基于開(kāi)源軟件Horos的頸椎椎動(dòng)脈V2段解剖變異研究

王爽 俞磊 溫劍坤 葉曉健

椎動(dòng)脈損傷是頸椎手術(shù)中少見(jiàn)且后果嚴(yán)重的并發(fā)癥［1，2］，以往報(bào)道中的發(fā)生率約為0.2%～1.96%［3-5］，其在退變明顯的病人中發(fā)生率更高。椎動(dòng)脈損傷的發(fā)生與解剖結(jié)構(gòu)變異密切相關(guān)。通常，椎動(dòng)脈依解剖結(jié)構(gòu)可分為4 段，其中V2 段走行最長(zhǎng)，與各類(lèi)中下頸椎手術(shù)的關(guān)系較為密切。近年來(lái)，經(jīng)椎間孔注射治療神經(jīng)根性頸椎?。?］、頸椎內(nèi)鏡手術(shù)等微創(chuàng)治療方式發(fā)展迅速，更突顯出椎動(dòng)脈V2 段的重要性。在這些手術(shù)中，需常規(guī)進(jìn)行穿刺定位等操作，如椎動(dòng)脈存在解剖變異，以往認(rèn)為“安全”的穿刺路徑將不再安全，且因無(wú)法直視椎動(dòng)脈等解剖結(jié)構(gòu)，椎動(dòng)脈損傷后難以發(fā)現(xiàn)和處理。因此，需要對(duì)椎動(dòng)脈V2段的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行更為細(xì)致的研究，充分認(rèn)識(shí)其解剖變異情況，以避免在相關(guān)操作中損傷解剖變異的椎動(dòng)脈。

血管造影、CT血管造影（CT angiography,CTA）、磁共振造影（MR angiography，MRA）等檢查可用來(lái)評(píng)估椎動(dòng)脈解剖變異情況。與此同時(shí)，也需要便捷、準(zhǔn)確的圖像分析和處理軟件對(duì)影像學(xué)資料進(jìn)行處理。目前，已有應(yīng)用于各類(lèi)平臺(tái)的圖像軟件可供選擇，使脊柱外科醫(yī)師可以利用個(gè)人電腦對(duì)影像資料進(jìn)行分析、處理。在軟件的選擇上，除軟件自身的特點(diǎn)和使用者的習(xí)慣以外，軟件的價(jià)格和其對(duì)硬件的要求也是重要的決定因素。理想的軟件應(yīng)符合以下條件：個(gè)人可以承擔(dān)、可應(yīng)用于個(gè)人電腦、運(yùn)行流暢、功能完備。

本研究以個(gè)人筆記本電腦為工作站，應(yīng)用開(kāi)源軟件Horos 軟件對(duì)169 例病人的頭頸部CTA 資料進(jìn)行了分析，在明確中國(guó)人群中椎動(dòng)脈V2段解剖變異情況的同時(shí)，對(duì)外科醫(yī)師個(gè)人數(shù)字工作站的建立和應(yīng)用模式進(jìn)行了摸索，希望能為類(lèi)似研究提供借鑒。

資料與方法

一、納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡為18～80歲；②頭頸部CTA資料完整、清晰；③既往無(wú)頸椎、甲狀腺等相關(guān)頸部手術(shù)史；④無(wú)嚴(yán)重退行性病變或血管疾患。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①年齡小于18 歲或大于80 歲；②影像學(xué)資料證實(shí)合并腫瘤、外傷、嚴(yán)重退變等情況，導(dǎo)致對(duì)骨性結(jié)構(gòu)的觀察受影響；③合并椎動(dòng)脈內(nèi)斑塊等血管疾患，導(dǎo)致對(duì)血管的觀察受影響；④影像學(xué)資料不完整或清晰度不夠。

二、一般資料

2010 年6 月至2012 年6 月，于北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院和平分院內(nèi)連續(xù)選取因各種原因行頭頸部CTA 檢查的病人200例，對(duì)其影像學(xué)資料進(jìn)行回顧性分析，根據(jù)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)排除以下病人：年齡大于80歲者4例；頸椎嚴(yán)重退變、雙或單側(cè)椎動(dòng)脈內(nèi)存在多發(fā)斑塊影響觀察者9 例；資料不完整或清晰度不夠者18例，最終納入研究的病人共169例。

納入研究的169 例病人中，男119 例，女50 例，年齡為（58.95±11.80）歲（23～80 歲），因影像學(xué)資料中無(wú)體重、身高等指標(biāo)，無(wú)法計(jì)算身體質(zhì)量指數(shù)等指標(biāo)。

三、方法

以個(gè)人筆記本電腦（MacBook Air, 13-inch, Mid 2012）作為工作平臺(tái)，其配置為：處理器1.8 GHz Intel Core i5，內(nèi)存4GB 1 600 MHz DDR3，顯卡Intel HD Graphics 4000；系統(tǒng)為macOS Mojave 10.14.5。以開(kāi)源軟件Horos V3.3.5（Horos project）作為工作軟件對(duì)病人頭頸部CTA 資料（掃描條件：120 kV，30 mA，F(xiàn)OV 500 mm，層厚0.9 mm，飛利浦Briliance 64 層螺旋CT）進(jìn)行處理，將DICOM 圖像導(dǎo)入軟件，在3D Viewer選項(xiàng)下通過(guò)Orthogonal MPR 模式對(duì)圖像進(jìn)行觀察和測(cè)量（圖1）。

四、觀察指標(biāo)

對(duì)椎動(dòng)脈V2段進(jìn)行觀察，確定其首先穿過(guò)的頸椎橫突孔，將首先穿過(guò)的橫突孔并非C6者和椎動(dòng)脈缺如者定義為椎動(dòng)脈V2段走行變異（圖1、2），記錄其發(fā)生例數(shù)和側(cè)別、性別分布；將椎動(dòng)脈內(nèi)壁距中線(xiàn)距離小于1 cm 者定義為椎動(dòng)脈內(nèi)聚（圖3），記錄其側(cè)別、性別分布。

五、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件（IBM公司，美國(guó)）分析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集和處理在Excel 16.16.11（Microsoft，美國(guó)）中完成。以卡方檢驗(yàn)比較左右側(cè)椎動(dòng)脈走行變異發(fā)生率差異；以卡方檢驗(yàn)的校正公式比較男女病人椎動(dòng)脈走行變異發(fā)生率的差別以及椎動(dòng)脈內(nèi)聚病人左右側(cè)別差異和性別差異；當(dāng)P＜0.05 時(shí)認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、椎動(dòng)脈走行變異

圖1 Horos軟件Orthogonal MPR模式工作界面截圖，可同時(shí)從水平面（a）、冠狀面（b）、矢狀面（c）對(duì)圖像進(jìn)行觀察，綠色細(xì)線(xiàn)標(biāo)示觀察位置，圖中可見(jiàn)左側(cè)椎動(dòng)脈由C4橫突孔進(jìn)入，其入孔平面以下部分走行于下位頸椎橫突孔前方（a），其前方無(wú)骨性結(jié)構(gòu)遮擋（b）

圖2 同一病人的雙側(cè)椎動(dòng)脈均由C5橫突孔進(jìn)入（a為左側(cè)、c為右側(cè)），其入孔平面以下部分走行于下位頸椎橫突孔前方（b），其前方無(wú)骨性結(jié)構(gòu)遮擋

169例病人的雙側(cè)椎動(dòng)脈（338側(cè)）中，共有32側(cè)椎動(dòng)脈存在走行變異（32/338，9.47%），其中椎動(dòng)脈缺如者4 側(cè)（左右各2 側(cè)）；椎動(dòng)脈首先穿行C4橫突孔者5側(cè)，首先穿行C5橫突孔者23側(cè)，共有4例病人左右側(cè)同時(shí)存在走行變異，均為首先穿行C5橫突孔；走行變異存在于左側(cè)者為16 側(cè)，存在于右側(cè)者為16側(cè)，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表1）。119例男性病人中椎動(dòng)脈走行變異者為20 例，發(fā)生率為16.81%，50例女性病人中椎動(dòng)脈走行變異者為8例，發(fā)生率為16.00%，椎動(dòng)脈V2 段走行變異發(fā)生率性別差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.017，P=0.898）。

圖3 左側(cè)椎動(dòng)脈于C4椎體下緣處距正中線(xiàn)距離小于1 cm水平面（a）、冠狀面（b）、矢狀面（c）的觀察層面，圖中綠色線(xiàn)為起到輔助定位總用的掃描層面示意圖，圖b 為在冠狀面上顯示的測(cè)量位置及測(cè)量結(jié)果，結(jié)果顯示左側(cè)椎動(dòng)脈內(nèi)壁在C4椎體下部距中線(xiàn)距離最近，測(cè)量其距離為8.715 mm

二、椎動(dòng)脈距中線(xiàn)距離變異

表1 椎動(dòng)脈V2段走行變異側(cè)別差異比較（例）

表2 11例椎動(dòng)脈內(nèi)聚變異側(cè)別差異比較（例）

共11例椎動(dòng)脈存在內(nèi)聚，其最靠近中線(xiàn)處距離小于1 cm，均為單側(cè)，其中左側(cè)8例（8/169，4.73%），右側(cè)3例（3/169，1.78%），側(cè)別分布差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=1.503，P=0.221），詳見(jiàn)表2；11 例病人中男性為3 例（3/119，2.52%），女性為8 例（8/50，16.00%），椎動(dòng)脈內(nèi)聚變異性別分布差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=8.413，P=0.004）。

討 論

一、Horos軟件介紹及應(yīng)用體會(huì)

能夠在個(gè)人電腦上瀏覽、測(cè)量、處理各類(lèi)影像學(xué)資料一直是臨床醫(yī)師，尤其是外科醫(yī)師的愿望，制約這一設(shè)想的主要因素是原始圖像的獲取和應(yīng)用軟件的來(lái)源。在原始圖像的獲取方面，雖大部分醫(yī)院有PACS等影像傳輸和處理系統(tǒng)，但通常不能滿(mǎn)足原始格式圖像的傳輸和存儲(chǔ)要求。以DICOM 格式圖像為例，每例病人的頭頸部CTA原始圖像資料往往達(dá)數(shù)百兆，一方面不便傳輸，另一方面也無(wú)法長(zhǎng)期存儲(chǔ)。一般醫(yī)療單位的通行做法是系統(tǒng)自動(dòng)滾動(dòng)刪除超出容量的資料，僅保存處理后的、需用于打印膠片的資料，事實(shí)上造成大量原始資料的流失。在應(yīng)用軟件的獲取上，盡管多年前就已經(jīng)有功能優(yōu)秀的圖像處理軟件，但其應(yīng)用往往受限于高昂的價(jià)格或?qū)τ布到y(tǒng)的較高要求。

本研究所使用的數(shù)據(jù)，由北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院和平分院放射線(xiàn)科提供，采集方式是定期將同類(lèi)檢查的原始資料匯總并刻錄光盤(pán)，此方法可以確保資料的保存，但較為繁瑣，影像科相關(guān)人員要需人工參與分類(lèi)、刻盤(pán)等操作，不適應(yīng)大規(guī)模應(yīng)用的需要。但可以預(yù)見(jiàn)，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷完善，將同一種檢查的資料自動(dòng)分類(lèi)、存儲(chǔ)并輸送至外部存儲(chǔ)設(shè)備甚至云存儲(chǔ)空間的設(shè)想一定能夠?qū)崿F(xiàn)。

本研究主要應(yīng)用Horos 軟件對(duì)圖像資料進(jìn)行處理，選擇該軟件主要基于兩個(gè)原因：一是開(kāi)源，軟件本身并不收費(fèi)，且獲取便利；二是該軟件的運(yùn)行條件為macOS，有別于以往接觸較多的Windows 操作系統(tǒng)下的應(yīng)用軟件。本研究所涉及的圖像觀察、測(cè)量?jī)H為該軟件的部分功能，如從水平面、冠狀面、矢狀面同時(shí)觀察，并對(duì)解剖數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，軟件自身的其他功能本研究并未涉及，還有待進(jìn)一步學(xué)習(xí)和開(kāi)發(fā)。

二、椎動(dòng)脈V2段走行變異發(fā)生率及其與頸椎手術(shù)關(guān)系分析

Shin等［7］在460例韓國(guó)人多層螺旋CT資料的解剖學(xué)研究表明，椎動(dòng)脈首先穿行C6橫突孔的病人占93.0%，穿C7橫突孔者約0.2%，C5者為4.9%，C4者為1.8%，左右側(cè)無(wú)差別；Hong等［8］基于350例病人增強(qiáng)CT的研究報(bào)道，94.9%的椎動(dòng)脈由C6橫突孔穿行，其穿行C4、C5、C7的發(fā)生率依次為1.6%、3.3%、0.3%，左側(cè)發(fā)生變異者多于右側(cè)。本研究中，椎動(dòng)脈由C6椎動(dòng)脈孔穿行者占91.12%，略低于以上兩項(xiàng)研究，考慮差異可能主要源于研究對(duì)象的不同，并可能受到樣本量的影響，與Shin等［7］的研究類(lèi)似，本研究發(fā)現(xiàn)的椎動(dòng)脈V2段走行變異無(wú)側(cè)別和性別差異。

頸椎手術(shù)中，導(dǎo)致椎動(dòng)脈損傷的原因包括過(guò)度切除椎體或椎間盤(pán)、術(shù)中定位標(biāo)志變異、椎動(dòng)脈存在解剖結(jié)構(gòu)異常等［9］。椎動(dòng)脈V2 段，即椎動(dòng)脈孔段，一般指動(dòng)脈進(jìn)入C6橫突孔（椎動(dòng)脈孔）至其穿出C2椎動(dòng)脈孔的部分，該段椎動(dòng)脈走行最長(zhǎng)，與中、下頸椎前路或后路手術(shù)的關(guān)系最為密切［10］。例如，當(dāng)椎動(dòng)脈并非由C6橫突孔進(jìn)入時(shí)，入孔前部分椎動(dòng)脈的前方無(wú)骨性結(jié)構(gòu)遮擋。在行頸椎前路手術(shù)時(shí)，如向兩側(cè)過(guò)度顯露軟組織就有可能對(duì)走行于其中的變異椎動(dòng)脈造成損傷；另外，頸椎自動(dòng)牽開(kāi)器或術(shù)中手動(dòng)牽開(kāi)器的末端在牽拉軟組織時(shí)也可能損傷藏于其內(nèi)的椎動(dòng)脈，一方面可能在牽拉的過(guò)程中對(duì)椎動(dòng)脈造成損傷，另一方面也可能因術(shù)中長(zhǎng)時(shí)間的牽拉和壓迫導(dǎo)致椎動(dòng)脈內(nèi)血栓的形成影響椎動(dòng)脈血流，并進(jìn)而危及腦組織的血液供應(yīng)。

近年來(lái)，脊柱微創(chuàng)手術(shù)迅速發(fā)展，如腰椎間孔鏡下髓核摘除椎管減壓術(shù)、頸椎后路內(nèi)鏡下髓核摘除減壓術(shù)等，同時(shí)，經(jīng)椎間孔診斷或治療性阻滯等操作也越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于臨床實(shí)踐。但總體上，頸椎微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展不如腰椎微創(chuàng)手術(shù)成熟，其中的原因之一就是頸椎術(shù)區(qū)內(nèi)有較多重要結(jié)構(gòu)如椎動(dòng)脈等。在此基礎(chǔ)上，如椎動(dòng)脈存在變異，就更有可能給微創(chuàng)手術(shù)或穿刺操作帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)椎動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究，明確其發(fā)生率、變異類(lèi)型，以及在不同人群中的分布情況，才能更精確地對(duì)手術(shù)進(jìn)行規(guī)劃、對(duì)操作風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。另外，手術(shù)醫(yī)師在對(duì)MRI、CT 等影像學(xué)檢查的原始資料進(jìn)行逐層地、有目的地詳細(xì)閱片，也有可能及時(shí)發(fā)現(xiàn)解剖變異的線(xiàn)索，術(shù)中注意在變異側(cè)更審慎地分離、顯露、牽拉軟組織，使椎動(dòng)脈損傷風(fēng)險(xiǎn)降低；在穿刺操作前如發(fā)現(xiàn)了椎動(dòng)脈變異的線(xiàn)索，必要時(shí)應(yīng)術(shù)前完善CTA檢查評(píng)估變異情況，通過(guò)改變穿刺路徑避開(kāi)變異的椎動(dòng)脈，減低損傷風(fēng)險(xiǎn)。

三、椎動(dòng)脈V2段內(nèi)聚發(fā)生率及其與頸椎手術(shù)關(guān)系分析

椎動(dòng)脈于某一節(jié)段存在迂曲變形時(shí)，動(dòng)脈內(nèi)壁距離中線(xiàn)的距離將變小，使其受損傷的風(fēng)險(xiǎn)增加。Wakao等［11］對(duì)日本人群CTA資料的研究表明，約1%病人存在椎動(dòng)脈迂曲變形，其中僅一半發(fā)生在椎體平面，可在普通CT 上被發(fā)現(xiàn)，而另一半因并非發(fā)生在椎體平面，無(wú)法通過(guò)常規(guī)CT等檢查手段發(fā)現(xiàn)。本研究中發(fā)現(xiàn)的椎動(dòng)脈內(nèi)聚現(xiàn)象無(wú)側(cè)別差異，但存在性別差異，考慮可能與女性較男性體型瘦小有關(guān)。

相比于前面提到的椎動(dòng)脈走行變異，椎動(dòng)脈迂曲內(nèi)聚的發(fā)生與退變［12］或類(lèi)風(fēng)濕等疾病的關(guān)系可能更為密切［13］，在為此類(lèi)病人行頸前路手術(shù)時(shí)，以往可用來(lái)作為安全區(qū)域界定標(biāo)志的解剖標(biāo)志可能不再準(zhǔn)確［14-16］，此時(shí)如再合并椎動(dòng)脈內(nèi)聚，將使手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)增加。因此在為退變明顯或類(lèi)風(fēng)濕病人行頸部手術(shù)前，應(yīng)更加小心，術(shù)前應(yīng)逐層詳細(xì)閱片，如在CT、MRI 等水平面掃描片上發(fā)現(xiàn)椎動(dòng)脈內(nèi)聚的可能，應(yīng)考慮行CTA 檢查以明確變異情況及各解剖結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。

另外，椎動(dòng)脈的迂曲如發(fā)生在橫突孔部位，原本縱向的走行路徑發(fā)生傾斜甚至變成橫向走行，既可能占據(jù)橫突孔的大部分空間，也可能使其相對(duì)于椎間孔的走行方向變得復(fù)雜多變，此時(shí)行經(jīng)椎間孔神經(jīng)阻滯時(shí)穿刺到椎動(dòng)脈的可能性將增加。同樣，操作前的詳細(xì)閱片有助于發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)變異，必要時(shí)可在操作前進(jìn)行檢查予以鑒別，甚至考慮借助CT引導(dǎo)進(jìn)行操作，以確保安全［17］。

四、本研究不足之處

作為一項(xiàng)數(shù)字解剖學(xué)研究，本研究的目的除討論椎動(dòng)脈變異的發(fā)生情況外，還著重于介紹一種開(kāi)源軟件Horos 的應(yīng)用。如前所述，以往制約外科醫(yī)師利用個(gè)人電腦建立數(shù)字工作站的因素包括軟件和原始資料的難以獲得。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前各種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的平臺(tái)上都逐漸出現(xiàn)各種可以處理影像學(xué)資料的軟件，可方便地獲取和應(yīng)用。我們注意到，與其他軟件類(lèi)似，此類(lèi)軟件中開(kāi)源軟件的出現(xiàn)逐漸成為趨勢(shì)，這些軟件最大優(yōu)勢(shì)在于免費(fèi)，降低了使用者的門(mén)檻，而其開(kāi)源的操作方式增加了軟件提供者和使用者的互動(dòng)。軟件提供者通過(guò)提供技術(shù)服務(wù)獲利，而非像以往一樣僅通過(guò)提供軟件獲得收入；另一方面，使用者也可以通過(guò)提供使用需求和建議幫助程序員完善軟件，甚至可以直接參與軟件進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。作為此類(lèi)軟件使用者的臨床醫(yī)師，有必要及時(shí)了解類(lèi)似軟件的主要功能以及其技術(shù)特點(diǎn)，使其能更好地為臨床醫(yī)師所用。

同時(shí)，本研究的不足之處主要為樣本量不夠充足，僅包括了169 例病人，且數(shù)據(jù)來(lái)源僅為一家醫(yī)院，其所包括的人群特征有局限性，不能代表中國(guó)人群的普遍特征。另外，僅對(duì)椎動(dòng)脈首先穿行的橫突孔和椎動(dòng)脈內(nèi)聚兩種解剖變異進(jìn)行了分析，并未對(duì)其他變異情況如椎動(dòng)脈優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析；僅對(duì)血管結(jié)構(gòu)的變異進(jìn)行了研究，未結(jié)合橫突孔等骨性結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行綜合分析；最后，僅應(yīng)用了Horos軟件的部分功能，對(duì)其更廣泛的應(yīng)用未充分利用。本研究?jī)H是Horos 軟件應(yīng)用的初步嘗試，以上不足希望在進(jìn)一步研究中通過(guò)使用者和軟件的磨合、研究的深入不斷完善。