全脊柱X線拼接成像技術對脊柱側彎診斷和脊柱柔韌性評估的應用價值

趙莉，李德春，王光明，劉秋紅

徐州市中心醫院 放射科，江蘇 徐州 221000

引言

脊柱側彎又稱為脊柱側凸，是臨床常見的脊柱畸形疾病。通常是指脊柱一節或多節偏離身體中線，使脊柱呈現弧形或S形，尤其好發于青少年，約占所有脊柱側彎患者的70%左右[1-2]。脊柱側彎主要分為功能性脊柱側彎、特發性脊柱側彎和神經肌肉性脊柱側彎3種類型，輕者導致脊柱運動功能障礙，重者會導致心肺等臟器病變，危及患者生命安全[3-4]。此外，除脊柱側彎外形變化外，脊髓受壓或空洞也可導致下肢癱瘓及泌尿系統障礙[5]。在脊柱側彎的臨床診斷、手術治療和術后康復中，獲取脊柱完整解剖結構信息和解剖徑線數據均具有重要的臨床價值[6]。X線平片具有價格低廉、采集方便的優點，廣泛應用于脊柱側彎的臨床診斷與治療工作中。但由于目前我國諸多醫院使用的X線拍攝儀器和膠片的規格長度只有43 cm，而人體全脊柱長度為50～80 cm，故而傳統的X線平片難以滿足臨床的實際需求。全脊柱X線拼接成像技術可以實現全脊柱的X線平片，直觀觀察脊柱的整體結構、側彎部位和柔韌性水平，并以此評價疾病的嚴重程度，為臨床治療方案的選擇提供了重要的影像學依據[7-8]。該技術從傳統的分次曝光膠片拼接發展至當前數字化自動成像，其精確性和清晰度均有明顯提高，目前臨床已有相關研究探討過全脊柱X線拼接成像技術對脊柱側彎診斷的應用價值，但對現實脊柱整體解剖形態、判斷柔韌性水平的相關研究相對較少，且該技術受到X線束為扇形的影響，脊柱長軸會存在一定的拼接痕跡，影響圖片的拼接效果。為探討不同體位下全脊柱X線測量脊柱側彎的評價效果，本研究以本院129例脊柱側彎矯形手術病例為研究對象，通過回顧性分析患者的影像學資料進行了整理與分析，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性選擇2018年1月至2021年12月徐州市中心醫院行脊柱側彎篩查的患者300例。其中男性/女性為198例/102例；年齡19～32歲，平均（22.87±4.56）歲；體質量42～69 kg，平均（51.84±6.84）kg；身高156～181 cm，平均（167.74±8.71）cm。納入標準：年齡19～32歲的青少年；以頸肩部長期、反復疼痛不適，頸椎活動受限（至少頸椎1個活動維度出現受限）為主要癥狀；確診患者均予以手術方案治療，且以脊柱側彎手術治療的專家共識指南作為金標準[9]，脊柱的一個或數個節段向側方彎曲或伴有椎體旋轉的脊柱畸形，經X片平片檢查顯示脊柱有＞10°的側方彎曲；均于術前行X線檢查，并應用全脊柱X線拼接成像技術參考評估；能夠理解并配合完成調查問卷、研究課題評估及相關檢查。排除標準：無法全程參與相關檢查及評估者；合并其他嚴重疾病患者。本研究經我院醫學倫理委員會審核通過（2018A0212）。

1.2 方法

全脊柱X線檢查采用GE Definum 6000數字成像系統對所有入組對象行全脊柱X線檢查，包括站立正側位、懸吊正側位、仰臥左右側屈位。曝光野寬度根據患者體型采用38 cm或43 cm，包括雙側肩關節，攝影距離150 cm。前、后位時攝影條件：（98±11）kV、320 mA、10 ms。側位時攝影條件 ：（104±13）kV、320 mA、20 ms。

（1）站立正、側位：站立正位拍攝時，所有患者雙腳分開、雙膝伸直，與雙肩齊平面向球管，雙手掌心向前呈現自然下垂。保持骨盆的穩定平衡，使中心線縱軸重合于脊柱矢狀縱軸中心，合理擺放測量標尺。站立側位拍攝時，身體取側立位，雙手伸平前置于托手架上，使中心線縱軸重合于脊柱冠狀中心。

（2）懸吊正、側位：懸吊正位時指導患者雙手上向上抓懸吊支架，雙手張開與雙肩等寬，使身體吊起，雙足呈伸直或后彎狀。懸吊側位時，患者雙手相對握住懸吊桿，使脊柱冠狀中心縱軸重合于球管中心線縱軸。使用固定支撐的懸吊支架，避免人為因素導致的移動偽影，控制檢查時不自覺旋轉與抖動。

（3）仰臥左右側屈位：患者取仰臥位，頸胸部及雙下肢身體向同側彎曲，使骨盆居中且擺平，使右、左側凸起處椎間隙張開并顯露。

拼接成像技術采集范圍取枕骨大孔至股骨頭部位，優先保證興趣部位實施一次采集，避免對該區域進行拼接；二次采集時將采集板上緣運行至患者耳廓上緣，測量采集下緣的面積，啟動曝光按鈕后實施采集。采用全脊柱拼接系統進行技術拼接，根據解剖學標志和標尺完成圖片的無縫拼接，盡量使2次采集的統一椎體部位的椎弓根、棘突、椎體上下緣，椎間隙及標尺完全重合。

1.3 圖像質量評估

參照《全國放射科 QA、QC 學術研討會紀要》[10]進行全脊柱拼接圖像質量評估，評估中由2名高年資（5年以上）放射科醫師采用盲法評片。成像質量分為甲、乙、丙3個等級：① 甲級圖片：圖像清晰且細膩、對比度高，無拼接痕跡，無運動偽影等，完全滿足臨床診斷需求；② 乙級圖片：圖像清晰度和細膩度尚可，對比度較佳，拼接處輕微痕跡，輕微運動偽影，但圖像經曝光處理后可基本滿足診斷需求；③ 丙級圖片：圖像清晰度和細膩度均較差，對比度明顯不足，拼接處痕跡明顯或拼接錯位，偽影嚴重甚至椎體丟失，完全不能滿足診斷需求。

全脊柱X線檢查前簽署知情同意書，并由同一影像科醫師和同一醫療衛生團隊以相同標準完成。所有X線片cobb角均按標準法測量，并由2名經驗豐富的脊柱外科醫師進行計算，取平均值。脊柱側彎cobb角是指頭側端椎上緣垂線與尾側端椎下緣垂線的交角，若圖像顯示端椎上、下緣不夠清楚，可取椎弓根上、下緣連線垂線的交角（圖1）。一般認為cobb角≥10°則可判定為脊柱側彎[11]。比較不同體位下手術矯正率（Correction Rate，CR）、側彎柔韌性指數（Flexibility Rate，FR）和矯正指數（Correction Index，CI）。CR（%）=（術前脊柱側彎cobb角-術后脊柱側彎cobb角）/術前脊柱側彎cobb角×100%；FR（%）＝（術前脊柱側彎cobb角-術后脊柱側彎側屈位cobb角）/術前脊柱側彎cobb角×100%；CI(%)＝CR/FR×100%。

圖1 術前全脊柱X線拼接成像技術測量脊柱側彎cobb角

1.4 統計學分析

以SPSS 20.0軟件對數據進行統計分析，性別分布等計數數據以%表示，滿足正態分布的計量數據以±s表示，以脊柱側彎指南與共識為金標準，采用Kappa一致性分析全脊柱X線拼接成像技術對脊柱側彎診斷價值，采用秩和檢驗比較拼接前后圖像質量，重復測量方差分析比較不同體位全脊柱X線測量單胸椎側彎數據差異，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 全脊柱X線拼接成像技術對脊柱側彎的檢出率與診斷效能

入組300例患者中，經金標準、全脊柱X線拼接成像技術診斷為脊柱側彎患者分別為129例（43.00%）、133例（44.33%），經比較，無統計學差異（P＞0.05）。全脊柱X線拼接成像技術診斷脊柱側彎的靈敏度、特異度和Kappa值分別為90.70%、90.64%和0.862，見表1。

表1 全脊柱X線拼接成像技術對脊柱側彎的檢出率與診斷效能（n）

2.2 全脊柱X線拼接成像技術對脊柱側彎的診斷結果

入組300例患者中經金標準診斷為脊柱側彎患者有129例，129例患者中單胸椎側彎82例，胸腰段側彎47 例。cobb 角 ＞60°、40°～60°、＜40°分別有 18、59 和 52 例。129例患者經全脊柱X線拼接成像技術所得影像均完整，處于無縫連接狀態，可以顯示全脊柱的解剖形態和側彎程度，滿足臨床診斷需求，并分清椎體與椎間隙，評估椎體柔韌性。

2.3 全脊柱X線拼接成像技術拼接前后圖像質量評價

129例患者中拼接前影像516幀，甲級、乙級分別501幀、15幀，無丙級圖像。拼接后甲級、乙級分別250幀和2幀，經統計學分析拼接前、拼接后圖像質量比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 拼接前后圖像質量評價/幀

2.4 不同體位全脊柱X線測量脊柱側彎患者數據比較

仰臥左右側屈位檢測cobb角明顯小于站立正、側位和懸吊正、側位，FR和CI高于站立正、側位和懸吊正、側位，差異有統計學意義（P＜0.05），見表3。站立正、側位如圖2～3所示，仰臥加壓側屈位成像圖如圖 4～5所示。

表3 不同體位全脊柱X線測量脊柱側彎患者數據比較（±s）

表3 不同體位全脊柱X線測量脊柱側彎患者數據比較（±s）

注：FR為側彎柔韌性指數；CI為矯正指數。

測量體位 例數 cobb角/° FR/% CI/%站立正、側位 129 19.72±3.65 37.83±9.85 80.32±12.33懸吊正、側位 129 20.63±3.86 40.10±9.42 83.65±12.65仰臥左右側屈位 129 17.74±3.05 66.84±9.03 95.84±12.87 F值 - 22.518 376.856 54.085 P值 - ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

圖2 1例脊柱側彎患者正位圖像

圖3 1例脊柱側彎患者側位圖像

圖4 1例脊柱側彎患者仰臥左側屈位

圖5 1例脊柱側彎患者仰臥右側屈位

3 討論與結論

由于脊柱側彎畸形是高發生于青少年的脊柱畸形類疾病，會對青少年生長發育和生活質量帶來較大影響，因此已經成為臨床廣泛關注的骨科疾病。通常青少年脊柱側彎在成年骨骼發育成熟后也會持續進展，文獻報道超過60%的脊柱側彎成年患者側彎畸形可持續進展，尤其是側彎程度較嚴重（Cobb角＞于50°）病例進展可能性可高達90%以上[12-14]。若成人脊柱側彎人群持續進展或保守治療仍然表現出頑固性腰背部疼痛、下肢功能障礙等，臨床就必須予以側彎手術干預的矯形治療。通常脊柱側彎畸形接受手術治療的最佳時期為疾病進展急速期，通常為10～18周歲，但由于較多脊柱側彎畸形青少年因接受教育及升學壓力等因素影響，未能在最佳時期接受手術治療[15]。影像學檢查是脊柱側彎畸形診療中的重要依據，充分術前檢查和診斷，可使臨床醫師患者脊柱側彎情況有全面了解，這是手術成功的關鍵所在。目前臨床對于青少年脊柱側彎的檢查和評估方法較多，全脊柱X線拼接成像技術是其中最基本和優先考慮的一種影像學手段。數字化全脊柱拼接技術利用X線攝影具有成像速度快、檢查費用較低、輻射劑量較少的優點，也可從整體上全面顯示全脊柱側彎程度、脊柱弧度類型、脊柱側彎位置等情況，其優點在于通過站立正、側位、懸吊正、側位、仰臥左右側屈位多次曝光自動拼接成像獲取清晰度較高的診斷成像，有利于為臨床后續診斷提供依據和參考。但該技術仍有一定的臨床局限性，由于受到X線束為扇形的影響，脊柱長軸會存在一定的拼接痕跡。本研究中采用全脊柱X線拼接成像技術實現了較為準確的拼接，主要在于把握了2個關鍵點：① 圖像軸線對齊不能成角，銜接處不分離，盡量做到重疊較少，指導患者在拍攝時站立在專用的攝影架內，背側不動，避免隨意活動；② 圖像拼接時針對同一場景的相互有部分重疊的圖片合成一張寬視角的圖像，最大程度地接近原始圖像，減少明顯的接縫痕跡。

本研究結果顯示，經全脊柱X線拼接成像技術診斷為脊柱側彎檢出率為44.33%，靈敏度、特異度和Kappa值分別為90.70%、90.64%和0.862。提示全脊柱X線拼接成像技術對脊柱側彎患者具有較高檢出率，且診斷效能較好。

X線片檢查是脊柱側彎分類與評估的影像學基礎，臨床醫師可通過觀察側彎部位、側彎程度與受累椎體數目制定臨床治療方案[16]。本研究中 cobb 角 ＞60°、40°～60°、＜40°分別有18、59和52例。cobb角是脊柱側彎患者治療與評價的重要指標，目前臨床對于cobb角為25°～40°骨骼尚未發育成熟的患者常采用支具治療，cobb角＞45°采用內固定矯正術，Cobb角＞40°伴，矢狀面失衡或嚴重背痛的患者也應采用手術治療[17-18]。本研究結果顯示，全脊柱X線拼接成像技術采集與測量均較為簡單，準確性高，這可以為臨床治療方案的選擇提供理論依據。

醫學全景成像原理是實現多張X線篇重疊區域的配準，因此，獲取高質量的脊柱全景圖像是診斷脊柱側彎并制定手術方案的重要依據。本研究發現，129例患者中拼接前影像經統計學分析拼接前、拼接后圖像質量無明顯差異，表明全脊柱X線拼接成像技術較好。究其原因可能是由于本研究中采用了拼接成像技術進行后期處理，根據解剖學標志和標尺完成圖片的無縫拼接，盡量使2次采集的統一椎體部位的椎弓根、棘突、椎體上下緣，椎間隙及標尺完全重合，不僅可以克服扇形X線方法造成的放大和失真，還可以基本消除圖像的拼接痕跡，為臨床診治提供高質量的全脊柱圖像。

本研究結果顯示，仰臥左右側屈位檢測在cobb角、FR與CI評價上更具優勢。脊柱柔韌性是評價患者手術矯形效果的常見指標，本研究結果表明，仰臥左右側屈位圖像檢測柔韌性更高，矯正效果更好[19-20]。站立正、側位拍攝重點在于使脊柱保持良好的穩定性，強調身體不能向任意一側側屈，經全脊柱X線拼接技術后可以反映脊柱側彎患者畸形部位的真實面貌和軀干的平衡狀態。仰臥左右側屈位則是在借助外力作用下盡可能向左、向右屈曲，使同側第十二肋接觸到同側髂骨翼，可以準確顯示出脊柱的柔韌性。

綜上所述，全脊柱X線拼接成像技術對脊柱側彎有較高的診斷效能，可以用于評估脊柱側彎的部位和側彎程度，不會降低圖像的原本質量，其中仰臥加壓側屈位成像更有利于準確評估脊柱柔韌性。