第十章　運(yùn)動系統(tǒng)核醫(yī)學(xué)診斷　Nuclear Medicine for Locomotor System

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院　張永學(xué)

運(yùn)動系統(tǒng)核醫(yī)學(xué)簡介

核醫(yī)學(xué)是研究核技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用及其理論的學(xué)科。即應(yīng)用放射性核素或核射線診斷、治療疾病和進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究的學(xué)科。

核醫(yī)學(xué)又分為實驗核醫(yī)學(xué)和臨床核醫(yī)學(xué)兩部分，其中實驗核醫(yī)學(xué)主要包括體外放射分析、放射性自顯影、放射性核素示蹤動力學(xué)、放射性藥物學(xué)、活化分析和穩(wěn)定核素分析等，其主要任務(wù)是發(fā)展和創(chuàng)立新的診療技術(shù)及方法，為核醫(yī)學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。臨床核醫(yī)學(xué)是利用核醫(yī)學(xué)的技術(shù)原理及方法進(jìn)行疾病的診斷和治療的應(yīng)用型學(xué)科。通常臨床核醫(yī)學(xué)又分為診斷核醫(yī)學(xué)和治療核醫(yī)學(xué)兩大部分，前者是利用放射性核素及其標(biāo)記化合物進(jìn)行疾病的診斷，后者是利用放射性核素及其標(biāo)記化合物進(jìn)行疾病的治療。

分子核醫(yī)學(xué)是應(yīng)用放射性核素示蹤技術(shù)從分子水平研究疾病的發(fā)生、發(fā)展及愈合的全過程，為臨床疾病的診斷、治療及預(yù)后提供分子水平的科學(xué)依據(jù)和治療手段。

放射性核素是指原子核不穩(wěn)定，能自發(fā)地放出各種射線而轉(zhuǎn)變成另一種核素的核素。放射性核素的原子核自發(fā)地放出射線，并轉(zhuǎn)變成新的原子核的過程稱為放射性核衰變，簡稱核衰變。

穩(wěn)定核素是原子核能穩(wěn)定的存在，不會自發(fā)地發(fā)生核衰變的核素。

運(yùn)動系統(tǒng)核醫(yī)學(xué)是臨床核醫(yī)學(xué)的主要分支之一，它是利用放射性核素及其標(biāo)記化合物進(jìn)行運(yùn)動系統(tǒng)疾病診斷、治療及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究的學(xué)科。目前，它的主要內(nèi)容包括骨靜態(tài)顯像(全身骨顯像和局部骨顯像)、動態(tài)骨顯像和骨骼腫瘤的核素治療，以及骨礦含量的測定等。

眾所周知，骨組織的組成成分主要有無機(jī)鹽、有機(jī)物和水。無機(jī)鹽主要是羥基磷灰石晶體和磷酸鈣，有機(jī)物包含骨細(xì)胞、膠原、黏多糖等，其中羥基磷灰石晶體能與體液中可交換的離子或化合物發(fā)生離子交換或化學(xué)吸附作用。99mTc-亞甲基二膦酸鹽(99mTc-MDP，常用的骨顯像劑之一)、99Tc-亞甲基二膦酸鹽(99Tc-MDP，可用于類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的治療)、153Sm-乙二胺四甲撐膦酸(153Sm-EDTMP，常用骨骼腫瘤治療制劑之一)、188Re-1-羥基亞乙基二膦酸(188Re-HEDP，常用骨骼腫瘤治療制劑之一)和氯化89鍶(89SrCl2，常用骨骼腫瘤治療制劑之一)均可隨血流到達(dá)全身骨骼，與骨中的羥基磷灰石晶體通過離子交換或化學(xué)吸附作用而分布于骨骼組織，局部骨骼對示蹤劑的攝取與該局部血流灌注和骨質(zhì)代謝活躍程度成正比。基于以上原理，運(yùn)動系統(tǒng)核醫(yī)學(xué)的診斷和治療基本技術(shù)方法得以建立，因此，運(yùn)動系統(tǒng)核醫(yī)學(xué)的主要內(nèi)容目前包括:放射性核素骨顯像、骨腫瘤的放射性核素治療和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的“云克”(99Tc-MDP)治療等。另外，骨礦含量的測定目前也歸屬于運(yùn)動系統(tǒng)核醫(yī)學(xué)的內(nèi)容之一。

放射性核素骨顯像

(一)顯像原理

放射性核素骨顯像最常用的顯像劑為99mTc標(biāo)記的磷酸鹽和膦酸鹽兩類，即焦磷酸鹽(99mTc-PYP)和亞甲基羥基二膦酸鹽(99mTc-HMDP)。它們可通過骨中的羥基磷灰石晶體及未成熟的膠原與之結(jié)合，其結(jié)合的量與局部骨骼的血流灌注及其骨質(zhì)代謝情況密切相關(guān)。因而，小兒和青少年的骨骺端、骨折修復(fù)處、骨腫瘤病灶等部位，由于成骨活躍，顯像劑的攝取增多;而血流量減少和(或)成骨活性減低的部位，如骨梗死、溶骨性病變?yōu)橹鞯哪[瘤病灶等，則顯像劑攝取減少。

99mTc-MDP是目前最為常用的SPECT骨顯像劑，它們能很快地被骨骼攝取，具有較高的骨骼攝取率(靜脈注射后2～3小時達(dá)50%～60%)，血液和軟組織滯留較少。骨/軟組織放射性比值較高。

18F-氟化鈉作為PET的骨顯像劑具有較好的臨床應(yīng)用前景，其原理是:18F與骨骼中羥基磷灰石晶體中的OH－進(jìn)行離子交換，具有很強(qiáng)的親骨性，在骨中攝取率高，血液清除快。

(二)顯像方法

放射性核素骨顯像常用的方法有:全身骨顯像、局部骨平面顯像、局部骨斷層顯像、三相或四相骨顯像。

1.全身骨顯像

顯像劑:99mTc-MDP，成人劑量555～600MBq。

患者準(zhǔn)備:一般無特殊，顯像劑靜脈注射后1～2小時內(nèi)多飲水，顯像前排空小便。

顯像時段:靜脈注射顯像劑2～4小時后。

顯像儀器: SPECT。

采集體位:患者一般為仰臥位，分別采集前位和后位數(shù)據(jù)。

采集矩陣: 256×1024。

掃描速度: 10～20cm/min。

2.局部骨、關(guān)節(jié)平面與斷層顯像

顯像劑、患者準(zhǔn)備、顯像時段及顯像儀器:同全身骨顯像。

采集體位:患者一般處仰臥位，平面顯像時可行前位、后位、側(cè)位和斜位采集。

采集矩陣:平面顯像:矩陣可為128×128或256 ×256;斷層顯像:矩陣可為64×64或128×128。

3.三相骨顯像

三相骨顯像又稱骨動態(tài)顯像，即血流相、血池相和延遲相。

(1)血流相:

患者取仰臥位，探頭置于病變局部上方，采集矩陣可為64×64或128×128，行“彈丸”式靜脈注射顯像劑(99mTc-MDP，成人劑量555～600MBq)，動態(tài)數(shù)據(jù)采集，每幀1～3秒，共采集60秒。

(2)血池相:

靜脈注射顯像劑后1～5分鐘行靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，矩陣可為128×128或256×256，采集60秒。

(3)延遲相:

靜脈注射顯像劑后2～4小時內(nèi)進(jìn)行局部數(shù)據(jù)采集，按前述局部骨平面或斷層顯像相同方法進(jìn)行。

(三)適應(yīng)證

1.骨痛的篩查。

2.惡性腫瘤患者探查有否骨轉(zhuǎn)移及其轉(zhuǎn)移灶的治療隨訪。

3.評價原發(fā)性骨腫瘤病灶侵犯范圍及轉(zhuǎn)移與復(fù)發(fā)。

4.早期診斷骨髓炎。

5.股骨頭缺血性壞死的早期診斷。

6.移植骨的血供和存活情況評價。

7.各種代謝性骨病的診斷。

8.X線檢查未能確定的隱匿性骨折。

9.關(guān)節(jié)炎的診斷。

10.人工關(guān)節(jié)置換后隨訪。

11.骨折愈合評價。

12.骨活檢定位。

圖像分析

(一)三相骨顯像

1.正常圖像

(1)血流相:

靜脈注射顯像劑后8～12秒，局部較大動脈和軟組織依次顯影，輪廓大致清晰，骨骼顯像劑分布較稀疏，左、右兩側(cè)基本對稱。

(2)血池相:

局部顯像劑分布大致均勻，軟組織輪廓較清晰，大血管仍可見顯影，骨骼顯像劑分布較低，左、右兩側(cè)基本對稱。

(3)延遲相:

骨骼顯影較清晰或清晰，局部形態(tài)規(guī)則，顯像劑分布較均勻，軟組織顯影不清，左、右兩側(cè)基本對稱。

2.異常圖像

(1)血流相:

局部顯像劑分布增高，動脈血流灌注增強(qiáng)，多見于骨腫瘤和急性骨髓炎;局部顯像劑分布稀疏或缺損，動脈血流灌注減少，可見于股骨頭缺血性壞死、骨梗死和一些良性骨骼病變。

(2)血池相:

顯像劑分布增高，局部呈充血狀態(tài)，可見于急性骨髓炎和蜂窩織炎等;顯像劑分布稀疏，多為局部血供減少。

(3)延遲相:

見局部骨顯像和全身骨顯像的圖像分析。

(二)局部骨顯像和全身骨顯像

1.正常圖像

全身各部位骨骼顯影較清晰，顯像劑分布較均勻，左、右兩側(cè)基本對稱;局部骨骼顯像劑分布與其結(jié)構(gòu)、代謝活性和血流灌注情況呈正相關(guān);通常密質(zhì)骨或長骨骨干顯像劑分布較低，而松質(zhì)骨或扁骨顯像劑分布較濃;兒童及青少年骨骺顯像劑分布普遍較濃，尤以骨骺部位顯像劑分布明顯最高。雙腎及膀胱顯影。

2.異常圖像

(1)骨骼局部顯像劑分布增高:

提示局部骨骼血流增加和骨質(zhì)代謝活躍，可能病變原因有:骨折、炎癥、骨腫瘤、骨骼缺血性壞死周邊和骨質(zhì)代謝增強(qiáng)等。

(2)骨骼局部顯像劑分布稀疏或缺損:

提示局部骨骼血流減少或骨質(zhì)代謝減低，常見的病變原因有:溶骨性腫瘤病灶、多發(fā)性骨髓瘤、骨骼缺血性壞死、放射治療后、骨囊腫或骨骼局部切除術(shù)后等。

(3)骨骼局部顯像劑分布增高伴稀疏或缺損區(qū):

可見于部分骨腫瘤性病變、多發(fā)性骨髓瘤、股骨頭缺血性壞死等病理改變。

(4)超級骨顯像:

指全身骨骼對顯像劑攝取呈彌漫性增加，骨骼顯影異常清晰，延遲相雙腎顯影不明顯。超級骨顯像可見于甲狀旁腺功能亢進(jìn)、惡性腫瘤骨骼廣泛轉(zhuǎn)移和其他一些導(dǎo)致骨質(zhì)代謝增高的良性病變。惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移時，常以中軸骨和骨盆骨質(zhì)代謝增高為主，可伴顯像劑分布不均勻;甲狀旁腺功能亢進(jìn)多累及全身骨骼，伴有PTH增高或甲狀旁腺瘤等病變。

(5)骨外成骨現(xiàn)象:

骨骼以外的少數(shù)軟組織病變可攝取骨顯像劑，導(dǎo)致異常顯影，可見于伴有骨化或鈣化成分的腫瘤和非腫瘤病變、局部組織壞死、少數(shù)肺部疾病、放射治療后改變、漿膜腔積液、骨化性肌炎、某些結(jié)締組織病、血液病、急性心肌梗死病灶等。

臨床應(yīng)用

(一)腫瘤骨轉(zhuǎn)移

早期診斷腫瘤骨轉(zhuǎn)移是目前全身骨顯像的主要用途之一。由于多種惡性腫瘤好發(fā)骨骼轉(zhuǎn)移，早期診斷骨轉(zhuǎn)移有助于這些惡性腫瘤的分期及治療策略。據(jù)研究:與普通X線檢查相比，全身骨顯像可提早3～6個月發(fā)現(xiàn)腫瘤骨轉(zhuǎn)移，故作為惡性腫瘤骨轉(zhuǎn)移早期診斷的初篩檢查。由于全身骨顯像診斷腫瘤骨轉(zhuǎn)移病灶具有非特異性，影像分析時，應(yīng)結(jié)合臨床病史、病灶部位、病灶數(shù)量及相關(guān)檢查予以綜合分析，必要時需要連續(xù)動態(tài)觀察和進(jìn)一步做CT和MRI檢查，條件具備時，可考慮PET/CT全身顯像。

腫瘤骨轉(zhuǎn)移在全身骨顯像圖像上，主要表現(xiàn)為多發(fā)性的顯像劑分布增高灶，多見于中軸骨，以胸椎、腰椎、肋骨、骨盆、四肢骨近端、胸骨、顱骨等部位常見，四肢骨遠(yuǎn)端較少受累;少數(shù)腫瘤骨轉(zhuǎn)移可表現(xiàn)為單發(fā)的顯像劑分布增高灶;個別轉(zhuǎn)移灶也可表現(xiàn)為顯像劑分布稀疏缺損區(qū)，或顯像劑分布增高伴有灶內(nèi)顯像劑分布稀疏;腫瘤廣泛性骨轉(zhuǎn)移時可出現(xiàn)超級骨顯像改變。

腫瘤治療的療效評價及預(yù)后分析也是全身骨顯像研究的重要內(nèi)容。腫瘤治療過程中，觀察有無腫瘤骨轉(zhuǎn)移，以及腫瘤骨轉(zhuǎn)移灶顯像劑分布增高的強(qiáng)度、累及范圍、病灶數(shù)量等表現(xiàn)，可以評價腫瘤對治療的反應(yīng)和治療后的效果。一般來說，治療過程中，未發(fā)現(xiàn)腫瘤骨轉(zhuǎn)移、骨轉(zhuǎn)移病灶范圍縮小、顯影變淡、病灶數(shù)量減少等提示治療效果較好，或骨轉(zhuǎn)移病變改善。值得一提的是，在放療或化療后早期，腫瘤骨轉(zhuǎn)移病灶可出現(xiàn)顯像劑攝取短暫性增加，即所謂“閃爍現(xiàn)象”(flare sign)，并不表示病變惡化，應(yīng)定期復(fù)查。

(二)原發(fā)性骨腫瘤

骨顯像主要應(yīng)用于原發(fā)性骨腫瘤的早期診斷、病灶大小及累及范圍、有無遠(yuǎn)處骨轉(zhuǎn)移以及手術(shù)治療后療效評價等。

成骨肉瘤、Ewing肉瘤、軟骨肉瘤等原發(fā)性骨腫瘤，骨顯像時可表現(xiàn)為顯像劑異常濃聚;多發(fā)性骨髓瘤可表現(xiàn)為顯像劑異常濃聚，同時可伴有溶骨性病變，表現(xiàn)為“冷區(qū)”，或“冷”、“熱”相間等不同表現(xiàn)。

三相骨顯像對于鑒別良、惡性病變有一定幫助，一般認(rèn)為惡性腫瘤血供豐富，三相骨顯像時，顯像劑異常濃聚。

骨顯像對于骨樣骨瘤等良性骨腫瘤有一定的輔助診斷價值，可結(jié)合病史及臨床表現(xiàn)予以綜合分析。如骨樣骨瘤，常見于兒童和青少年，典型癥狀為劇烈的骨痛，夜間加重，服用阿司匹林可緩解等。

(三)骨髓炎

骨髓炎是常見的骨科感染性疾病，X線檢查是常規(guī)診斷方法，但需要到病程2周乃至更長時間之后才能觀察到骨骼破壞的改變。

三相骨顯像可對骨髓炎進(jìn)行早期診斷，敏感性很高。通常急性骨髓炎在發(fā)病12～48小時病變部位即可出現(xiàn)顯像劑異常濃聚，通過三相骨圖像分析，可與軟組織蜂窩織炎相鑒別。骨髓炎時，血流相、血池相和延遲相均可見骨骼病灶處有顯像劑異常濃聚，而蜂窩織炎病變在軟組織，延遲相局部骨骼顯像劑濃聚不明顯。對于特殊情況下合并的骨髓炎，如手術(shù)、骨折、人工關(guān)節(jié)置入等合并的感染，盡管骨顯像仍然靈敏但特異性差。在上述情況下，應(yīng)用67Ga顯像有一定幫助。

(四)骨創(chuàng)傷

1.創(chuàng)傷性骨折

X線攝片能快速準(zhǔn)確觀察骨折情況，一般性骨折不需要骨顯像檢查，只有當(dāng)X線攝影片難以發(fā)現(xiàn)的隱匿性骨折(如胸骨、骶骨、肩胛骨、手、足等處的微小骨折)發(fā)生時，骨顯像才有必要;另外對監(jiān)測和評價骨折的修復(fù)和愈合過程，骨顯像有較好的輔助診斷價值。

2.應(yīng)力性骨折

應(yīng)力性骨折又稱疲勞性骨折，是一種由于骨骼承受超負(fù)荷活動引起的骨折，其骨折部位并未出現(xiàn)骨質(zhì)斷裂，而是損傷部位發(fā)生骨的再吸收、骨小梁萎縮和微小骨折刺激骨的重塑，進(jìn)而發(fā)展到骨皮質(zhì)的損害。

對于應(yīng)力性骨折，X線檢查陽性率較低，患者出現(xiàn)癥狀的6周內(nèi)多為陰性;骨顯像則可早期靈敏地進(jìn)行診斷，其三相骨顯像典型的變化是:血池相，局部血流增加;延遲相，骨折部位出現(xiàn)類圓形或梭形的顯像劑分布增加。

3.骨移植

骨移植術(shù)后，三相骨顯像能及時監(jiān)測移植骨的血供和新骨形成情況，評價移植骨成活。一般骨移植后2周至3個月，移植骨處顯像劑分布接近周圍正常骨組織，骨骼連接處可見顯像劑分布增加，表明血供良好，移植骨存活。

(五)缺血性骨壞死

缺血性骨壞死又稱無血管性骨壞死。骨顯像對于該癥的診斷較X線靈敏。缺血性骨壞死的骨顯像表現(xiàn)與病程有關(guān)，疾病早期(無癥狀或1個月左右)，股骨頭部位因血供中斷，而在三相骨顯像的血流、血池、延遲相上均表現(xiàn)為顯像劑分布減低，周圍無顯像劑分布增加;隨病程進(jìn)展，因股骨頭與髖臼表面的損傷、骨膜炎癥、血管再生與修復(fù)等因素，股骨頭顯像劑分布缺損區(qū)周邊出現(xiàn)顯像劑分布增加，形成所謂“炸面圈”征象，此征為本病的特征表現(xiàn)，用斷層顯像更易顯示此征象。到中后期，股骨頭周圍的成骨活躍，股骨頭和髖臼部均呈顯像劑分布增加，此時斷層顯像仍可能顯示“炸面圈”征象。

(六)代謝性骨病

全身性代謝性骨病包括以骨代謝異常為特征的多種疾病，如骨質(zhì)疏松癥、甲狀旁腺功能亢進(jìn)癥、腎性骨營養(yǎng)不良、骨軟化癥和維生素D過多癥等。

全身性代謝性骨病在骨顯像上具有一些共同的特點，表現(xiàn)為全身骨骼顯像劑攝取呈彌漫性增加，以顱骨、長骨干骺端、肋軟骨連接處和胸骨等更明顯，可出現(xiàn)“串珠征”、胸骨“領(lǐng)帶征”和腎臟不顯影或顯影差等征象。

骨質(zhì)疏松癥則表現(xiàn)為全身骨骼顯像劑分布彌漫輕度減少，嚴(yán)重者，骨顯像可表現(xiàn)為全身骨骼顯像劑分布彌漫性減少，骨骼顯影欠清晰，結(jié)構(gòu)模糊，圖像質(zhì)量差，表明成骨細(xì)胞活動明顯減退或停止。

畸形性骨炎又稱Paget病，是一種以局部骨骼代謝異常的代謝性骨病，常累及脊柱、顱骨、骨盆、股骨等部位;骨顯像特點是:受損骨骼顯像劑分布異常增加且均勻，邊界清晰，常波及整個長骨，骨外形變粗彎曲，亦可表現(xiàn)為整個顱骨和一側(cè)骨盆受累。

(七)關(guān)節(jié)疾病

關(guān)節(jié)炎性疾病，骨顯像一般均可較X線更早檢出異常。病變關(guān)節(jié)顯像劑分布增加。不同類型的關(guān)節(jié)病變在骨顯像上有不同特點。例如，類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎顯像的特點為雙側(cè)腕關(guān)節(jié)、掌指及指間關(guān)節(jié)顯像劑分布增加;骨關(guān)節(jié)炎常見表現(xiàn)是在負(fù)重關(guān)節(jié)(如髖、膝、骶髂、下部胸椎和腰椎等)和經(jīng)常處于肌肉負(fù)荷的部位(如第一指、趾關(guān)節(jié)、第一腕掌關(guān)節(jié)、頸椎的關(guān)節(jié)等)呈顯像劑分布增加;強(qiáng)直性脊柱炎的特點是骶髂關(guān)節(jié)顯像劑分布異常增加，脊柱顯像劑分布呈彌漫性增高。

此外，肥大性肺性骨關(guān)節(jié)病常見于肺癌或慢性肺疾病患者。骨顯像見四肢骨干和干骺端的骨皮質(zhì)呈對稱性、彌漫性放射性增高，四肢長骨骨干皮質(zhì)顯影增強(qiáng)形成所謂“軌道征”或“雙條征”較具特征性。關(guān)節(jié)周圍由于繼發(fā)性骨膜炎亦呈放射性增高，上述改變下肢比上肢明顯。其他部位如肩胛骨、肋骨、顱骨和上下頜骨等都可有類似改變。在肺部癌灶切除之后，HPO的癥狀可隨之很快消失，大部分患者骨顯像的HPO典型改變可在術(shù)后1～3個月消失;而在肺部腫瘤復(fù)發(fā)后HPO的表現(xiàn)又可隨之復(fù)發(fā)。文獻(xiàn)報道，鼻咽癌肺轉(zhuǎn)移患者可合并HPO，認(rèn)為骨顯像有HPO可作為診斷鼻咽癌肺轉(zhuǎn)移的輔助指標(biāo)。

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