基于EOS系統(tǒng)和CT系統(tǒng)測量青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸頂椎旋轉(zhuǎn)角度的對比觀察

夏慶福 張延斌 夏紀元 閻凱 張玉雙 行勇剛 何達 肖斌

青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)是一種冠狀位、矢狀位與軸位均失衡的三維畸形。近年來,軸位的旋轉(zhuǎn)畸形越來越受到脊柱外科醫(yī)生的重視[1-3]。臨床中常用的傳統(tǒng)X線測量方法準確性較低,而且可重復(fù)性及可信度較差[4]。盡管可能受到拍攝體位的影響,CT仍是測量椎體旋轉(zhuǎn)的金標準[5]。EOS全身影像系統(tǒng)因其輻射小、負重站立條件下正側(cè)位同時快速成像等突出優(yōu)勢逐漸受到青睞。經(jīng)過SterEOS軟件處理后,可擬合三維圖像,并自動生成脊柱骨盆相關(guān)參數(shù),包括頂椎旋轉(zhuǎn)度(apical vertebral rotation,AVR)[6]。 本研究使用EOS影像系統(tǒng)與CT影像系統(tǒng)分別評估椎體旋轉(zhuǎn),將兩種測量結(jié)果進行比較,并探究頂椎位置對EOS影像測量結(jié)果的影響。

資料與方法

一、資料

1.納入與排除標準:(1)納入標準:①發(fā)病年齡10～18歲并診斷為AIS;②同時行EOS脊柱正側(cè)位全長片與全脊柱CT掃描,兩種檢查間隔小于1周。(2)排除標準:①影像學(xué)資料不全;②既往脊柱手術(shù)史;③全脊柱核磁共振提示明顯神經(jīng)系統(tǒng)異常。

2.病例來源:2018年3月至2022年6月于北京積水潭醫(yī)院住院治療的AIS患者87例,年齡(14.7±2.3)歲,共112個彎,其中胸彎61個,腰彎51個。搜集臨床與影像學(xué)資料。根據(jù)納入及排除標準,確定入組病例,統(tǒng)計一般資料,并進行影像學(xué)測量。本研究經(jīng)過醫(yī)院倫理委員會同意。

二、方法

1.影像獲取與測量:(1)EOS影像:患者站立于EOS影像機器內(nèi),雙腳并攏,雙肩輕度外展,雙肘屈曲,雙手中指指尖指向臉頰,正側(cè)位同時成像。然后由經(jīng)過培訓(xùn)認證的醫(yī)師利用SterEOS軟件(Version:1.6.5.8188, EOS Imaging,Paris,法國)對EOS圖像進行處理。采用Fast 3D模式進行三維擬合重建后獲得脊柱側(cè)凸的Cobb角、AVR等參數(shù)。具體攝片及建模方法見文獻[6-7]。在正側(cè)位全長片上標記雙側(cè)股骨頭和骶骨上終板。根據(jù)上下終板、椎弓根及后方附件標記椎體輪廓。自動擬合脊柱側(cè)凸三維模型,并自動生成相關(guān)參數(shù)[6]。(2)CT影像:患者仰臥于低劑量CT機器(Toshiba Medical Systems,Tokyo,日本)內(nèi)行檢查后,使用Carestream PACS WEB 11.0(Carestream Health,Rochester,NY,美國)軟件處理原始CT圖像。采用Aaro-Dahlborn法測量AVR[8]。側(cè)凸的頂椎和端椎是在EOS二維影像中確定的。在多平面重建模式下對原始Dicom格式數(shù)據(jù)進行平行于椎弓根方向的軸位重建。首先測量骶骨旋轉(zhuǎn)角度,然后測量頂椎旋轉(zhuǎn)角度。若骶骨旋轉(zhuǎn)方向與頂錐旋轉(zhuǎn)方向一致,則用后者減去前者而得到AVR值。若骶骨旋轉(zhuǎn)方向與頂錐旋轉(zhuǎn)方向相反,則兩者相加得到AVR值。此即為消除整體軀干旋轉(zhuǎn)影響后的AVR。

結(jié) 果

本組87例AIS患者中男女比例為10∶77(男11.49%,女88.51%);年齡11～18(14.7±2.3)歲;體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)為13.3～21.4 (18.0±2.0)kg/m2。Lenke分型包括1型43例,2型2例,3型16例,5型17例,6型9例;其中單彎62例,雙彎25例。本組共112個彎,其中胸彎61個,腰彎51個?？傮w的Cobb角為(54.7±10.0)°;胸椎側(cè)凸Cobb角為(56.1±10.7)°;腰椎側(cè)凸Cobb角為(53.1±9.0)°。

1.兩種測量結(jié)果的對比:使用EOS 3D測量和CT測量AVR的結(jié)果及比較詳見表1?？侲OS的測量結(jié)果大于CT測量結(jié)果,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義[(17.2±6.3)° 比(15.9±7.2)°,P=0.096]。按照側(cè)凸位置分組后,結(jié)果出現(xiàn)明顯變化。胸椎組EOS測量結(jié)果明顯大于CT測量結(jié)果[(14.3±4.6)°比(11.3±4.5)°,P<0.001]。腰椎組EOS測量結(jié)果與CT測量結(jié)果差異無統(tǒng)計學(xué)意義[(20.4±6.6)°比(21.1±6.2)°,P=0.193]。

表1 兩種方法測量AVR的比較(°)

2.兩種測量結(jié)果的相關(guān)性:總CT測量結(jié)果與EOS測量結(jié)果高度相關(guān)(r=0.771,P<0.001)。按照側(cè)凸位置分組后,結(jié)果出現(xiàn)明顯變化。在胸椎組中,兩者結(jié)果中等相關(guān)(r=0.536,P<0.001)。但在腰椎中,兩者結(jié)果高度相關(guān)(r=0.789,P<0.001),且其相關(guān)性系數(shù)高于總體的相關(guān)系數(shù)(0.789比0.771)。

討 論

AIS中椎體旋轉(zhuǎn)的具體發(fā)病機制仍不清楚,可能與畸形的進展和胸廓畸形等密切相關(guān)。此外,椎體旋轉(zhuǎn)也是影響體表外觀的重要因素之一[9-11]。隨著第3代椎弓根釘棒系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用及椎體直接去旋轉(zhuǎn)技術(shù)的推廣,脊柱畸形的三維矯正更受關(guān)注。定量評估椎體旋轉(zhuǎn)對于畸形的準確評估、手術(shù)方案的合理制定以及手術(shù)治療效果的評價尤為重要。

CT影像仍然是測量椎體旋轉(zhuǎn)的金標準,可信度及可重復(fù)性高[12-14]。但由于其輻射劑量高等原因,臨床應(yīng)用中還需把握合適的指征。低劑量CT的廣泛應(yīng)用,降低了輻射劑量,在骨科臨床應(yīng)用與科研中起到重要作用[15]。目前大部分CT影像獲取均采用臥位。既往研究表明,臥位時側(cè)凸的冠狀位Cobb角及軸位旋轉(zhuǎn)明顯小于負重站立位角度,因此CT影像仍具有一定的局限性[16]。

EOS全身影像系統(tǒng)具有輻射低、負重下正側(cè)位同時成像等優(yōu)勢,但未得到廣泛普及。因其三維擬合并非真實脊柱的三維重建,而是根據(jù)數(shù)據(jù)庫影像對該病人的二維脊柱圖像進行三維擬合重建,以致擬合重建下獲得的AVR等數(shù)據(jù)的準確性受到一定影響。盡管既往研究證實EOS三維擬合重建與CT三維重建的結(jié)果類似,但胸椎與腰椎的解剖結(jié)構(gòu)差別較大[17-18]。將胸椎與腰椎區(qū)分開后EOS三維擬合重建是否仍與CT三維重建結(jié)果類似,尚未見相關(guān)報道。

本研究中,總CT測量結(jié)果與EOS 3D測量結(jié)果明顯相關(guān),且差異無統(tǒng)計學(xué)意義。在腰椎組也得到類似結(jié)論,且相關(guān)性更高。但在胸椎組中兩種方法測量AVR結(jié)果的差異有統(tǒng)計學(xué)意義。其原因可能是受胸椎間盤高度小,椎弓根、關(guān)節(jié)突、棘突顯影分辨度差,肋骨、肋橫突關(guān)節(jié)、肋椎關(guān)節(jié)等骨性結(jié)構(gòu)的阻擋,以及縱膈組織、肺組織的影響,在進行EOS三維擬合時,準確識別旋轉(zhuǎn)的胸椎結(jié)構(gòu)具有一定的困難。在腰椎,椎體上下終板、椎弓根及后方附件結(jié)構(gòu)較清楚,更容易準確識別。此外,檢查體位的不同對胸椎和腰椎旋轉(zhuǎn)的影響也可能是造成該差異的原因[19-20]。因此,在胸椎行EOS三維擬合獲得的AVR準確性較差,測量精度欠佳。但其具體原因還需進一步研究。該研究具有一定的局限性。雖然不同組之間AVR的差異有統(tǒng)計學(xué)意義,但角度差異較小(在胸椎組中僅有3°)。該差異是否具有臨床意義有待進一步研究。

綜上,在頂椎旋轉(zhuǎn)度的測量中,EOS全身影像系統(tǒng)和CT影像系統(tǒng)的測量結(jié)果相近,且具有良好的相關(guān)性。在腰椎中該結(jié)論類似,且相關(guān)性更高。但在胸椎中,EOS測量結(jié)果顯著大于CT測量結(jié)果。臨床醫(yī)師應(yīng)綜合考慮畸形的位置、輻射因素以及醫(yī)院的硬件設(shè)施條件,選擇合適的方法評估AIS的椎體旋轉(zhuǎn)畸形。