全脊柱X线拼接成像技术对脊柱侧弯诊断和脊柱柔韧性评估的应用价值

赵莉，李德春，王光明，刘秋红

徐州市中心医院 放射科，江苏 徐州 221000

引言

脊柱侧弯又称为脊柱侧凸，是临床常见的脊柱畸形疾病。通常是指脊柱一节或多节偏离身体中线，使脊柱呈现弧形或S形，尤其好发于青少年，约占所有脊柱侧弯患者的70%左右[1-2]。脊柱侧弯主要分为功能性脊柱侧弯、特发性脊柱侧弯和神经肌肉性脊柱侧弯3种类型，轻者导致脊柱运动功能障碍，重者会导致心肺等脏器病变，危及患者生命安全[3-4]。此外，除脊柱侧弯外形变化外，脊髓受压或空洞也可导致下肢瘫痪及泌尿系统障碍[5]。在脊柱侧弯的临床诊断、手术治疗和术后康复中，获取脊柱完整解剖结构信息和解剖径线数据均具有重要的临床价值[6]。X线平片具有价格低廉、采集方便的优点，广泛应用于脊柱侧弯的临床诊断与治疗工作中。但由于目前我国诸多医院使用的X线拍摄仪器和胶片的规格长度只有43 cm，而人体全脊柱长度为50～80 cm，故而传统的X线平片难以满足临床的实际需求。全脊柱X线拼接成像技术可以实现全脊柱的X线平片，直观观察脊柱的整体结构、侧弯部位和柔韧性水平，并以此评价疾病的严重程度，为临床治疗方案的选择提供了重要的影像学依据[7-8]。该技术从传统的分次曝光胶片拼接发展至当前数字化自动成像，其精确性和清晰度均有明显提高，目前临床已有相关研究探讨过全脊柱X线拼接成像技术对脊柱侧弯诊断的应用价值，但对现实脊柱整体解剖形态、判断柔韧性水平的相关研究相对较少，且该技术受到X线束为扇形的影响，脊柱长轴会存在一定的拼接痕迹，影响图片的拼接效果。为探讨不同体位下全脊柱X线测量脊柱侧弯的评价效果，本研究以本院129例脊柱侧弯矫形手术病例为研究对象，通过回顾性分析患者的影像学资料进行了整理与分析，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选择2018年1月至2021年12月徐州市中心医院行脊柱侧弯筛查的患者300例。其中男性/女性为198例/102例；年龄19～32岁，平均（22.87±4.56）岁；体质量42～69 kg，平均（51.84±6.84）kg；身高156～181 cm，平均（167.74±8.71）cm。纳入标准：年龄19～32岁的青少年；以颈肩部长期、反复疼痛不适，颈椎活动受限（至少颈椎1个活动维度出现受限）为主要症状；确诊患者均予以手术方案治疗，且以脊柱侧弯手术治疗的专家共识指南作为金标准[9]，脊柱的一个或数个节段向侧方弯曲或伴有椎体旋转的脊柱畸形，经X片平片检查显示脊柱有＞10°的侧方弯曲；均于术前行X线检查，并应用全脊柱X线拼接成像技术参考评估；能够理解并配合完成调查问卷、研究课题评估及相关检查。排除标准：无法全程参与相关检查及评估者；合并其他严重疾病患者。本研究经我院医学伦理委员会审核通过（2018A0212）。

1.2 方法

全脊柱X线检查采用GE Definum 6000数字成像系统对所有入组对象行全脊柱X线检查，包括站立正侧位、悬吊正侧位、仰卧左右侧屈位。曝光野宽度根据患者体型采用38 cm或43 cm，包括双侧肩关节，摄影距离150 cm。前、后位时摄影条件：（98±11）kV、320 mA、10 ms。侧位时摄影条件 ：（104±13）kV、320 mA、20 ms。

（1）站立正、侧位：站立正位拍摄时，所有患者双脚分开、双膝伸直，与双肩齐平面向球管，双手掌心向前呈现自然下垂。保持骨盆的稳定平衡，使中心线纵轴重合于脊柱矢状纵轴中心，合理摆放测量标尺。站立侧位拍摄时，身体取侧立位，双手伸平前置于托手架上，使中心线纵轴重合于脊柱冠状中心。

（2）悬吊正、侧位：悬吊正位时指导患者双手上向上抓悬吊支架，双手张开与双肩等宽，使身体吊起，双足呈伸直或后弯状。悬吊侧位时，患者双手相对握住悬吊杆，使脊柱冠状中心纵轴重合于球管中心线纵轴。使用固定支撑的悬吊支架，避免人为因素导致的移动伪影，控制检查时不自觉旋转与抖动。

（3）仰卧左右侧屈位：患者取仰卧位，颈胸部及双下肢身体向同侧弯曲，使骨盆居中且摆平，使右、左侧凸起处椎间隙张开并显露。

拼接成像技术采集范围取枕骨大孔至股骨头部位，优先保证兴趣部位实施一次采集，避免对该区域进行拼接；二次采集时将采集板上缘运行至患者耳廓上缘，测量采集下缘的面积，启动曝光按钮后实施采集。采用全脊柱拼接系统进行技术拼接，根据解剖学标志和标尺完成图片的无缝拼接，尽量使2次采集的统一椎体部位的椎弓根、棘突、椎体上下缘，椎间隙及标尺完全重合。

1.3 图像质量评估

参照《全国放射科 QA、QC 学术研讨会纪要》[10]进行全脊柱拼接图像质量评估，评估中由2名高年资（5年以上）放射科医师采用盲法评片。成像质量分为甲、乙、丙3个等级：① 甲级图片：图像清晰且细腻、对比度高，无拼接痕迹，无运动伪影等，完全满足临床诊断需求；② 乙级图片：图像清晰度和细腻度尚可，对比度较佳，拼接处轻微痕迹，轻微运动伪影，但图像经曝光处理后可基本满足诊断需求；③ 丙级图片：图像清晰度和细腻度均较差，对比度明显不足，拼接处痕迹明显或拼接错位，伪影严重甚至椎体丢失，完全不能满足诊断需求。

全脊柱X线检查前签署知情同意书，并由同一影像科医师和同一医疗卫生团队以相同标准完成。所有X线片cobb角均按标准法测量，并由2名经验丰富的脊柱外科医师进行计算，取平均值。脊柱侧弯cobb角是指头侧端椎上缘垂线与尾侧端椎下缘垂线的交角，若图像显示端椎上、下缘不够清楚，可取椎弓根上、下缘连线垂线的交角（图1）。一般认为cobb角≥10°则可判定为脊柱侧弯[11]。比较不同体位下手术矫正率（Correction Rate，CR）、侧弯柔韧性指数（Flexibility Rate，FR）和矫正指数（Correction Index，CI）。CR（%）=（术前脊柱侧弯cobb角-术后脊柱侧弯cobb角）/术前脊柱侧弯cobb角×100%；FR（%）＝（术前脊柱侧弯cobb角-术后脊柱侧弯侧屈位cobb角）/术前脊柱侧弯cobb角×100%；CI(%)＝CR/FR×100%。

图1 术前全脊柱X线拼接成像技术测量脊柱侧弯cobb角

1.4 统计学分析

以SPSS 20.0软件对数据进行统计分析，性别分布等计数数据以%表示，满足正态分布的计量数据以±s表示，以脊柱侧弯指南与共识为金标准，采用Kappa一致性分析全脊柱X线拼接成像技术对脊柱侧弯诊断价值，采用秩和检验比较拼接前后图像质量，重复测量方差分析比较不同体位全脊柱X线测量单胸椎侧弯数据差异，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 全脊柱X线拼接成像技术对脊柱侧弯的检出率与诊断效能

入组300例患者中，经金标准、全脊柱X线拼接成像技术诊断为脊柱侧弯患者分别为129例（43.00%）、133例（44.33%），经比较，无统计学差异（P＞0.05）。全脊柱X线拼接成像技术诊断脊柱侧弯的灵敏度、特异度和Kappa值分别为90.70%、90.64%和0.862，见表1。

表1 全脊柱X线拼接成像技术对脊柱侧弯的检出率与诊断效能（n）

2.2 全脊柱X线拼接成像技术对脊柱侧弯的诊断结果

入组300例患者中经金标准诊断为脊柱侧弯患者有129例，129例患者中单胸椎侧弯82例，胸腰段侧弯47 例。cobb 角 ＞60°、40°～60°、＜40°分别有 18、59 和 52 例。129例患者经全脊柱X线拼接成像技术所得影像均完整，处于无缝连接状态，可以显示全脊柱的解剖形态和侧弯程度，满足临床诊断需求，并分清椎体与椎间隙，评估椎体柔韧性。

2.3 全脊柱X线拼接成像技术拼接前后图像质量评价

129例患者中拼接前影像516帧，甲级、乙级分别501帧、15帧，无丙级图像。拼接后甲级、乙级分别250帧和2帧，经统计学分析拼接前、拼接后图像质量比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表2 拼接前后图像质量评价/帧

2.4 不同体位全脊柱X线测量脊柱侧弯患者数据比较

仰卧左右侧屈位检测cobb角明显小于站立正、侧位和悬吊正、侧位，FR和CI高于站立正、侧位和悬吊正、侧位，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。站立正、侧位如图2～3所示，仰卧加压侧屈位成像图如图 4～5所示。

表3 不同体位全脊柱X线测量脊柱侧弯患者数据比较（±s）

表3 不同体位全脊柱X线测量脊柱侧弯患者数据比较（±s）

注：FR为侧弯柔韧性指数；CI为矫正指数。

测量体位 例数 cobb角/° FR/% CI/%站立正、侧位 129 19.72±3.65 37.83±9.85 80.32±12.33悬吊正、侧位 129 20.63±3.86 40.10±9.42 83.65±12.65仰卧左右侧屈位 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

图2 1例脊柱侧弯患者正位图像

图3 1例脊柱侧弯患者侧位图像

图4 1例脊柱侧弯患者仰卧左侧屈位

图5 1例脊柱侧弯患者仰卧右侧屈位

3 讨论与结论

由于脊柱侧弯畸形是高发生于青少年的脊柱畸形类疾病，会对青少年生长发育和生活质量带来较大影响，因此已经成为临床广泛关注的骨科疾病。通常青少年脊柱侧弯在成年骨骼发育成熟后也会持续进展，文献报道超过60%的脊柱侧弯成年患者侧弯畸形可持续进展，尤其是侧弯程度较严重（Cobb角＞于50°）病例进展可能性可高达90%以上[12-14]。若成人脊柱侧弯人群持续进展或保守治疗仍然表现出顽固性腰背部疼痛、下肢功能障碍等，临床就必须予以侧弯手术干预的矫形治疗。通常脊柱侧弯畸形接受手术治疗的最佳时期为疾病进展急速期，通常为10～18周岁，但由于较多脊柱侧弯畸形青少年因接受教育及升学压力等因素影响，未能在最佳时期接受手术治疗[15]。影像学检查是脊柱侧弯畸形诊疗中的重要依据，充分术前检查和诊断，可使临床医师患者脊柱侧弯情况有全面了解，这是手术成功的关键所在。目前临床对于青少年脊柱侧弯的检查和评估方法较多，全脊柱X线拼接成像技术是其中最基本和优先考虑的一种影像学手段。数字化全脊柱拼接技术利用X线摄影具有成像速度快、检查费用较低、辐射剂量较少的优点，也可从整体上全面显示全脊柱侧弯程度、脊柱弧度类型、脊柱侧弯位置等情况，其优点在于通过站立正、侧位、悬吊正、侧位、仰卧左右侧屈位多次曝光自动拼接成像获取清晰度较高的诊断成像，有利于为临床后续诊断提供依据和参考。但该技术仍有一定的临床局限性，由于受到X线束为扇形的影响，脊柱长轴会存在一定的拼接痕迹。本研究中采用全脊柱X线拼接成像技术实现了较为准确的拼接，主要在于把握了2个关键点：① 图像轴线对齐不能成角，衔接处不分离，尽量做到重叠较少，指导患者在拍摄时站立在专用的摄影架内，背侧不动，避免随意活动；② 图像拼接时针对同一场景的相互有部分重叠的图片合成一张宽视角的图像，最大程度地接近原始图像，减少明显的接缝痕迹。

本研究结果显示，经全脊柱X线拼接成像技术诊断为脊柱侧弯检出率为44.33%，灵敏度、特异度和Kappa值分别为90.70%、90.64%和0.862。提示全脊柱X线拼接成像技术对脊柱侧弯患者具有较高检出率，且诊断效能较好。

X线片检查是脊柱侧弯分类与评估的影像学基础，临床医师可通过观察侧弯部位、侧弯程度与受累椎体数目制定临床治疗方案[16]。本研究中 cobb 角 ＞60°、40°～60°、＜40°分别有18、59和52例。cobb角是脊柱侧弯患者治疗与评价的重要指标，目前临床对于cobb角为25°～40°骨骼尚未发育成熟的患者常采用支具治疗，cobb角＞45°采用内固定矫正术，Cobb角＞40°伴，矢状面失衡或严重背痛的患者也应采用手术治疗[17-18]。本研究结果显示，全脊柱X线拼接成像技术采集与测量均较为简单，准确性高，这可以为临床治疗方案的选择提供理论依据。

医学全景成像原理是实现多张X线篇重叠区域的配准，因此，获取高质量的脊柱全景图像是诊断脊柱侧弯并制定手术方案的重要依据。本研究发现，129例患者中拼接前影像经统计学分析拼接前、拼接后图像质量无明显差异，表明全脊柱X线拼接成像技术较好。究其原因可能是由于本研究中采用了拼接成像技术进行后期处理，根据解剖学标志和标尺完成图片的无缝拼接，尽量使2次采集的统一椎体部位的椎弓根、棘突、椎体上下缘，椎间隙及标尺完全重合，不仅可以克服扇形X线方法造成的放大和失真，还可以基本消除图像的拼接痕迹，为临床诊治提供高质量的全脊柱图像。

本研究结果显示，仰卧左右侧屈位检测在cobb角、FR与CI评价上更具优势。脊柱柔韧性是评价患者手术矫形效果的常见指标，本研究结果表明，仰卧左右侧屈位图像检测柔韧性更高，矫正效果更好[19-20]。站立正、侧位拍摄重点在于使脊柱保持良好的稳定性，强调身体不能向任意一侧侧屈，经全脊柱X线拼接技术后可以反映脊柱侧弯患者畸形部位的真实面貌和躯干的平衡状态。仰卧左右侧屈位则是在借助外力作用下尽可能向左、向右屈曲，使同侧第十二肋接触到同侧髂骨翼，可以准确显示出脊柱的柔韧性。

综上所述，全脊柱X线拼接成像技术对脊柱侧弯有较高的诊断效能，可以用于评估脊柱侧弯的部位和侧弯程度，不会降低图像的原本质量，其中仰卧加压侧屈位成像更有利于准确评估脊柱柔韧性。