影像學技術在痛風診斷及疾病監測中的應用研究進展

李笑石，秦 越

（西安大興醫院影像科，陜西西安 710016）

痛風是一種代謝性風濕病，主要發病原因為體內嘌呤代謝紊亂導致血尿酸增多。長期持續的高尿酸血癥將會引發尿酸單鈉(monosodium urate，MSU)結晶析出，這些晶體在尿酸鹽濃度高于飽和水平（pH＞6．8）的情況下形成并沉積于關節內、外組織，由于炎性因子作用，最終痛風性關節炎[1-2]。

痛風是全世界范圍內廣泛流行的疾病。2021年的一項流行病研究調查顯示，我國痛風患病率為0．03%～10．47%[3]，并呈逐年升高趨勢。痛風是一種慢性疾病，在其急性期，患者臨床常表現為極度疼痛，但這種疼痛癥狀通常在會在10～14 d 內自行消退[4]。痛風結石則是MSU 結晶的慢性異物肉芽腫反應，部分情況下會侵入骨骼，導致骨侵蝕和破壞[5]。慢性期痛風的并發癥包括嚴重的骨關節損傷、軟組織壞死性腫脹和骨感染，嚴重者甚至會引起肌腱斷裂、關節功能喪失[6]。痛風是嚴重危害我國人民健康的重要疾病，對痛風的早期診斷及干預治療是十分重要的。

1977 年，美國風濕學會（American college of rheumatology，ACR）制訂了痛風的分類標準，該標準推薦將X 線平片攝影作為輔助診斷痛風的首選影像學檢查。近年來，隨著CT、MRI和超聲等影像學檢查技術的迭代發展，痛風診斷的也有了新的影像學技術支撐。2015 年，ACR 和歐洲抗風濕聯盟(ACR/European league against rheumatism，ACR/EULAR)聯合制訂了新的痛風診斷標準[7]，該標準推薦了更多的影像學檢查方法，包括近年來新推出的雙能量CT技術、超聲識別關節滑囊尿酸鹽沉積技術、X線平片鑒定痛風性骨損害等[8]。雙能量CT 技術是無創診斷和監測疾病的最有前景的技術，而MRI紋理分析技術也能協助鑒別診斷痛風關節炎。影像學檢查不僅有助于診斷痛風，還能作為監測方法評估病情及降尿酸治療的效果。近年來國內外比較不同影像學診斷方法在痛風中應用的研究較少，本文將對不同文獻中各影像學檢查在痛風診斷中的應用價值及優缺點進行分析比較，重點關注影像學特征在痛風診斷、疾病監測中的作用。

1 X線平片攝影

1.1 X線平片攝影的技術背景

X 線平片技術的原理是將X 射線通過人體部位后，傳遞到探測器上，并因此生成投影圖像，這同時也是CT 技術的基本原理之一。采用X 線平片攝影輔助診斷痛風的歷史可以追溯到19 世紀發明X 線成像技術之后不久[9]。近一個世紀以來，X 線平片攝影是痛風成像的主要方法，痛風性關節炎的典型X 線表征包括，關節間隙變窄、周圍軟組織腫脹，部分骨質可見破壞，臨近骨質密度減低等。近幾十年來，數字膠片系統正逐步替代傳統膠片，美國及歐洲大部分國家都已經制定了X 線平片攝影的數字膠片標準。與傳統的膠片相比，數字膠片提供了可以改進的動態對比范圍，可以自定義對比度，尤其是對于軟組織病變有著更好的鑒別效能（數字膠片診斷關節旁軟組織腫脹的特異度由傳統膠片的43．32%提升至77．51%）[10]。

1.2 X線平片攝影的影像學表現

早期痛風患者的X 線表現大部分正常，急性發作時可見關節周圍軟組織腫脹或關節積液，而骨質并沒有破壞。隨著尿酸鹽沉積，患者的關節周圍軟組織密度增高。慢性痛風關節炎的典型X 線表現主要是偏心性骨質破壞，嚴重者可見多個骨質破壞區相互融合，痛風石在X 線平片攝影中表現為不對稱的分葉狀軟組織腫塊影，部分可見鈣化[11]。在痛風病變后期，骨質侵蝕合并，導致關節間隙擴大、軟骨塌陷、骨質溶解。但與其他侵蝕性炎癥性關節?。ㄈ珙愶L濕性關節炎相比），關節周圍骨質減少并不是痛風性關節炎的主要特征。關節強直和關節半脫位是痛風的后期特征，大約6%的痛風患者會出現骨內再鈣化形成，且通常發生在手腳關節處[12]。86%存在X 線平片攝影異常的痛風患者，其足部癥狀明顯[13]，第1跖趾關節是X線平片最容易檢出的部位；其次是第5 跖趾關節和跟骨。此外，62%有X 線平片攝影異常的痛風患者存在手部和腕部的臨床癥狀[13]。

總之，通過X 線平片攝影可以顯示部分痛風并發癥，包括骨侵蝕和軟骨塌陷，但X 線平片無法細致觀察到軟組織的受累[14]，同時不能很好地觀察到滑膜和骨炎癥變化以及MSU 晶體的沉積（見圖1）。2018 年，歐洲風濕病協會更新了痛風診斷指南，將X 線平片攝影技術納入了痛風診斷的影像學指標之一[15]。

圖1 痛風患者右手的X線平片[17]Figure 1 X-ray imaging of the right hand of a patient with gout[17]

1.3 X線平片攝影在痛風診斷中的作用和效能

盡管X線平片攝影無法直接觀察到MSU晶體，但痛風的X線平片攝影診斷標準早在1977年就被納入ACR痛風診斷標準中。痛風的X線平片攝影影像學特征包括關節內的不對稱腫脹和無糜爛的骨皮質下囊腫，但這些特征也經常出現在其他風濕性疾病中。最近一項對疑似痛風患者的研究發現，X 線平片攝影診斷痛風的靈敏度低（31%），特異度高（93%）[16]。診斷痛風的靈敏度較低主要是因為X線平片攝影一般不能發現痛風急性期的病變。另外一項關于手部X線平片攝影對早期關節炎患者診斷價值的研究也證實了這一點，該研究結果表明手部X線平片攝影無法診斷預測痛風[17]。

1.4 X線平片攝影對痛風疾病的監測作用

X 線平片攝影的一個關鍵優勢是操作方便，價格低廉，可在基層醫院廣泛使用，并且很大程度上不依賴于技術人員操作設備的水平。X 線平片攝影可以成為一種潛在的痛風疾病監測技術。臨床使用X 線平片攝影來連續監測痛風患者是否出現骨質侵蝕和關節間隙變窄，是一種方便、快捷的方法。

2 MRI

2.1 MRI的技術背景

MRI可以從多個方面評估痛風疾病，對病變侵及的骨骼、滑膜、骨髓、軟骨和關節周圍軟組織結構等，都具有出色的可視化效果（見圖2）[18]。MRI檢查過程中不會產生輻射，MRI多模態成像序列可以采用多參數評估痛風病變的進展[19]。MRI是一種非常強大的成像技術，但其檢查費用相對昂貴，檢查時間長，且在我國大部分基層醫院沒有配備MRI儀器，導致其難以在臨床，尤其是在基層醫院痛風診斷中推廣應用。

圖2 痛風患者的MRIFigure 2 MRI image of gout

2.2 痛風的MRI圖像特征

雖然MSU 晶體不能在MRI 圖像上直接觀察到，但痛風結石可以在T1 加權圖像上顯示，具體表現為等信號或低信號的結節；而在T2 加權圖像上信號表現多樣，常為混雜信號，增強后可見斑片狀強化，且多位于結節邊緣，這是由于痛風結石含水量不均勻，鈣質、蛋白成分不均勻、混雜所致[20]。

痛風性關節炎的其他MRI 征象包括滑膜炎性改變、骨髓水腫、關節積液、腱鞘炎和軟組織水腫[21-22]。在慢性期沒有明顯癥狀的患者中，有接近一半有過急性痛風病史，MRI關節影像中能觀察到滑膜炎性改變，這表明慢性炎癥可能在急性發作明顯消退后持續存在[23]。

MRI 檢查在痛風診斷中還有一個特別的優勢，其能夠詳細評估骨質破壞。一項檢測痛風引起的骨質侵蝕的研究表明，MRI檢查比X線平片攝影更靈敏[24]。MRI能夠顯示包括滑囊、肌腱和韌帶在內的關節旁軟組織，從而對痛風影響區進行詳細評估，識別炎癥變化周期，并發現痛風結石。

2.3 MRI檢查診斷痛風的效能

查閱目前已發表文獻（檢索數據庫包括中國知網數據平臺、萬方數據知識平臺、中華醫學知識庫、美國國家醫學圖書館及國家生物技術信息中心），尚未發現有研究評估MRI 診斷痛風的準確率。MRI 檢查并不能特異性地檢出MSU 晶體。2011 年，美國的《風濕病年鑒》曾報道了一項研究，該研究比較了8例腕部出現急性痛風癥狀的患者和8例類風濕性關節炎患者的MRI圖像[25]。結果顯示，所有急性痛風和類風濕性關節炎患者都檢出了滑膜炎和骨質破壞侵蝕，提示MRI表現無法區分急性痛風腕關節表現與其他關節炎。

但2021 年美國的一項研究表明，MRI 檢查診斷膝關節和腕關節痛風的靈敏度為90%，特異度為91%[26]。2021 年劉欣等[27]的研究中，對77個關節部位進行了MRI掃描，結果表明，MRI T2WI單序列紋理分析對類風濕性關節炎和痛風性關節炎的鑒別診斷具有積極的臨床意義，提示紋理分析對兩者具有潛在的鑒別價值。但目前尚不清楚MRI檢查紋理分析診斷痛風的準確率，而且較長的掃描時間、較昂貴的掃描費用、需要使用釓對比劑都影響了痛風患者對于MRI檢查的可接受性[28]。

2.4 MRI檢查在痛風疾病監測中的作用

骨質破壞侵蝕是慢性痛風的常見并發癥狀，MRI可以很好地顯示骨質破壞的范圍。在X線影像正常的骨質關節圖像中，超過一半的患者在MRI檢查中顯示出骨質破壞[29]。因此，MRI在檢測痛風患者的骨質損傷方面明顯優于X線平片。

除此之外，MRI在痛風疾病監測中的另一個作用是，可以評估痛風石的大小，且不需要注射對比劑劑[30]。但目前國內外無論是縱向研究還是隨機對照試驗，都沒有已發表文獻顯示MRI檢查測量痛風石的準確率數據。在將來的研究中，筆者將對該方面進行進一步分析。

MRI 檢查監測痛風的作用目前雖然相對有限，但其也具有特別的優勢，例如可以診斷已確診痛風患者的并發癥發生情況。嚴重的痛風可能引發骨質感染，在此類患者的MRI 圖像上可以觀察到骨髓炎性改變。MRI 還可以評估痛風患者軟組織受累情況，例如肌腱斷裂。脊柱MRI 檢查可以檢測痛風石，可視化檢出骨侵蝕和脊髓內病變改變[31]。

3 雙能量CT成像

3.1 雙能量CT技術背景

雙能量CT的成像原理主要是通過2種不同能量級別的X 射線（80～140 kVp），同時或幾乎同時照射病變區域，測量不同物質的衰減差異，以確定物質含量，然后使用特定的解析算法，將不同化學成分的物質（如尿酸鹽和鈣）區分開來（見圖3）。計算機通過后處理渲染，將不同物質進行不同配色的偽彩染色。目前，雙能量CT 檢查已被證實可以確定腎結石的化學成分[32]，而國內外也有大量研究證實雙能量CT檢查在診斷痛風結石中具有獨特優勢。

圖3 雙能量CT掃描VR圖像Figure 3 VR images of dual-energy CT scanning

3.2 痛風的雙能量CT圖像特征

在雙能量CT 圖像上，痛風尿酸鹽沉積結晶（痛風石）很容易就可以被觀察到。除了檢測尿酸鹽沉積外，雙能量CT圖像上還觀察到痛風的其他特征，如肌腱受累、骨質侵蝕破壞等。但是雙能量CT 圖像無法像MRI 圖像一樣顯示滑膜炎性改變和骨髓水腫。

3.3 雙能量CT檢查診斷痛風的效能

國外有多個研究顯示，雙能量CT 檢查在痛風診斷中具有特異性。雙能量CT 檢查診斷痛風結石的靈敏度為78%～100%，特異度為79%～100%[33-35]。一項研究[36]觀察了未確診但有痛風癥狀的患者，在雙源雙能量CT 成像中，有47%的患者顯示有尿酸鹽沉積。隨后的實驗室檢查發現，這些患者全部都有關節面痛風陽性指征，即雙能量線性三維重建后，關節面可見痛風結石影，提示雙源雙能量CT檢查診斷痛風的特異度高達100%[37]。

2015 年ACR/EULAR 痛風分類標準[7]中也明確表示，雙能量CT成像與體格檢查、高尿酸血癥（大于100 mg/L）、X線平片攝影共同為痛風確診的首選評估方法。

雙能量CT 是目前痛風診斷的新技術，具有非常多的優勢，但很多國內外的研究納入的患者多數都是長期有臨床癥狀并且確診痛風的。而在一項雙能量CT 診斷痛風的前瞻性研究中，在30%的急性足病患者中觀察到了假陰性痛風[38]?？梢?，雙能量CT 診斷痛風早期的靈敏度可能比預想的要低。我國的痛風指南也指出，雙能量CT檢查可能可以取代顯微鏡分析，作為一種痛風的診斷方法，但仍需要進行更大規模的實驗和觀察來驗證。

3.4 雙能量CT檢查在痛風疾病監測中的作用

雙能量CT 檢查可以檢測到微量的尿酸鹽沉積物,能夠有效監測尿酸鹽沉積物的微量變化[39]，而通過AI 后處理軟件的自動體積識別功能，可以快速、準確地測量尿酸鹽沉積的負荷數值，無需手動統計，更加方便精確[40]?？梢?，使用雙能量CT 檢查進行尿酸鹽量化評估的可靠性很高，與物理測量技術的比較表明，雙能量CT 檢查對痛風石內尿酸鹽體積負荷的評估比在顯微鏡下痛風石直徑游標卡尺測量法的可重復性更高，且兩者的結果非常接近[41]。雙能量CT 檢查的弊端是，其檢查過程中產生的電離輻射相比X 線平片攝影和MRI檢查都高，但相信隨著低輻射劑量CT 掃描技術的迭代更新，雙能量CT的應用將會越來越廣泛。

總之，雙能量CT 檢查在痛風診治中具有很高的應用前景，其有助于準確診斷痛風，在監測和評估評估痛風疾病方面也有一定優勢，雖然目前仍存在不足，但通過后續的研究和技術發展，將進一步彌補現在的缺陷。

4 光子計數探測器CT成像

4.1 光子計數探測器CT技術的原理

光子計數探測器CT（photon-counting detector CT，PCDCT）是近年來CT 領域最新的突破性技術，其與傳統CT 主要區別是，其使用了半導體材料先將X 線光子轉換成電子-空穴對，然后通過高電壓電流使陽極接收電子，從而產生電子信號，而傳統CT 使用的是間接轉換技術，通過閃爍晶體將X 射線能量轉換成光能，再將光能轉換為電子信號[42]。兩者對于電子信號的收集和轉換原理截然不同。PCD-CT 診斷痛風的原理類似于雙能量CT，由于其探測器對電子能量具有量化辨別能力，因此僅通過一次掃描，就可以獲得多個能級的X 線光子計數信息，通過設置閾值，從而實現多能級能譜圖像重建，理論上同樣可以完成區分物質的作用[43]。

4.2 光子計數探測器CT診斷痛風的效能

非常遺憾的是，截止2023年4月，筆者并未在國內外相關文獻（檢索數據庫包括中國知網數據平臺、萬方數據知識平臺、中華醫學知識庫、美國國家醫學圖書館及國家生物技術信息中心）中檢索到使用PCD-CT 進行痛風診斷或監測的研究。在骨關節成像領域中，該技術在顯示肋骨轉移病灶的能力強于傳統CT[44]。一項腕骨成像研究顯示，PCD-CT檢查可以大幅減少輻射劑量，同時獲得分辨率極高的優質圖像[45]。與痛風診斷非常接近的是一項2021 年的研究，其結果顯示，PCD-CT 檢查可以非常靈敏地對關節鈣鹽沉積情況進行量化顯示，效果優于雙能量CT檢查（見圖4）[46]。

圖4 各種影像學檢查對于鈣鹽沉積的顯示Figure 4 Visualization of calcium salt deposits by various imaging examinations

4.3 光子計數探測器CT在未來痛風診斷中應用的展望

PCD-CT 技術是一種在未來非常有前景的CT 革命性技術，其特點為輻射劑量低、空間分辨率高和獨特的能量與物質鑒別優勢，尤其是在提高圖像質量的同時大幅度降低輻射劑量，其對于痛風結石的診斷原理與雙源CT 接近，推斷其可以獲得優秀的氮原子鑒別圖像。但由于PCD-CT 技術的探測器核心原料碲鋅鎘或碲化鎘晶體制備困難，性質很不穩定，成本較高，限制了該項檢查的推廣[47]。一般在短時間內，在我國基層醫院并無法裝備該設備，而痛風疾病作為?？菩暂^強的常見病和基礎疾病，患者首診往往選擇前往就近的基層醫院，這也限制了這類研究型影像設備在痛風診斷中應用的研究。因此，在痛風診斷中雖然PCD-CT檢查有可以預見的廣泛應用前景，但仍然需要等待技術的進一步革新和發展，未來在設備條件完善的情況下進行更進一步的研究。

5 其他影像學檢查技術

超聲檢查擁有無輻射、價格較低、可以實時診斷等優點，在痛風診斷中可以通過高或強回聲信號探測到痛風結石。在Ventura-Ríos 等[48]的研究顯示，超聲檢查對痛風結石的檢出靈敏度和特異度分別為69．6%和92．0%。但目前在國內外的諸多研究中，痛風的超聲診斷特征的定義、報告的規范化或分析的著重點均不統一，且超聲檢查受到操作醫師主觀因素及操作技術的影響非常大[49-50]，導致其在超聲診斷中的應用價值受限。

核醫學檢查在痛風的診斷及治療中應用較少。在痛風患者的PET-CT圖像上，氟代脫氧葡萄糖攝取量會顯著增高，但這種攝取增高并非是特異性的，其診斷痛風的靈敏度為55．5%，特異痛為56．9%[51]。且PET-CT檢查時間長、費用高、輻射劑量大等因素也限制了其在痛風診斷領域的進一步應用。

6 結論

影像學檢查在未來將會更多參與到痛風疾病評估的各個方面，相比有創傷的痛風尿酸鹽晶體檢測，無創的影像學檢查方法將會逐漸占據主導。不同的影像學檢查方法在痛風疾病診療中的聯合應用是將來的趨勢和研究熱點。在痛風診斷中，影像學檢查的經濟、安全和可重復性是重要的因素，但最重要的還是提高診斷準確率的問題。

筆者團隊的研究顯示，雙能量CT 檢查是目前診斷和監測痛風最具有特點和潛力的影像學方法（見表1）。隨著CT技術的迭代升級，更多新技術被開發應用，例如新的雙源雙能量CT 的臨床應用，將會在降低輻射劑量和提高能譜寬域度上再次提升一個技術水平[37-39]；而光子探測器的研發成功也預示著能量物質識別技術將會有一個本質飛躍[36]；再加上近年來研究的熱點——CT 圖像識別通過與人工智能技術的結合，可以更加精準、快速地識別病變，甚至在肉眼觀察級別下對病變進行顯示[52]?？梢灶A見，這些新技術的應用將推動對痛風疾病的機制和理解進行重新定義。各種影像學檢查的綜合應用，對于研究痛風的發病機制至關重要，開展多學科的協助，才能讓痛風診斷和治療學科邁進新的一步。

表1 X線平片、MRI及雙能量CT在痛風診斷中的優缺點Table 1 Advantages and disadvantages of X-ray plain film,MRI and dual-energy CT in the diagnosis of gout

表2 X線平片、MRI及雙能量CT痛風診斷效能Table 2 Diagnostic efficacy of X-ray plain film, MRI,and dual-energy CT for gout

利益沖突說明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

倫理批準及知情同意/Ethics Approval and Patient Consent

本文不涉及倫理批準及知情同意。

作者貢獻/Authors’Contributions

李笑石負責論文撰寫、資料查找，秦越負責課題設計與寫作指導。