基于 EOSTM的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸椎體軸面旋轉(zhuǎn)分析

秦樂(lè) 嚴(yán)福華 杜聯(lián)軍 師小鳳

基于 EOSTM的青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸椎體軸面旋轉(zhuǎn)分析

秦樂(lè) 嚴(yán)福華 杜聯(lián)軍 師小鳳

目的 利用 EOS 影像系統(tǒng)分析青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）患者的椎體軸面旋轉(zhuǎn)角度與冠狀面、矢狀面和骨盆畸形間的關(guān)系。方法 選擇 2015 年 9 月至 2016 年 2 月，在我院拍攝的 EOS 脊柱全長(zhǎng) X 線片的 AIS 患者，共有 49 例納入研究，使用 sterEOS 軟件對(duì)脊柱全長(zhǎng) X 線片進(jìn)行三維模型重建。根據(jù)主彎所在位置，獲得冠狀面 Cobb’s 角，軸面頂點(diǎn)椎體旋轉(zhuǎn)、上椎旋轉(zhuǎn)、末椎旋轉(zhuǎn)、上椎椎體間軸面旋轉(zhuǎn)和末椎椎體間軸面旋轉(zhuǎn)角度，矢狀面 T4～12后凸角和骨盆參數(shù)骨盆入射角、骨盆傾斜角。對(duì)各軸面旋轉(zhuǎn)角度與冠狀面 Cobb’s 角以及骨盆參數(shù)進(jìn)行 Pearson 相關(guān)性分析。將胸主彎、胸腰段主彎和腰主彎的頂點(diǎn)椎體旋轉(zhuǎn)角度分別與胸椎矢狀面后凸角進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果 頂點(diǎn)椎體軸面旋轉(zhuǎn)與 Cobb’s 角有較好的相關(guān)性（r=0.792，P＜0.001），上椎旋轉(zhuǎn)、末椎旋轉(zhuǎn)、上椎椎體間軸面旋轉(zhuǎn)和末椎椎體間軸面旋轉(zhuǎn)分別與Cobb’s 角有輕、中度的相關(guān)性（r=0.419，P=0.003；r=0.320，P=0.025；r=0.366，P＜0.01；r=0.345，P= 0.015）。除頂點(diǎn)椎體軸面旋轉(zhuǎn)與骨盆傾斜角有輕度相關(guān)性外（r=0.330，P＜0.021），其余脊柱軸面與骨盆參數(shù)均無(wú)明顯相關(guān)性。主胸椎側(cè)凸組、胸腰段側(cè)凸組和腰椎側(cè)凸組頂點(diǎn)椎體旋轉(zhuǎn)角度與 T4～12后凸角均無(wú)明顯相關(guān)性。結(jié)論 椎體軸面旋轉(zhuǎn)角度與脊柱冠狀面 Cobb’s 角之間存在密切的聯(lián)系，但可能與胸椎后凸角和骨盆畸形并無(wú)明顯關(guān)系。

放射攝影影像解釋，計(jì)算機(jī)輔助；青少年；脊柱側(cè)凸；旋轉(zhuǎn)

在過(guò)去的 10～20 年間，脊柱側(cè)凸作為三維畸形病變的概念被廣泛接受。特別是對(duì)于軸面上椎體位置和旋轉(zhuǎn)異常，近來(lái)已有眾多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。目前已提出了多種方法對(duì)椎體的軸面旋轉(zhuǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中以 Nash-Moe 和 Perdriolle 法最為常用［1］。但其準(zhǔn)確性和可靠性依舊不高。尚有學(xué)者通過(guò)復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算公式得出 X 線片上的椎體軸面旋轉(zhuǎn)數(shù)值［2-3］。因此，筆者認(rèn)為傳統(tǒng)正側(cè)位 X 線片很難做到對(duì)脊柱進(jìn)行三維定量評(píng)價(jià)，特別是軸面的旋轉(zhuǎn)［4］。而 CT 雖為診斷脊柱側(cè)凸的金標(biāo)準(zhǔn)，但其受制于患者必須在仰臥位成像，無(wú)法反映站立位時(shí)的脊柱功能位置改變［5］。

隨著影像技術(shù)的飛速發(fā)展，目前通過(guò) EOS 攝片系統(tǒng)拍攝站立位脊柱全長(zhǎng)正側(cè)位 X 線片，并在其sterEOS 后處理平臺(tái)經(jīng)過(guò)約 20 min 的建模后，即可快速獲得脊柱和骨盆的各項(xiàng)三維變化參數(shù)。此外，這些參數(shù)能夠自動(dòng)修正由于骨盆旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的測(cè)量誤差。2015 年 9 月至 2016 年 2 月，我科對(duì) 49 例青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）患者進(jìn)行 EOS 攝片和建模，獲得其椎體軸面旋轉(zhuǎn)角度，并將其與椎體冠狀面、矢狀面和骨盆畸形間的關(guān)系進(jìn)行研究?，F(xiàn)對(duì)其總結(jié)如下。

資料與方法

一、納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

1. 納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡 6～18 歲；（2）在 2 D圖像上手工測(cè)量 Cobb’s 角＞10°；（3）成像清晰，無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影及異物或內(nèi)固定等遮擋。

2. 排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）先天性椎體畸形變異、骶椎腰化、代謝性骨病或骨折后改變；（2）椎體腫瘤；（3）手術(shù)后改變，如脊柱內(nèi)固定植入、椎體內(nèi)植入骨水泥和椎體切除等。

二、攝片與建模

患者于站立位在 EOS 影像攝片機(jī)上同時(shí)拍攝正側(cè)位脊柱全長(zhǎng) X 線片后，可以得到 2 張解剖位置相互對(duì)應(yīng)的正位和側(cè)位 X 線片。然后在 sterEOS 后處理軟件選擇脊柱項(xiàng)目?jī)?nèi)的 full 3 D 模式進(jìn)行三維建模。重建過(guò)程中先根據(jù)系統(tǒng)提示確定骶骨傾斜面和骨盆位置，然后勾畫(huà)出冠狀面和矢狀面脊柱彎曲情況，最后仔細(xì)調(diào)整各椎體解剖標(biāo)志的位置，特別是雙側(cè)椎弓根、棘突和椎體邊緣的位置（圖 1、2）。

三、測(cè)量指標(biāo)

重建完成后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)提供軸面、冠狀面和矢狀面的脊柱及骨盆測(cè)量參數(shù)，本研究評(píng)價(jià)分析的側(cè)凸均為主側(cè)凸，并選擇下列參數(shù)應(yīng)用于研究：Cobb’s 角、頂椎軸面旋轉(zhuǎn)角度（apical vertebrae rotation，AVR）、上端末椎軸面旋轉(zhuǎn)、下端末椎軸面旋轉(zhuǎn)、上端末椎與其上一椎體的椎體間軸面旋轉(zhuǎn)、下端末椎與其下一椎體的椎體間軸面旋轉(zhuǎn)、T4～12后凸角、L1～S1前凸角、骨盆入射角（pelvic incidence，PI）和骨盆傾斜角（pelvic tilt，PT）。此外根據(jù)頂椎的位置，分為胸椎主側(cè)凸（T2～11）、胸腰段主側(cè)凸（T12～L1）和腰椎主側(cè)凸（L2～4），分別與胸椎 T4～12后凸角進(jìn)行相關(guān)性分析。同時(shí)系統(tǒng)會(huì)給出各椎體軸面旋轉(zhuǎn)的條形圖和矢量圖，使數(shù)據(jù)顯示更為直觀（圖 3）。測(cè)量由 1 名放射科骨關(guān)節(jié)影像專業(yè)的住院醫(yī)師和 1 名副主任醫(yī)師各自獨(dú)立完成，2 人均經(jīng)過(guò) 1 個(gè)月的 EOS 影像技術(shù)培訓(xùn)。取其平均值進(jìn)行分析。

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用 SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。所有參數(shù)以± s 表示。相關(guān)性分析采用 Pearson 相關(guān)分析法。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1　綠色椎體為正在重建的椎體，該步驟用于調(diào)整椎體旋轉(zhuǎn)方向。正側(cè)位 X 線片相互對(duì)應(yīng)，因此藍(lán)線能在兩張圖像上同時(shí)位于該椎體下緣Fig.1 Green vertebra represented the vertebra being constructed. This step was used to adjust vertebral rotation orientation. Due to the simultaneously recorded anterior and lateral X-ray images， blue line could be located at the inferior level of a same vertebra on both images

圖2　與圖1為同一患者。進(jìn)一步調(diào)整椎體邊界、棘突和椎弓根位置，使綠色模型與椎體相吻合Fig.2 Same patient in figure 1. Vertebral borders， spinal process and pedicles were further adjusted to match the green model with vertebra

圖3　SterEOS 軟件提供的條形圖（a）和矢量圖（b）能更直觀顯示椎體軸面旋轉(zhuǎn)角度和方向Fig.3 Bar graph（a）and vector graph（b）created by SterEOS software provide more direct view of axial vertebral rotation and orientation

結(jié) 果

本組 49 例，其中男 14 例，女 35 例，平均年齡 15.1（9～18）歲。脊柱冠狀面參數(shù) Cobb’s 角為（26.3±10）°（12.1°～56.1°），脊柱軸面參數(shù) AVR 為（8.1±6.6）°（0.5°～28°）、上椎軸面旋轉(zhuǎn)為（6.3± 5.3）°（0.1°～24°）、末椎軸面旋轉(zhuǎn)為（6.4±4.8）°（0.8°～17.6°）、上椎椎體間軸面旋轉(zhuǎn)（3.7±3.1）°（0.1°～15.4°）、下椎椎體間軸面旋轉(zhuǎn)（2.8±2.3）°（0°～9.2°），脊柱矢狀面參數(shù) T4～12后凸角為（22.8± 10.9）°（1.9°～47.7°），骨盆參數(shù) PI 為（40.0±15.6）°（14.5°～90.3°）、PT 為（8.9±7.6）°（0.2°～28.9°）。其中 27 例 Cobb’s 角為 10°～25°，18 例 Cobb’s 角為≤45°～＞25°，4 例 Cobb’s 角＞45°。

在脊柱軸面旋轉(zhuǎn)角度與冠狀面?zhèn)韧菇嵌鹊南嚓P(guān)性分析中，AVR 與 Cobb’s 角有較好的相關(guān)性，其它參數(shù)與 Cobb’s 角均有輕、中度的相關(guān)性（表 1）。而在軸面旋轉(zhuǎn)角度與骨盆參數(shù)的相關(guān)研究中，除AVR 與 PT 有輕度相關(guān)性外，其余脊柱軸面與骨盆參數(shù)均無(wú)明顯相關(guān)性（表 1）。在脊柱軸面參數(shù)與胸椎后凸角的相關(guān)分析中，主胸椎側(cè)凸組、胸腰段側(cè)凸組和腰椎側(cè)凸組與 T4～12后凸角均無(wú)明顯相關(guān)性（表 2）。

表1　軸面椎體旋轉(zhuǎn)與脊柱冠狀面 Cobb’s 角和骨盆參數(shù)間的相關(guān)性Tab.1 Correlations between axial vertebral rotation and spinal coronal Cobb’s angle as well as pelvic parameters

表2　各組頂椎軸面旋轉(zhuǎn)與胸椎后凸角間相關(guān)性Tab.2 Correlations of 3 different groups of axial vertebral rotation and thoracic kyphosis

討 論

本研究最大的發(fā)現(xiàn)是脊柱側(cè)凸頂椎軸面旋轉(zhuǎn)與冠狀面 Cobb’s 角大小具有很好的正相關(guān)性，即頂椎軸面旋轉(zhuǎn)角度越大，冠狀面上脊柱側(cè)凸程度越明顯。而上椎軸面旋轉(zhuǎn)、末椎軸面旋轉(zhuǎn)、上端末椎與其上一椎體的椎體間軸面旋轉(zhuǎn)和下端末椎與其下一椎體的椎體間軸面旋轉(zhuǎn)與 Cobb’s 角之間有輕度相關(guān)性。

目前，國(guó)際上廣泛采用 Lenke 脊柱側(cè)凸分型法對(duì) AIS 患者進(jìn)行分型，并公認(rèn)其為最實(shí)用可靠的方法［6］。但分型中沒(méi)有納入椎體軸面畸形旋轉(zhuǎn)角度。這主要是由于過(guò)去 X 線片的影像技術(shù)手段的限制所致。即便過(guò)去作為金標(biāo)準(zhǔn)的 CT 掃描，也由于其放射劑量和體位而在 AIS 患者的臨床實(shí)際診斷隨訪中應(yīng)用十分有限［4］。因此，準(zhǔn)確的椎體軸面旋轉(zhuǎn)畸形與椎體冠、矢狀面和骨盆之間的關(guān)系一直存在爭(zhēng)議。筆者認(rèn)為，闡明椎體軸面旋轉(zhuǎn)與其它脊柱、骨盆三維畸形之間的關(guān)系不僅能夠從一個(gè)新的角度來(lái)認(rèn)識(shí)脊柱側(cè)凸的病變嚴(yán)重程度，也能夠進(jìn)一步指導(dǎo)手術(shù)分型，幫助手術(shù)醫(yī)生更好地糾正脊柱側(cè)凸，改善患者預(yù)后。

近 10 年來(lái)，隨著 EOS 系統(tǒng)在全球的不斷推廣應(yīng)用，其建模獲得的脊柱和骨盆三維畸形參數(shù)在AIS 患者中的準(zhǔn)確性和可靠性已經(jīng)被多次驗(yàn)證［7-8］。Humbert 等［7］將 EOS 與 CT 的脊柱測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，兩者并無(wú)差異。Glaser 等［8］使用體外模型對(duì) EOS 與 CT 的脊柱和骨盆測(cè)量準(zhǔn)確性作了詳細(xì)地研究比較。他們分別在模型各軸面旋轉(zhuǎn)角度下進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果顯示椎體的形態(tài)準(zhǔn)確度差異為（1.1± 0.2）mm，而骨盆入射角、Cobb’s 角和矢狀面后凸角的準(zhǔn)確度差異在平均 1° 以內(nèi)。因此，他們認(rèn)為 EOS影像所重建的模型能夠代表脊柱的真實(shí)形態(tài)，且不受體位旋轉(zhuǎn)的影響，能夠用于臨床診療。

過(guò)去已有學(xué)者使用不同的方法來(lái)揭示脊柱冠狀面和矢狀面曲度與椎體軸面旋轉(zhuǎn)之間的關(guān)系。Courvoisier 等［9］使用 EOS 影像系統(tǒng)比較了兩組Cobb’s 角平均值分別為 13° 和 16° 的 AIS 患者的AVR 后發(fā)現(xiàn)，兩組患者間并無(wú)明顯差異。因此，他們認(rèn)為在輕度 AIS 患者中，AVR 是獨(dú)立于 Cobb’s 角之外的脊柱側(cè)凸特點(diǎn)。此外，AVR 還能較 Cobb’s 角更好地預(yù)測(cè)側(cè)凸進(jìn)展。筆者認(rèn)為，這兩組患者中的Cobb’s 角大小過(guò)于接近是導(dǎo)致兩者 AVR 無(wú)明顯差異的重要的原因。本研究中患者 Cobb’s 角大小范圍為12.1°～56.1°，可以更好地反映輕度至重度脊柱側(cè)凸的 AVR 變化情況，同時(shí)進(jìn)一步證實(shí)脊柱側(cè)凸是三維畸形，即冠狀面的畸形側(cè)凸改變必然伴隨著椎體的軸面旋轉(zhuǎn)。但筆者僅做了相關(guān)性研究，因此無(wú)法明確在脊柱側(cè)凸發(fā)展過(guò)程中的起因和繼發(fā)改變。

筆者的研究結(jié)果與 Easwar 等［10］相仿，他們利用 CT 對(duì) 75 例 AIS 患者的 AVR 和 Cobb’s 角進(jìn)行相關(guān)性研究后發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)測(cè)量值之間有較好的正相關(guān)性（r=0.478，P＜0.001）。Nault 等［11］利用 EOS影像對(duì) 133 例 AIS 患者進(jìn)行平均 12.6 年的隨訪后發(fā)現(xiàn)，頂椎旋轉(zhuǎn)是預(yù)測(cè)脊柱側(cè)凸進(jìn)展的良好指標(biāo)，某些情況下角度增加會(huì)加大脊柱側(cè)凸，而上下端末椎與相鄰椎體間的旋轉(zhuǎn)角度無(wú)法預(yù)測(cè)脊柱側(cè)凸是否會(huì)進(jìn)展。本研究中則顯示末端軸面旋轉(zhuǎn)、上端和末端椎體間旋轉(zhuǎn)角度均與 Cobb’s 角有輕度的相關(guān)性，提示這些角度的增大可能也會(huì)伴隨冠狀面畸形側(cè)凸的改變。因此，在 AIS 患者的保守治療中，同樣需要對(duì)椎體軸面旋轉(zhuǎn)的恢復(fù)情況予以評(píng)價(jià)。如果隨訪過(guò)程中椎體軸面旋轉(zhuǎn)角度并未減小或繼續(xù)增大，則代表該患者仍然存在脊柱側(cè)凸。而在手術(shù)治療中，有效的椎體去旋轉(zhuǎn)治療是必要的，且需要糾正的角度與 Cobb’s 角大小相關(guān)。因此，軸面旋轉(zhuǎn)的治療與冠狀面?zhèn)韧沟闹委熗瑯又匾?/p>

現(xiàn)有文獻(xiàn)中對(duì)椎體軸面旋轉(zhuǎn)與脊柱矢狀面和骨盆間關(guān)系的研究較少。Ni 等［12］利用 Perdriolle 法測(cè)量脊柱三維參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，AVR 與 T11～L2間矢狀面和冠狀面彎曲度均有明顯正相關(guān)性，即頂椎旋轉(zhuǎn)角度越大，T11～L2后凸角和 Cobb’s 角越大。筆者對(duì)脊柱側(cè)凸軸面與矢狀面關(guān)系的研究結(jié)果與其相反。根據(jù)Lenke 分型，胸椎的后凸角生理曲度在手術(shù)中是需要考慮的重要指標(biāo)之一，故本研究將患者分為主胸組、主胸腰段 / 腰椎組和主腰段組側(cè)凸 3 組，分別與胸椎矢狀面排列情況進(jìn)行相關(guān)性分析研究。結(jié)果顯示在這 3 組中均未發(fā)現(xiàn) AVR 與矢狀面彎曲之間存在相關(guān)性。經(jīng)分析認(rèn)為可能的原因是矢狀面排列為一復(fù)雜的全身因素相關(guān)性結(jié)構(gòu)，并非簡(jiǎn)單地僅與某個(gè)值相關(guān)。其中骨盆是影響脊柱矢狀面平衡的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，骨盆形態(tài)的改變往往能引起腰椎前凸角異常。此外性別、脊柱側(cè)凸進(jìn)展程度和下肢病變情況等均會(huì)對(duì)脊柱矢狀面產(chǎn)生影響。

由于骨盆入射角和骨盆傾斜角能較好地反映骨盆形態(tài)和后傾程度，因此筆者與將這兩個(gè)參數(shù)與椎體軸面旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行了相關(guān)性分析。結(jié)果顯示除 AVR 與 PT 有輕度的相關(guān)性外，其余椎體軸面旋轉(zhuǎn)與骨盆參數(shù)間均無(wú)明顯相關(guān)性。一般而言，骨盆入射角反映骨盆形態(tài)，而骨盆傾斜角反映其后傾程度。Pasha 等［13］研究后發(fā)現(xiàn)，84% 的主胸椎側(cè)凸患者和 55% 的胸腰段側(cè)凸患者頂椎的旋轉(zhuǎn)方向與骨盆旋轉(zhuǎn)方向一致，提示骨盆旋轉(zhuǎn)是受椎體旋轉(zhuǎn)影響的，但他們未就旋轉(zhuǎn)角度大小進(jìn)行過(guò)研究。而筆者的結(jié)果提示骨盆的形態(tài)與椎體旋轉(zhuǎn)之間相關(guān)性較差，但其后傾程度可能受到了頂椎軸面旋轉(zhuǎn)所引起的脊柱側(cè)凸的影響。

本研究存在一些局限性：首先，患者樣本量較小，特別是嚴(yán)重脊柱側(cè)凸的患者；其次，筆者缺乏對(duì) AIS 患者的隨訪研究，無(wú)法明確椎體的軸面旋轉(zhuǎn)是否為側(cè)凸進(jìn)展的危險(xiǎn)因素；最后，筆者是根據(jù)主彎大小來(lái)對(duì)患者進(jìn)行分類的，未來(lái)可能需要嚴(yán)格按Lenke 分型對(duì)患者進(jìn)行分類后做進(jìn)一步的相關(guān)性分析研究。

綜上所述，椎體軸面旋轉(zhuǎn)角度與脊柱冠狀面Cobb’s 角之間存在密切的聯(lián)系，明確兩者之間的關(guān)系有助于進(jìn)一步研究 AIS 的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，以及更好地指導(dǎo)治療和隨訪觀察療效。

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（本文編輯：王萌）

An analysis of vertebral axial rotation in adolescent idiopathic scoliosis based on EOSTM

QIN Le， YAN Fu-hua，DU Lian-jun， SHI Xiao-feng. Department of Radiology， Ruijin Hospital， Shanghai Jiaotong University， Shanghai，200025， PRC

YAN Fu-hua， Email： ruijin665727@qq.com

Objective To evaluate the axial vertebral rotation for their relations with the coronal and sagittal spine as well as pelvic deformity by EOS imaging system. Methods From September 2015 to February 2016，49 patients with adolescent idiopathic scoliosis subjected to EOS X-ray examinations were enrolled in this study，followed by sterEOS 3 D reconstructions. According to the location of the major curve， coronal Cobb’s angle， axial rotation parameters including apical vertebral rotation， superior end vertebral rotation， inferior end vertebral rotation，superior end interverbral rotation， inferior end interverbral rotation， sagittal T4-12kyphosis and pelvic parameters involving pelvic incidence and sagittal pelvic tilt were taken. Relations between different axial rotation parameters and Cobb’s angle or pelvic parameters were evaluated by Pearson correlation analysis. The correlation was investigated between apical vertebral rotation of major thoracic， thoracolumbar and lumbar curve， and sagittal thoracic kyphosis，respectively. Results Strong and significant correlations were observed between apical vertebral rotation and Cobb’s angle（r = 0.792， P ＜ 0.001）. Slight and moderate correlations existed between axial rotation including superior end vertebral rotation， inferior end vertebral rotation， superior end interverbral rotation， inferior end interverbral rotation and Cobb’s angle， respectively（r = 0.419， P = 0.003； r = 0.320， P = 0.025； r = 0.366， P ＜ 0.01； r = 0.345， P = 0.015）. Except for the slight correlation between apical vertebral rotation and pelvic tilt（r = 0.330， P ＜ 0.021）， no significant correlations were found between axial vertebral rotation and pelvic parameters. There were also no significant correlations between apical vertebral rotation of different major curves and T4-12kyphosis. Conclusions Axial vertebral rotation is closely related to the spinal coronal Cobb’s angle. However， relations are failed to be found between theaxial vertebral rotation and thoracic kyphosis or pelvic deformity.

Radiographic image interpretation， computer-assisted； Adolescent； Scoliosis； Rotation

10.3969/j.issn.2095-252X.2016.08.004 中圖分類號(hào)：R682.3， R445

200025 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院放射科

嚴(yán)福華，Email: ruijin665727@qq.com

（2016-06-07）