青少年脊柱侧凸的影像学研究与应用

刘敏

上海师范大学天华学院健康学院，上海201805

青少年脊柱侧凸是发生在青少年人群中的常见脊柱疾病。由于青少年骨骼发育速度快，侧凸畸形也容易发生。早期患者常无明显症状，无就医的诉求，随着时间推移，畸形程度将进一步加重，进而影响活动能力和劳动能力，严重者可引发多种并发症，如心肺并发症、腰背部疼痛甚至截瘫，有的还会影响到青少年的身心健康，导致其不适应社会，成为自杀的高危人群［1］。对青少年脊柱侧凸患者，应尽力做到早发现、早诊断、早治疗。

影像学是诊断脊柱侧凸的重要方式，通过影像学可以测量侧凸与旋转角度，预测病情进展情况以及协助康复和手术治疗［2］。目前应用在青少年脊柱侧凸诊断中的影像学技术主要包括X线平片、计算机断层技术、磁共振成像技术和三维超声成像技术等。本文综述影像学在青少年脊柱侧凸中的应用，旨在为青少年脊柱侧凸筛查、诊断以及干预策略提供参考，为进一步治疗提供相应依据。

1 青少年脊柱侧凸

1.1 脊柱侧凸概念

脊柱侧凸是指脊柱三维结构畸形，包括冠状面、矢状面和水平面的脊柱椎体排列异常。表现为冠状面上发生侧方弯曲，矢状面上脊柱正常生理曲度发生改变和水平面上发生椎体旋转等。

1.2 青少年脊柱侧凸的发病率

国外报道青少年脊柱侧凸发病率为1.0%～1.17%，其中男女比例为1∶2.1［3］，女生脊柱侧凸发生风险高于男生［4］。国内关于青少年脊柱侧凸发病率、男女比例等流行病学调查研究近些年逐渐增多。有研究发现，中国5～20岁儿童青少年脊柱侧凸的患病率为0.74%，男生为0.59%，女生为0.89%，其中14 岁组患病率最高，为1.10%［5］。既往有研究于2015年4～10月采用二检法对上海市原静安区14所学校共5327名11～13岁初中生进行青少年特发性脊柱侧弯筛查，结果显示疑似症状平均检出率为9.76%，男生、女生青少年特发性脊柱侧弯疑似症状检出率分别为4.59%、15.28%，经确诊，青少年特发性脊柱侧弯102例，患病率为1.91%［6］。但该结果与另一研究［7］有所不同，该研究于2014年对杨浦区年龄15～16岁初中毕业生进行摄片体检，其中男生2101例，女生2072例，共计4173例，诊断脊柱侧凸327例，总发病率7.836%，其中女263例，发病率12.693%，总发病率明显高于文献［6］，可能与研究对象的年龄有关。上述研究表明，随着家长关注度的提高，检查手段日益完善，青少年脊柱侧凸的检出率呈现上升的趋势，已成为青少年常见疾病。

1.3 青少年脊柱侧凸分类型

遗传因素、激素水平、脊柱生长不平衡，运动和习惯性姿势及骨骼肌和神经异常是引起脊柱侧凸的常见原因［8］。脊柱侧凸可分为先天性、神经-肌源性、特发性和其他原因［3］，其中青少年脊柱侧凸中，青少年特发性脊柱侧凸约占85%。特发性脊柱侧凸属于结构性脊柱侧凸，可分为婴幼儿脊柱侧凸，儿童期脊柱侧凸和青春期脊柱侧凸，青春期脊柱侧凸多见于右侧凸的胸椎侧凸，女性多见。有研究发现青少年特发性脊柱侧凸患者的椎体具有前部过度生长、朝向凸侧的楔变以及轴向旋转等形态学改变，分析这些形态学变化一定程度上体现出脊柱生物力学的改变，可能是导致青少年特发性脊柱侧凸发生发展的原因所在［9］。

2 青少年脊柱侧凸的影像学研究现状及进展

影像学检查被认为是脊柱侧凸诊断使用最广泛、认可度最高的方法。Cobb角被用于评估脊柱畸形已有70余年历史，被作为是脊柱侧凸诊断的金标准。但受青春期的影响，青少年脊柱侧凸变化较快，Cobb角差值为5°时，其真正存在差异的可以很大。因此，准确测量是诊断和治疗青少年脊柱侧凸的第一步。现对青少年脊柱侧凸的影像学研究做一综述。

2.1 全脊柱成像

目前站立位全脊柱正侧位X线片测量Cobb为脊柱侧凸确诊的金标准，也是诊断与评估特发性脊柱侧凸最常用的方法［10］。由专业放射科医生拍摄站立位全脊柱正侧位X线片，骨科医生根据X线检查结果采用Cobb角测量法对脊柱侧凸角度进行测量，Cobb角≥10°定义为阳性，确诊为脊柱侧凸。证据质量：A；推荐等级：强推荐［11］。

有学者回顾性分析了80例脊柱拼接的患儿，对图像质量进行分析，结果显示图像优65 例，良10例，差5例，全脊柱自动拼接能满足临床对脊柱侧弯患儿的观察、诊断及测量的要求，同时与传统X片的拍摄技术相比，自动拼接全脊柱片具有辐射剂量小、图像质量高的优势［12］。同样地，有学者通过对37例脊柱侧弯青少年患者进行研究发现，通过数字化全脊柱拼接技术（DR）能明确患者侧弯段脊柱的治疗效果，为青少年脊柱侧弯修复及术后评估提供影像学依据［13］。有学者对79例脊柱侧弯患儿进行研究，结果显示全脊柱数字化X射线摄影成像技术在儿童脊柱疾病中应用效果良好，所得图像清晰，拼接自然，可有效帮助医生进行诊断和对手术效果进行评估［14］。有研究对87例脊柱侧弯患儿采用数字化X射线摄影，全脊柱成像96帧，拼接成功率97.92%。结果显示，拼接前后Cobb角测量的图像质量和精度无统计学差异，数字化全脊柱成像技术具有成像清晰，无拼接伪影，为脊柱侧凸临床诊疗及评估提供了重要的影像学依据［15］。

X线被认为使脊柱侧凸诊断的金标准，但由于其存在辐射，不建议用于筛查，可作为筛查阳性者最终确诊检查［11］。

2.2 多层螺旋CT（MSCT）检查

对于非典型的脊柱侧凸，手术前需要掌握脊柱、椎体、椎弓根、椎管以及周围软组织等情况，应用X线摄影不能够准确发现和定位，而MSCT重组技术可以有效准确显示上述各个结构，发现X线摄影不能发现的异常变化。MSCT后处理技术包括容积渲染成像、表面阴影遮盖、多平面重建、曲面重建，通过重建图像，可获取横断面、矢状面、冠状面影响，为临床诊断提供多维度观察。

有研究将93 例脊柱侧凸患者随机分为两组，行MSCT与X线对比诊断。结果显示除椎体和小关节发育不良外，MSCT组的临床症状检出率、敏感度和特异度均高于X线组，认为脊柱侧弯患者行MSCT诊断具有较高的诊断准确率，漏误诊情况较少［16］。另一研究发现MSCT后的MPR技术可以从任意角度不同层面对脊柱侧凸畸形进行测量，提高了对特发性脊柱侧凸诊断的准确程度。还可以测量双侧椎弓根的深度和宽度，为临床手术提供有力的技术支持和保障［17］。研究表明，在脊柱侧凸图像处理中应用MSCT处理技术后，图像的空间分辨率增高，明显提高了识别精度［18］。相较于其他影像学检查技术，MSCT成像技术可获取的容积数据，图像质量优，避免患者多次被扫描，可以实现对整个脊柱一次性扫描，多平面重建以获取准确信息，这是MSCT在脊柱侧凸中的优势所在［19］。

2.3 MRI检查

研究显示，全脊柱正侧位X线片的辐射量大约是胸部X线片辐射量的20倍［20］。高辐射量增加了部分家长的心理负担，使其选择其他的检查方式。全脊柱MRI在检测特发性脊柱侧凸有他自身的优势，如无辐射，允许摄片信息重建可视化并精确评估轴位成像成等。

有学者对60例青少年特发性脊柱侧凸患者进行研究发现，MRI能够获得的冠状面和矢状面测量结果与传统X线片测量结果有高度相关性［21］。另外，MRI除具有可靠的椎体旋转测量外，MRI最大优势就是无辐射，并可替代用于青少年特发性脊柱侧凸诊断性评估。研究发现，数字化全脊柱拼接联合术前脊柱MRI影像，能明确患者脊柱侧凸的治疗效果，通过MRI可清晰地显示椎体骨质及椎管内脊髓改变，两者联合应用可作为青少年脊柱侧凸治疗重要的影像学检查方法［22］，另一研究［23］结论与其一致。有学者对先天性脊柱侧凸合并疑似神经系统异常的患者进行脊髓MRI检查，结果显示，MRI检查可对椎管内病变进行定性诊断［24］。该结果与另一项研究［25］较一致。全脊柱MRI成像图像上软组织对比度高，可显示周围软组织，尤其在多发弥漫性病变显像中有优势，为临床脊柱退行性疾病评估方面发挥作用［26］。

2.4 Slot Scan摄影技术

Slot Scan摄影技术又称为狭缝摄影技术，是通过连续曝光，将采集的图像数据信息组合成一幅全景图像，它具有便捷准确的特点，与DR立位摄影相比，临床应用价值更高［27］。

有学者等采用Slot成像技术，对72例青少年脊柱侧弯患者进行全脊柱X线检查，获得了优良的全脊柱X射线影像，为脊柱侧弯术前检查与术后评估提供了可靠的影像学资料［28］。有学者通过对52例脊柱侧弯患者应用Slot Scan技术对全脊柱进行连续曝光，再利用软件对采集图像进行处理，并对图像进行评价。结果显示，一张X线胶片上可以清晰显示各脊椎图像，无拼接伪影，影像质量也达到了临床对侧弯长度和Cobb角测量的要求，可以为脊柱侧弯手术治疗方案以及术前及术后评估提供比较可靠的影像学依据［29］。另有研究［30］对84例青少年特发性脊柱侧凸患者应用Slot技术对图像进行分析，得出一致结论。

综上，Slot Scan技术具有辐射剂量低、曝光时间短、一次连续曝光获得全脊柱图像，去除拼接伪影等有点，为临床青少年特发性脊柱侧凸患者选择矫形治疗方案及矫形后评估提供准确的影像学资料。其不足之处在于，Slot技术成像对细节的显示不如DR清晰。

2.5 三维超声成像

近年来，三维超声成像技术在脊柱侧凸领域的应用研究越来越广泛。三维超声成像技术可以筛查出脊柱侧凸中可疑患者，同时，三维超声无辐射、低成本、可实时成像且便携。研究发现，超声图像在显示椎体的后部结构，如棘突、椎板和横突方面优势明显，可以对脊柱畸形程度进行定量评估［31-33］。

一项研究采集了青少年脊柱侧凸患者超声图像，与MRI进行比较验证，发现两者之间无明显差异，超声成像技术可用于评估脊柱侧凸且相关性高［34］。有学者通过对16位女性青少年脊柱侧凸患者进行三维超声测量发现，三维超声成像椎板中心法测量方法在冠状面上评估青少年特发性脊柱侧凸患者椎体侧凸角度具有较高的评测者内和评测者间信度，与MRI成像Cobb测量方法评估青少年特发性脊柱侧凸的结果之间没有显著差异，具有较高的信度和效度［35］。有研究通过对20例健康志愿者和20例脊柱侧凸患者进行长距离三维超声成像、X线检查研究发现，两种方法具有相关性，其中三维超声成像在多层冠状面显示上优势明显，对椎弓、横突以及棘突中心部后方可清楚显示，与X线检查一致性高［36］，长距离三维超声技术可评估青少年脊柱侧凸的角度，也指出三维重建模式的不足。与之相似的是，另有其他研究证实了三维超声成像在测量棘突角、横突角或者椎板角方面评估脊柱畸形的可靠性与有效性较高，在显示脊柱前屈时冠状面弯曲变化模式方面有一定优势［37-38］。尽管如此，一种可以被广泛接受、可靠的脊柱侧凸三维超声成像诊断系统尚未问世，也未能广泛应用于临床。

2.6 EOS影像系统

EOS全身影像采集系统是起源于法国的一项先进成像技术，成为近年来脊柱畸形检测领域的革新性产品［39］，可以为脊柱外科医生提供更加全面的脊柱序列，其具有成像快、低辐射［40］、图像无拼接，可进行三维重建，获得轴位上椎体旋转、椎体向量数据等优点，测量结果也具有较高的准确性和可重复性。有学者利用EOS影像系统对脊柱畸形进行三维分型，并与传统二维分型相比较，结果显示在Cobb角＞55°时，三维分型可以准确地指导临床治疗［41］。

有学者对14例Chiari畸形伴脊柱侧凸的青少年患者进行EOS全脊柱正侧位片检查，并进行全脊柱三维建模获得脊柱骨盆参数，结果显示，模型与EOS全脊柱片所示的解剖标志具有很好的契合度，EOS影像三维重建系统应用在Chiari畸形伴脊柱侧凸患者中具有准确性和可靠性，尤其是在胸椎后凸和腰椎前凸的测量方面更加准确［42］。该结论与另一研究［43］一致。有学者使用EOS影像三维重建系统评价Lenke 5型青少年特发性脊柱侧凸畸形矫正效果，通过对比术前和末次随访时临床及影像学指标，使用EOS评价矢状位、冠状位、腰椎前凸以及轴位参数，结果显示EOS影像系统可以评估青少年特发性脊柱侧凸患者椎体的旋转程度，并有效评价后路悬臂梁联合直接椎体去旋转术后的青少年特发性脊柱侧凸Lenke 5型患者的疗效［44］，这与另一研究［45］结果一致。有研究对30例青少年特发性脊柱侧凸患者影像学资料进行常规2D和EOS3D测量比较，结果显示，EOS 3D 在测量青少年特发性脊柱侧凸患者冠、矢状面参数中，比常规2D 测量可信度及可重复性更高［46］。EOS影像系统在测量Cobb角时，除了具有可靠性、一致性、兼容性之外，还具有预测性，对脊柱畸形的治疗评估与进展监测有重要作用［47］。有学者认为EOS是目前脊柱侧凸评估的最理想影像学方法［10］，但EOS三维重建系统的操作复杂，费时长，费用昂贵，未能被广泛应用于临床。相信随着EOS成像技术不断改进完善，其在全身骨骼系统尤其是青少年脊柱侧凸的应用将更为广阔。

3 总结

近年来，我国青少年脊柱侧凸的发病率呈逐渐上升的趋势。青少年特发性脊柱侧凸为青少年的一种脊柱畸形疾病，患者可出现背痛不适与骨骼畸形，影响美观的同时也影响实际身高，可造成心肺重要脏器损害［48］。青少年脊柱侧凸筛查可以反映一个国家儿童青少年的保健水平，通过开展筛查工作，及时发现，及时诊断并给予有效干预和随访，可以保障青少年身体健康，缓解家庭负担。早期脊柱筛查及早期干预可有效防止侧凸进一步加重［49］。

目前公认的脊柱侧凸确诊的金标准是站立位全脊柱正侧位X线测量Cobb，也是临床广泛使用的一种方法，但在观察椎体深度、椎弓根宽度以及椎体旋转等时，MSCT检查更准确；若脊柱侧凸合并椎管内脊髓病变时，MRI检查效果优于X线和CT，并且无辐射危害；青少年脊柱侧凸属于三维畸形，传统的二维成像并不能准确地显示三维形态，因此三维测量技术在青少年脊柱侧凸的应用越来越广泛。与MRI相比较，在表面标志物辅助下的三维扫描可以观察到的脊柱椎体的变化情况，在测量脊柱畸形矢状面曲率或骨骼内在变化方面提供了有效的方法［50］。EOS影像系统和三维超声可以在一定程度上减少或避免辐射危险，并且可以进行三维测量，清楚显示脊柱侧凸的形态。但是两者都存在设备不易获得、操作繁琐、成像系统复杂、对技术人员要求高等局限性。临床应用仍需进一步探索。

在青少年脊柱侧凸影像学诊断中，上述技术各有特点，各有优势，不同测量技术的优势可以互补。根据患者实际情况选取相应的影像学技术，辅以规范操作的技术可以提高测量信度与效度。基于影像学诊断与评估，可进一步优化青少年脊柱侧凸患者的手术方案、康复治疗以及脊柱矫形器制作，为临床工作提供可信、准确的依据。