先天性脊柱側彎矯治術前全脊柱三維磁共振成像的價值

劉琴， 王秋霞， 萬常華， 彭莉， 馮定義

·影像技術學·

先天性脊柱側彎矯治術前全脊柱三維磁共振成像的價值

劉琴， 王秋霞， 萬常華， 彭莉， 馮定義

目的：探討全脊柱三維(3D)MRI在先天性脊柱側彎(CS)矯治術前的診斷及評估價值。方法：對31例CS患者進行常規(guī)2D MRI及3D MRI掃描，并將3D MRI圖像采用主機自帶Composing無縫拼接軟件拼接成全脊柱圖像。由2名副高以上職稱的放射科醫(yī)師采用5分法對2組圖像進行質量評分，并測量2組圖像主彎Cobb角，記錄測量時間。結果：3D MRI圖像質量評分[(4.79±0.41)分)]顯著高于2D MRI[(4.40±0.66)分]，且兩者差異具有統(tǒng)計學意義(Z=3.46，P=0.00<0.05)；2D、3D MRI圖像的主彎Cobb角分別為(44.29°±16.03°)和(44.56°±15.63°)，兩者差異無統(tǒng)計學意義(t=0.91，P=0.37>0.05)；3D MRI圖像Cobb角測量所耗時間[(34.79±15.57)s]短于2D MRI[(43.44±16.98)s]，且兩者差異具有統(tǒng)計學意義(Z=6.69，P=0.00<0.05)。結論：全脊柱3D MRI無縫拼接技術所得圖像質量高，測量效率高，可替代常規(guī)2D MRI進行CS矯治術前的診斷及評估。

先天性脊柱側彎； 磁共振成像； 成像,三維; 無縫拼接技術； Cobb角

先天性脊柱側彎(congenital scoliosis，CS)為特定的先天性椎體異常而引起的脊柱側凸，其形成的彎曲易于進展，且由于患者有較長的生長期，常導致嚴重的畸形且難以矯正[1]。MRI的軟組織分辨力高，對脊柱及脊髓成像具有明顯優(yōu)勢，是CS矯治術前最佳的影像檢查手段之一[2-5]。然而，CS患者進行常規(guī)二維(2D)MRI掃描時，因受脊柱側凸或復雜彎曲的影響，難以獲得診斷CS必需的全脊柱影像，不利于后期相關曲度指標的測定及手術治療。本研究旨在探討近年來逐步發(fā)展應用的三維(3D)MRI及脊柱無縫拼接技術在CS術前病情評估中的價值與優(yōu)勢。

材料與方法

1.研究對象

搜集我院2013年3月-2016年6月經確診的31例CS患者的臨床及影像資料。31例患者中，男8例，女23例，年齡11歲～29歲；所有患者均無手術禁忌癥及MRI檢查禁忌癥，且確診后均行CS矯治手術。

2.檢查方法

采用Siemens Skyra 3.0T磁共振掃描儀，Tim線圈。患者頭先進，仰臥位，雙手按標準解剖位放置于身體兩側。掃描范圍從枕骨大孔至骶椎。

圖1 男，19歲，CS。2D MRI掃描所得分段脊柱圖像，脊髓未在同一層面顯示，難以拼接成全脊柱圖。a) 頸胸段冠狀面TSE TIRM圖； b) 胸腰段冠狀面TSE TIRM圖； c) 頸胸段矢狀面TSE T2WI圖； d) 胸腰段矢狀面TSE T2WI圖。

常規(guī)2D MRI掃描：①矢狀面快速自旋回波(TSE) T1WI (TR 500 ms，TE 10 ms，層厚3～4 mm，層間隔0～0.5 mm)；②矢狀面TSE T2WI (TR 2200 ms，TE 120 ms，層厚3～4 mm，層間隔0～0.5 mm)；③冠狀面TSE快速反轉恢復(turbo inversion recovery magnitude，TIRM)技術(TR 2600 ms，TE 42 ms，層厚3～4 mm，層間隔0～0.5 mm)；④橫軸面抑脂TSE T2WI (TR 4200 ms，TE 120 ms，層厚3～5 mm，層間隔0.5～1.0 mm)。

3D MRI掃描：①冠狀面容積內插體部檢查(volume interpolated body examination，VIBE)、Dixon脂肪抑制技術(TR 5.50 ms，TE 2.46 ms，層厚1.2 mm，層間隔0 mm)；②冠狀面可變翻轉角快速自旋回波序列(sampling perfection with application optimized contrasts by using different flip angle evolutions，SPACE) T2WI (TR 2000 ms，TE 99 ms，層厚1.2 mm，層間隔0 mm)；③冠狀面SPACE TIRM T2WI (TR 3000 ms，TE 220 ms，層厚1.2 mm，層間隔0 mm)。

3D MRI掃描序列所得原始圖像均采用西門子主機自帶的Composing軟件拼接成全脊柱像，再將拼接后的圖像分別進行矢狀面、冠狀面曲面重組(層厚3 mm，層間隔0 mm)，得到最終曲面拼接的全脊柱圖像。

3.評價指標

采用5分法分別對2D、3D圖像進行質量評判。評判標準：5分為圖像質量非常滿意，成像清晰，無偽影，椎體及脊髓顯示完整、連續(xù)，易于診斷；4分為質量滿意，成像清晰，有輕微偽影但不影響診斷，椎體及脊髓顯示完整；3分為質量比較滿意，部分圖像欠清晰，有輕微偽影但尚可診斷，椎體及脊髓主要節(jié)段顯示尚可；2分為質量一般，部分圖像欠清晰且有偽影，較難診斷；1分為質量差，大多數圖像偽影重，無法診斷。

測量2D、3D圖像的主彎Cobb角，以評估圖像的診斷精確度，同時記錄測量所需時間，以評價兩種掃描序列的診斷效率。圖像質量評分、Cobb角測量均由2名副高以上職稱的放射科醫(yī)師分別在不同時間內使用PACS系統(tǒng)完成，2名醫(yī)師均在初次測量后1周再進行第2次測量，記錄2名醫(yī)師每次測量Cobb角所需的時間。

4.統(tǒng)計學方法

采用SPSS 19.0軟件包進行統(tǒng)計學分析。2名醫(yī)師診斷意見的一致性分析采用Kappa檢驗(Kappa≥0.75為一致性好，Kappa<0.4為一致性欠佳)；2D、3D圖像質量評分比較采用Wilcoxon秩和檢驗；2組圖像主彎Cobb角測量結果比較采用成組t檢驗；2組圖像主彎Cobb角測量時間經檢驗不符合正態(tài)分布，采用Wilcoxon秩和檢驗進行比較分析，P<0.05認為差異具有統(tǒng)計學意義。

結 果

1.圖像質量評分

2D、3D MRI掃描序列所得圖像分別如圖1、2所示。2名醫(yī)師對2D MRI圖像質量的評分分別為(4.35±0.71)和(4.45±0.62)分，經Kappa檢驗，兩者一致性好(Kappa=0.83，P=0.00<0.05)；2名醫(yī)師對3D MRI圖像質量的評分分別為(4.81±0.40)和(4.77±0.43)分，經Kappa檢驗，兩者一致性好(Kappa=0.90，P=0.00<0.05)。2D、3D MRI圖像質量最終評分分別為(4.40±0.66)和(4.79±0.41)分，經Wilcoxon秩和檢驗，兩者差異具有統(tǒng)計學意義(Z=3.46，P=0.00<0.05，表1)。

圖2 男，19歲，CS。3D MRI掃描，經曲面拼接重組后的全脊柱圖。a) 拼接后冠狀面曲面重組圖(SPACE TIRM T2WI)； b) 拼接后矢狀面曲面重組圖(SPACE TIRM T2WI)。

表1 2組圖像質量評分的比較

2.Cobb角測量結果比較

經測量，2D、3D MRI圖像的主彎Cobb角分別為(44.29°±16.03°)和(44.56°±15.63°)，兩者差異無統(tǒng)計學意義(t=0.91，P=0.37>0.05)。

3.Cobb角測量所耗時間比較

測量2D、3D MRI圖像Cobb角所耗時間分別為(43.44±16.98)和(34.79±15.57)s，經Wilcoxon秩和檢驗，兩者差異具有統(tǒng)計學意義(Z=6.69，P=0.00<0.05)。

討 論

隨著年齡的增長，CS患者的全身骨骼一直處于動態(tài)變化過程中，側彎嚴重程度亦會有所不同，因此，需要頻繁的隨訪、檢查以追蹤患者病情的變化，如典型側彎患兒需間隔4～6個月進行評估，而從生長發(fā)育迅速時期到骨骼成熟階段則更為頻繁[6]。常規(guī)檢查有X線平片、CT和MRI。X線平片具有一定輻射性，且成像效果較差[7]，現已逐漸淘汰[6]；CT檢查成像效果較X線平片好，但其輻射量更大[8]，如此頻繁的檢查所產生的累計輻射量不可小覷，患者、家屬難以接受；MRI檢查因其無輻射性、無創(chuàng)性，成為CS患者易于接受的檢查手段，另外，MRI具有較高的軟組織分辨力和多方位成像特點，可清晰顯示椎體、椎管、脊髓及周圍韌帶等解剖結構及病變[9]，如脊髓狹窄、椎體畸形、骨質破壞、軟組織水腫等，現已廣泛應用于脊柱病變的診療中。

脊柱常規(guī)2D MRI檢查采用TSE序列，TSE自1986提出以來，已成為MRI檢查中必不可少的序列。TSE可分段、分層顯示脊柱解剖結構，但受脊柱側凸或復雜彎曲的影響，脊柱和脊髓難以完整顯示在一個平面內，所得脊柱分段圖像難以實現無縫拼接；另外，由于TSE序列的回波鏈不能太長(否則T2衰減帶來的模糊效應會非常嚴重)，射頻能量吸收率高，其采集效率相對有限。SPACE通過在回聚脈沖中使用可變翻轉角的設計，成功解決上述TSE采集效率受限的難題；另外，相對于2D TSE成像，3D SPACE成像具有以下明顯優(yōu)勢[10]：采用超長回波鏈，為并行采集和K空間重排提供更大自由度；成像速度快，節(jié)約掃描時間，患者更易配合完成檢查；激發(fā)的信號區(qū)域大，信號強度極高，其信噪比足以支持所有維度的高分辨力成像，可獲得真正的高分辨力圖像。本研究結果顯示，3D MRI圖像質量評分顯著高于2D MRI，說明3D MRI所得圖像質量更高，更能滿足臨床診斷需求。此外，SPACE序列一般提供各向同性的分辨率，不僅減輕部分容積效應，而且支持任意平面重建，因此可對脊柱掃描圖像進行無縫拼接，獲得完美拼接的脊柱全長3D圖像(同時可進行多角度旋轉測量)。本研究結果顯示，3D MRI與2D MRI主彎Cobb角測量結果無顯著性差異，且前者Cobb角測量耗時顯著短于后者，提示3D MRI可獲得可靠的Cobb角測量結果，且測量較2D MRI更快速便捷。

3D MRI圖像可重組成冠狀面、矢狀面和橫軸面測量圖，從而獲得無縫拼接的脊柱全長3D圖像，對后者進行任意方向的旋轉評估，可準確、快速獲得Cobb角測量結果。綜上，CS矯治術前全脊柱3D MRI為CS的診斷及術前評估提供了更多視角和極大的便利，可替代傳統(tǒng)2D MRI檢查。

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Value of whole spine three-dimensional MRI before congenital scoliosis corrective surgery

LIU Qin，WANG Qiu-xia，WAN Chang-hua，et al.

Department of Radiology，Tongji Hospital，Tongji Medical College，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430000，China

Objective:To investigate the diagnostic value of whole spine three-dimensional (3D) magnetic resonance imaging (MRI) before congenital scoliosis (CS) corrective surgery.Methods:Thirty-one CS patients were collected.All subjects underwent both 2D and 3D MRI of the spine before the corrective surgery.Then 3D MR images were seamless spliced to the whole spine images using the built-in software "Composing".All images were evaluated and scored by two well-experienced radiologists,using a five-point scale.In addition,the major curve Cobb angles were measured,and the measuring time was recorded.Results:The quality score of 3D MR sequence was (4.79±0.41),which is significantly higher than that of 2D MR sequence [(4.40±0.66);Z=3.46,P<0.05].There was no significant difference in the measured value of Cobb angle between two groups [(44.29°±16.03°) versus (44.56°±15.63°)].The average measuring time of Cobb angles was (34.79±15.57)s with 3D MR sequence and (43.44±16.98)s with 2D MR sequence,with statistically significant difference (Z= 6.69,P<0.05).Conclusion:Whole spine 3D MRI with seamless splicing technology provides high quality images,increases measuring efficiency of related Cobb angles;thus it could be valuable for the comprehensive evaluation before CS corrective surgery,instead of the conventional 2D MR sequence.

Congenital scoliosis; Magnetic resonance imaging; Imaging,three-dimensional; Seamless splicing technology; Cobb angle

430030 武漢，華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院放射科

劉琴(1987-)，女，湖南邵東人，技師，主要從事臨床放射技術工作。

馮定義，E-mail：154017633@qq.com

華中科技大學自主創(chuàng)新研究金資助“青年培育”項目(2013YQ013)

R682.1+3; R445.2

A

1000-0313(2017)02-0175-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.02.017

2016-07-06

2016-10-31)