腰椎橫突Mimics測量與DR測量差異性研究

賀祖斌　陸吉利　張美超　李偉劍　梁健　楊稀仁　陸曉生

【摘要】 目的 對比分析Mimics三維成像和DR兩種方法測量腰椎橫突的差異。方法 抽取15例患者的腰椎CT資料，分別用Mimics三維重建和DR對腰椎橫突的寬度及橫突末端距離進行測量，通過對比兩種方法測量數(shù)據(jù)，了解Mimics測量與DR測量的差異。結果 DR測量值與Mimics測量值比較差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05），橫突寬度87%DR測量值大于Mimics三維重建測量值;橫突末端距離99%DR測量值大于Mimics三維重建測量值。結論 橫突寬度和橫突末端距離DR的測量值大于Mimics測量值，DR測量偏大的原因與攝影時的肢片距和物片距有關，而橫突的三維角度可影響DR的放大比例。

【關鍵詞】 橫突寬度;橫突末端距離;DR測量;Mimics三維成像測量

中圖分類號：R681.5+7 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2020.03.002

A study on the difference between the measurement of transverse process width by Mimics and DR

HE Zubin1，LU Jili2，ZHANG Meichao3，LI Weijian1，LIANG Jian3，YANG Xiren2，LU Xiaosheng4

（1.Graduate School，Youjiang Medical University for Nationalities，Baise，533000;2.Orthopedics Department of People's Hospital of Baise，Baise，533000;3.Department of Anatomy，Southern Medical University，Guangzhou 510000;4.Surgery Department of Maternal and Child Health Hospital of Baise，Baise，533000 Guangxi，China）

【Abstract】 Objective To compare and analyze the differences on measuring the lumbar transverse process by using mimics 3D imaging and by using DR.Methods The CT data of lumbar vertebrae of 15 patients were analyzed，and the width of the transverse process of the lumbar vertebrae together with the distance of the transverse process were measured by both mimics 3D imaging and DR.The data collected these two methods were compared to elucidate the difference.Results The difference between DR measurement and Mimics measurement was statistically significant （P<0.05）.The width of 87% of the transverse process was higher than that of mimics 3D imaging.The distance of 99% of the distance of the transverse process was higher than that of mimics 3D imaging.Conclusion The width of the transverse process and the distance of the transverse process measured by DR are larger than by mimics 3D imaging.It is probably due to the reason that DR measurement is more susceptible to the distance between limb and object，besides mimics 3D angle of the transverse process could affect the magnification ratio of DR.

【Key words】 transverse process width;transverse process end distance;DR measurement;Mimics 3D imaging

新型脊柱鉤棒矯正系統(tǒng)[1～2]是基于CSERNTONY ZOLTN教授發(fā)明的CAB系統(tǒng)[3～7]，針對椎弓根釘系統(tǒng)治療脊柱畸形的不足而設計的[8～9]。以橫突鉤固定橫突作為主要固定支點，橫突形態(tài)學研究對新型矯正系統(tǒng)至關重要。課題組已經(jīng)對133例患者的腰椎橫突形態(tài)學相關參數(shù)測量進行了研究并獲得了成果。測量時發(fā)現(xiàn)用CT資料Mimics三維重建測量的數(shù)值和用DR圖像平面測量的數(shù)值存在明顯差異。為了深入研究Mimics三維測量與DR測量的差異，課題組精心篩選了部分患者的腰椎CT和腰椎DR的影像學資料，對CT資料用Mimics三維重建并測量腰椎橫突寬度，同時對DR圖像橫突寬度進行測量，測量結果用SPSS 22.0進行比較分析。因考慮橫突寬度測量數(shù)值相對較小，為了便于比較，取椎體兩側橫突末端距離作為測量的參照對比，期望通過本次研究，找到產生差異的原因以及影響因素，為臨床診療工作提供理論參考，也為新型脊柱鉤棒系統(tǒng)的深入研究提供解剖學基礎。

1 對象與方法

1.1 研究對象

收集15例男性患者的腰椎CT及腰椎DR的影像學資料，所收集的患者身高在165～170 cm之間，平均（168.1±2.2）cm，體重指數(shù)（BMI）在18～23 kg/m2之間，身體比例正常，年齡在20～55歲之間，平均（38.0±12.6）歲。所有患者無發(fā)育異常、橫突無骨折、無慢性疾病和腫瘤、結核等疾病。

1.2 方法

用DR測量所有病例腰椎L1～L5的橫突寬度和橫突末端距離并記錄;將所有病例腰椎 L1～L5 CT資料以Dicom形式保存（CT掃描儀為Light Speed VCT型，掃描條件為120 kV、125 mA、層厚1.25 mm），采用 Mimics軟件三維重建并測量患者的兩側橫突寬度（見圖1A）和橫突末端距離（見圖1B、C、D）并記錄。因本課題出發(fā)點來自于新型脊柱鉤棒系統(tǒng)（見圖1E）的生物力學[10]實驗和有限元分析仿真實驗，具體測量方法是借鑒前期測量橫突的經(jīng)驗，橫突的寬度測量以新型脊柱鉤棒系統(tǒng)的橫突鉤所能夠包繞橫突范圍的最大值為準（一般為距離橫突末端1.0～1.5 cm的最寬距離，見圖1F），以便測量的統(tǒng)一和減少測量的誤差。

為了驗證Mimics測量的準確度，課題組將CT測試的水模進行CT掃描，并將掃描后的CT圖像進行Mimics三維重建，測量水模同一部位實體寬度、CT成像寬度和Mimics三維重建寬度，三組測量值分別是203 mm、203 mm、202.14 mm，結果證實Mimics測量與實體測量相似度為99.6%，而CT測量值與實際測量值是完全相等的，證明Mimics測量和CT測量的準確性。

DR測量如圖2所示，X線管焦點尺寸大小、焦片距、焦肢距和物片距是影響DR圖像清晰度的參數(shù)因素。如圖2A，a代表肢片距，b代表物片距，c代表焦片距，S代表實量物體的長度（考慮Mimics測量的高精確度，因此S就用Mimics測量值表示），G代表DR成像測量的距離，圖2B是成像實物模擬圖。因考慮DR測量值的放大效應，因此以DR測量值比Mimics測量值所增大的百分比（n%）作為記錄以便進行分析，記錄參數(shù)如下：每節(jié)橫突記錄橫突寬度增大百分比、橫突末端距離增大百分比。n%=（G-S）/S×100%。數(shù)據(jù)記錄：以Excel記錄測量數(shù)據(jù)，長度精確到0.01 mm。

1.3 統(tǒng)計學方法

應用SPSS 22.0軟件處理數(shù)據(jù)。測量值統(tǒng)計學描述采用均數(shù)±標準差（±s）表示，DR測量值和Mimics測量值采用配對樣本的t檢驗進行比較，不服從正態(tài)分布采用獨立樣本的秩和檢驗（Z）進行比較，檢驗水準：α=0.05，雙側檢驗。

2 結 果

橫突寬度和橫突末端距離，DR和Mimics三維成像兩種測量方法比較各組數(shù)據(jù)差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），同一椎體橫突寬度和橫突末端距離DR平面測量值要大于Mimics三維測量值。見表1。

如表2所記錄的數(shù)值是DR測量值G減去Mimics測量值S后除以Mimics測量值S所得的百分比（n%），即DR測量值比Mimics測量值所增大的百分比數(shù)值，用公式：n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%表示，以利于分析測量差異。表中所計算的百分數(shù)值大小不一，大部分呈正數(shù)，少部分呈負數(shù)。其中寬度增大百分比除了1號病例的L2、L3、L5，2號病例的L2、L3、L4，7號病例的L1和L5，9號的L5，14號的L1共計10個數(shù)值為負值，橫突末端距離增大百分比的負值僅有7號病例的L2椎體為負值外，其余數(shù)據(jù)均為正值，也就是有87%的橫突寬度和99%的橫突末端距離DR測量值大于Mimics測量值。橫突寬度測量中，發(fā)現(xiàn)橫突存在大小不等的矢狀面傾斜角，其矢狀面傾斜角越大，Mimics測量值與DR測量值越接近，甚至Mimics測量值要大于DR測量值而在表2中呈負值。橫突末端距離測量時，其冠狀面的角度基本是水平或者接近水平，僅少部分病例兩側橫突冠狀面角度差異較大致使測量橫突末端距離出現(xiàn)冠狀面傾斜角。而橫突水平面角度亦有少數(shù)病例不對稱或存在差異使橫突末端距離存在水平面傾斜角。

3 討 論

新型脊柱鉤棒矯正系統(tǒng)是以橫突鉤固定橫突而起到固定作用的，橫突是主要著力點。課題組在進行橫突形態(tài)學[11]研究時發(fā)現(xiàn)DR測量和Mimics三維重建測量腰椎橫突的差異，促使課題組進一步探索這種差異的原因。DR成像[12]與實物的大小比值的關系包括三個因素，即焦片距、肢片距、物片距離（見圖2A）。根據(jù)楊斌等人[13]相關實驗揭示肢片距是DR攝像放大的原理，其成像公式：n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%。CT的成像是X射線發(fā)射出來穿過人體后，探測器把光信號轉化成電信號，光電轉換信號在計算機成像顯示出來。Mimics 三維重建[14～15]是以CT影像資料用Mimics軟件進行三維重建，所建模型可任意旋轉、平移、縮放和任意平面切割，能對原始資料自動賦值使模型更加精細，物理特性更加接近真實[16]。鐘進軍[17]用20例腰椎標本在第三腰椎橫突做解剖學測量與CT 影像學資料三維重建測量進行對照實驗研究，證實兩種測量方法的結果無明顯差異。肖進等人[16]通過6例脊柱側凸病例、付裕等人[18]對1例脊柱側凸病例CT資料用 Mimics進行數(shù)字化人體脊柱三維重建，其數(shù)字化模型與病變脊柱的形態(tài)、尺寸完全吻合，準確、直觀地反映了畸形病變的具體狀況。本次測量利用CT調節(jié)水模對實體測量、CT測量和Mimics三維重建測量進行比較再次證實CT和Mimics測量的準確度極高。

表1觀察結果顯示，DR測量值與Mimics三維重建的測量值差異有統(tǒng)計學意義，DR測量值普遍大于Minics測量值，從而證實DR系統(tǒng)測量時圖像有放大作用。但如表2所示DR測量值比Mimics測量值所增大的百分比并不相同，尤其是寬度測量值差異更明顯，有少數(shù)DR測量值要小于Mimics測量值，在表2中呈負值，橫突寬度計算值有10個數(shù)據(jù)（約占13%）為負值，而橫突末端距離計算值僅7號病例L2的距離（約占1%）是負值。通過對Mimics三維重建圖像研究發(fā)現(xiàn)，7號病例脊柱的腰椎有輕度的側彎和旋轉，其L2椎體右側橫突長度和水平面角度及冠狀面角度明顯大于左邊（見圖1C和D），從而形成一個明顯的三維角度，而Mimics成像的旋轉和縮放（見圖1B和C）使其三維測量更加符合實體測量，體現(xiàn)了三維重建測量方面的優(yōu)勢。綜合以上情況總結以下四點影響測量值的因素：（1）患者的體型、體位的差異;（2）攝DR平片時腰椎生理曲度的存在，以上兩點影響了肢片距和物片距因而影響圖片放大比例;（3）橫突寬度測量時Mimics三維重建側面發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)橫突存在大小不等的矢狀面傾斜角（見圖1A）;（4）由于部分病例腰椎存在不同程度的側彎和旋轉，從而增大了三維角度;而DR成像平面測量不能體現(xiàn)三維角度。測量中發(fā)現(xiàn)橫突矢狀位的傾斜角（見圖1A）普遍存在，大小不同，而Mimics測量橫突末端距離絕大部分是三維角度很小甚至為0，呈負值的病例的橫突矢狀位的傾斜角要明顯大于橫突末端距離測量時所形成的冠狀面的三維角度，從而解釋了橫突寬度比橫突末端距離有更多椎體的Mimics測量值大于DR測量值。橫突矢狀面的傾斜角是本次實驗的一個重要發(fā)現(xiàn)。

本研究進一步論證了DR成像平面測量放大的原理以及影響因素。DR平面測量無法觀察三維角度變化，因此其放大比值并不完全遵循n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%，對待特殊的病人必須結合病人體位和旋轉角度。本研究的局限在于僅僅是收集影像學資料，而未能對攝像現(xiàn)場進行實際的觀察和測量，難免會忽略患者的體位、體型差異。因此，本次測量數(shù)據(jù)僅供參考。通過本次實驗，了解到臨床上進行DR測量要比Mimics測量值偏大，DR測量必須結合肢片距和物片距，同時也要考慮測量時的三維角度，從而對疾病作出更加符合實際的判斷。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2019-11-19 修回日期：2020-02-20）

（編輯：潘明志）

基金項目：廣西科學研究與技術開發(fā)計劃項目（桂科合14123001-24）

作者簡介：賀祖斌，男，在讀碩士研究生，研究方向：骨外科。E-mail：756004024@qq.com

通信作者：陸曉生。E-mail：469002873@qq.com

[本文引用格式]賀祖斌，陸吉利，張美超，等.腰椎橫突Mimics測量與DR測量差異性研究[J].右江醫(yī)學，2020，48（3）：166-171.