放射成像在評估下肢肌肉骨骼狀況中具有重要作用，在進行此類評估時應考慮幾個因素。首先，在仰臥位下獲得的圖像缺少載荷對下肢關節影響的重要信息，並且它們不能充分代表正常負重活動時的運動學，與二維投影相比，結構的三維圖像可以提供更多的診斷信息;最後動態采集可以提供比靜態圖像更多的信息，因為它們更能代表功能運動。

        當負重(WB)與非負重(NWB)比較時，膝關節水平顯示出一些差異。據報道，在兩種加載條件下，關節對齊、形態度量、旋轉和位移等方麵的變化。患者下肢體位的另一個後果是，從負重到非負重或改變肌肉負荷會顯著影響肌肉的激活。肌肉收縮似乎對膝關節運動學(即髕骨跟蹤)有實質性影響;因此，在研究膝關節運動時，這應該是一個需要考慮的方麵。

        CT和MRI可以獲得三維測量，而傳統的x線攝影是基於二維投影。由於患者體位的可變性，後者已被證明容易出錯。這導致對下肢對齊、骨標記以及膝關節和足部角度測量的不正確評估和。此外，CT成像在檢測骨贅和軟骨下囊腫方麵似乎比傳統的固定屈曲x線攝影更敏感和準確，因為傳統的固定屈曲x線攝影存在骨輪廓重疊的問題。最後，下肢是人體的一個動態結構。它將受益於在運動過程中進行調查，而不是在靜態位置。有報道稱，動態圖像更準確地顯示髕骨傾斜角度，而使用靜態圖像時，不穩定關節的異常生物力學再現會增加假陰性的風險。

        研究設置。a:直立和水平深蹲設置與開發的負重裝置。所有的動作都被VICON紅外攝像機記錄下來。b:承重裝置側麵圖。在股四頭肌同心收縮時，受試者朝紅虛線箭頭方向運動。抵消結構在綠色固體箭頭方向上提供恒定的反作用力，在同心相位提供阻力，並在偏心相位將受試者帶回平台。1: VICON相機;2:底座結構;3:抵消結構;4:移動床;5:平台;6:動床與抵消結構之間的電纜;7:肩部支撐。c:受試者身上反射紅外線標記和表麵肌電信號電極的位置。箭頭表示描述膝關節運動學的兩個參考係的方向。關於z軸的旋轉代表膝關節屈伸運動，關於y軸的旋轉代表內外旋轉，關於x軸的旋轉代表外翻-內翻運動。

        動態CT或4DCT是一種具有高時間和空間分辨率的實時3D圖像采集的圖像模式。它是在寬束或寬體積CT掃描儀上進行的，這是目前用於快速單次心跳心髒成像的最新CT硬件開發之一。該CT平台也可用於其他結構的動態成像，縱向距離可達16cm。最近，4DCT已被用於研究肌肉骨骼結構的動力學。它能夠識別微小的運動學變化，有可能檢測上肢和下肢的病理，並允許評估手術結果。

        雖然已經提出了幾種設備在MRI和CT采集過程中誘導下肢負荷，但沒有一種設備在水平掃描過程中允許負重下肢運動。此外，所有報道的動態CT研究都是在非負重條件下進行的下肢病理研究。

        因此，本研究旨在驗證和測試一種加載裝置，以模擬動態CT期間在水平位置的真實承重。設計了兩階段的研究來驗證和評估這種裝置的適用性。在第一階段，比較了設備上(不同負荷下)的水平深蹲(HS)和直立深蹲(OS)。在第二階段，作為概念驗證階段，該設備通過對誌願者的膝蓋進行動態CT采集，在CT掃描上進行測試。然後對獲取的圖像進行後處理以計算三個運動學指標:脛骨-粗隆滑車-溝距離(TTTG)，等分偏移(BO)和髕骨外側傾斜(LPT)。這些指標通常用於放射學和骨科，在手術計劃期間描繪膝關節運動學和髕骨跟蹤。

        最上麵一行代表健康受試者的右膝(綠色)和患有髕骨股痛綜合征(PFPS)的患者的右膝(S)(紅色)。最下麵一行代表健康受試者的三個左膝關節(綠色)和PFPS患者的三個無症狀(AS)膝關節(藍色)。TTTG:脛骨結節-滑車溝;BO:等分偏移量

        方法:對20名健康誌願者的“直立深蹲”和“水平深蹲”進行比較，負荷在體重(%體重)的35%到55%之間。計算類內相關係數(ICC)和測量標準誤差(SEM)作為曲線運動和表麵肌電信號(sEMG)數據可靠性的度量。隨後，該裝置在三名健康誌願者和三名髕股疼痛綜合征患者的動態CT采集期間進行了測試。分別對圖像進行處理，提取脛骨-粗隆滑車-溝距離、等分偏移量和外側髕骨傾斜指標。

        結果:在肌電圖中，42%體重負荷的平均ICCs (SEM)最高，為0.80(6.9)。運動學分析顯示，在偏心階段(0.79-0.87)和從最大屈曲到20?(0.76)。在獲取動態CT圖像的過程中，該設備被證明是安全可靠的，並計算了三個指標，初步顯示了健康和病理參與者之間的差異。

        結論:該裝置能模擬水平姿勢的直立深蹲，可靠性好。它還成功地提供了健康和病理膝關節在負重運動過程中的動態CT掃描圖像和運動學參數。

        原始出處：

        Buzzatti L,Keelson B,van der Voort JW,Dynamic CT scanning of the knee: Combining weight bearing with real-time motion acquisition.Knee 2023 Aug 17;44