多层螺旋CT鉴别全髋关节置换术后迟发性无菌及感染性并发症

曾懿，张德洲，易雪冰

全髋关节置换术(total hip arthroplasty，THA)普遍应用于终末期髋关节病变，能有效解除关节疼痛、改善关节功能，显著提高大多数患者(>89%)生活质量[1,2]。髋关节疼痛是THA后患者不适常见原因。髋关节假体周围疼痛通常与假体周围感染、假体无菌性松动和肉芽肿性假瘤相关[3]。假体周围感染是一种严重并发症，区分假体周围感染和无菌性松动至关重要。当X线检查发现是正常或可疑时，计算机断层扫描(CT)被广泛认为对评估假体周围感染是有效的。磁共振成像(MRI)也可用于诊断假体髋关节并发症，特别适用于假体周围软组织异常及骨髓水肿。与CT相比，MRI昂贵且耗时，在评估小的假体周围溶骨性病变及假体位置方面价值有限，对关节穿刺或组织活检无指导作用。然而，CT对无菌性并发症的诊断标准方面的价值尚未明确。此外，CT征象是否会受患者假体置入时间影响仍不清楚。本研究目的是探讨多层螺旋CT (MDCT)在诊断翻修手术前THA患者假体周围感染、无菌性机械松动和肉芽肿病应用价值。

材料与方法

1.一般资料

回顾性研究本院2011年1月-2019年1月8年83例接受了翻修手术的连续性患者。所有患者术前均采用MDCT进行评估。MDCT检查的纳入标准包括既往有THA病史和存在下列一项或多项特征：临床症状如髋关节疼痛、发热、压痛和/或红斑；假体周围骨溶解(X线片)；血沉>30 mm/h； C反应蛋白水平>1 mg/dl。

2.CT检查方法

采用西门子Somatom Definition As+ 64排螺旋CT机对所有患者行CT扫描，参数如下：管电压120 kV；管电流120～150 mA；螺距0.625 mm；层厚及层间距1 mm；矩阵512×512；FOV 8～10 cm；骨窗窗宽3500 HU，窗位400 HU；软组织窗宽700 HU，窗位100 HU。扫描范围：从髋臼上缘至假体柄下缘，包括整个假体。

3.CT图像分析

两名经验丰富的肌骨放射科医师对患者临床病史和手术表现未知的情况下，回顾性分析MDCT图像。对两位医生诊断不一致病例，经共同经讨论后确定结果。MDCT图像分析包括假体周围软组织异常、假体周围骨溶解、假体髋臼错位、假体周围异位骨化形成、髂淋巴结肿大。对这些征象进行分类的标准见表1、图1[4-8]。

4.微生物及组织病理学分析

所有患者均在本院接受翻修手术并取得了微生物学和组织学确诊。按照微生物及组织病理学结果，将所有患者分为假体周围感染、无菌性机械松动和肉芽肿病3组。手术标本培养结果被认为是感染存在与否金标准。如果培养的两个或两个以上的样本存在同一微生物，则确诊为感染。如果培养结果为阴性，组织病理学标本中有大量的组织细胞和巨噬细胞，确诊为肉芽肿病。如果培养结果阴性同时组织学上没有巨噬细胞，则为无菌性机械性松动。

表3 与假体周围感染、无菌性松动和肉芽肿病独立相关的MDCT征象

5.统计分析

分类变量以频率和百分比表示，计数资料以中位数和四分位数范围表示。采用Kruskal-Wallis秩和检验比较THA术后与假体周围感染、无菌性机械松动和肉芽肿病各组诊断之间的时间长短以及比较THA术后时间长短与MDCT相关征象的关系。采用χ2检验(Fisher精确检验)及Bonferroni校正比较假体周围感染、无菌性机械松动和肉芽肿病3组患者MDCT相关征象差异。与假体周围感染、无菌性机械松动或肉芽肿病独立相关变量用logistic回归模型分析，结果以优势比(OR)和95%置信区间(CI)表示。P≤0.05，差异有显著性意义，统计分析软件使用SPSS 20.0。

结 果

研究对象包括男54名和女27名，平均年龄68岁(27～96岁)。83例患者22例在翻修手术中发现假体周围感染(22/83)。手术标本培养阴性61例(61/83)，最终诊断为无菌性机械松动29例(29/83)；肉芽肿病32例(32/83)。

THA与并发症诊断之间的中位时间分别为无菌性机械松动39个月(21～116月)，假体周围感染55.5个月(23～108月)，肉芽肿病126个月(90～204.5月)。无菌性机械松动与肉芽肿病(P=0.002)、假体周围感染与肉芽肿病(P=0.006)差异有显著性意义。假体周围感染与无菌性松动的比较差异无显著性意义(P=0.946)。

MDCT相关变量在假体周围感染、无菌性机械松动、肉芽肿病组中的差异如表2。假体周围软组织重度异常在假体周围感染患者(19/22)和肉芽肿病患者(18/32)中明显高于无菌性机械松动(8/29)；P<0.001。假体周围骨溶解伴膨胀性骨膜反应在肉芽肿病组(23/32)明显高于无菌性机械松动组和假体周围感染组(3/29，3/22)，P<0.001。假体周围感染组、无菌性机械松动组和肉芽肿病组髋臼错位和异位骨化形成的不同分类患者比例相似。假体周围感染组(19/22)较无菌性机械松动组(4/29)和肉芽肿病组(9/32)更容易出现髂淋巴结肿大(P<0.001)。

表2 MDCT相关征象在3组中的分布

在多变量分析中(表3)，与假体周围感染独立相关的MDCT征象为假体周围软组织重度异常、假体周围轻度骨溶解而无膨胀性骨膜反应、髂淋巴结肿大。相反，无以下征象：假体周围软组织的轻度或重度异常、轻度或重度假体周围骨溶解、髂淋巴结肿大是无菌性机械松动的预测因素。假体周围软组织轻度异常、重度假体周围骨溶解伴膨胀性骨膜反应、轻度髋臼错位是与肉芽肿病相关重要变量(图1～3)。

图1 72岁，女，术后诊断为假体周围感染。a) 软组织窗示右侧假体周围软组织重度异常(箭)； b) 骨窗示右侧假体臼旁轻度骨溶解而无膨胀性骨膜反应(箭)； c) 软组织窗示髂淋巴结肿大(箭)。 图2 62岁，女，术后诊断为无菌性机械性松动。a) 软组织窗示左侧假体周围软组织轻度异常(箭)； b) 骨窗示假体臼旁轻度骨溶解而无膨胀性骨膜反应(箭)。 图3 49岁，女，术后诊断为肉芽肿病。a) 软组织窗示左侧假体周围软组织轻度异常(箭)； b) 骨窗示假体臼旁重度骨溶解伴膨胀性骨膜反应(箭)。

THA术后假体周围骨溶解伴膨胀性骨膜反应的中位时间为119个月，明显长于无膨胀性骨膜反应的骨溶解(中位时间为58.5个月)和无假体周围骨溶解(中位时间为37.5个月)，P<0.001(表4)。

表4 THA术后的时间与MDCT相关征象评估

讨 论

尽管现代人工髋关节置换术是一种安全手术且在增加手术数量和技术进步方面显示出了巨大变化[9]，现在人们注意力更多地集中在减少并发症、降低成本和提高患者满意度上。感染虽然不常见，但仍是髋关节置换术的一个严重并发症[10]。正确诊断假体周围感染对手术治疗至关重要。因此，识别可能有助于区分无菌性和感染性并发症的特定CT征象是一个特别值得关注的问题。

X线片是评估有症状的髋关节假体患者潜在并发症首选影像学方法。然而，根据临床情况和预期病理情况需要描绘特定解剖结构，其他检查有助于进一步评估。MDCT是一种很好的辅助成像工具，可用于评估合适假体位置、宿主骨和周围软组织情况[11]。

假体的无菌性并发症可表现为机械性松动和肉芽肿病[12,13]。无菌性机械性松动被认为是导致慢性THA失败和随后翻修手术最常见原因之一。早期松动诊断比较困难，确切诊断松动标准为假体臼倾斜、移位，假体柄下沉、旋转，骨水泥套断裂或假体周围骨溶解[11,14]。机械应力和运动可促进滑膜细胞向假体周围骨和/或骨水泥表面迁移。可能有细胞因子从这些滑膜细胞释放，但同时也可形成纤维膜或滑膜样膜，这可以先于假体松动[15]。骨溶解是由巨噬细胞吞噬磨损的聚乙烯颗粒引起的生物过程，随后发生无菌性异物肉芽肿反应，骨溶解区充满肉芽组织，肉芽组织内充满吞噬的颗粒碎片[3]。然而，骨溶解也可由假体周围感染所致。骨溶解导致假体在宿主骨或骨水泥界面处严重松动最终导致假体内固定完全丧失。

骨溶解在X线片或CT图像上可表现为薄的(>2 mm，或新近出现的1～2 mm)放射性低密度透光区，可能缓慢地延伸到骨水泥或骨假体界面周围；局部较大范围骨溶解也可能发生在邻近部位宿主骨[3]。CT图像感染所致的骨溶解与无菌性骨溶解往往鉴别困难。本研究显示假体周围感染导致的骨溶解主要表现为轻度假体周围骨溶解而无膨胀性骨膜反应(17/22)，机械性松动所致的骨溶解主要表现为无假体周围骨溶解或仅倾向有轻度骨溶解而无膨胀性骨膜反应(26/29)，而肉芽肿病所致的骨溶解则主要表现为重度假体周围骨溶解并膨胀性骨膜反应(23/32)。另外，THA术后发生膨胀性骨膜反应的骨溶解时间明显长于无膨胀性骨膜反应骨溶解。

新一代髋关节假体使用可能导致肉芽肿病变的增加。Santavirta等[13]及Slullitel等[16]指出肉芽肿病的局部免疫病理反应为含有组织细胞、单核巨细胞和成纤维细胞的反应区的结缔组织组成，大部分细胞为单胞巨噬细胞(IV型超敏反应)，而无菌性松动的主要细胞类型为活化成纤维细胞。然而，基于这两种类型无菌并发症免疫病理机制差异的放射学发现尚未被明确证实。本研究无假体周围软组织异常、无轻度或重度假体周围骨溶解及无髂淋巴结肿大是无菌性机械松动的预测因子，而轻度软组织异常、重度假体周围骨溶解伴膨胀性骨膜反应、轻度髋臼错位是肉芽肿病的预测因子。

最近，一种新的并发症引起了人们的极大关注，它被描述为与金属对金属或金属对聚乙烯假体相关的无菌性淋巴细胞性血管炎相关病变(ALVAL)，是由金属碎屑引起的一种局部不良组织反应，表现为血管周围淋巴细胞聚集。据推测金属离子从假体中释放出来，与天然蛋白形成半抗原，引起局部软组织IV型超敏反应，其特征是坏死、纤维蛋白聚集，T和B淋巴细胞、浆细胞、嗜酸性粒细胞聚集[17]。ALVAL的临床特征是非特异性的，但可引起患者疼痛并可能发展为假体周围软组织“假瘤”。“假瘤”可为实性、囊性或混合性肿块。

假体周围感染的生理机制也不同，会触发特定的炎症级联反应，导致髂淋巴结肿大，假体周围软组织以集合的形式堆积[18]。根据所感染的细菌数量和致病力，临床表现为急性典型感染或轻微感染。假体周围细菌数量大、毒力强通常引起急性感染，并表现为非常典型的急性炎症组织学特征。相反，少量的细菌污染或无毒性的微生物(低级别感染)可能有轻微临床症状与影像学改变，因此而误诊为无菌性机械松动。通常假体周围液体积聚且具有不规则囊壁或存在窦道提示感染[19]。本研究发现假体周围软组织重度异常及髂淋巴结肿大在假体周围感染患者中明显高于无菌性机械松动和肉芽肿病患者，同时，二者皆为假体周围感染独立相关的MDCT征象。

对于有可能出现THA术后并发症的患者，CT是一种有效的诊断检查技术。特定的CT征象可能有助于术前初步诊断假体周围感染、无菌性机械松动和肉芽肿病。假体周围软组织重度异常、假体周围骨溶解而无膨胀性骨膜反应、髂淋巴结肿大三联征提示假体周围感染。无菌性机械松动的特点是无假体周围软组织轻度或重度异常、无轻度或重度假体周围骨溶解及无髂淋巴结肿大。假体周围软组织轻度异常、假体周围重度骨溶解伴膨胀性骨膜反应、轻度髋臼错位是与肉芽肿病相关的重要征象。