青少年脊柱側凸的影像學研究與應用

劉敏

上海師范大學天華學院健康學院，上海201805

青少年脊柱側凸是發生在青少年人群中的常見脊柱疾病。由于青少年骨骼發育速度快，側凸畸形也容易發生。早期患者常無明顯癥狀，無就醫的訴求，隨著時間推移，畸形程度將進一步加重，進而影響活動能力和勞動能力，嚴重者可引發多種并發癥，如心肺并發癥、腰背部疼痛甚至截癱，有的還會影響到青少年的身心健康，導致其不適應社會，成為自殺的高危人群［1］。對青少年脊柱側凸患者，應盡力做到早發現、早診斷、早治療。

影像學是診斷脊柱側凸的重要方式，通過影像學可以測量側凸與旋轉角度，預測病情進展情況以及協助康復和手術治療［2］。目前應用在青少年脊柱側凸診斷中的影像學技術主要包括X線平片、計算機斷層技術、磁共振成像技術和三維超聲成像技術等。本文綜述影像學在青少年脊柱側凸中的應用，旨在為青少年脊柱側凸篩查、診斷以及干預策略提供參考，為進一步治療提供相應依據。

1 青少年脊柱側凸

1.1 脊柱側凸概念

脊柱側凸是指脊柱三維結構畸形，包括冠狀面、矢狀面和水平面的脊柱椎體排列異常。表現為冠狀面上發生側方彎曲，矢狀面上脊柱正常生理曲度發生改變和水平面上發生椎體旋轉等。

1.2 青少年脊柱側凸的發病率

國外報道青少年脊柱側凸發病率為1.0%～1.17%，其中男女比例為1∶2.1［3］，女生脊柱側凸發生風險高于男生［4］。國內關于青少年脊柱側凸發病率、男女比例等流行病學調查研究近些年逐漸增多。有研究發現，中國5～20歲兒童青少年脊柱側凸的患病率為0.74%，男生為0.59%，女生為0.89%，其中14 歲組患病率最高，為1.10%［5］。既往有研究于2015年4～10月采用二檢法對上海市原靜安區14所學校共5327名11～13歲初中生進行青少年特發性脊柱側彎篩查，結果顯示疑似癥狀平均檢出率為9.76%，男生、女生青少年特發性脊柱側彎疑似癥狀檢出率分別為4.59%、15.28%，經確診，青少年特發性脊柱側彎102例，患病率為1.91%［6］。但該結果與另一研究［7］有所不同，該研究于2014年對楊浦區年齡15～16歲初中畢業生進行攝片體檢，其中男生2101例，女生2072例，共計4173例，診斷脊柱側凸327例，總發病率7.836%，其中女263例，發病率12.693%，總發病率明顯高于文獻［6］，可能與研究對象的年齡有關。上述研究表明，隨著家長關注度的提高，檢查手段日益完善，青少年脊柱側凸的檢出率呈現上升的趨勢，已成為青少年常見疾病。

1.3 青少年脊柱側凸分類型

遺傳因素、激素水平、脊柱生長不平衡，運動和習慣性姿勢及骨骼肌和神經異常是引起脊柱側凸的常見原因［8］。脊柱側凸可分為先天性、神經-肌源性、特發性和其他原因［3］，其中青少年脊柱側凸中，青少年特發性脊柱側凸約占85%。特發性脊柱側凸屬于結構性脊柱側凸，可分為嬰幼兒脊柱側凸，兒童期脊柱側凸和青春期脊柱側凸，青春期脊柱側凸多見于右側凸的胸椎側凸，女性多見。有研究發現青少年特發性脊柱側凸患者的椎體具有前部過度生長、朝向凸側的楔變以及軸向旋轉等形態學改變，分析這些形態學變化一定程度上體現出脊柱生物力學的改變，可能是導致青少年特發性脊柱側凸發生發展的原因所在［9］。

2 青少年脊柱側凸的影像學研究現狀及進展

影像學檢查被認為是脊柱側凸診斷使用最廣泛、認可度最高的方法。Cobb角被用于評估脊柱畸形已有70余年歷史，被作為是脊柱側凸診斷的金標準。但受青春期的影響，青少年脊柱側凸變化較快，Cobb角差值為5°時，其真正存在差異的可以很大。因此，準確測量是診斷和治療青少年脊柱側凸的第一步。現對青少年脊柱側凸的影像學研究做一綜述。

2.1 全脊柱成像

目前站立位全脊柱正側位X線片測量Cobb為脊柱側凸確診的金標準，也是診斷與評估特發性脊柱側凸最常用的方法［10］。由專業放射科醫生拍攝站立位全脊柱正側位X線片，骨科醫生根據X線檢查結果采用Cobb角測量法對脊柱側凸角度進行測量，Cobb角≥10°定義為陽性，確診為脊柱側凸。證據質量：A；推薦等級：強推薦［11］。

有學者回顧性分析了80例脊柱拼接的患兒，對圖像質量進行分析，結果顯示圖像優65 例，良10例，差5例，全脊柱自動拼接能滿足臨床對脊柱側彎患兒的觀察、診斷及測量的要求，同時與傳統X片的拍攝技術相比，自動拼接全脊柱片具有輻射劑量小、圖像質量高的優勢［12］。同樣地，有學者通過對37例脊柱側彎青少年患者進行研究發現，通過數字化全脊柱拼接技術（DR）能明確患者側彎段脊柱的治療效果，為青少年脊柱側彎修復及術后評估提供影像學依據［13］。有學者對79例脊柱側彎患兒進行研究，結果顯示全脊柱數字化X射線攝影成像技術在兒童脊柱疾病中應用效果良好，所得圖像清晰，拼接自然，可有效幫助醫生進行診斷和對手術效果進行評估［14］。有研究對87例脊柱側彎患兒采用數字化X射線攝影，全脊柱成像96幀，拼接成功率97.92%。結果顯示，拼接前后Cobb角測量的圖像質量和精度無統計學差異，數字化全脊柱成像技術具有成像清晰，無拼接偽影，為脊柱側凸臨床診療及評估提供了重要的影像學依據［15］。

X線被認為使脊柱側凸診斷的金標準，但由于其存在輻射，不建議用于篩查，可作為篩查陽性者最終確診檢查［11］。

2.2 多層螺旋CT（MSCT）檢查

對于非典型的脊柱側凸，手術前需要掌握脊柱、椎體、椎弓根、椎管以及周圍軟組織等情況，應用X線攝影不能夠準確發現和定位，而MSCT重組技術可以有效準確顯示上述各個結構，發現X線攝影不能發現的異常變化。MSCT后處理技術包括容積渲染成像、表面陰影遮蓋、多平面重建、曲面重建，通過重建圖像，可獲取橫斷面、矢狀面、冠狀面影響，為臨床診斷提供多維度觀察。

有研究將93 例脊柱側凸患者隨機分為兩組，行MSCT與X線對比診斷。結果顯示除椎體和小關節發育不良外，MSCT組的臨床癥狀檢出率、敏感度和特異度均高于X線組，認為脊柱側彎患者行MSCT診斷具有較高的診斷準確率，漏誤診情況較少［16］。另一研究發現MSCT后的MPR技術可以從任意角度不同層面對脊柱側凸畸形進行測量，提高了對特發性脊柱側凸診斷的準確程度。還可以測量雙側椎弓根的深度和寬度，為臨床手術提供有力的技術支持和保障［17］。研究表明，在脊柱側凸圖像處理中應用MSCT處理技術后，圖像的空間分辨率增高，明顯提高了識別精度［18］。相較于其他影像學檢查技術，MSCT成像技術可獲取的容積數據，圖像質量優，避免患者多次被掃描，可以實現對整個脊柱一次性掃描，多平面重建以獲取準確信息，這是MSCT在脊柱側凸中的優勢所在［19］。

2.3 MRI檢查

研究顯示，全脊柱正側位X線片的輻射量大約是胸部X線片輻射量的20倍［20］。高輻射量增加了部分家長的心理負擔，使其選擇其他的檢查方式。全脊柱MRI在檢測特發性脊柱側凸有他自身的優勢，如無輻射，允許攝片信息重建可視化并精確評估軸位成像成等。

有學者對60例青少年特發性脊柱側凸患者進行研究發現，MRI能夠獲得的冠狀面和矢狀面測量結果與傳統X線片測量結果有高度相關性［21］。另外，MRI除具有可靠的椎體旋轉測量外，MRI最大優勢就是無輻射，并可替代用于青少年特發性脊柱側凸診斷性評估。研究發現，數字化全脊柱拼接聯合術前脊柱MRI影像，能明確患者脊柱側凸的治療效果，通過MRI可清晰地顯示椎體骨質及椎管內脊髓改變，兩者聯合應用可作為青少年脊柱側凸治療重要的影像學檢查方法［22］，另一研究［23］結論與其一致。有學者對先天性脊柱側凸合并疑似神經系統異常的患者進行脊髓MRI檢查，結果顯示，MRI檢查可對椎管內病變進行定性診斷［24］。該結果與另一項研究［25］較一致。全脊柱MRI成像圖像上軟組織對比度高，可顯示周圍軟組織，尤其在多發彌漫性病變顯像中有優勢，為臨床脊柱退行性疾病評估方面發揮作用［26］。

2.4 Slot Scan攝影技術

Slot Scan攝影技術又稱為狹縫攝影技術，是通過連續曝光，將采集的圖像數據信息組合成一幅全景圖像，它具有便捷準確的特點，與DR立位攝影相比，臨床應用價值更高［27］。

有學者等采用Slot成像技術，對72例青少年脊柱側彎患者進行全脊柱X線檢查，獲得了優良的全脊柱X射線影像，為脊柱側彎術前檢查與術后評估提供了可靠的影像學資料［28］。有學者通過對52例脊柱側彎患者應用Slot Scan技術對全脊柱進行連續曝光，再利用軟件對采集圖像進行處理，并對圖像進行評價。結果顯示，一張X線膠片上可以清晰顯示各脊椎圖像，無拼接偽影，影像質量也達到了臨床對側彎長度和Cobb角測量的要求，可以為脊柱側彎手術治療方案以及術前及術后評估提供比較可靠的影像學依據［29］。另有研究［30］對84例青少年特發性脊柱側凸患者應用Slot技術對圖像進行分析，得出一致結論。

綜上，Slot Scan技術具有輻射劑量低、曝光時間短、一次連續曝光獲得全脊柱圖像，去除拼接偽影等有點，為臨床青少年特發性脊柱側凸患者選擇矯形治療方案及矯形后評估提供準確的影像學資料。其不足之處在于，Slot技術成像對細節的顯示不如DR清晰。

2.5 三維超聲成像

近年來，三維超聲成像技術在脊柱側凸領域的應用研究越來越廣泛。三維超聲成像技術可以篩查出脊柱側凸中可疑患者，同時，三維超聲無輻射、低成本、可實時成像且便攜。研究發現，超聲圖像在顯示椎體的后部結構，如棘突、椎板和橫突方面優勢明顯，可以對脊柱畸形程度進行定量評估［31-33］。

一項研究采集了青少年脊柱側凸患者超聲圖像，與MRI進行比較驗證，發現兩者之間無明顯差異，超聲成像技術可用于評估脊柱側凸且相關性高［34］。有學者通過對16位女性青少年脊柱側凸患者進行三維超聲測量發現，三維超聲成像椎板中心法測量方法在冠狀面上評估青少年特發性脊柱側凸患者椎體側凸角度具有較高的評測者內和評測者間信度，與MRI成像Cobb測量方法評估青少年特發性脊柱側凸的結果之間沒有顯著差異，具有較高的信度和效度［35］。有研究通過對20例健康志愿者和20例脊柱側凸患者進行長距離三維超聲成像、X線檢查研究發現，兩種方法具有相關性，其中三維超聲成像在多層冠狀面顯示上優勢明顯，對椎弓、橫突以及棘突中心部后方可清楚顯示，與X線檢查一致性高［36］，長距離三維超聲技術可評估青少年脊柱側凸的角度，也指出三維重建模式的不足。與之相似的是，另有其他研究證實了三維超聲成像在測量棘突角、橫突角或者椎板角方面評估脊柱畸形的可靠性與有效性較高，在顯示脊柱前屈時冠狀面彎曲變化模式方面有一定優勢［37-38］。盡管如此，一種可以被廣泛接受、可靠的脊柱側凸三維超聲成像診斷系統尚未問世，也未能廣泛應用于臨床。

2.6 EOS影像系統

EOS全身影像采集系統是起源于法國的一項先進成像技術，成為近年來脊柱畸形檢測領域的革新性產品［39］，可以為脊柱外科醫生提供更加全面的脊柱序列，其具有成像快、低輻射［40］、圖像無拼接，可進行三維重建，獲得軸位上椎體旋轉、椎體向量數據等優點，測量結果也具有較高的準確性和可重復性。有學者利用EOS影像系統對脊柱畸形進行三維分型，并與傳統二維分型相比較，結果顯示在Cobb角＞55°時，三維分型可以準確地指導臨床治療［41］。

有學者對14例Chiari畸形伴脊柱側凸的青少年患者進行EOS全脊柱正側位片檢查，并進行全脊柱三維建模獲得脊柱骨盆參數，結果顯示，模型與EOS全脊柱片所示的解剖標志具有很好的契合度，EOS影像三維重建系統應用在Chiari畸形伴脊柱側凸患者中具有準確性和可靠性，尤其是在胸椎后凸和腰椎前凸的測量方面更加準確［42］。該結論與另一研究［43］一致。有學者使用EOS影像三維重建系統評價Lenke 5型青少年特發性脊柱側凸畸形矯正效果，通過對比術前和末次隨訪時臨床及影像學指標，使用EOS評價矢狀位、冠狀位、腰椎前凸以及軸位參數，結果顯示EOS影像系統可以評估青少年特發性脊柱側凸患者椎體的旋轉程度，并有效評價后路懸臂梁聯合直接椎體去旋轉術后的青少年特發性脊柱側凸Lenke 5型患者的療效［44］，這與另一研究［45］結果一致。有研究對30例青少年特發性脊柱側凸患者影像學資料進行常規2D和EOS3D測量比較，結果顯示，EOS 3D 在測量青少年特發性脊柱側凸患者冠、矢狀面參數中，比常規2D 測量可信度及可重復性更高［46］。EOS影像系統在測量Cobb角時，除了具有可靠性、一致性、兼容性之外，還具有預測性，對脊柱畸形的治療評估與進展監測有重要作用［47］。有學者認為EOS是目前脊柱側凸評估的最理想影像學方法［10］，但EOS三維重建系統的操作復雜，費時長，費用昂貴，未能被廣泛應用于臨床。相信隨著EOS成像技術不斷改進完善，其在全身骨骼系統尤其是青少年脊柱側凸的應用將更為廣闊。

3 總結

近年來，我國青少年脊柱側凸的發病率呈逐漸上升的趨勢。青少年特發性脊柱側凸為青少年的一種脊柱畸形疾病，患者可出現背痛不適與骨骼畸形，影響美觀的同時也影響實際身高，可造成心肺重要臟器損害［48］。青少年脊柱側凸篩查可以反映一個國家兒童青少年的保健水平，通過開展篩查工作，及時發現，及時診斷并給予有效干預和隨訪，可以保障青少年身體健康，緩解家庭負擔。早期脊柱篩查及早期干預可有效防止側凸進一步加重［49］。

目前公認的脊柱側凸確診的金標準是站立位全脊柱正側位X線測量Cobb，也是臨床廣泛使用的一種方法，但在觀察椎體深度、椎弓根寬度以及椎體旋轉等時，MSCT檢查更準確；若脊柱側凸合并椎管內脊髓病變時，MRI檢查效果優于X線和CT，并且無輻射危害；青少年脊柱側凸屬于三維畸形，傳統的二維成像并不能準確地顯示三維形態，因此三維測量技術在青少年脊柱側凸的應用越來越廣泛。與MRI相比較，在表面標志物輔助下的三維掃描可以觀察到的脊柱椎體的變化情況，在測量脊柱畸形矢狀面曲率或骨骼內在變化方面提供了有效的方法［50］。EOS影像系統和三維超聲可以在一定程度上減少或避免輻射危險，并且可以進行三維測量，清楚顯示脊柱側凸的形態。但是兩者都存在設備不易獲得、操作繁瑣、成像系統復雜、對技術人員要求高等局限性。臨床應用仍需進一步探索。

在青少年脊柱側凸影像學診斷中，上述技術各有特點，各有優勢，不同測量技術的優勢可以互補。根據患者實際情況選取相應的影像學技術，輔以規范操作的技術可以提高測量信度與效度。基于影像學診斷與評估，可進一步優化青少年脊柱側凸患者的手術方案、康復治療以及脊柱矯形器制作，為臨床工作提供可信、準確的依據。