数字化X射线摄影全脊柱成像技术在儿童脊柱疾病中的应用价值

竺 陈，王莎莎，张 楠，郭 斌，荀 冲

(南京医科大学附属儿童医院放射科，江苏 南京 210008)

脊柱侧弯作为常见的儿童脊柱疾病，脊柱侧弯畸形矫正治疗作为主要的治疗方式，但是在手术前后需要拍摄自颈椎至腰椎全脊柱正位、侧位，对于手术方式，及治疗疗效有着重要的意义[1，2]。脊柱长度60～80 cm，颈椎到腰椎长度大多数大于50 cm，而目前我国大多数医院常用的计算机及数字化X射线影像系统最大的探测器长度约43 cm，因此全脊柱一次成像显影，只能将颈椎、胸椎及腰椎只能分别成像，但是因为拍摄过程中患者的呼吸、体位及图片拼接技术的测量误差，会影响矫正的效果[3，4]。近年来随着影像技术的发展，Siemens Yiso 17多功能数字平板X射线摄影系统逐渐应用于临床，该系统可以通过狭缝曝光采集技术在一张图片中一次完成全脊柱的摄影，避免了因为多次成像中呼吸、体位及图片拼接而导致的图像失真[5，6]。本研究探讨数字化X射线摄影全脊柱成像技术在儿童脊柱疾病中的应用价值，现报道如下。

1 资料与方法

1.1一般资料2016年8月至2018年6月南京医科大学附属儿童医院收治的87例脊柱侧弯患儿，均拍摄数字化X射线摄影全脊柱成像96帧。其中男47例，女49例，年龄5～18岁[(12.05±2.78)岁]，术后影像59例，其中腰椎侧弯27例，胸椎43例，腰椎17例，脊柱侧凸角(Cobb)22～145度，平均57.8度。

1.2设备采用德国Siemens Yiso全自动悬吊式X射线诊断系统进行数字化全脊柱摄影，平板探测器采用17英尺×17英寸(43 cm)非晶硅及碘化铯。右侧是有铅刻度标记的铅标尺，体位固定架。拍摄的数字化影像经钻石窗软件处理后再用长骨拼接功能性脊柱全景影像拼接。

1.3体位与方法患儿身高≤120 cm，无需拼接，曝光一次即可获得全脊柱影像；患儿身高120～180 cm，脊柱长度50～70 cm，曝光2～3次拼接后即可获得全脊柱影像。将体位固定于摄片架前方，拍摄正位片时患儿立于固定架，头、肩背、臀紧贴固定架，双手下垂；拍摄侧位片，一侧肩、臀部紧贴固定架。选择Ortho SPine模式确定整个脊柱摄影的上限和下限。范围应包括C.S，椎骨，骨盆和双侧肩关节。该系统可自动选择曝光次数，分别为2、3、4次。源像距离(SID)为3.0 m，球管位置相对固定，平板探测器从上到下移动，球管以不同角度旋转，自动跟踪平板探测器进行间歇曝光。曝光后，拼接软件自动拼接整个脊柱图像。暴露参数：根据患者的身体大小和厚度，一般采用80～90 kV，20～30 MASS和85～95 kV，30～45 mAs。

1.4评价方法根据铅标记的刻度是否连续，重叠部位的解剖结构是否完整，以及拼接重叠区两侧的密度是否存在差异，可以根据拼接图像上铅标记的刻度是否连续来判断自动拼接的成功与否。其中放射科医师2名，中级以上技术人员1名。根据QA、QC放射学学术研究会的标准，结合临床诊断和测量的具体要求，获得拼接后的原始图像和脊柱全景图像。A、B、C级片的综合评价87例患者中，术前选择标准前后脊柱侧凸图像及相应的全脊柱拼接图像。对其原始冠状位图像、后冠状位图像的Cobb角进行了测量。每隔一周，对上述两组图像进行置乱和测量。根据脊柱侧凸的严重程度，分为20～40度、40～70度、>70度，3组按随机顺序测量，记录Cobb角测量结果。

1.5统计学方法采用SPSS 19.0软件分析数据，计数资料比较采用χ2检验；计量资料比较采用t检验，图像评价采用重复测量方差分析和Pearson相关分析。P< 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1手术前后全脊柱摄影原始影像及拼接影像87例脊柱侧弯患儿拍摄数字化X射线摄影全脊柱成像96帧。其中85例长骨拼接功能一次成功，2例因因体位改变导致自动缝合错误，通过手动调整，达到拼接要求。所有患者均不重复拍照，图像对齐性好，比例高。椎骨、附属物和解剖关系的细节清晰，剪接点上下部的解剖结构清晰完整，没有缝合伪迹。图像质量完全满足脊柱外科的临床诊断、观察、测量和手术要求(图1，图2)。

图1 术前全脊柱X射线摄影图像 a：原始影像；b、c：拼接后全脊柱影像

图2 术后全脊柱X射线摄影图像 a：原始影像；b、c：拼接后全脊柱影像

2.2影像质量评价拼接前影像213帧，甲级197帧，乙级13帧，丙级3帧；拼接后影像96帧，甲级94帧，乙级1帧，丙级1帧。拼接成功率97.92%。拼接前后影像评分差异无统计学意义(P> 0.05)，见表1。

表1 拼接前后X射线影像质量评价表 (n)

2.3重复测量Cobb角的方差分析两组图像在缝合前后进行两次测量，并通过重复测量的方差分析，对影响测量的因素(测量人、图像组)进行测试。结果表明，两因素对Cobb角的影响差异无统计学意义(P> 0.05)。对图像组和测量组进行非参数Wilcoxon检验，结果表明不同图像组的Cobb角差异无统计学意义(P> 0.05)，见表2。

表2 Cobb角重复测量方差分析

ICC：组内相关系数

2.4Cobb角测量一致性分析本组25例患者脊柱侧凸38个侧凸，24～137度，平均59.8度，误差1～7度，平均5.8度。38个脊柱侧凸ICC为0.995，总体可靠性较好；40～70度一致性佳，为0.988；20～40度及>70度分别为0.962及0.976，见表3。

表3 Cobb角测量一致性分析

P1/P2两位测量者；G1拼接前原始影像；G2拼接后全景影像

3 讨论

脊柱侧凸是最常见的脊柱畸形之一，也是青春期前或骨成熟前青少年骨畸形最常见的形式。严重者脊柱侧凸常伴有后凸、肩斜、骨盆偏转等，不仅影响患者的外貌，而且影响心肺功能和心理健康[7，8]。Cobb角是评价脊柱侧凸严重程度、确定脊柱侧凸患者手术治疗和手术方案的重要依据。通常Cobb角大于40。超过70%的患者需要外科治疗[9，10]。常见的脊柱影像学检查包括X射线、CT、MRI等，虽然CT、MRI也可以通过软件处理获得整个脊柱的图像，甚至可以通过重建获得脊柱的三维图像，但均无法在站立时显示脊柱在重力作用下的工作能量和状态。Cobb角测量的意义在于观察脊柱在重力作用下的真实畸形程度和功能状态。立位全脊柱X射线片是脊柱侧凸的诊断、测量和术前评估的首选，具有非常重要的临床意义[11]。

医学全景成像的原理是实现多张X射线片重叠区域的配准。如何获得高质量的脊柱全景图像是脊柱畸形矫形手术的重要内容。通常有两种原始图像采集的DR拼接。一是X射线管是相对固定的，球通过旋转角度跟踪垂直于地面的移动平板探测器和曝光。另一种是球管与探测器平行地与地面平行移动[12]。这两种方法的不同之处在于图像拼接点的X射线投影方向不同，导致拼接部分相邻两帧重叠图像的密度和放大率不同，从而导致拼接图像的失真程度增加。由于整个脊柱图像的重点是观察椎体的形状、旋转角、侧弯角，所以原始图像的每一帧的放大和变形都必须是一致的。为了保证全景图像上脊柱解剖结构和位置的真实性和准确性，尤其是靠近拼接点的解剖结构。为了获得相同的解剖结构和拼接图像的放大度，拼接点的中心X射线投影的方向和角度必须是相同的，这样才能获得拼接点上方和下方的两幅图像的密度。对比与变形相似，解剖结构更精确，视觉效果更连贯[13，14]。

我院使用了第一种方法对87例脊柱侧凸患者进行全脊柱摄影后，获得脊柱全景图像，并利用图像后处理技术进行对比，具有高度锐利和清晰解剖结构的脊柱全景。对原始图像和全景图像的Cobb角测量和统计分析表明，拼接前后Cobb角测量的图像质量和精度差异无统计学意义，尤其是大角度脊柱侧凸，具有很高的准确性和一致性。通过改善侧位X射线片的位置，双侧肱骨头最大限度地避免了上胸椎的闭塞，使上胸椎的显示更加清晰。