腰椎横突Mimics测量与DR测量差异性研究

贺祖斌　陆吉利　张美超　李伟剑　梁健　杨稀仁　陆晓生

【摘要】 目的 对比分析Mimics三维成像和DR两种方法测量腰椎横突的差异。方法 抽取15例患者的腰椎CT资料，分别用Mimics三维重建和DR对腰椎横突的宽度及横突末端距离进行测量，通过對比两种方法测量数据，了解Mimics测量与DR测量的差异。结果 DR测量值与Mimics测量值比较差异有统计学意义（P<0.05），横突宽度87%DR测量值大于Mimics三维重建测量值;横突末端距离99%DR测量值大于Mimics三维重建测量值。结论 横突宽度和横突末端距离DR的测量值大于Mimics测量值，DR测量偏大的原因与摄影时的肢片距和物片距有关，而横突的三维角度可影响DR的放大比例。

【关键词】 横突宽度;横突末端距离;DR测量;Mimics三维成像测量

中图分类号：R681.5+7 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2020.03.002

A study on the difference between the measurement of transverse process width by Mimics and DR

HE Zubin1，LU Jili2，ZHANG Meichao3，LI Weijian1，LIANG Jian3，YANG Xiren2，LU Xiaosheng4

（1.Graduate School，Youjiang Medical University for Nationalities，Baise，533000;2.Orthopedics Department of People's Hospital of Baise，Baise，533000;3.Department of Anatomy，Southern Medical University，Guangzhou 510000;4.Surgery Department of Maternal and Child Health Hospital of Baise，Baise，533000 Guangxi，China）

【Abstract】 Objective To compare and analyze the differences on measuring the lumbar transverse process by using mimics 3D imaging and by using DR.Methods The CT data of lumbar vertebrae of 15 patients were analyzed，and the width of the transverse process of the lumbar vertebrae together with the distance of the transverse process were measured by both mimics 3D imaging and DR.The data collected these two methods were compared to elucidate the difference.Results The difference between DR measurement and Mimics measurement was statistically significant （P<0.05）.The width of 87% of the transverse process was higher than that of mimics 3D imaging.The distance of 99% of the distance of the transverse process was higher than that of mimics 3D imaging.Conclusion The width of the transverse process and the distance of the transverse process measured by DR are larger than by mimics 3D imaging.It is probably due to the reason that DR measurement is more susceptible to the distance between limb and object，besides mimics 3D angle of the transverse process could affect the magnification ratio of DR.

【Key words】 transverse process width;transverse process end distance;DR measurement;Mimics 3D imaging

新型脊柱钩棒矫正系统[1～2]是基于CSERNTONY ZOLTN教授发明的CAB系统[3～7]，针对椎弓根钉系统治疗脊柱畸形的不足而设计的[8～9]。以横突钩固定横突作为主要固定支点，横突形态学研究对新型矫正系统至关重要。课题组已经对133例患者的腰椎横突形态学相关参数测量进行了研究并获得了成果。测量时发现用CT资料Mimics三维重建测量的数值和用DR图像平面测量的数值存在明显差异。为了深入研究Mimics三维测量与DR测量的差异，课题组精心筛选了部分患者的腰椎CT和腰椎DR的影像学资料，对CT资料用Mimics三维重建并测量腰椎横突宽度，同时对DR图像横突宽度进行测量，测量结果用SPSS 22.0进行比较分析。因考虑横突宽度测量数值相对较小，为了便于比较，取椎体两侧横突末端距离作为测量的参照对比，期望通过本次研究，找到产生差异的原因以及影响因素，为临床诊疗工作提供理论参考，也为新型脊柱钩棒系统的深入研究提供解剖学基础。

1 对象与方法

1.1 研究对象

收集15例男性患者的腰椎CT及腰椎DR的影像学资料，所收集的患者身高在165～170 cm之间，平均（168.1±2.2）cm，体重指数（BMI）在18～23 kg/m2之間，身体比例正常，年龄在20～55岁之间，平均（38.0±12.6）岁。所有患者无发育异常、横突无骨折、无慢性疾病和肿瘤、结核等疾病。

1.2 方法

用DR测量所有病例腰椎L1～L5的横突宽度和横突末端距离并记录;将所有病例腰椎 L1～L5 CT资料以Dicom形式保存（CT扫描仪为Light Speed VCT型，扫描条件为120 kV、125 mA、层厚1.25 mm），采用 Mimics软件三维重建并测量患者的两侧横突宽度（见图1A）和横突末端距离（见图1B、C、D）并记录。因本课题出发点来自于新型脊柱钩棒系统（见图1E）的生物力学[10]实验和有限元分析仿真实验，具体测量方法是借鉴前期测量横突的经验，横突的宽度测量以新型脊柱钩棒系统的横突钩所能够包绕横突范围的最大值为准（一般为距离横突末端1.0～1.5 cm的最宽距离，见图1F），以便测量的统一和减少测量的误差。

为了验证Mimics测量的准确度，课题组将CT测试的水模进行CT扫描，并将扫描后的CT图像进行Mimics三维重建，测量水模同一部位实体宽度、CT成像宽度和Mimics三维重建宽度，三组测量值分别是203 mm、203 mm、202.14 mm，结果证实Mimics测量与实体测量相似度为99.6%，而CT测量值与实际测量值是完全相等的，证明Mimics测量和CT测量的准确性。

DR测量如图2所示，X线管焦点尺寸大小、焦片距、焦肢距和物片距是影响DR图像清晰度的参数因素。如图2A，a代表肢片距，b代表物片距，c代表焦片距，S代表实量物体的长度（考虑Mimics测量的高精确度，因此S就用Mimics测量值表示），G代表DR成像测量的距离，图2B是成像实物模拟图。因考虑DR测量值的放大效应，因此以DR测量值比Mimics测量值所增大的百分比（n%）作为记录以便进行分析，记录参数如下：每节横突记录横突宽度增大百分比、横突末端距离增大百分比。n%=（G-S）/S×100%。数据记录：以Excel记录测量数据，长度精确到0.01 mm。

1.3 统计学方法

应用SPSS 22.0软件处理数据。测量值统计学描述采用均数±标准差（±s）表示，DR测量值和Mimics测量值采用配对样本的t检验进行比较，不服从正态分布采用独立样本的秩和检验（Z）进行比较，检验水准：α=0.05，双侧检验。

2 结 果

横突宽度和横突末端距离，DR和Mimics三维成像两种测量方法比较各组数据差异均有统计学意义（P<0.05），同一椎体横突宽度和横突末端距离DR平面测量值要大于Mimics三维测量值。见表1。

如表2所记录的数值是DR测量值G减去Mimics测量值S后除以Mimics测量值S所得的百分比（n%），即DR测量值比Mimics测量值所增大的百分比数值，用公式：n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%表示，以利于分析测量差异。表中所计算的百分数值大小不一，大部分呈正数，少部分呈负数。其中宽度增大百分比除了1号病例的L2、L3、L5，2号病例的L2、L3、L4，7号病例的L1和L5，9号的L5，14号的L1共计10个数值为负值，横突末端距离增大百分比的负值仅有7号病例的L2椎体为负值外，其余数据均为正值，也就是有87%的横突宽度和99%的横突末端距离DR测量值大于Mimics测量值。横突宽度测量中，发现横突存在大小不等的矢状面倾斜角，其矢状面倾斜角越大，Mimics测量值与DR测量值越接近，甚至Mimics测量值要大于DR测量值而在表2中呈负值。横突末端距离测量时，其冠状面的角度基本是水平或者接近水平，仅少部分病例两侧横突冠状面角度差异较大致使测量横突末端距离出现冠状面倾斜角。而横突水平面角度亦有少数病例不对称或存在差异使横突末端距离存在水平面倾斜角。

3 讨 论

新型脊柱钩棒矫正系统是以横突钩固定横突而起到固定作用的，横突是主要着力点。课题组在进行横突形态学[11]研究时发现DR测量和Mimics三维重建测量腰椎横突的差异，促使课题组进一步探索这种差异的原因。DR成像[12]与实物的大小比值的关系包括三个因素，即焦片距、肢片距、物片距离（见图2A）。根据杨斌等人[13]相关实验揭示肢片距是DR摄像放大的原理，其成像公式：n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%。CT的成像是X射线发射出来穿过人体后，探测器把光信号转化成电信号，光电转换信号在计算机成像显示出来。Mimics 三维重建[14～15]是以CT影像资料用Mimics软件进行三维重建，所建模型可任意旋转、平移、缩放和任意平面切割，能对原始资料自动赋值使模型更加精细，物理特性更加接近真实[16]。钟进军[17]用20例腰椎标本在第三腰椎横突做解剖学测量与CT 影像学资料三维重建测量进行对照实验研究，证实两种测量方法的结果无明显差异。肖进等人[16]通过6例脊柱侧凸病例、付裕等人[18]对1例脊柱侧凸病例CT资料用 Mimics进行数字化人体脊柱三维重建，其数字化模型与病变脊柱的形态、尺寸完全吻合，准确、直观地反映了畸形病变的具体状况。本次测量利用CT调节水模对实体测量、CT测量和Mimics三维重建测量进行比较再次证实CT和Mimics测量的准确度极高。

表1观察结果显示，DR测量值与Mimics三维重建的测量值差异有统计学意义，DR测量值普遍大于Minics测量值，从而证实DR系统测量时图像有放大作用。但如表2所示DR测量值比Mimics测量值所增大的百分比并不相同，尤其是宽度测量值差异更明显，有少数DR测量值要小于Mimics测量值，在表2中呈负值，横突宽度计算值有10个数据（约占13%）为负值，而横突末端距离计算值仅7号病例L2的距离（约占1%）是负值。通过对Mimics三维重建图像研究发现，7号病例脊柱的腰椎有轻度的侧弯和旋转，其L2椎体右侧横突长度和水平面角度及冠状面角度明显大于左边（见图1C和D），从而形成一个明显的三维角度，而Mimics成像的旋转和缩放（见图1B和C）使其三维测量更加符合实体测量，体现了三维重建测量方面的优势。综合以上情况总结以下四点影响测量值的因素：（1）患者的体型、体位的差异;（2）摄DR平片时腰椎生理曲度的存在，以上两点影响了肢片距和物片距因而影响图片放大比例;（3）横突宽度测量时Mimics三维重建侧面发现绝大多数横突存在大小不等的矢状面倾斜角（见图1A）;（4）由于部分病例腰椎存在不同程度的侧弯和旋转，从而增大了三维角度;而DR成像平面测量不能体现三维角度。测量中发现横突矢状位的倾斜角（见图1A）普遍存在，大小不同，而Mimics测量横突末端距离绝大部分是三维角度很小甚至为0，呈负值的病例的横突矢状位的倾斜角要明显大于横突末端距离测量时所形成的冠状面的三维角度，从而解释了横突宽度比横突末端距离有更多椎体的Mimics测量值大于DR测量值。横突矢状面的倾斜角是本次实验的一个重要发现。

本研究进一步论证了DR成像平面测量放大的原理以及影响因素。DR平面测量无法观察三维角度变化，因此其放大比值并不完全遵循n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%，对待特殊的病人必须结合病人体位和旋转角度。本研究的局限在于仅仅是收集影像学资料，而未能对摄像现场进行实际的观察和测量，难免会忽略患者的体位、体型差异。因此，本次测量数据仅供参考。通过本次实验，了解到临床上进行DR测量要比Mimics测量值偏大，DR测量必须结合肢片距和物片距，同时也要考虑测量时的三维角度，从而对疾病作出更加符合实际的判断。

参 考 文 献

[1]陆晓生.新型脊柱矫正系统的研制及相关研究[D].南宁：广西医科大学，2017.

[2]陆晓生，黄湄景，赵劲民.新型脊柱畸形矫正系统的研发及应用前景[C]//广西医学会骨科学分会，2014广西医学会骨科学分会学术年会论文集.南宁：广西医学会，2014：55.

[3]CSERNTONY Z，GOODSHIP A，SZEPESI K.A complementary thoracic implant for the surgical correction of the scoliotic curve.A preliminary report[J].Eur J  Orthop Surg raumatol，2001（11）：85-89.

[4]ManO S，NovAk L，CsernAtony Z.A 3D nyomtatAs technolOgiAjAnak alkalmazAsa a cranioplast IcAban[J].Biomech Hung，2008，1（1）：15-20.

[5]SOHA F，SZABO I，HARASZTOSI L，et al.Development of an accelerometer based motion analysis system for biomedical applications[J].Acta Biol Debr，2009，3（23）：23-30.

[6]CSERNATONY Z，MOLNAR S，HUNYA Z，et al.Biomechanical examination of the thoracic spine-the axial rotation moment and vertical loading capacity of the transverse process[J].J Orthop Res，2011，29（12）：1904-1909.

[7]CSERNATONY Z，KISS L，MANO S，et al.Our experience and early results with a complementary implant for the correction of major thoracic curves[J].Eur Spine J，2013，22 （6）：1286-1291.

[8]嚴斌，孙永建，欧阳汉斌，等.3D打印导航模块辅助腰椎椎弓根螺钉精确植入的应用研究[J].中国临床解剖学杂志，2017，35（2）：156-159.

[9]陆晓生，黄湄景.脊柱畸形手术治疗现状与方向[J].中国矫形外科杂，2015，23（3）：239-241.

[10]李伟剑，隆振学，梁栋柱，等.脊柱改良横突钩棒系统的生物力学研究[J].中国矫形外科杂志，2019，27（11）：1025-1029.

[11]李兵，姜保国，傅中国，等.腰椎横突形态学研究[J].中国骨肿瘤骨病，2003，2（2）：94-97.

[12]LOUGHMAN E，ROWAN M，KENNY P.Does magnification increase total unsharpness in DR radiography？[J].Physica Medica，2017，42：353-363.

[13]杨斌，张良，靳晓晖，等.DR摄影中放大相关问题研究[J].陕西医学杂志，2019，48（7）：860-862.

[14]FENG Z H，LI X B，PHAN K，et al.Design of a 3D navigation template to guide the screw trajectory in spine：a step-by-step approach using Mimics and 3-Matic software[J].Journal of spine surgery （Hong Kong），2018，4（3）：645-653.

[15]VERMA T，SHARMA A，SHARMA A，et al.Customized iliac prosthesis for reconstruction in giant cell tumour：A unique treatment approach[J].Journal of clinical orthopaedics and trauma，2016，7（Suppl 1）：35-40.

[16]肖进，尹庆水，张美超，等.脊柱侧凸的数字化三维重建及临床应用[J].中国临床解剖学杂志，2008，26（5）：494-496.

[17]钟进军.第3腰椎横突的测量及其内固定器研制的初步实验研究[D].长沙：中南大学，2012.

[18]付裕，李筱贺，霍洪军，等.三维数字化手术设计在青少年特发性脊柱侧凸个性化手术中应用[J].中国临床解剖学杂志，2015，33（6）：706-711.

（收稿日期：2019-11-19 修回日期：2020-02-20）

（编辑：潘明志）

基金项目：广西科学研究与技术开发计划项目（桂科合14123001-24）

作者简介：贺祖斌，男，在读硕士研究生，研究方向：骨外科。E-mail：756004024@qq.com

通信作者：陆晓生。E-mail：469002873@qq.com

[本文引用格式]贺祖斌，陆吉利，张美超，等.腰椎横突Mimics测量与DR测量差异性研究[J].右江医学，2020，48（3）：166-171.