64层螺旋CT在先天性脊柱侧弯矫形术前的应用价值

肖振芹 李政军 刘海龙 张瑞英 王建双

脊柱侧弯是青少年常见的脊柱先天发育异常，侧弯严重的患者需手术治疗，因此术前对畸形椎体的解剖学信息的详细了解对手术方案的确定尤为重要。多层螺旋CT三维重建对本病的价值国内外已有较多研究［1－3］，但多为对侧弯脊柱的整体显示，对涉及直接影响手术效果的侧弯椎体椎弓根的完整显示及测量研究较少。本研究应用64层螺旋CT，针对与手术密切相关的椎弓根平面成像的技术及测量方法进行探索。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选择我院收治的脊柱侧弯患者45例，欲行脊柱侧凸后路矫形内固定+植骨融合术，男25例，女20例;年龄 6～20岁，平均年龄14岁;临床表现主要为脊柱不同程度后凸、侧曲，两肩不等高，胸廓畸形及呼吸功能障碍等。

1.2 扫描方法 采用Siemens Somatom Sensation Cardiac 64层螺旋CT机，仰卧位，扫描范围根据X线平片或定位像确定。扫描方式:螺旋，层厚5 mm(大范围扫描采用10 mm)，螺距0.75，准直器宽度64 ×0.6 mm。

1.3 重建技术 扫描完成后将原始数据减薄重建，重建层厚采用1.0 mm，50%间隔(0.5 mm)，采用骨算法(osteo)，卷积函数(kernel)为 B20s smooth，重建后的薄层轴位图像传至LEONARDO工作站行后处理。应用表面遮盖重建(SSD)或容积再现(volume rendering，VR)后处理技术获得脊柱整体三维图像，在三维图像上通过旋转调整不同角度，再采用多平面重组(multiplanar reconstruction MPR)，重建双侧椎弓根横轴面图像，使重建出的轴位图像显示椎弓根最完整层面(图1、2)。

图1 重建的椎弓根层面轴位像

图2 VR三维重建像用于MPR重建定位

1.4 测量指标 (1)椎弓根横径(AB)，即椎弓根两侧壁间的距离，由此决定植入螺钉的宽度;(2)椎弓根深径(CD)，沿椎弓根纵轴方向测量关节突关节间隙下缘至椎体前缘距离，决定植入螺钉的长度;(3)椎管横径(EF)，即两侧椎弓根内缘宽度;(4)椎弓根长轴与椎体、棘突纵轴夹角，决定进针角度(图3～5)。

图3 椎弓根横径(AB)

图4 椎弓根深径(CD)，椎管横径(EF)

图5 椎弓根纵轴与椎体、棘突纵轴角度

图6 SSD重建显示胸11～腰1椎体分节不良

2 结果

45例扫描原始图像经三维图像旋转定位，MPR重建后均能完整显示椎弓根轴位，并能同时显示椎体畸形及椎管情况，对椎弓根的横径、深径、椎管横径及椎体旋转角度等参数均能准确测量。本组病例Cobb角38°～120°，旋转角度Ⅰ～Ⅳ度。除不同程度的脊柱侧弯外，其他发育异常包括椎体发育不良(半椎体、椎体分节不良、蝴蝶椎、椎体楔状变形、椎弓裂等);椎管内骨性分隔;肋骨发育畸形等(图6～8)。其中25例同时做MRI检查，MRI发现的畸形包括脊髓栓系综合征、脊髓空洞、椎管内分隔、二分脊髓、骶管囊肿。

图7 椎管内骨性分隔及棘突发育异常

图8 MPR冠状面重建显示椎体发育异常(蝴蝶椎)

3 讨论

3.1 64层螺旋CT对椎弓根的扫描及重建 脊柱侧弯是一种复杂的三维平面的畸形，手术目的是矫正该畸形，力争达到冠状面矫形、矢状面恢复生理曲度及轴位消除旋转这三个目标［4］。因此，术前必须了解椎体、椎弓根、椎管等各项参数，以利于选择螺钉的宽度、深度及植入角度。国外学者通过对不同手术入路模型的测量以评价不同检查方法的准确性，结果发现CT是最准确的［5］。常规CT由于硬件的限制，时间分辨力及Z轴空间分辨力较低，不能产生高质量的后处理图像，基本局限于横断面图像的观察，使术前对侧弯的全面准确了解受到限制。常规CT扫描是根据定位像倾斜扫描角度，力图使扫描层面通过椎弓根层面，并与所要扫描的椎体平行，该种方法在单纯性脊柱侧弯即椎体无旋转畸形并且Cobb角小于60°时基本能够达到测量各种参数的目的。由于常规CT扫描机机架侧倾角度最大在正负30°左右，因此，当脊柱侧弯的Cobb角大于50°～60°时，同一椎体的椎弓根往往不能显示在同一层面，使测量出现误差。当合并椎体旋转时，该方法常常仅可显示一侧的椎弓根，不能同时显示椎弓根的宽度、长度以及椎体与矢状面、冠状面的角度，所得到的椎弓根层面多为斜位图像，因此，得到的测量参数不够准确，影响手术效果。

多层螺旋CT(multiple slice CT，MSCT)具有快速大范围覆盖扫描技术、优秀的Z轴空间分辨率和强大的后处理软件，可在短时间内行大范围扫描，重组出全脊柱的完整立体图像，在三维图像上可任意角度旋转、调整，根据脊柱侧位侧弯的程度，重建出所需椎体的横断位图像，显示出最佳椎弓根轴位图像。此时的横断位图像与患者身体的矢状位、冠状位及横断位均呈不同的角度，真正反映了侧弯椎体椎弓根的全貌。本研究结果表明，只有在三维的SSD或VR的重组图像上才能进行不同角度的旋转，得到最佳的椎弓根轴位图像，进而才能准确测量椎弓根钉道的长度、宽度、进钉点和进钉角度，为脊柱侧凸手术的矫形部位、矫形方向、矫正程度和矫形器械的尺寸等提供精确的影像学依据。

3.2 64层螺旋CT对脊柱侧弯扫描及后处理的技术参数 对脊柱侧弯患者，术前椎体、椎弓根及椎管各种参数的准确性是决定矫形手术精确性的最重要因素，因此重建后的图像质量至关重要。各种重建技术的出现均是在断层的原始数据上进行的后处理，因此提供高质量的横断面图像数据是保证良好后处理的关键。64层螺旋CT为各向同性容积扫描，最薄重建厚度可达0.6 mm。陈海松等［6］应用64层螺旋CT研究长骨扫描和后处理参数与图像质量的关系，认为重组间隔50%为最佳间隔。本研究采用5 mm层厚螺旋扫描，1 mm层厚、0.5 mm间隔重组的扫描机后处理组合模式，重建的椎弓根图像能满足测量要求，同时又适当减少了重组的数据量，提高了重组速度。本研究结果提示64层螺旋CT对脊柱侧弯患者术前测量的最佳技术参数为:准直器宽度0.6 mm ×64、螺距0.75、重组层厚1 mm、重组间隔0.5 mm、骨算法(osteo)重组SSD或VR图像，此参数组合即兼顾缩短扫描时间、降低X线球管损耗、减少患者接受射线量、减少重组后的数据量，又保证了图像满足诊断和测量的要求。

本研究应用64层螺旋CT对脊柱侧弯患者进行术前扫描，利用三维成像及多平面重组技术，能准确提供手术需要的椎体、椎弓根及椎管的各种参数，对提高矫形手术的成功起到了极其重要的作用。

1 彭芸，张宁宁，张学军，等.16层螺旋CT多平面重组对儿童先天性脊柱侧弯的评价.中华放射学杂志，2006，40:297-300.

2 贾宁阳，肖湘生，王晨光，等.脊柱病变多层螺旋CT的应用价值.放射学实践，2003，18:587-589.

3 Newton PO，Hahn GW，Fricka KB，et al.Utility of three-dimensional and multiplanar reformatted computed tomography for evaluation of pediatric congenital spine abnormalities.Spine，2002，27:844-850.

4 李明，侯铁胜主编.脊柱侧凸三维矫形理论与技术.第1版.上海:第二军医大学出版社，2001.213.

5 Mac-Thiong JM，Aubin CE，Dansereau J，et al.Registration and geometric modeling of the spine during scoliosis surgery:a comparison study of different pre-operative reconstruction techniques and intra-operative tacking systems.Med Biol Eng Comput，1999，37:445-450.

6 陈海松，柳澄.64层CT长骨扫描和后处理参数与图像质量的相关性研究.中华放射学杂志，2006，40:144-147.