腰椎椎間融合影像學(xué)評(píng)價(jià)方法的研究進(jìn)展

任博文，韓振川，吳劍慧，劉建恒，劉慶祖，毛克亞

1 解放軍醫(yī)學(xué)院，北京 100853；2 解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學(xué)中心 骨科醫(yī)學(xué)部，北京 100853；3 火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心 骨科，北京 100032；4 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京潞河醫(yī)院 腫瘤科，北京 101149

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，椎間融合技術(shù)不斷完善，腰椎椎間植骨融合術(shù)目前已是最為常見(jiàn)的脊柱外科手術(shù)，廣泛應(yīng)用于治療腰椎間盤(pán)突出癥、腰椎滑脫癥、腰椎管狹窄癥等各類(lèi)退行性疾病[1-2]。盡管這項(xiàng)技術(shù)取得了令人滿意的療效，但仍會(huì)出現(xiàn)假關(guān)節(jié)形成、內(nèi)固定失敗、融合器下沉等融合失敗相關(guān)并發(fā)癥，正確評(píng)估術(shù)后腰椎椎間融合情況對(duì)判斷預(yù)后尤為重要[3-4]。最早，脊柱外科醫(yī)生通過(guò)手術(shù)暴露明確腰椎椎間實(shí)質(zhì)性的融合，受限于其創(chuàng)傷性較大，該方式很快被棄用。非侵入性影像學(xué)檢查具有方便、快捷、無(wú)創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，逐漸應(yīng)用于評(píng)價(jià)腰椎術(shù)后融合情況[5]。融合率是評(píng)價(jià)腰椎融合預(yù)后時(shí)常用的指標(biāo)，目前文獻(xiàn)中對(duì)腰椎椎間融合的定義并不一致，對(duì)術(shù)后融合情況的判斷一直是臨床的難題。此外，評(píng)價(jià)融合的方法眾多，在評(píng)價(jià)指標(biāo)、測(cè)量方法、臨床應(yīng)用效果等方面存在較大差異，在臨床上尚無(wú)判斷骨性融合的廣泛共識(shí)[6-8]。因此，本文將對(duì)文獻(xiàn)中報(bào)道較多的影像學(xué)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行綜述，總結(jié)各評(píng)價(jià)方法的優(yōu)劣和適用情況，為脊柱外科醫(yī)生選取合理、正確的評(píng)價(jià)方式提供理論證據(jù)。

1 X線

X線檢查是脊柱外科影像學(xué)檢查中最常用、最簡(jiǎn)便易行的方法。由于骨組織是體內(nèi)X線衰減系數(shù)最大、密度最高的組織，與其他組織之間存在良好的對(duì)比，并且X線檢查具有成本相對(duì)較低、對(duì)設(shè)備要求不高、方便快捷的特點(diǎn)，因此X線檢查常是腰椎術(shù)后影像學(xué)檢查的首選。X線片可以分為立位平片和動(dòng)力位平片兩類(lèi)，腰椎正側(cè)位(立位平片)和腰椎過(guò)屈過(guò)伸位(動(dòng)力位平片)是目前臨床判斷腰椎融合最常用的影像學(xué)方法[9-10]。

1.1立位平片 腰椎正側(cè)位X線片可以顯示腰椎融合術(shù)后相鄰椎體之間有無(wú)連續(xù)的骨橋、椎間融合器、內(nèi)固定的位置和狀態(tài)以及椎間隙高度變化。最初，腰椎正側(cè)位片評(píng)估椎間融合的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)患者疼痛水平、職業(yè)狀態(tài)、活動(dòng)水平和藥物使用情況，將術(shù)后效果分為大致分為優(yōu)秀、良好、一般和差4個(gè)等級(jí)[11-12]。隨后，融合器周?chē)该鞫缺患{入衡量融合情況的依據(jù)，融合器邊緣存在透明帶提示椎間存在骨不連。BS融合標(biāo)準(zhǔn)(Brantigan and Steffee Criteria)對(duì)先前的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了歸納總結(jié)，將融合情況分為5個(gè)等級(jí)，4級(jí)提示椎間部分融合，5級(jí)提示椎間達(dá)到堅(jiān)固融合[13-14]。而腰椎融合放射學(xué)評(píng)分分級(jí)(the radiographic score classification)將術(shù)后融合情況分為3個(gè)等級(jí)，評(píng)分達(dá)到2級(jí)才提示融合牢固[15]。此外，融合器周?chē)狈ν该鞫炔⒉灰欢ㄒ馕吨诤铣晒?。BSF融合標(biāo) 準(zhǔn)(Brantigan，Steffee，F(xiàn)raser Classification)首次引入了“鎖定性假關(guān)節(jié)”的描述[16]?！版i定性假關(guān)節(jié)”的特征之一為融合器邊緣與上下終板連接處透光度降低，而融合器中部仍存在透明環(huán)，隨著時(shí)間的推移可能發(fā)展為骨不連。綜合目前評(píng)價(jià)融合的各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，多數(shù)研究認(rèn)為堅(jiān)固融合應(yīng)在融合器前、后、側(cè)方或融合器之間有連續(xù)性骨橋連接上下終板(哨兵征)，同時(shí)不存在終板與移植骨或融合器之間的空隙，而融合界面出現(xiàn)移植骨周?chē)不?、移植骨下沉，孤立的哨兵征等則是融合延遲或失敗的征象[17-18]。但腰椎正側(cè)位片受限于成像能力不足，僅能提供正側(cè)兩個(gè)平面的圖像，無(wú)法檢測(cè)出假關(guān)節(jié)中的微小間隙的松動(dòng)。此外，腰椎正側(cè)位片評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大多為定性的主觀判斷，與閱片者的經(jīng)驗(yàn)也有很大關(guān)系，存在一定誤差。因此，單純依靠腰椎正側(cè)位X線片無(wú)法判斷椎間是否存在假關(guān)節(jié)形成，易誤認(rèn)為椎間融合牢固，致使椎間融合的發(fā)生率被高估。

表1 三種常用的腰椎融合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab. 1 Three commonly used evaluation criteria for lumbar fusion

1.2動(dòng)力位平片 腰椎過(guò)曲過(guò)伸位片可以顯示脊柱在最大程度彎曲和伸展時(shí)的排列狀態(tài)，量化兩個(gè)椎體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而判斷術(shù)后融合情況。腰椎過(guò)曲過(guò)伸位片評(píng)價(jià)融合的度量包括融合椎體間的位移和成角，成角角度測(cè)量方法有Cobb法、Hutter法和Simmon法，以Hutter法應(yīng)用最廣[19]。Hutter法是將屈位和伸位的腰椎X線片重疊，根據(jù)成角變化來(lái)判定融合與否。Simmon法需要測(cè)量經(jīng)融合節(jié)段上下椎體前緣的兩條直線的成角，根據(jù)成角變化來(lái)判斷融合情況。Cobb法則需要經(jīng)融合椎間隙上下終板分別作垂線，根據(jù)兩垂線成角變化來(lái)判斷。由于腰椎過(guò)曲過(guò)伸位片具有可量化的衡量指標(biāo)，因此是目前臨床上評(píng)價(jià)椎間融合狀態(tài)最常用的方法。但眾多研究者對(duì)于判斷牢固融合的成角和位移的標(biāo)準(zhǔn)仍存在分歧[20]，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局認(rèn)為在屈伸位平片上椎間成角活動(dòng)≤5°，椎體平移≤3 mm視為融合，然而有研究認(rèn)為椎體成角＜3°才能視為融合，＞7°為不融合，3° ~ 7°時(shí)則需要其他方法判斷。直到現(xiàn)在，椎體運(yùn)動(dòng)的程度與堅(jiān)固融合的關(guān)系仍沒(méi)有明確的規(guī)定。在實(shí)際臨床應(yīng)用中，融合的標(biāo)準(zhǔn)通常采取主觀判斷結(jié)合客觀量化測(cè)量指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提高了融合結(jié)果的可靠性。如Burkus分級(jí)認(rèn)為在術(shù)后至少間隔6個(gè)月腰椎正側(cè)位X線片顯示融合器周?chē)^(guò)50%的部分不透光，并且在腰椎動(dòng)力位平片上椎體平移≤3 m，成角活動(dòng)＜5°，才能確定是完全融合[21]。然而，腰椎動(dòng)力位平片不但受限于X線成像質(zhì)量的影響，還受測(cè)量方法、衡量標(biāo)準(zhǔn)不一致、觀察者經(jīng)驗(yàn)等因素的影響。此外，椎體臨近肌肉的保護(hù)、髖關(guān)節(jié)屈曲和融合器提供的穩(wěn)定性會(huì)掩蓋骨不融合引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成評(píng)估的假陰性。

2 CT

迄今，CT技術(shù)被認(rèn)為是判斷椎間骨性融合和診斷內(nèi)置物并發(fā)癥(融合器移位、椎弓根螺釘、棒斷裂)的影像學(xué)“金標(biāo)準(zhǔn)”[22]。CT對(duì)骨組織具有良好分辨率，能清楚顯示融合椎間骨性結(jié)構(gòu)的變化及是否有橋接骨骨小梁形成。多平面重建技術(shù)使CT對(duì)椎間融合界面的顯示更為清楚，還可三維、高清晰度地顯示椎間融合中的各個(gè)層面和融合器內(nèi)的骨小梁[23-24]。腰椎矢狀位和冠狀位CT重建圖像顯示連續(xù)骨小梁連接相鄰椎體，提示達(dá)到骨性融合。有文獻(xiàn)報(bào)道根據(jù)術(shù)后時(shí)間長(zhǎng)短，植骨部位會(huì)發(fā)生不同程度的骨橋接。無(wú)論是椎體間植骨還是后外側(cè)植骨，術(shù)后6個(gè)月在CT上應(yīng)該可以看到骨小梁橋接，術(shù)后1年椎間隙和后外側(cè)植骨部位應(yīng)出現(xiàn)成熟的骨小梁和堅(jiān)固的骨皮質(zhì)橋接[25]。但大多數(shù)外科醫(yī)生較少或根本不考慮拍攝術(shù)后腰椎CT，除非臨床懷疑假關(guān)節(jié)，僅使用X線片來(lái)判斷植骨融合情況。一般認(rèn)為植骨和椎體邊緣交界處存在橫跨融合節(jié)段的骨小梁，并且缺乏骨性透光性是融合的象征，而融合器下沉、終板上囊性改變和融合器周?chē)耐该鞴猸h(huán)是骨不連的重要標(biāo)志[26]。自行開(kāi)發(fā)和未經(jīng)驗(yàn)證的融合分級(jí)層出不窮并且對(duì)融合的描述較為模糊，這些融合分級(jí)的可信度較低，在不同觀察者之間存在較大誤差，導(dǎo)致術(shù)后融合率在70% ~ 100%這個(gè)較大的范圍內(nèi)[27-29]。有研究將先前概述的融合評(píng)估參數(shù)進(jìn)行了匯總，提出了一套更為詳盡的融合分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以降低觀察者之間的判斷誤差[30]，在臨床工作中應(yīng)用較廣，見(jiàn)表2。此外，腰椎CT反映患者靜態(tài)時(shí)的脊柱排列和狀態(tài)，因此立位平片的定性融合標(biāo)準(zhǔn)在CT中同樣適用，如Brantigan標(biāo)準(zhǔn)、Steffee標(biāo)準(zhǔn)和BSF法。盡管CT在顯示椎間具體細(xì)節(jié)上具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，但仍需要觀察者主觀判斷椎間是否融合，易受觀察者的經(jīng)驗(yàn)影響，從而犯Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)錯(cuò)誤。因此，有研究引入了評(píng)估融合的定量指標(biāo)-椎間隙骨體積，通過(guò)CT層切計(jì)算融合節(jié)段椎間的骨體積，發(fā)現(xiàn)融合術(shù)后2 ~ 5年內(nèi)骨體積與時(shí)間成正比。但遺憾的是，該文獻(xiàn)并未闡述骨體積增加與骨融合強(qiáng)度的潛在關(guān)系，未提出與骨體積相關(guān)的融合標(biāo)準(zhǔn)[31]。Okano等[32]提出利用定量CT測(cè)量出終板部位骨密度體積(endplate volumetric bone mineral density，EvBMD)來(lái)評(píng)估融合器下沉的風(fēng)險(xiǎn)，組間相關(guān)系數(shù)為0.95，EvBMD可作為可重復(fù)測(cè)量的定量指標(biāo)用于評(píng)估椎間融合情況。近年來(lái)，還有研究報(bào)道了融合術(shù)后1年椎間上終板的有效融合面積是一種潛在定量評(píng)價(jià)指標(biāo)，可有效判斷椎間融合情況，但同樣缺乏具體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[33]。目前基于CT評(píng)價(jià)融合的標(biāo)準(zhǔn)仍缺乏準(zhǔn)確可行的定量指標(biāo)，未來(lái)需引入更多可靠的指標(biāo)以判斷椎間融合狀態(tài)。相較于平片，CT的檢查費(fèi)用更高，此外其帶來(lái)的輻射同樣不可忽視。研究表明拍攝一次腰椎CT的平均放射量(6 mSv)相當(dāng)于約300次胸部X線檢查的放射量(0.02 mSv)[34]。不可否認(rèn)，CT掃描目前仍是評(píng)估腰椎椎間融合的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但需要綜合考慮其優(yōu)勢(shì)和潛在風(fēng)險(xiǎn)后再進(jìn)行選擇。

表2 臨床常用的腰椎融合的CT評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[30]Tab. 2 Criteria for interbody fusion assessment on computer tomography commonly used in clinic

3 磁共振

磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)評(píng)估腰椎融合狀態(tài)的準(zhǔn)確性遠(yuǎn)不如CT，但在評(píng)估軟組織和椎管內(nèi)容物方面準(zhǔn)確性優(yōu)于CT。由于金屬置入物容易在圖像產(chǎn)生偽影，并且骨組織在MRI上的分辨率不高，因此一般不用于評(píng)價(jià)術(shù)后融合[35]。大多數(shù)情況下，MRI用于判斷腰椎術(shù)后融合節(jié)段的臨近節(jié)段是否存在新發(fā)的狹窄或椎間盤(pán)突出，對(duì)腰椎骨性融合狀態(tài)只能粗略評(píng)估。通過(guò)調(diào)整MRI的參數(shù)，如擴(kuò)大采樣帶寬、采用壓脂序列或多序列成像，可以最大程度地減少術(shù)后脊柱MRI的偽影[22]。在T2加權(quán)像上，相鄰融合椎體軟骨下骨髓的低信號(hào)改變和在T1加權(quán)像的高信號(hào)改變可以提示融合。相反，T2加權(quán)圖像上的高信號(hào)強(qiáng)度變化和T1加權(quán)圖像上的低信號(hào)強(qiáng)度變化則提示骨不連?？偟膩?lái)說(shuō)，MRI并非腰椎融合評(píng)估的常規(guī)檢查。

4 骨單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像

骨單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(bone singlephoton emission computed tomography/computed tomography，Bone-SPECT/CT)通過(guò)提供腰椎融合區(qū)域成骨組織代謝活動(dòng)的強(qiáng)度，協(xié)助診斷術(shù)后假關(guān)節(jié)形成，對(duì)術(shù)后腰椎融合狀態(tài)的評(píng)價(jià)具有一定臨床價(jià)值[36]。一般而言，術(shù)后腰椎椎間存在假關(guān)節(jié)時(shí)將出現(xiàn)局部濃聚現(xiàn)象，融合區(qū)域的生物活性和血液供應(yīng)增加導(dǎo)致更多的放射性標(biāo)志物在融合區(qū)域被吸收[37-38]。然而，在術(shù)后1年內(nèi)骨掃描結(jié)果很難判斷腰椎椎間是否存在假關(guān)節(jié)形成，因?yàn)榧訇P(guān)節(jié)在短期內(nèi)并不會(huì)出現(xiàn)吸收濃聚的現(xiàn)象，只有腰椎術(shù)后滿1年融合區(qū)域出現(xiàn)攝取增加才提示可能存在假關(guān)節(jié)形成。因此，骨顯像技術(shù)在評(píng)價(jià)術(shù)后融合方面具有一定局限性，臨床上應(yīng)用較少。

5 立體攝影測(cè)量分析法

立體攝影測(cè)量分析法(roentgen stereophotogrammetric analysis，RSA)提供脊柱運(yùn)動(dòng)的三維成像，有助于判斷脊柱融合情況[39]。該技術(shù)將金屬置入物放置在目標(biāo)區(qū)域，通過(guò)動(dòng)態(tài)X線和計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)動(dòng)跟蹤金屬置入物運(yùn)動(dòng)軌跡從而精確測(cè)量椎體平移和旋轉(zhuǎn)活動(dòng)。RSA可以檢測(cè)出椎間的細(xì)微運(yùn)動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動(dòng)的測(cè)量誤差要求分別低于1°和1 mm時(shí)，RSA是最佳選擇，可有效判斷椎間穩(wěn)定性。RSA技術(shù)屬于有創(chuàng)操作且應(yīng)用程序要求嚴(yán)格，操作疏忽會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重誤差，限制了其廣泛應(yīng)用。盡管這種方法的準(zhǔn)確性很高，并且在脊柱融合評(píng)估中具有巨大潛力，但大多用于學(xué)術(shù)研究，而非臨床工作。

6 影像學(xué)評(píng)估方法的評(píng)價(jià)

目前對(duì)腰椎融合缺乏統(tǒng)一的定義，不同腰椎影像學(xué)評(píng)估方法直接影響對(duì)腰椎融合情況的判斷結(jié)果。腰椎X線，無(wú)論是短期或長(zhǎng)期隨訪結(jié)果，始終顯示較低的融合率[40]。腰椎動(dòng)力位片評(píng)價(jià)腰椎融合的指標(biāo)臨界值不統(tǒng)一，常導(dǎo)致評(píng)估的融合結(jié)果不一致。最近，一篇納入了15項(xiàng)臨床研究的Meta分析對(duì)比各種影像學(xué)方法診斷融合術(shù)后假關(guān)節(jié)的準(zhǔn)確性[37]。他們發(fā)現(xiàn)在使用X線、CT、骨顯像技術(shù)評(píng)價(jià)腰椎融合的過(guò)程中，CT診斷腰椎融合的效應(yīng)值最高，認(rèn)為CT是腰椎融合術(shù)后假關(guān)節(jié)最準(zhǔn)確的無(wú)創(chuàng)性影像學(xué)檢查方法。Kroeze等[41]對(duì)3種放射學(xué)脊柱融合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(BS標(biāo)準(zhǔn)，Burkus分級(jí)，RS分級(jí))的可靠性進(jìn)行了檢測(cè)， 研究要求4名醫(yī)生使用上述評(píng)分系統(tǒng)對(duì)50名融合術(shù)后患者逐一打分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)Burkus分級(jí)在 4 名觀察者中的一致性最高(k=0.56，0.68 ~ 0.85)，BS標(biāo)準(zhǔn)和RS分級(jí)僅顯示較好的一致性，k值分別為0.38和0.39。目前眾多臨床研究高估了術(shù)后融合率，更加詳盡的主、客觀相結(jié)合的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可以降低各融合率之間的異質(zhì)性，增加其可靠性[42]。有趣的是，骨科醫(yī)生與放射科醫(yī)生評(píng)價(jià)腰椎融合的結(jié)果存在顯著差異，但尚無(wú)臨床研究報(bào)道對(duì)這一差異做出解釋[40]。理想的融合分級(jí)系統(tǒng)應(yīng)易于解釋和理解才能更好地應(yīng)用于臨床，而復(fù)雜分級(jí)系統(tǒng)不但限制其應(yīng)用還會(huì)加劇評(píng)估之間的誤差。因此，未來(lái)需引入更多客觀測(cè)量指標(biāo)將融合等級(jí)量化，方便進(jìn)一步評(píng)估。盡管各種融合評(píng)價(jià)系統(tǒng)層出不窮，但目前仍沒(méi)有一致的標(biāo)準(zhǔn)化分級(jí)系統(tǒng)，未來(lái)需要更多的臨床研究對(duì)不同融合分級(jí)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，總結(jié)出更為精確可靠的椎間融合評(píng)價(jià)方法。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，影像學(xué)評(píng)價(jià)方法是評(píng)估腰椎融合術(shù)后融合情況的主要方式。沒(méi)有任何一種單一的影像學(xué)評(píng)價(jià)方式能夠完全精確地判斷椎間融合情況，均有其優(yōu)勢(shì)與弊端，因此正確選取合適的影像學(xué)評(píng)價(jià)方法對(duì)于脊柱外科醫(yī)生至關(guān)重要。X線檢查具有便宜快捷的優(yōu)勢(shì)，立位平片可以對(duì)腰椎融合情況進(jìn)行初步的判斷，但準(zhǔn)確性較差，無(wú)法明確椎間融合的具體情況，而動(dòng)力位平片在判斷脊柱穩(wěn)定性方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但存在測(cè)量誤差和判斷標(biāo)準(zhǔn)不一的缺點(diǎn)。CT仍是目前判斷腰椎椎間融合情況的“金標(biāo)準(zhǔn)”，評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確客觀。CT和三維重建提供了更多椎間融合器周?chē)堑木唧w細(xì)節(jié)，多角度顯示椎間的各個(gè)層面，大大提升了假關(guān)節(jié)的檢出率。目前CT判斷標(biāo)準(zhǔn)大多仍是主觀的定性指標(biāo)，缺乏定量指標(biāo)判斷的標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)需要更多定量指標(biāo)協(xié)助預(yù)測(cè)假關(guān)節(jié)的診斷。骨掃描和MRI在評(píng)價(jià)椎間融合方面雖有應(yīng)用，但效果有限，不推薦常規(guī)用于判斷融合情況。RSA在判斷融合情況方面具有巨大潛能，精確度高，但操作復(fù)雜，對(duì)測(cè)量要求嚴(yán)格，臨床不建議使用。綜上，我們推測(cè)采取動(dòng)力位平片結(jié)合CT三維重建作為一種互補(bǔ)的影像學(xué)評(píng)價(jià)方法，將會(huì)顯著提高術(shù)后椎間不融合的診斷率，后期需要更多臨床研究進(jìn)行驗(yàn)證。