先天性脊柱侧弯矫治术前全脊柱三维磁共振成像的价值

刘琴， 王秋霞， 万常华， 彭莉， 冯定义

·影像技术学·

先天性脊柱侧弯矫治术前全脊柱三维磁共振成像的价值

刘琴， 王秋霞， 万常华， 彭莉， 冯定义

目的：探讨全脊柱三维(3D)MRI在先天性脊柱侧弯(CS)矫治术前的诊断及评估价值。方法：对31例CS患者进行常规2D MRI及3D MRI扫描，并将3D MRI图像采用主机自带Composing无缝拼接软件拼接成全脊柱图像。由2名副高以上职称的放射科医师采用5分法对2组图像进行质量评分，并测量2组图像主弯Cobb角，记录测量时间。结果：3D MRI图像质量评分[(4.79±0.41)分)]显著高于2D MRI[(4.40±0.66)分]，且两者差异具有统计学意义(Z=3.46，P=0.00<0.05)；2D、3D MRI图像的主弯Cobb角分别为(44.29°±16.03°)和(44.56°±15.63°)，两者差异无统计学意义(t=0.91，P=0.37>0.05)；3D MRI图像Cobb角测量所耗时间[(34.79±15.57)s]短于2D MRI[(43.44±16.98)s]，且两者差异具有统计学意义(Z=6.69，P=0.00<0.05)。结论：全脊柱3D MRI无缝拼接技术所得图像质量高，测量效率高，可替代常规2D MRI进行CS矫治术前的诊断及评估。

先天性脊柱侧弯； 磁共振成像； 成像,三维; 无缝拼接技术； Cobb角

先天性脊柱侧弯(congenital scoliosis，CS)为特定的先天性椎体异常而引起的脊柱侧凸，其形成的弯曲易于进展，且由于患者有较长的生长期，常导致严重的畸形且难以矫正[1]。MRI的软组织分辨力高，对脊柱及脊髓成像具有明显优势，是CS矫治术前最佳的影像检查手段之一[2-5]。然而，CS患者进行常规二维(2D)MRI扫描时，因受脊柱侧凸或复杂弯曲的影响，难以获得诊断CS必需的全脊柱影像，不利于后期相关曲度指标的测定及手术治疗。本研究旨在探讨近年来逐步发展应用的三维(3D)MRI及脊柱无缝拼接技术在CS术前病情评估中的价值与优势。

材料与方法

1.研究对象

搜集我院2013年3月-2016年6月经确诊的31例CS患者的临床及影像资料。31例患者中，男8例，女23例，年龄11岁～29岁；所有患者均无手术禁忌症及MRI检查禁忌症，且确诊后均行CS矫治手术。

2.检查方法

采用Siemens Skyra 3.0T磁共振扫描仪，Tim线圈。患者头先进，仰卧位，双手按标准解剖位放置于身体两侧。扫描范围从枕骨大孔至骶椎。

图1 男，19岁，CS。2D MRI扫描所得分段脊柱图像，脊髓未在同一层面显示，难以拼接成全脊柱图。a) 颈胸段冠状面TSE TIRM图； b) 胸腰段冠状面TSE TIRM图； c) 颈胸段矢状面TSE T2WI图； d) 胸腰段矢状面TSE T2WI图。

常规2D MRI扫描：①矢状面快速自旋回波(TSE) T1WI (TR 500 ms，TE 10 ms，层厚3～4 mm，层间隔0～0.5 mm)；②矢状面TSE T2WI (TR 2200 ms，TE 120 ms，层厚3～4 mm，层间隔0～0.5 mm)；③冠状面TSE快速反转恢复(turbo inversion recovery magnitude，TIRM)技术(TR 2600 ms，TE 42 ms，层厚3～4 mm，层间隔0～0.5 mm)；④横轴面抑脂TSE T2WI (TR 4200 ms，TE 120 ms，层厚3～5 mm，层间隔0.5～1.0 mm)。

3D MRI扫描：①冠状面容积内插体部检查(volume interpolated body examination，VIBE)、Dixon脂肪抑制技术(TR 5.50 ms，TE 2.46 ms，层厚1.2 mm，层间隔0 mm)；②冠状面可变翻转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，层厚1.2 mm，层间隔0 mm)；③冠状面SPACE TIRM T2WI (TR 3000 ms，TE 220 ms，层厚1.2 mm，层间隔0 mm)。

3D MRI扫描序列所得原始图像均采用西门子主机自带的Composing软件拼接成全脊柱像，再将拼接后的图像分别进行矢状面、冠状面曲面重组(层厚3 mm，层间隔0 mm)，得到最终曲面拼接的全脊柱图像。

3.评价指标

采用5分法分别对2D、3D图像进行质量评判。评判标准：5分为图像质量非常满意，成像清晰，无伪影，椎体及脊髓显示完整、连续，易于诊断；4分为质量满意，成像清晰，有轻微伪影但不影响诊断，椎体及脊髓显示完整；3分为质量比较满意，部分图像欠清晰，有轻微伪影但尚可诊断，椎体及脊髓主要节段显示尚可；2分为质量一般，部分图像欠清晰且有伪影，较难诊断；1分为质量差，大多数图像伪影重，无法诊断。

测量2D、3D图像的主弯Cobb角，以评估图像的诊断精确度，同时记录测量所需时间，以评价两种扫描序列的诊断效率。图像质量评分、Cobb角测量均由2名副高以上职称的放射科医师分别在不同时间内使用PACS系统完成，2名医师均在初次测量后1周再进行第2次测量，记录2名医师每次测量Cobb角所需的时间。

4.统计学方法

采用SPSS 19.0软件包进行统计学分析。2名医师诊断意见的一致性分析采用Kappa检验(Kappa≥0.75为一致性好，Kappa<0.4为一致性欠佳)；2D、3D图像质量评分比较采用Wilcoxon秩和检验；2组图像主弯Cobb角测量结果比较采用成组t检验；2组图像主弯Cobb角测量时间经检验不符合正态分布，采用Wilcoxon秩和检验进行比较分析，P<0.05认为差异具有统计学意义。

结 果

1.图像质量评分

2D、3D MRI扫描序列所得图像分别如图1、2所示。2名医师对2D MRI图像质量的评分分别为(4.35±0.71)和(4.45±0.62)分，经Kappa检验，两者一致性好(Kappa=0.83，P=0.00<0.05)；2名医师对3D MRI图像质量的评分分别为(4.81±0.40)和(4.77±0.43)分，经Kappa检验，两者一致性好(Kappa=0.90，P=0.00<0.05)。2D、3D MRI图像质量最终评分分别为(4.40±0.66)和(4.79±0.41)分，经Wilcoxon秩和检验，两者差异具有统计学意义(Z=3.46，P=0.00<0.05，表1)。

图2 男，19岁，CS。3D MRI扫描，经曲面拼接重组后的全脊柱图。a) 拼接后冠状面曲面重组图(SPACE TIRM T2WI)； b) 拼接后矢状面曲面重组图(SPACE TIRM T2WI)。

表1 2组图像质量评分的比较

2.Cobb角测量结果比较

经测量，2D、3D MRI图像的主弯Cobb角分别为(44.29°±16.03°)和(44.56°±15.63°)，两者差异无统计学意义(t=0.91，P=0.37>0.05)。

3.Cobb角测量所耗时间比较

测量2D、3D MRI图像Cobb角所耗时间分别为(43.44±16.98)和(34.79±15.57)s，经Wilcoxon秩和检验，两者差异具有统计学意义(Z=6.69，P=0.00<0.05)。

讨 论

随着年龄的增长，CS患者的全身骨骼一直处于动态变化过程中，侧弯严重程度亦会有所不同，因此，需要频繁的随访、检查以追踪患者病情的变化，如典型侧弯患儿需间隔4～6个月进行评估，而从生长发育迅速时期到骨骼成熟阶段则更为频繁[6]。常规检查有X线平片、CT和MRI。X线平片具有一定辐射性，且成像效果较差[7]，现已逐渐淘汰[6]；CT检查成像效果较X线平片好，但其辐射量更大[8]，如此频繁的检查所产生的累计辐射量不可小觑，患者、家属难以接受；MRI检查因其无辐射性、无创性，成为CS患者易于接受的检查手段，另外，MRI具有较高的软组织分辨力和多方位成像特点，可清晰显示椎体、椎管、脊髓及周围韧带等解剖结构及病变[9]，如脊髓狭窄、椎体畸形、骨质破坏、软组织水肿等，现已广泛应用于脊柱病变的诊疗中。

脊柱常规2D MRI检查采用TSE序列，TSE自1986提出以来，已成为MRI检查中必不可少的序列。TSE可分段、分层显示脊柱解剖结构，但受脊柱侧凸或复杂弯曲的影响，脊柱和脊髓难以完整显示在一个平面内，所得脊柱分段图像难以实现无缝拼接；另外，由于TSE序列的回波链不能太长(否则T2衰减带来的模糊效应会非常严重)，射频能量吸收率高，其采集效率相对有限。SPACE通过在回聚脉冲中使用可变翻转角的设计，成功解决上述TSE采集效率受限的难题；另外，相对于2D TSE成像，3D SPACE成像具有以下明显优势[10]：采用超长回波链，为并行采集和K空间重排提供更大自由度；成像速度快，节约扫描时间，患者更易配合完成检查；激发的信号区域大，信号强度极高，其信噪比足以支持所有维度的高分辨力成像，可获得真正的高分辨力图像。本研究结果显示，3D MRI图像质量评分显著高于2D MRI，说明3D MRI所得图像质量更高，更能满足临床诊断需求。此外，SPACE序列一般提供各向同性的分辨率，不仅减轻部分容积效应，而且支持任意平面重建，因此可对脊柱扫描图像进行无缝拼接，获得完美拼接的脊柱全长3D图像(同时可进行多角度旋转测量)。本研究结果显示，3D MRI与2D MRI主弯Cobb角测量结果无显著性差异，且前者Cobb角测量耗时显著短于后者，提示3D MRI可获得可靠的Cobb角测量结果，且测量较2D MRI更快速便捷。

3D MRI图像可重组成冠状面、矢状面和横轴面测量图，从而获得无缝拼接的脊柱全长3D图像，对后者进行任意方向的旋转评估，可准确、快速获得Cobb角测量结果。综上，CS矫治术前全脊柱3D MRI为CS的诊断及术前评估提供了更多视角和极大的便利，可替代传统2D MRI检查。

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[4] Kosuke Takimura，Tetsuya Ohara，Taizushi.Postoperative change of cervical disc MRI images in patients with adolescent idiopathic scoliosis[J].J Spine Research Official Journal of the Japanese Society for Spine Surgery & Related Research，2015，6(4)：849-853.

[5] 田传帅，辛小燕，杨献峰，等.全脊柱MR成像对脊柱侧弯的术前诊断价值[J].医学影像学杂志，2012，22(9)：1522-1524.

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[10] 李国斌，张卫军.三维快速自旋回波成像技术——SPACE[J].磁共振成像，2010，1(4)：295-298.

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 武汉，华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科

刘琴(1987-)，女，湖南邵东人，技师，主要从事临床放射技术工作。

冯定义，E-mail：154017633@qq.com

华中科技大学自主创新研究金资助“青年培育”项目(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)