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医学影像技术在近十多年来获得了突飞猛进的开展。新技术、新设备不断涌现。320排螺旋CT、超高场强磁共振、分子影像、功能影像、多模态交融成像等技术大大丰富了医生的诊断手段，进步了疾病的诊断效果，但是同时也带来了一定的问题：1〕高端影像设备价格昂贵，动辄数百万到数千万元，很多医院简单地将设备档次作为表达医疗程度的标准，竞相引进高端设备，导致医疗本钱居高不下；2〕医学影像设备一次扫描能产生数百至数千幅图像，病人带走的胶片只包含其中极少一部分图像，且无法进展参数调节和三维、动态显示，诊断价值大打折扣。下面我们就和大家通过一篇医学影像毕业论文来讨论一下这方面的知识。

题目：医学影像技术对骨再生过程评估的应用进展

摘要：骨再生是由一组连续的骨诱导和骨传导的生物过程所组成，临床通过检测骨密度和血管化两个指标对骨再生进展评价，目前开展最为迅速且有效的检测手段是医学影像技术。对于骨密度测定现应用得最多的是显微CT技术，定量超声技术虽具有无放射性损伤、经济负担小等显着优势，但有待进一步推广使用。血管化检测以磁共振成像和超声造影技术最为可靠。因为普通X线检查、CT扫描及磁共振检查只能提供形态和解剖上的变化，而超声造影可动态成像能更直观地反映血管化程度。将来，需进一步改进医学影像技术，以便更精准、平安、快速地评估骨再生过程。

关键词：骨再生；医学影像技术；骨密度；血管化

骨再生一般发生于创伤、炎症、肿瘤等原因导致的骨缺损或骨折愈合过程。目前，解决骨缺损的有效途径是将骨移植材料作为信号因子和细胞的载体或模板来诱导成骨，或从周围骨组织募集细胞使其趋化生长分化，最终形成成骨。

因此，准确评估移植骨材料对骨再生是否有效显得尤为重要，而医学影像技术是目前最常用的评估手段。X线自发现开场，其首先应用于医学领域，并第一次无创的为人类提供了人体内部器官组织的解剖形态图像。

由于计算机的融入、医学影像设备的不断更新，医学影像技术飞速开展，随后出现了CT扫描、定量超声技术、磁共振成像等。骨量是指单位体积内，骨组织内的骨矿物质和骨基质含量。而骨密度是指单位体积内骨矿质的含量，其可以比较客观地反映骨量，对骨再生过程的评估具有重要意义。

检测骨量和骨密度可以预估骨折的发生及判断骨愈合状况。骨是高度血管化的组织，它与血管和骨细胞之间亲密联络，共同维系骨骼的完好性。

因此，血管生成在骨骼发育和骨折修复中发挥着举足轻重的作用。目前，已广为认可的是血管生成对骨再生有促进作用。现就医学影像技术对骨再生过程评估的应用进展予以综述。

1骨密度的检测

骨密度可反映骨质疏松、骨折、骨龄及骨再生过程中骨的再生情况，其测量可分为定性、半定量及定量3类。20世纪30年代初开展起来的骨密度定量测量方法备受关注，50年代后，骨密度定量检测技术迅速开展。

目前，用于骨再生的影像学检查方法主要包括X线检查、定量CT技术〔quantitativeputedtomography,QCT〕、定量超声技术〔quanti-tativeultrasound,QUS〕等。

1.1X线检查X线照相法

最早应用于骨密度的测量，其主要根据骨松质的形态学改变进展诊断，易于反映骨大体形态及轮廓变化。X线分析法确诊严重骨质疏松症的才能是其独有的优势，但它缺少定量功能，且仅在骨密度改变30%~50%时方可检测出。X线光密度测量法是用密度的标准体，与检测区同时摄X线片，得到的X线片图像中每个像素点的灰度值即反映了该点的光密度值。

这两种方法现已很少使用，因为它们的敏感性及准确性均较差。单光子吸收技术〔singlephotonabsorp-tion,SPA〕是以放射性同位素为中介，发射低能单光子作为入射光子束，照射目的部位，测量骨密度，其根据的原理是射线被骨组织吸收产生能量衰减。SPA的出现是骨密度测量领域的一大飞跃，其测量快速简便、费用低廉、辐射小、重复性高，适于大面积人群的普查。

但其精细度不高，不能很好地反映骨小梁的代谢变化，且不能发现骨密度的微小变化，也不能测定髋骨及中轴骨的骨密度，现已面临淘汰。

双光子吸收测量技术出现于20世纪70年代，其测量原理与SPA法一样，采用两种不同能量的射线对软组织及脂肪程度进展校准，最大限度地消除干扰。

但由于检测速度慢、操作时间长、辐射剂量大，且人的体位和运动对测量结果有很大的影响，致使该仪器在医院已根本停用。

该方法很快被双能X线吸收仪〔dualenergyX-rayabsorptiometry,DEXA〕取代并广泛使用。20世纪60年代初，Jacobson提出利用DEXA测量骨密度，它克制了SPA的许多缺点。其使用X线球管代替放射性核素，利用两种不同能量的X线产生独立的双能量光子，测量各自的接收情况得出，骨组织等量吸收的部分，消除了周围软组织的影响。DEXA因扫描时间较短、辐射剂量小〔为5~10uSv,且防止了放射源衰变的问题〕、稳定性好、图像分辨率高，被世界卫生组织认可为骨密度测量的金标准。Zhumkhawala等研究证实，应用DEXA检测的骨密度值与骨折愈合强度有较好的相关性，能准确判断并量化骨折愈合强度。

其不但能有效防止外界组织的衰减干扰，还具有准确的分辨率及可靠的准确性。Rim等使用DEXA检测骨移植后新骨形成的矿化率、形成率和骨密度，但受体内重叠高密度影响，DEXA不能将皮质骨和松质骨完全别离，无法单独测定骨小梁的变化，且DEXA设备的价格非常昂贵。

1.2QCT

20世纪70年代中期，人们研究出QCT,它是目前唯一能给出三维分布骨密度的检测方法，且不受体内重叠高密度的影响。

其根本原理是利用普通CT加上体模，借助于CT将人体组织截面影像化的技术，选择所测量的感兴趣区，在扫描的同时利用特殊软件转换将CT值换算成骨密度值。

它可单独对骨密质和骨松质进展准确测量，这是QCT的最大优势。此外，QCT不受患者自身条件的影响，优于DEXA技术。

有学者利用QCT在骨痂的矿化体积、骨矿物质含量等方面对骨折骨痂的构造和组成变化进展分析研究，为定量评价骨折愈合提供了根据。

但因其重复性差、辐射剂量大、设备笨重、使用不方便，难以全面推广应用，故仅用于研究工作中。目前，已研究开发的显微CT不仅可进展定量骨密度分析，还可用于测量骨的细微构造，使骨密度的测定与研究更具形态化；可与其他成像模态交融，实现多模态成像系统；可对三维骨小梁的构造进展评估。近年来，显微CT与组织学观察相结合已被广泛应用于骨密度和骨移植材料成骨效果的评价。

1.3QUS

由于超声波不能穿透骨骼，以往认为超声医学在骨骼疾病诊断方面是一大禁忌。

但随着高频探头、宽景成像等超声新技术的使用及诊断技术的开展，越来越多的超声医师开场运用超声新技术对肋骨及其他骨骼的骨折进展诊断，并获得了很好的结果。QUS和X线检查相似，均可根据变化的骨折间隙及骨痂形成状况判断骨折愈合情况，还可通过骨折间隙中骨痂下声速的消逝判断新骨钙化情况。Hacihaliloglu等。

应用QUS检测骨折愈合情况，发现三维超声成像技术不仅能理解骨折愈合程度，还可通过骨折周围软组织成像间接对骨折愈合进展检查。

但常规X线不能准确检查骨痂愈合情况，如在骨密度变化不明显时难以检测。

Young等利用QUS在术后1周检测到新生骨痂的形成，而相应的影像学表如今X线片上要延迟到术后4~16周才出现。

可见，X线对于骨痂的显像灵敏度较低，而超声对观察早期骨痂具有一定的优越性。

1984年，超声开场被应用于骨密度的评价，其原理是根据宽波段超声衰减信号来评估骨的力学特性，并通过三维超声成像得到骨外表图像，检测指标有超声波在骨组织的传播速度、声波通过骨组织时被衰减的程度即宽带超声衰减和宽带背向散射等。

这些参数已被证明与骨密度、骨构造和骨生物力学特性有关。利用超声轴向传输在体内对皮质骨进展测量的第一次报告要追溯到半个多世纪以前。

一些临床研究报道使用沿长骨〔胫骨〕轴向传播的超声波速度作为监测骨折愈合的生物标志物。

这一技术很快就被遗忘，直到20世纪90年代后期，在骨质疏松背景下这一技术才开场复兴。声波在骨组织中的传播速率与骨的弹性、构造和密度有关。

通过QUS测量的结果不但可反映骨密度的相关情况，还可以反映骨弹性方面的情况。Ashman等证实，超声可较好地反映骨弹性。

QUS最大的优点是无放射性损伤、对人体危害小且经济负担小，可反映骨量和骨的质量特性。有研究说明，在预测腰椎、髋部等大关节骨质疏松性骨折风险方面，跟骨超声测量结果与DEXA测量所得的结果有良好的相关性，可以应用于代谢性骨病的根底研究和临床理论。

因其无辐射且价格低廉，易于推广使用。现美国已广泛使用超声波诊断仪作为骨质疏松的早期诊断技术手段。虽然QUS具有许多优点，但其测量的骨密度并不能直接反映真正的骨矿程度，而是通过不同的参数对被测部位骨量的变化情况进展间接反映。

目前，超声仪器种类繁多，但不同的定量超声设备在测量部位、测量参数、测量准确性等方面不同，没有统一的行业标准，无法进展统一的质量控制，因此QUS并没有广泛应用于临床。

2血管化的检测

血供也是骨再生的一个重要因素，具有维持骨生长、重建及其生理功能的重要作用。在骨发育和骨再生过程中，在骨形成之前便可观察到新生血管形成。

血管生成，即新血管的生长，指机体在生长发育过程中或创伤修复、炎症等情况下，原有微血管内皮细胞经过生芽、迁移、增殖与基质重构等形成毛细血管的过程，也是对部分缺血的组织反应。

血管在骨再生过程中的重要作用不仅在于提供必要的营养和生物学环境，更重要的是还直接参与成骨活动，骨再生与变形的自然过程。

众所周知，骨移植后的关键环节是移植物的血管化，其后是骨再生及骨端交融。因此，检测血管化对骨移植的预后有重要价值。

目前，常用的一些检测血管化的影像学方法有普通X线、二维超声技术、放射性骨显像、CT灌注成像、磁共振成像〔magneticresonanceimaging,MRI〕及超声造影〔contrastenhancedultrasound,CEUS〕。其中，MRI以软组织分辨率高、无创、无辐射等优点而获得临床的广泛应用。

2.1普通X线

普通X线可对组织工程骨血管化的程度及成骨才能进展间接检测。周小兵等利用普通X线和CT扫描确定了以羧甲基纤维素-氧化铅作填充剂的灌注技术在血管造影及血管三维可视化中的可行性。

但由于骨再生早期只表现出部分血流量增加，成骨反应仅出现微量变化，故骨痂形成早期在X线无法显示。同时，普通X线对骨再生早期工程骨新生组织的血管化检测存在局限性，且有一定的辐射。

2.2二维超声技术

超声成像技术可对成骨过程中的骨骼血供进展检测。Weinberg等认为，彩色多普勒超声可通过检测供应骨生长的血管，如滋养动脉、骨膜血流及肌肉血供的血流信号值，对骨折断端骨的生长、愈合和重建进展评价，进而评价骨再生过程中骨骼的血供情况。

苏海庆等用彩色多普勒超声对15例骨折患者在不同时间分别进展观察发现，骨折患者内固定术后的第1周以血肿为主，未见明显的血流信号，术后2周可观察到丰富的血流信号。

夏利等将彩色多普勒血流成像及多普勒频谱与二维超声结合使用观察羟基磷灰石框内植入体的新生血管网的形成状况，为临床治疗球结膜裂开、结膜囊狭窄、植入物脱出等术后并发症提供根据。

梁强和张锴研究说明，可用多普勒超声监测牵拉成骨过程中并发症及截骨端骨痂的血运情况，通过比照回声影像的类型及数量评判骨痂的生长情况。Augat等使用彩色多普勒超声技术持续对骨折患者骨折断端的血流进展检测发现，骨痂形成良好者，其骨痂内部及周边均有丰富的血流信号，反之那么血流信号缺乏，所以骨折断端的血供情况可由牵拉成骨血流信号的改变表达。

可见，超声成像技术可以通过评价血供来检测牵拉成骨治疗过程，这是其独有的优势。

2.3放射性骨显像

放射性骨显像主要用于研究骨骼血供和代谢，其能较好地反映部分骨骼的血供、骨质代谢及再生，进而表达骨重建情况。

临床上，常应用其监测移植骨血管化。放射性骨显像分为动态显像和静态显像两种。

趋骨性放射药可与羟基磷灰石晶体外表吸附性结合沉积在骨骼内，主要与骨内未成熟的胶原纤维结合，用于显示新生骨骨骼的代谢影像，有助于评价新生骨成熟度。

应用放射性骨显像技术，定量评价多个时间点的骨代谢情况，可通过显示骨功能和代谢情况判断移植骨是否存活。此外，放射性骨显像技术还具有灵敏度高的优点，有助于全面理解早期骨缺损修复情况。该方法简单、无创且灵敏度高，但其最大缺点是放射性药物的使用。

2.4CT灌注成像

CT灌注成像是指在静脉注射比照剂的同时，利用CT容积扫描技术对选定的层面进展连续屡次扫描，采集流经血管内腔造影剂的信息，获得该层面内各像素的时间-密度曲线，并利用不同的数学模型计算出血流量、血容量、比照剂平均通过时间等参数来评价组织器官的灌注状态。

该技术与普通CT不同，它反映的是生理功能的改变，因此是一种功能成像。CT灌注成像是容积CT采集技术与计算机三维重构图像处理技术的结合产物，可以根据造影剂进入血管的强化表现，非侵入性地判断部分的微血管情况，进而在毛细血管程度上对血容积、毛细血管通透性进展量化，以准确反映部分的血管生成。王成德等对33例足趾组织移植修复拇手指部分缺损患者进展三维CT血管造影技术扫描，结果说明三维CT血管造影技术可以单独显示供区组织血供展现三维化图像，可准确理解各个部位的血管走向、血管分叉现象，对供区血供评估拥有不可替代的优势。Rozen等术前采用CT血管成像〔putedtomographyangiography,CTA〕明确血管变异的情况及准确定位血管，能进步手术速度，显着减少术中更换手术方案的现象。CTA操作简单，结果准确，有较高的敏感性和特异性，经计算机三维重建可明晰展现动静脉的走行及其与周围骨和软组织的关系，且有较高的空间分辨率。

随着CTA技术的不断开展，近年来多排探测器螺旋CT逐渐应用于临床，其过程是静脉注射造影剂后，将CTA增强技术与快速扫描技术相结合，通过计算机软件对图像进展三维处理重建，将全身各部位血管细节清楚展示，具有无创操作和简单易行的优点。因此，CTA对于血管变异及显示血管与周围组织的关系具有重要意义。

2.5MRI

MRI是一种具有多参数、多方位的无创检查技术。动态增强MRI〔dynamiccontrast-enhancedMRI,DCE-MRI〕是指在静脉团注二乙烯五胺乙酸钆比照剂后采用超快速序列对感兴趣区进展连续快速扫描获得一系列MRI图像，它能表达部分组织的微循环灌注特点及血流动力学改变，对于早期血运异常有很好的识别才能。

增强MRI对骨折断端血管情况判断的敏感性和特异性均较高，为临床治疗提供了可靠的根据。肖智博等通过分析移植骨中心区的△SI值，发现了移植骨中心区血管生成的变化，并进一步证实移植骨的存活。

杨海涛等利用DCE-MRI对骨质疏松患者进展扫描，结果说明其可提供骨质疏松后骨髓的血供信息。刘晓晨等通过DCE-MRI对组织工程骨术后2、4、6周移植骨区的相对信号强度增加率△SI进展观察，发现术后2周时可见移植骨有血流灌注，且在2周后组织工程骨移植区强化更加明显。

以上研究说明，DCE-MRI可以较早期、直接地表达组织工程骨移植术后的血流变化，继而对移植骨的存活情况进展判断。

邓伟等在兔动物模型上，运用MRI与病理组织学结合的方法，证实了MRI可在一定程度上监测复合骨早期血管形成，从而判断移植物的存活情况，这与Hathout等研究结果一致。

MRI具有无创、无辐射、灵敏度高和可定量分析的优点，但其最大的缺乏在于对一些装有心脏起搏器、人工金属瓣膜、动脉瘤夹闭术后或存在幽闭恐惧症的患者并不能承受MRI检查。

因此，寻找一种更简单有效的方法对早期骨再生的血供情况进展评估为临床所需。

2.6CEUS

既往临床评价移植骨植入术后血管化程度的方法以MRI增强扫描应用最广。近年来，随着超声仪器性能的不断进步和造影剂的应用，CEUS已成为在活体上评价血管生长的重要手段。其借助高频彩超结合超声造影剂对微血管进展定量动态观察分析，可评价组织内微血管及血流灌注的程度。

第二代超声造影剂声诺维为内含六氟化硫气体的微泡造影剂，其性质稳定，是纯血池造影剂，直径为2~6m,小于毛细血管内径；声诺维可完全经由肺动脉毛细血管进入体循环，进而增强脏器显像，15min后经呼吸道排出，无不良反应。

超声造影剂可对组织器官的血流灌注过程进展实时检测，高回声影表示组织有血流灌注，低回声影表示组织无血流灌注，且其信号强度与血液内微泡浓度存在线性关系。

徐柒华等利用CEUS及DCE-MRI检测10例植入羟基磷灰石义眼座患者的血管化情况，并对植入