基于EOS系统和CT系统测量青少年特发性脊柱侧凸顶椎旋转角度的对比观察

夏庆福 张延斌 夏纪元 阎凯 张玉双 行勇刚 何达 肖斌

青少年特发性脊柱侧凸(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)是一种冠状位、矢状位与轴位均失衡的三维畸形。近年来,轴位的旋转畸形越来越受到脊柱外科医生的重视[1-3]。临床中常用的传统X线测量方法准确性较低,而且可重复性及可信度较差[4]。尽管可能受到拍摄体位的影响,CT仍是测量椎体旋转的金标准[5]。EOS全身影像系统因其辐射小、负重站立条件下正侧位同时快速成像等突出优势逐渐受到青睐。经过SterEOS软件处理后,可拟合三维图像,并自动生成脊柱骨盆相关参数,包括顶椎旋转度(apical vertebral rotation,AVR)[6]。 本研究使用EOS影像系统与CT影像系统分别评估椎体旋转,将两种测量结果进行比较,并探究顶椎位置对EOS影像测量结果的影响。

资料与方法

一、资料

1.纳入与排除标准:(1)纳入标准:①发病年龄10～18岁并诊断为AIS;②同时行EOS脊柱正侧位全长片与全脊柱CT扫描,两种检查间隔小于1周。(2)排除标准:①影像学资料不全;②既往脊柱手术史;③全脊柱核磁共振提示明显神经系统异常。

2.病例来源:2018年3月至2022年6月于北京积水潭医院住院治疗的AIS患者87例,年龄(14.7±2.3)岁,共112个弯,其中胸弯61个,腰弯51个。搜集临床与影像学资料。根据纳入及排除标准,确定入组病例,统计一般资料,并进行影像学测量。本研究经过医院伦理委员会同意。

二、方法

1.影像获取与测量:(1)EOS影像:患者站立于EOS影像机器内,双脚并拢,双肩轻度外展,双肘屈曲,双手中指指尖指向脸颊,正侧位同时成像。然后由经过培训认证的医师利用SterEOS软件(Version:1.6.5.8188, EOS Imaging,Paris,法国)对EOS图像进行处理。采用Fast 3D模式进行三维拟合重建后获得脊柱侧凸的Cobb角、AVR等参数。具体摄片及建模方法见文献[6-7]。在正侧位全长片上标记双侧股骨头和骶骨上终板。根据上下终板、椎弓根及后方附件标记椎体轮廓。自动拟合脊柱侧凸三维模型,并自动生成相关参数[6]。(2)CT影像:患者仰卧于低剂量CT机器(Toshiba Medical Systems,Tokyo,日本)内行检查后,使用Carestream PACS WEB 11.0(Carestream Health,Rochester,NY,美国)软件处理原始CT图像。采用Aaro-Dahlborn法测量AVR[8]。侧凸的顶椎和端椎是在EOS二维影像中确定的。在多平面重建模式下对原始Dicom格式数据进行平行于椎弓根方向的轴位重建。首先测量骶骨旋转角度,然后测量顶椎旋转角度。若骶骨旋转方向与顶锥旋转方向一致,则用后者减去前者而得到AVR值。若骶骨旋转方向与顶锥旋转方向相反,则两者相加得到AVR值。此即为消除整体躯干旋转影响后的AVR。

结 果

本组87例AIS患者中男女比例为10∶77(男11.49%,女88.51%);年龄11～18(14.7±2.3)岁;体质量指数(body mass index,BMI)为13.3～21.4 (18.0±2.0)kg/m2。Lenke分型包括1型43例,2型2例,3型16例,5型17例,6型9例;其中单弯62例,双弯25例。本组共112个弯,其中胸弯61个,腰弯51个。总体的Cobb角为(54.7±10.0)°;胸椎侧凸Cobb角为(56.1±10.7)°;腰椎侧凸Cobb角为(53.1±9.0)°。

1.两种测量结果的对比:使用EOS 3D测量和CT测量AVR的结果及比较详见表1。总EOS的测量结果大于CT测量结果,但差异无统计学意义[(17.2±6.3)° 比(15.9±7.2)°,P=0.096]。按照侧凸位置分组后,结果出现明显变化。胸椎组EOS测量结果明显大于CT测量结果[(14.3±4.6)°比(11.3±4.5)°,P<0.001]。腰椎组EOS测量结果与CT测量结果差异无统计学意义[(20.4±6.6)°比(21.1±6.2)°,P=0.193]。

表1 两种方法测量AVR的比较(°)

2.两种测量结果的相关性:总CT测量结果与EOS测量结果高度相关(r=0.771,P<0.001)。按照侧凸位置分组后,结果出现明显变化。在胸椎组中,两者结果中等相关(r=0.536,P<0.001)。但在腰椎中,两者结果高度相关(r=0.789,P<0.001),且其相关性系数高于总体的相关系数(0.789比0.771)。

讨 论

AIS中椎体旋转的具体发病机制仍不清楚,可能与畸形的进展和胸廓畸形等密切相关。此外,椎体旋转也是影响体表外观的重要因素之一[9-11]。随着第3代椎弓根钉棒系统的广泛应用及椎体直接去旋转技术的推广,脊柱畸形的三维矫正更受关注。定量评估椎体旋转对于畸形的准确评估、手术方案的合理制定以及手术治疗效果的评价尤为重要。

CT影像仍然是测量椎体旋转的金标准,可信度及可重复性高[12-14]。但由于其辐射剂量高等原因,临床应用中还需把握合适的指征。低剂量CT的广泛应用,降低了辐射剂量,在骨科临床应用与科研中起到重要作用[15]。目前大部分CT影像获取均采用卧位。既往研究表明,卧位时侧凸的冠状位Cobb角及轴位旋转明显小于负重站立位角度,因此CT影像仍具有一定的局限性[16]。

EOS全身影像系统具有辐射低、负重下正侧位同时成像等优势,但未得到广泛普及。因其三维拟合并非真实脊柱的三维重建,而是根据数据库影像对该病人的二维脊柱图像进行三维拟合重建,以致拟合重建下获得的AVR等数据的准确性受到一定影响。尽管既往研究证实EOS三维拟合重建与CT三维重建的结果类似,但胸椎与腰椎的解剖结构差别较大[17-18]。将胸椎与腰椎区分开后EOS三维拟合重建是否仍与CT三维重建结果类似,尚未见相关报道。

本研究中,总CT测量结果与EOS 3D测量结果明显相关,且差异无统计学意义。在腰椎组也得到类似结论,且相关性更高。但在胸椎组中两种方法测量AVR结果的差异有统计学意义。其原因可能是受胸椎间盘高度小,椎弓根、关节突、棘突显影分辨度差,肋骨、肋横突关节、肋椎关节等骨性结构的阻挡,以及纵膈组织、肺组织的影响,在进行EOS三维拟合时,准确识别旋转的胸椎结构具有一定的困难。在腰椎,椎体上下终板、椎弓根及后方附件结构较清楚,更容易准确识别。此外,检查体位的不同对胸椎和腰椎旋转的影响也可能是造成该差异的原因[19-20]。因此,在胸椎行EOS三维拟合获得的AVR准确性较差,测量精度欠佳。但其具体原因还需进一步研究。该研究具有一定的局限性。虽然不同组之间AVR的差异有统计学意义,但角度差异较小(在胸椎组中仅有3°)。该差异是否具有临床意义有待进一步研究。

综上,在顶椎旋转度的测量中,EOS全身影像系统和CT影像系统的测量结果相近,且具有良好的相关性。在腰椎中该结论类似,且相关性更高。但在胸椎中,EOS测量结果显著大于CT测量结果。临床医师应综合考虑畸形的位置、辐射因素以及医院的硬件设施条件,选择合适的方法评估AIS的椎体旋转畸形。