、無菌性機械松動和肉芽腫病3組。手術標本培養結果被認為是感染存在與否金標準。如果培養的兩個或兩個以上的樣本存在同一微生物，則確診為感染。如果培養結果為陰性，組織病理學標本中有大量的組織細胞和巨噬細胞，確診為肉芽腫病。如果培養結果陰性同時組織學上沒有巨噬細胞，則為無菌性機械性松動。

表3 與假體周圍感染、無菌性松動和肉芽腫病獨立相關的MDCT征象

5.統計分析

分類變量以頻率和百分比表示，計數資料以中位數和四分位數范圍表示。采用Kruskal-Wallis秩和檢驗比較THA術后與假體周圍感染、無菌性機械松動和肉芽腫病各組診斷之間的時間長短以及比較THA術后時間長短與MDCT相關征象的關系。采用χ2檢驗(Fisher精確檢驗)及Bonferroni校正比較假體周圍感染、無菌性機械松動和肉芽腫病3組患者MDCT相關征象差異。與假體周圍感染、無菌性機械松動或肉芽腫病獨立相關變量用logistic回歸模型分析，結果以優勢比(OR)和95%置信區間(CI)表示。P≤0.05，差異有顯著性意義，統計分析軟件使用SPSS 20.0。

結 果

研究對象包括男54名和女27名，平均年齡68歲(27～96歲)。83例患者22例在翻修手術中發現假體周圍感染(22/83)。手術標本培養陰性61例(61/83)，最終診斷為無菌性機械松動29例(29/83)；肉芽腫病32例(32/83)。

THA與并發癥診斷之間的中位時間分別為無菌性機械松動39個月(21～116月)，假體周圍感染55.5個月(23～108月)，肉芽腫病126個月(90～204.5月)。無菌性機械松動與肉芽腫病(P=0.002)、假體周圍感染與肉芽腫病(P=0.006)差異有顯著性意義。假體周圍感染與無菌性松動的比較差異無顯著性意義(P=0.946)。

MDCT相關變量在假體周圍感染、無菌性機械松動、肉芽腫病組中的差異如表2。假體周圍軟組織重度異常在假體周圍感染患者(19/22)和肉芽腫病患者(18/32)中明顯高于無菌性機械松動(8/29)；P<0.001。假體周圍骨溶解伴膨脹性骨膜反應在肉芽腫病組(23/32)明顯高于無菌性機械松動組和假體周圍感染組(3/29，3/22)，P<0.001。假體周圍感染組、無菌性機械松動組和肉芽腫病組髖臼錯位和異位骨化形成的不同分類患者比例相似。假體周圍感染組(19/22)較無菌性機械松動組(4/29)和肉芽腫病組(9/32)更容易出現髂淋巴結腫大(P<0.001)。

表2 MDCT相關征象在3組中的分布

在多變量分析中(表3)，與假體周圍感染獨立相關的MDCT征象為假體周圍軟組織重度異常、假體周圍輕度骨溶解而無膨脹性骨膜反應、髂淋巴結腫大。相反，無以下征象：假體周圍軟組織的輕度或重度異常、輕度或重度假體周圍骨溶解、髂淋巴結腫大是無菌性機械松動的預測因素。假體周圍軟組織輕度異常、重度假體周圍骨溶解伴膨脹性骨膜反應、輕度髖臼錯位是與肉芽腫病相關重要變量(圖1～3)。

圖1 72歲，女，術后診斷為假體周圍感染。a) 軟組織窗示右側假體周圍軟組織重度異常(箭)； b) 骨窗示右側假體臼旁輕度骨溶解而無膨脹性骨膜反應(箭)； c) 軟組織窗示髂淋巴結腫大(箭)。 圖2 62歲，女，術后診斷為無菌性機械性松動。a) 軟組織窗示左側假體周圍軟組織輕度異常(箭)； b) 骨窗示假體臼旁輕度骨溶解而無膨脹性骨膜反應(箭)。 圖3 49歲，女，術后診斷為肉芽腫病。a) 軟組織窗示左側假體周圍軟組織輕度異常(箭)； b) 骨窗示假體臼旁重度骨溶解伴膨脹性骨膜反應(箭)。

THA術后假體周圍骨溶解伴膨脹性骨膜反應的中位時間為119個月，明顯長于無膨脹性骨膜反應的骨溶解(中位時間為58.5個月)和無假體周圍骨溶解(中位時間為37.5個月)，P<0.001(表4)。

表4 THA術后的時間與MDCT相關征象評估

討 論

盡管現代人工髖關節置換術是一種安全手術且在增加手術數量和技術進步方面顯示出了巨大變化[9]，現在人們注意力更多地集中在減少并發癥、降低成本和提高患者滿意度上。感染雖然不常見，但仍是髖關節置換術的一個嚴重并發癥[10]。正確診斷假體周圍感染對手術治療至關重要。因此，識別可能有助于區分無菌性和感染性并發癥的特定CT征象是一個特別值得關注的問題。

X線片是評估有癥狀的髖關節假體患者潛在并發癥首選影像學方法。然而，根據臨床情況和預期病理情況需要描繪特定解剖結構，其他檢查有助于進一步評估。MDCT是一種很好的輔助成像工具，可用于評估合適假體位置、宿主骨和周圍軟組織情況[11]。

假體的無菌性并發癥可表現為機械性松動和肉芽腫病[12,13]。無菌性機械性松動被認為是導致慢性THA失敗和隨后翻修手術最常見原因之一。早期松動診斷比較困難，確切診斷松動標準為假體臼傾斜、移位，假體柄下沉、旋轉，骨水泥套斷裂或假體周圍骨溶解[11,14]。機械應力和運動可促進滑膜細胞向假體周圍骨和/或骨水泥表面遷移。可能有細胞因子從這些滑膜細胞釋放，但同時也可形成纖維膜或滑膜樣膜，這可以先于假體松動[15]。骨溶解是由巨噬細胞吞噬磨損的聚乙烯顆粒引起的生物過程，隨后發生無菌性異物肉芽腫反應，骨溶解區充滿肉芽組織，肉芽組織內充滿吞噬的顆粒碎片[3]。然而，骨溶解也可由假體周圍感染所致。骨溶解導致假體在宿主骨或骨水泥界面處嚴重松動最終導致假體內固定完全喪失。

骨溶解在X線片或CT圖像上可表現為薄的(>2 mm，或新近出現的1～2 mm)放射性低密度透光區，可能緩慢地延伸到骨水泥或骨假體界面周圍；局部較大范圍骨溶解也可能發生在鄰近部位宿主骨[3]。CT圖像感染所致的骨溶解與無菌性骨溶解往往鑒別困難。本研究顯示假體周圍感染導致的骨溶解主要表現為輕度假體周圍骨溶解而無膨脹性骨膜反應(17/22)，機械性松動所致的骨溶解主要表現為無假體周圍骨溶解或僅傾向有輕度骨溶解而無膨脹性骨膜反應(26/29)，而肉芽腫病所致的骨溶解則主要表現為重度假體周圍骨溶解并膨脹性骨膜反應(23/32)。另外，THA術后發生膨脹性骨膜反應的骨溶解時間明顯長于無膨脹性骨膜反應骨溶解。

新一代髖關節假體使用可能導致肉芽腫病變的增加。Santavirta等[13]及Slullitel等[16]指出肉芽腫病的局部免疫病理反應為含有組織細胞、單核巨細胞和成纖維細胞的反應區的結締組織組成，大部分細胞為單胞巨噬細胞(IV型超敏反應)，而無菌性松動的主要細胞類型為活化成纖維細胞。然而，基于這兩種類型無菌并發癥免疫病理機制差異的放射學發現尚未被明確證實。本研究無假體周圍軟組織異常、無輕度或重度假體周圍骨溶解及無髂淋巴結腫大是無菌性機械松動的預測因子，而輕度軟組織異常、重度假體周圍骨溶解伴膨脹性骨膜反應、輕度髖臼錯位是肉芽腫病的預測因子。

最近，一種新的并發癥引起了人們的極大關注，它被描述為與金屬對金屬或金屬對聚乙烯假體相關的無菌性淋巴細胞性血管炎相關病變(ALVAL)，是由金屬碎屑引起的一種局部不良組織反應，表現為血管周圍淋巴細胞聚集。據推測金屬離子從假體中釋放出來，與天然蛋白形成半抗原，引起局部軟組織IV型超敏反應，其特征是壞死、纖維蛋白聚集，T和B淋巴細胞、漿細胞、嗜酸性粒細胞聚集[17]。ALVAL的臨床特征是非特異性的，但可引起患者疼痛并可能發展為假體周圍軟組織“假瘤”。“假瘤”可為實性、囊性或混合性腫塊。

假體周圍感染的生理機制也不同，會觸發特定的炎癥級聯反應，導致髂淋巴結腫大，假體周圍軟組織以集合的形式堆積[18]。根據所感染的細菌數量和致病力，臨床表現為急性典型感染或輕微感染。假體周圍細菌數量大、毒力強通常引起急性感染，并表現為非常典型的急性炎癥組織學特征。相反，少量的細菌污染或無毒性的微生物(低級別感染)可能有輕微臨床癥狀與影像學改變，因此而誤診為無菌性機械松動。通常假體周圍液體積聚且具有不規則囊壁或存在竇道提示感染[19]。本研究發現假體周圍軟組織重度異常及髂淋巴結腫大在假體周圍感染患者中明顯高于無菌性機械松動和肉芽腫病患者，同時，二者皆為假體周圍感染獨立相關的MDCT征象。

對于有可能出現THA術后并發癥的患者，CT是一種有效的診斷檢查技術。特定的CT征象可能有助于術前初步診斷假體周圍感染、無菌性機械松動和肉芽腫病。假體周圍軟組織重度異常、假體周圍骨溶解而無膨脹性骨膜反應、髂淋巴結腫大三聯征提示假體周圍感染。無菌性機械松動的特點是無假體周圍軟組織輕度或重度異常、無輕度或重度假體周圍骨溶解及無髂淋巴結腫大。假體周圍軟組織輕度異常、假體周圍重度骨溶解伴膨脹性骨膜反應、輕度髖臼錯位是與肉芽腫病相關的重要征象。