數字化X射線攝影全脊柱成像技術在兒童脊柱疾病中的應用價值

竺 陳，王莎莎，張 楠，郭 斌，荀 沖

(南京醫科大學附屬兒童醫院放射科，江蘇 南京 210008)

脊柱側彎作為常見的兒童脊柱疾病，脊柱側彎畸形矯正治療作為主要的治療方式，但是在手術前后需要拍攝自頸椎至腰椎全脊柱正位、側位，對于手術方式，及治療療效有著重要的意義[1，2]。脊柱長度60～80 cm，頸椎到腰椎長度大多數大于50 cm，而目前我國大多數醫院常用的計算機及數字化X射線影像系統最大的探測器長度約43 cm，因此全脊柱一次成像顯影，只能將頸椎、胸椎及腰椎只能分別成像，但是因為拍攝過程中患者的呼吸、體位及圖片拼接技術的測量誤差，會影響矯正的效果[3，4]。近年來隨著影像技術的發展，Siemens Yiso 17多功能數字平板X射線攝影系統逐漸應用于臨床，該系統可以通過狹縫曝光采集技術在一張圖片中一次完成全脊柱的攝影，避免了因為多次成像中呼吸、體位及圖片拼接而導致的圖像失真[5，6]。本研究探討數字化X射線攝影全脊柱成像技術在兒童脊柱疾病中的應用價值，現報道如下。

1 資料與方法

1.1一般資料2016年8月至2018年6月南京醫科大學附屬兒童醫院收治的87例脊柱側彎患兒，均拍攝數字化X射線攝影全脊柱成像96幀。其中男47例，女49例，年齡5～18歲[(12.05±2.78)歲]，術后影像59例，其中腰椎側彎27例，胸椎43例，腰椎17例，脊柱側凸角(Cobb)22～145度，平均57.8度。

1.2設備采用德國Siemens Yiso全自動懸吊式X射線診斷系統進行數字化全脊柱攝影，平板探測器采用17英尺×17英寸(43 cm)非晶硅及碘化銫。右側是有鉛刻度標記的鉛標尺，體位固定架。拍攝的數字化影像經鉆石窗軟件處理后再用長骨拼接功能性脊柱全景影像拼接。

1.3體位與方法患兒身高≤120 cm，無需拼接，曝光一次即可獲得全脊柱影像；患兒身高120～180 cm，脊柱長度50～70 cm，曝光2～3次拼接后即可獲得全脊柱影像。將體位固定于攝片架前方，拍攝正位片時患兒立于固定架，頭、肩背、臀緊貼固定架，雙手下垂；拍攝側位片，一側肩、臀部緊貼固定架。選擇Ortho SPine模式確定整個脊柱攝影的上限和下限。范圍應包括C.S，椎骨，骨盆和雙側肩關節。該系統可自動選擇曝光次數，分別為2、3、4次。源像距離(SID)為3.0 m，球管位置相對固定，平板探測器從上到下移動，球管以不同角度旋轉，自動跟蹤平板探測器進行間歇曝光。曝光后，拼接軟件自動拼接整個脊柱圖像。暴露參數：根據患者的身體大小和厚度，一般采用80～90 kV，20～30 MASS和85～95 kV，30～45 mAs。

1.4評價方法根據鉛標記的刻度是否連續，重疊部位的解剖結構是否完整，以及拼接重疊區兩側的密度是否存在差異，可以根據拼接圖像上鉛標記的刻度是否連續來判斷自動拼接的成功與否。其中放射科醫師2名，中級以上技術人員1名。根據QA、QC放射學學術研究會的標準，結合臨床診斷和測量的具體要求，獲得拼接后的原始圖像和脊柱全景圖像。A、B、C級片的綜合評價87例患者中，術前選擇標準前后脊柱側凸圖像及相應的全脊柱拼接圖像。對其原始冠狀位圖像、后冠狀位圖像的Cobb角進行了測量。每隔一周，對上述兩組圖像進行置亂和測量。根據脊柱側凸的嚴重程度，分為20～40度、40～70度、>70度，3組按隨機順序測量，記錄Cobb角測量結果。

1.5統計學方法采用SPSS 19.0軟件分析數據，計數資料比較采用χ2檢驗；計量資料比較采用t檢驗，圖像評價采用重復測量方差分析和Pearson相關分析。P< 0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1手術前后全脊柱攝影原始影像及拼接影像87例脊柱側彎患兒拍攝數字化X射線攝影全脊柱成像96幀。其中85例長骨拼接功能一次成功，2例因因體位改變導致自動縫合錯誤，通過手動調整，達到拼接要求。所有患者均不重復拍照，圖像對齊性好，比例高。椎骨、附屬物和解剖關系的細節清晰，剪接點上下部的解剖結構清晰完整，沒有縫合偽跡。圖像質量完全滿足脊柱外科的臨床診斷、觀察、測量和手術要求(圖1，圖2)。

圖1 術前全脊柱X射線攝影圖像 a：原始影像；b、c：拼接后全脊柱影像

圖2 術后全脊柱X射線攝影圖像 a：原始影像；b、c：拼接后全脊柱影像

2.2影像質量評價拼接前影像213幀，甲級197幀，乙級13幀，丙級3幀；拼接后影像96幀，甲級94幀，乙級1幀，丙級1幀。拼接成功率97.92%。拼接前后影像評分差異無統計學意義(P> 0.05)，見表1。

表1 拼接前后X射線影像質量評價表 (n)

2.3重復測量Cobb角的方差分析兩組圖像在縫合前后進行兩次測量，并通過重復測量的方差分析，對影響測量的因素(測量人、圖像組)進行測試。結果表明，兩因素對Cobb角的影響差異無統計學意義(P> 0.05)。對圖像組和測量組進行非參數Wilcoxon檢驗，結果表明不同圖像組的Cobb角差異無統計學意義(P> 0.05)，見表2。

表2 Cobb角重復測量方差分析

ICC：組內相關系數

2.4Cobb角測量一致性分析本組25例患者脊柱側凸38個側凸，24～137度，平均59.8度，誤差1～7度，平均5.8度。38個脊柱側凸ICC為0.995，總體可靠性較好；40～70度一致性佳，為0.988；20～40度及>70度分別為0.962及0.976，見表3。

表3 Cobb角測量一致性分析

P1/P2兩位測量者；G1拼接前原始影像；G2拼接后全景影像

3 討論

脊柱側凸是最常見的脊柱畸形之一，也是青春期前或骨成熟前青少年骨畸形最常見的形式。嚴重者脊柱側凸常伴有后凸、肩斜、骨盆偏轉等，不僅影響患者的外貌，而且影響心肺功能和心理健康[7，8]。Cobb角是評價脊柱側凸嚴重程度、確定脊柱側凸患者手術治療和手術方案的重要依據。通常Cobb角大于40。超過70%的患者需要外科治療[9，10]。常見的脊柱影像學檢查包括X射線、CT、MRI等，雖然CT、MRI也可以通過軟件處理獲得整個脊柱的圖像，甚至可以通過重建獲得脊柱的三維圖像，但均無法在站立時顯示脊柱在重力作用下的工作能量和狀態。Cobb角測量的意義在于觀察脊柱在重力作用下的真實畸形程度和功能狀態。立位全脊柱X射線片是脊柱側凸的診斷、測量和術前評估的首選，具有非常重要的臨床意義[11]。

醫學全景成像的原理是實現多張X射線片重疊區域的配準。如何獲得高質量的脊柱全景圖像是脊柱畸形矯形手術的重要內容。通常有兩種原始圖像采集的DR拼接。一是X射線管是相對固定的，球通過旋轉角度跟蹤垂直于地面的移動平板探測器和曝光。另一種是球管與探測器平行地與地面平行移動[12]。這兩種方法的不同之處在于圖像拼接點的X射線投影方向不同，導致拼接部分相鄰兩幀重疊圖像的密度和放大率不同，從而導致拼接圖像的失真程度增加。由于整個脊柱圖像的重點是觀察椎體的形狀、旋轉角、側彎角，所以原始圖像的每一幀的放大和變形都必須是一致的。為了保證全景圖像上脊柱解剖結構和位置的真實性和準確性，尤其是靠近拼接點的解剖結構。為了獲得相同的解剖結構和拼接圖像的放大度，拼接點的中心X射線投影的方向和角度必須是相同的，這樣才能獲得拼接點上方和下方的兩幅圖像的密度。對比與變形相似，解剖結構更精確，視覺效果更連貫[13，14]。

我院使用了第一種方法對87例脊柱側凸患者進行全脊柱攝影后，獲得脊柱全景圖像，并利用圖像后處理技術進行對比，具有高度銳利和清晰解剖結構的脊柱全景。對原始圖像和全景圖像的Cobb角測量和統計分析表明，拼接前后Cobb角測量的圖像質量和精度差異無統計學意義，尤其是大角度脊柱側凸，具有很高的準確性和一致性。通過改善側位X射線片的位置，雙側肱骨頭最大限度地避免了上胸椎的閉塞，使上胸椎的顯示更加清晰。