第十章　运动系统核医学诊断　Nuclear Medicine for Locomotor System

华中科技大学同济医学院附属协和医院　张永学

运动系统核医学简介

核医学是研究核技术在医学中的应用及其理论的学科。即应用放射性核素或核射线诊断、治疗疾病和进行医学研究的学科。

核医学又分为实验核医学和临床核医学两部分，其中实验核医学主要包括体外放射分析、放射性自显影、放射性核素示踪动力学、放射性药物学、活化分析和稳定核素分析等，其主要任务是发展和创立新的诊疗技术及方法，为核医学的进一步发展奠定理论基础。临床核医学是利用核医学的技术原理及方法进行疾病的诊断和治疗的应用型学科。通常临床核医学又分为诊断核医学和治疗核医学两大部分，前者是利用放射性核素及其标记化合物进行疾病的诊断，后者是利用放射性核素及其标记化合物进行疾病的治疗。

分子核医学是应用放射性核素示踪技术从分子水平研究疾病的发生、发展及愈合的全过程，为临床疾病的诊断、治疗及预后提供分子水平的科学依据和治疗手段。

放射性核素是指原子核不稳定，能自发地放出各种射线而转变成另一种核素的核素。放射性核素的原子核自发地放出射线，并转变成新的原子核的过程称为放射性核衰变，简称核衰变。

稳定核素是原子核能稳定的存在，不会自发地发生核衰变的核素。

运动系统核医学是临床核医学的主要分支之一，它是利用放射性核素及其标记化合物进行运动系统疾病诊断、治疗及其医学应用研究的学科。目前，它的主要内容包括骨静态显像(全身骨显像和局部骨显像)、动态骨显像和骨骼肿瘤的核素治疗，以及骨矿含量的测定等。

众所周知，骨组织的组成成分主要有无机盐、有机物和水。无机盐主要是羟基磷灰石晶体和磷酸钙，有机物包含骨细胞、胶原、黏多糖等，其中羟基磷灰石晶体能与体液中可交换的离子或化合物发生离子交换或化学吸附作用。99mTc-亚甲基二膦酸盐(99mTc-MDP，常用的骨显像剂之一)、99Tc-亚甲基二膦酸盐(99Tc-MDP，可用于类风湿关节炎的治疗)、153Sm-乙二胺四甲撑膦酸(153Sm-EDTMP，常用骨骼肿瘤治疗制剂之一)、188Re-1-羟基亚乙基二膦酸(188Re-HEDP，常用骨骼肿瘤治疗制剂之一)和氯化89锶(89SrCl2，常用骨骼肿瘤治疗制剂之一)均可随血流到达全身骨骼，与骨中的羟基磷灰石晶体通过离子交换或化学吸附作用而分布于骨骼组织，局部骨骼对示踪剂的摄取与该局部血流灌注和骨质代谢活跃程度成正比。基于以上原理，运动系统核医学的诊断和治疗基本技术方法得以建立，因此，运动系统核医学的主要内容目前包括:放射性核素骨显像、骨肿瘤的放射性核素治疗和类风湿关节炎的“云克”(99Tc-MDP)治疗等。另外，骨矿含量的测定目前也归属于运动系统核医学的内容之一。

放射性核素骨显像

(一)显像原理

放射性核素骨显像最常用的显像剂为99mTc标记的磷酸盐和膦酸盐两类，即焦磷酸盐(99mTc-PYP)和亚甲基羟基二膦酸盐(99mTc-HMDP)。它们可通过骨中的羟基磷灰石晶体及未成熟的胶原与之结合，其结合的量与局部骨骼的血流灌注及其骨质代谢情况密切相关。因而，小儿和青少年的骨骺端、骨折修复处、骨肿瘤病灶等部位，由于成骨活跃，显像剂的摄取增多;而血流量减少和(或)成骨活性减低的部位，如骨梗死、溶骨性病变为主的肿瘤病灶等，则显像剂摄取减少。

99mTc-MDP是目前最为常用的SPECT骨显像剂，它们能很快地被骨骼摄取，具有较高的骨骼摄取率(静脉注射后2～3小时达50%～60%)，血液和软组织滞留较少。骨/软组织放射性比值较高。

18F-氟化钠作为PET的骨显像剂具有较好的临床应用前景，其原理是:18F与骨骼中羟基磷灰石晶体中的OH－进行离子交换，具有很强的亲骨性，在骨中摄取率高，血液清除快。

(二)显像方法

放射性核素骨显像常用的方法有:全身骨显像、局部骨平面显像、局部骨断层显像、三相或四相骨显像。

1.全身骨显像

显像剂:99mTc-MDP，成人剂量555～600MBq。

患者准备:一般无特殊，显像剂静脉注射后1～2小时内多饮水，显像前排空小便。

显像时段:静脉注射显像剂2～4小时后。

显像仪器: SPECT。

采集体位:患者一般为仰卧位，分别采集前位和后位数据。

采集矩阵: 256×1024。

扫描速度: 10～20cm/min。

2.局部骨、关节平面与断层显像

显像剂、患者准备、显像时段及显像仪器:同全身骨显像。

采集体位:患者一般处仰卧位，平面显像时可行前位、后位、侧位和斜位采集。

采集矩阵:平面显像:矩阵可为128×128或256 ×256;断层显像:矩阵可为64×64或128×128。

3.三相骨显像

三相骨显像又称骨动态显像，即血流相、血池相和延迟相。

(1)血流相:

患者取仰卧位，探头置于病变局部上方，采集矩阵可为64×64或128×128，行“弹丸”式静脉注射显像剂(99mTc-MDP，成人剂量555～600MBq)，动态数据采集，每帧1～3秒，共采集60秒。

(2)血池相:

静脉注射显像剂后1～5分钟行静态数据采集，矩阵可为128×128或256×256，采集60秒。

(3)延迟相:

静脉注射显像剂后2～4小时内进行局部数据采集，按前述局部骨平面或断层显像相同方法进行。

(三)适应证

1.骨痛的筛查。

2.恶性肿瘤患者探查有否骨转移及其转移灶的治疗随访。

3.评价原发性骨肿瘤病灶侵犯范围及转移与复发。

4.早期诊断骨髓炎。

5.股骨头缺血性坏死的早期诊断。

6.移植骨的血供和存活情况评价。

7.各种代谢性骨病的诊断。

8.X线检查未能确定的隐匿性骨折。

9.关节炎的诊断。

10.人工关节置换后随访。

11.骨折愈合评价。

12.骨活检定位。

图像分析

(一)三相骨显像

1.正常图像

(1)血流相:

静脉注射显像剂后8～12秒，局部较大动脉和软组织依次显影，轮廓大致清晰，骨骼显像剂分布较稀疏，左、右两侧基本对称。

(2)血池相:

局部显像剂分布大致均匀，软组织轮廓较清晰，大血管仍可见显影，骨骼显像剂分布较低，左、右两侧基本对称。

(3)延迟相:

骨骼显影较清晰或清晰，局部形态规则，显像剂分布较均匀，软组织显影不清，左、右两侧基本对称。

2.异常图像

(1)血流相:

局部显像剂分布增高，动脉血流灌注增强，多见于骨肿瘤和急性骨髓炎;局部显像剂分布稀疏或缺损，动脉血流灌注减少，可见于股骨头缺血性坏死、骨梗死和一些良性骨骼病变。

(2)血池相:

显像剂分布增高，局部呈充血状态，可见于急性骨髓炎和蜂窝织炎等;显像剂分布稀疏，多为局部血供减少。

(3)延迟相:

见局部骨显像和全身骨显像的图像分析。

(二)局部骨显像和全身骨显像

1.正常图像

全身各部位骨骼显影较清晰，显像剂分布较均匀，左、右两侧基本对称;局部骨骼显像剂分布与其结构、代谢活性和血流灌注情况呈正相关;通常密质骨或长骨骨干显像剂分布较低，而松质骨或扁骨显像剂分布较浓;儿童及青少年骨骺显像剂分布普遍较浓，尤以骨骺部位显像剂分布明显最高。双肾及膀胱显影。

2.异常图像

(1)骨骼局部显像剂分布增高:

提示局部骨骼血流增加和骨质代谢活跃，可能病变原因有:骨折、炎症、骨肿瘤、骨骼缺血性坏死周边和骨质代谢增强等。

(2)骨骼局部显像剂分布稀疏或缺损:

提示局部骨骼血流减少或骨质代谢减低，常见的病变原因有:溶骨性肿瘤病灶、多发性骨髓瘤、骨骼缺血性坏死、放射治疗后、骨囊肿或骨骼局部切除术后等。

(3)骨骼局部显像剂分布增高伴稀疏或缺损区:

可见于部分骨肿瘤性病变、多发性骨髓瘤、股骨头缺血性坏死等病理改变。

(4)超级骨显像:

指全身骨骼对显像剂摄取呈弥漫性增加，骨骼显影异常清晰，延迟相双肾显影不明显。超级骨显像可见于甲状旁腺功能亢进、恶性肿瘤骨骼广泛转移和其他一些导致骨质代谢增高的良性病变。恶性肿瘤骨转移时，常以中轴骨和骨盆骨质代谢增高为主，可伴显像剂分布不均匀;甲状旁腺功能亢进多累及全身骨骼，伴有PTH增高或甲状旁腺瘤等病变。

(5)骨外成骨现象:

骨骼以外的少数软组织病变可摄取骨显像剂，导致异常显影，可见于伴有骨化或钙化成分的肿瘤和非肿瘤病变、局部组织坏死、少数肺部疾病、放射治疗后改变、浆膜腔积液、骨化性肌炎、某些结缔组织病、血液病、急性心肌梗死病灶等。

临床应用

(一)肿瘤骨转移

早期诊断肿瘤骨转移是目前全身骨显像的主要用途之一。由于多种恶性肿瘤好发骨骼转移，早期诊断骨转移有助于这些恶性肿瘤的分期及治疗策略。据研究:与普通X线检查相比，全身骨显像可提早3～6个月发现肿瘤骨转移，故作为恶性肿瘤骨转移早期诊断的初筛检查。由于全身骨显像诊断肿瘤骨转移病灶具有非特异性，影像分析时，应结合临床病史、病灶部位、病灶数量及相关检查予以综合分析，必要时需要连续动态观察和进一步做CT和MRI检查，条件具备时，可考虑PET/CT全身显像。

肿瘤骨转移在全身骨显像图像上，主要表现为多发性的显像剂分布增高灶，多见于中轴骨，以胸椎、腰椎、肋骨、骨盆、四肢骨近端、胸骨、颅骨等部位常见，四肢骨远端较少受累;少数肿瘤骨转移可表现为单发的显像剂分布增高灶;个别转移灶也可表现为显像剂分布稀疏缺损区，或显像剂分布增高伴有灶内显像剂分布稀疏;肿瘤广泛性骨转移时可出现超级骨显像改变。

肿瘤治疗的疗效评价及预后分析也是全身骨显像研究的重要内容。肿瘤治疗过程中，观察有无肿瘤骨转移，以及肿瘤骨转移灶显像剂分布增高的强度、累及范围、病灶数量等表现，可以评价肿瘤对治疗的反应和治疗后的效果。一般来说，治疗过程中，未发现肿瘤骨转移、骨转移病灶范围缩小、显影变淡、病灶数量减少等提示治疗效果较好，或骨转移病变改善。值得一提的是，在放疗或化疗后早期，肿瘤骨转移病灶可出现显像剂摄取短暂性增加，即所谓“闪烁现象”(flare sign)，并不表示病变恶化，应定期复查。

(二)原发性骨肿瘤

骨显像主要应用于原发性骨肿瘤的早期诊断、病灶大小及累及范围、有无远处骨转移以及手术治疗后疗效评价等。

成骨肉瘤、Ewing肉瘤、软骨肉瘤等原发性骨肿瘤，骨显像时可表现为显像剂异常浓聚;多发性骨髓瘤可表现为显像剂异常浓聚，同时可伴有溶骨性病变，表现为“冷区”，或“冷”、“热”相间等不同表现。

三相骨显像对于鉴别良、恶性病变有一定帮助，一般认为恶性肿瘤血供丰富，三相骨显像时，显像剂异常浓聚。

骨显像对于骨样骨瘤等良性骨肿瘤有一定的辅助诊断价值，可结合病史及临床表现予以综合分析。如骨样骨瘤，常见于儿童和青少年，典型症状为剧烈的骨痛，夜间加重，服用阿司匹林可缓解等。

(三)骨髓炎

骨髓炎是常见的骨科感染性疾病，X线检查是常规诊断方法，但需要到病程2周乃至更长时间之后才能观察到骨骼破坏的改变。

三相骨显像可对骨髓炎进行早期诊断，敏感性很高。通常急性骨髓炎在发病12～48小时病变部位即可出现显像剂异常浓聚，通过三相骨图像分析，可与软组织蜂窝织炎相鉴别。骨髓炎时，血流相、血池相和延迟相均可见骨骼病灶处有显像剂异常浓聚，而蜂窝织炎病变在软组织，延迟相局部骨骼显像剂浓聚不明显。对于特殊情况下合并的骨髓炎，如手术、骨折、人工关节置入等合并的感染，尽管骨显像仍然灵敏但特异性差。在上述情况下，应用67Ga显像有一定帮助。

(四)骨创伤

1.创伤性骨折

X线摄片能快速准确观察骨折情况，一般性骨折不需要骨显像检查，只有当X线摄影片难以发现的隐匿性骨折(如胸骨、骶骨、肩胛骨、手、足等处的微小骨折)发生时，骨显像才有必要;另外对监测和评价骨折的修复和愈合过程，骨显像有较好的辅助诊断价值。

2.应力性骨折

应力性骨折又称疲劳性骨折，是一种由于骨骼承受超负荷活动引起的骨折，其骨折部位并未出现骨质断裂，而是损伤部位发生骨的再吸收、骨小梁萎缩和微小骨折刺激骨的重塑，进而发展到骨皮质的损害。

对于应力性骨折，X线检查阳性率较低，患者出现症状的6周内多为阴性;骨显像则可早期灵敏地进行诊断，其三相骨显像典型的变化是:血池相，局部血流增加;延迟相，骨折部位出现类圆形或梭形的显像剂分布增加。

3.骨移植

骨移植术后，三相骨显像能及时监测移植骨的血供和新骨形成情况，评价移植骨成活。一般骨移植后2周至3个月，移植骨处显像剂分布接近周围正常骨组织，骨骼连接处可见显像剂分布增加，表明血供良好，移植骨存活。

(五)缺血性骨坏死

缺血性骨坏死又称无血管性骨坏死。骨显像对于该症的诊断较X线灵敏。缺血性骨坏死的骨显像表现与病程有关，疾病早期(无症状或1个月左右)，股骨头部位因血供中断，而在三相骨显像的血流、血池、延迟相上均表现为显像剂分布减低，周围无显像剂分布增加;随病程进展，因股骨头与髋臼表面的损伤、骨膜炎症、血管再生与修复等因素，股骨头显像剂分布缺损区周边出现显像剂分布增加，形成所谓“炸面圈”征象，此征为本病的特征表现，用断层显像更易显示此征象。到中后期，股骨头周围的成骨活跃，股骨头和髋臼部均呈显像剂分布增加，此时断层显像仍可能显示“炸面圈”征象。

(六)代谢性骨病

全身性代谢性骨病包括以骨代谢异常为特征的多种疾病，如骨质疏松症、甲状旁腺功能亢进症、肾性骨营养不良、骨软化症和维生素D过多症等。

全身性代谢性骨病在骨显像上具有一些共同的特点，表现为全身骨骼显像剂摄取呈弥漫性增加，以颅骨、长骨干骺端、肋软骨连接处和胸骨等更明显，可出现“串珠征”、胸骨“领带征”和肾脏不显影或显影差等征象。

骨质疏松症则表现为全身骨骼显像剂分布弥漫轻度减少，严重者，骨显像可表现为全身骨骼显像剂分布弥漫性减少，骨骼显影欠清晰，结构模糊，图像质量差，表明成骨细胞活动明显减退或停止。

畸形性骨炎又称Paget病，是一种以局部骨骼代谢异常的代谢性骨病，常累及脊柱、颅骨、骨盆、股骨等部位;骨显像特点是:受损骨骼显像剂分布异常增加且均匀，边界清晰，常波及整个长骨，骨外形变粗弯曲，亦可表现为整个颅骨和一侧骨盆受累。

(七)关节疾病

关节炎性疾病，骨显像一般均可较X线更早检出异常。病变关节显像剂分布增加。不同类型的关节病变在骨显像上有不同特点。例如，类风湿关节炎显像的特点为双侧腕关节、掌指及指间关节显像剂分布增加;骨关节炎常见表现是在负重关节(如髋、膝、骶髂、下部胸椎和腰椎等)和经常处于肌肉负荷的部位(如第一指、趾关节、第一腕掌关节、颈椎的关节等)呈显像剂分布增加;强直性脊柱炎的特点是骶髂关节显像剂分布异常增加，脊柱显像剂分布呈弥漫性增高。

此外，肥大性肺性骨关节病常见于肺癌或慢性肺疾病患者。骨显像见四肢骨干和干骺端的骨皮质呈对称性、弥漫性放射性增高，四肢长骨骨干皮质显影增强形成所谓“轨道征”或“双条征”较具特征性。关节周围由于继发性骨膜炎亦呈放射性增高，上述改变下肢比上肢明显。其他部位如肩胛骨、肋骨、颅骨和上下颌骨等都可有类似改变。在肺部癌灶切除之后，HPO的症状可随之很快消失，大部分患者骨显像的HPO典型改变可在术后1～3个月消失;而在肺部肿瘤复发后HPO的表现又可随之复发。文献报道，鼻咽癌肺转移患者可合并HPO，认为骨显像有HPO可作为诊断鼻咽癌肺转移的辅助指标。

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