三维重建技术在胸腰椎爆裂骨折中的应用
［关键词］ 脊柱骨折；体层摄影术；X线机；图像处理；计算机辅助
Helical CT Three?dimensional Reconstruction for Evaluation of Thoracic?lumbar Burst Fractures
Abstract：Objective To investigate the clinical value of helical CT three?dimensional reconstruction in diagnosis of thoracic?lumbar burst fractures. Methods 87 patients of spinal fractures, 63 males and 24 females with an average age of 36 years old were examined with GE Hispeed helical CT . All dates were sent to Sun Space 20 workstation. Images were reconstructed in workstation with three?dimensional reconstruction, and then analyzed and compared with X?ray film and 2DCT images. All of images were evaluated by two experienced radiologists with double blind method. Results On 3D images, the occurrence of fractures piece in the vertebral canal was higher than that on X?ray film and 2DCT . There was significant difference between the two groups(χ2 =4.086, P<0.05). Multi?planar reconstruction clearly indicated the spinal cord compression status . Conclusion 3DCT has important value in the diagnosis of thoracic?lumbar burst fractures. It is very helpful for the surgeons in the selection of operation method, as well as helpful for reducing operative injuries and complications.Key words： Spinal fractures; Tomography; X?ray computed; Image processing; Computer?assisted
随着我国热器伤时代的到来，各类外伤患者日渐增多。胸腰段脊椎(T10~L2)处于两个生理弧度的交汇处，是应力集中之处，因此胸腰段脊柱骨折在临床上非常多见。胸腰椎爆裂型骨折多并发脊髓损伤，使患者严重致残或丧失生命。X线平片加常规CT扫描对胸腰椎爆裂型骨折部位的显示、骨折的分型、外伤性软组织血肿的显示以及脊柱的稳定性等有着重要的意义。为了更准确、直观、立体地显示损伤后的脊椎和脊髓，提供临床更多的有指导价值的影像学信息，对胸腰椎骨折患者行螺旋CT扫描并进行三维图像重建(3D)，本文对我院自1999年12月至2006年8月间收治的87例胸腰椎骨折患者的影像学资料进行回顾性研究，探讨螺旋CT 3D技术在胸腰椎爆裂骨折中的诊断及临床应用价值。
1 资料与方法
1.1 临床资料 本组87例患者，男63例，女24例；年龄21岁~58岁，平均年龄36岁，均与外伤后1 d~6 d内拍摄胸腰椎正侧位X线平片，经X线诊断提示有脊柱骨折者。
1.2 螺旋CT扫描及3D 使用美国GE公司生产的Hispeed 螺旋CT扫描机,根据定位像选定感兴趣区，选择螺旋薄层轴位扫描，扫描条件：管电压140 kV，管电流220 mA，扫描时间1 s，层厚3 mm，螺距1，重建间隔1 mm， scan FOV选择 “small”，DFOV选择 15 cm，图像采用标准算法，512×512 距阵显示。轴位图像资料传输到Sun Space 20工作站，利用 GE Advantage Window 3.1图像分析软件进行3D。重建图像技术方法包括表面遮盖成像(Shaded Surface Display, SSD)、多平面重建(Multi?Planar Reconstruction, MPR )和容积重建技术(Volume Rendering Technique, VRT) 。
1.3 图像分析 由2名有经验的影像科医师和两名有经验的骨科医师组成两个小组，采用双盲法共同阅片，将X线平片加上2DCT图像资料与X线平片、2DCT、3DCT(SSD、MPR、VRT)三者的综合图像资料进行对比观察和评估。小组内如有不同意见，通过共同商讨达成一致，其评估结果与手术所见相对照，统计学方法采用卡方检验。
2 结果
87例经X线诊断提示有脊柱骨折的患者，X线平片加上2DCT图像分析发现有骨折103处；X线平片、2DCT、3DCT(SSD、MPR、VRT)三者的综合图像分析共发现骨折132处。可见前者漏诊骨折29处，后者发现骨折的能力强于前者，能提高21.97%骨折显示率。对31例胸腰椎爆裂骨折并发脊髓损伤需要骨科手术的病例，X线平片加上2DCT图像评估与X线平片、2DCT、3DCT三者的综合图像评估所显示椎管内骨折片数目，如表1所示，其结果经手术证实。表1的结果经统计学分析，χ2 =4.086, P<0.05，差异有显著性。通过2DCT图像资料，骨科医师、影像科医师分别对胸腰椎爆裂骨折所致椎管内压迫物大小进行估算；影像技术人员利用3D测量功能对椎管内压迫物进行测量。当误差≤5 mm统计为“准确”，误差>5 mm统计为“不准确”。影像科医师组、骨科医师组对突入椎管内的压迫物上下径的估算和3D技术测量结果如表2所示，其结果与手术所见相对照。统计学分析利用四格表χ2检验：组间比较，χ2 =9.068, υ=2，P<0.05，差异有统计学意义；A组与B组比较，χ2 =4.769, P<0.05，差异有统计学意义；A组与C组比较，χ2 =6.667, P<0.01，差异有高度统计学意义；B组与C组比较，χ2 =0.275, P>0.05，差异无统计学意义。
表1 不同影像资料组合所显示椎管内骨折片数目（略）
表2 不同研究组对突入椎管内压迫物上下径的估算、测量结果的准确性（略）
3 讨论
临床上，胸腰椎外伤患者经X线平片检查诊断或提示有脊柱骨折者需进行CT扫描，X线平片加CT扫描所得横断面图像对胸腰椎骨折部位的显示、骨折的分型、外伤性软组织血肿的显示以及脊柱的稳定性等有着重要的意义。螺旋CT的出现标志着传统CT成像技术的又一次飞跃，一次扫描可获得容积数据采集，并在此基础上获得重建的三维空间图像，检查所获得的信息量远多于二维空间图像所能提供的信息量，螺旋CT扫描及3D技术在脊椎、颌面部、骨盆等解剖关系复杂，结构重叠较多部位具有明显的优势。对87例经X线诊断提示有脊柱骨折的患者行螺旋CT扫描并做3D。将X线平片、2DCT、3DCT(SSD、MPR、VRT)图像资料综合起来分析共发现骨折132处，而由X线平片和2DCT图像资料仅发现骨折103处，漏诊骨折29处。可见综合的图像资料在发现骨折的能力上具有一定的优势，能提高21.97%骨折显示率。31例胸腰椎爆裂骨折并发脊髓损伤需要骨科手术病例的影像学资料评估结果：综合的图像资料与X线平片加上2DCT图像资料在显示椎管内骨折片数目方面，χ2 =4.086, P<0.05，差异有显著性，表明X线平片、2DCT、3DCT三者的综合图像资料显示椎管内骨折片的能力大于X线平片加2DCT图像资料。特别有利于显示椎管内游离的小骨折片、与横断面平行的骨折线以及解剖结构重叠较多处的隐匿性骨折。X线平片加2DCT图像资料是一系列的二维图像，没有体现人体的三维结构特点，图像与解剖概念有所分离，缺乏立体直观感，在观察胸腰椎爆裂骨折并发脊髓损伤时不尽理想。3D图像能更充分地显示骨折的存在，更准确地显示挤向椎管内的小骨片和小关节等骨折，能立体、直观地显示骨折类型、骨片的移位以及椎管受压等情况。SSD图像以最易理解的直观形式立体地显示爆裂骨折的部位、形态及其与相邻结构的关系，根据骨折所在位置和诊断需要对SSD图像进行旋转，分别在X轴、Y轴和Z轴上转动，常规取前面、后面、左右侧面、上面、底面、左右斜面或任意角度进行观察。从不同方向展示脊柱的立体结构以及骨折后骨块分离、移位的立体形态，可直观地了解爆裂的椎体与相邻的椎体以及附件之间的解剖关系，实际显示骨折线的位置、骨折类型、骨折线走向、骨折累及的范围、骨折块移位的距离和角度及关节脱位等详细情况。为了减少重叠结构对骨折部位的遮挡，更好的显示椎管内骨折片以及观察椎间孔的损伤情况，利用图像切割技术，可方便地在上下、左右、前后方向或根据观察需要自由勾画轨迹对图像进行切割处理。MPR 以薄层的重建图像显示，可对感兴趣区进行矢状面、冠状面以及任意方向断面的图像显示，充分地显示爆裂骨折的内部、椎管内硬脊膜前方的骨折块和破裂的椎间盘组织对脊髓压迫情况、椎体附件及其小关节骨折与相邻椎间孔内脊神经之间的关系。SSD仅显示骨折表面的形态，而易漏诊轻微的、未移位的骨折，对椎管内的骨折显示不够理想，不能反映外伤性软组织血肿的情况。MPR的优势不仅弥补SSD的不足，而且能敏感地发现横断面图像难于发现的水平骨折线,更重要的是MPR能精确地测量骨折块的移位程度，通过其测量功能获得椎管内压迫物的准确数据。VRT透明技术可以通过二维、三维手段进行显示，不仅显示出骨质表面的骨折，而且可获得骨折内部的信息，即透过骨质立体直观显示骨折部位的情况，兼具X线与3D图像的优点。由表2中的数据及其统计学分析可以得出如下结论：在对椎管内压迫物大小的准确反映方面，三者之间存在着差异性。3D技术测量能获得椎管内压迫物的准确数据，影像科医师对椎管内压迫物上下径的估算其准确性接近3D技术测量，说明影像科医师因为专业的原因比较容易从二维的影像资料中建立起被观察对象的三维空间概念；骨科医师对椎管内压迫物上下径的估算准确性与影像科医师相比存在着差异性，较难从二维空间建立起被观察对象的三维空间概念。在临床上对胸腰椎爆裂骨折并发脊髓损伤者多采用侧前方减压术，去除突入椎管内的碎骨片及椎间盘组织、椎体间植骨融合术、金属物内固定术进行。传统的CT横断面图像可清晰显示脊椎骨质的情况，并能准确地测量椎管前后径距离，对两侧横突孔也能清晰显示，但却不能很好地显示病变的椎管及其椎管内压迫物的整体情况，更无法评价两侧的椎间孔。骨科医师仅利用二维图像资料，不易通过空间思维综合过程建立起抽象的三维立体图像，由于患者的个体差异和手术医师个人思维方式不同，对病变的理解出现一点偏差，对手术的精确性就会产生不利的影响。脊柱3D图像清晰、逼真、立体感强，可为骨科医师提供丰富的立体诊断信息，包括椎体、椎管、椎管内碎骨折片和破裂的椎间盘组织、横突孔、椎间孔及小关节等，在显示整体结构的基础上，采用切割技术，可更直观地暴露椎管内压迫物的具体部位，清晰地显示其形态、大小及边缘情况，通过3D测量可获得其具体数据。3D图像可使骨科医师直观地了解病变在三维立体空间的实际大小、形态、位置及与周围组织的立体解剖关系，为手术者选择手术方式提供了可靠的依据，使手术方案的制定更为精确，有助于金属固定物的准确置入，减少手术创伤和并发症。3D图像的质量是影响胸腰椎爆裂骨折诊断及临床应用价值的重要因素。图像的质量受以下因素的影响：原始扫描参数、重建参数、操作者对图像的处理技术和图像显示的窗位、窗宽等。MPR图像由于其空间分辨率和密度分辨率不够高，其对破裂的椎间盘组织和外伤性软组织血肿的显示能力稍显不足，随着设备的更新和技术参数的优化可使其图像质量提高。综上所述，对于胸腰椎爆裂骨折的诊断，影像科医师应将X线平片、2DCT、3DCT图像资料结合起来进行综合分析，加强与骨科医师之间的合作，提高为临床服务的能力。螺旋CT 3D技术，有助于骨科医师在术前充分掌握骨折情况，制定手术方案，选择内固定器材，使变形或破碎的骨结构和关节得到最大程度的恢复，提高手术质量。随着螺旋CT设备在二级的普及，特别是在发达地区，螺旋CT 3D技术将有更多的应用空间。
：
［1］ 叶哲伟,杨述华.三维医学图像重建及机手术导航在脊柱外科的应用［J］.中华骨科杂志,2004,24(2):125?127.
［2］ Gallivan RP, Nguyen TH, Armstrong WB. Head and neck computed tomography virtual end oscopy :evaluation of a new imaging technique［J］,Laryngoscope，1999,109:1 570?1 579.
［3］ 胡小新,陈时洪.螺旋CT三维重建成像在骨关节外伤中的临床应用价值探讨［J］. 中华放射学杂志，2002,36(8):758?760.
［4］ 谢宝钢,刘树清,杨吉祥,等.脊柱后结构在胸腰段脊髓神经损伤及爆裂骨折分类中的作用［J］.中华骨科杂志，2002,22(6):353?356.
［5］ Mckoy BE, Bensen CV, Hartsock IA. Fractures about the Shoulder Conservative Mamagement［J］. Orthop Clin North，2000,31:205?216.
［6］ 徐宝山,唐天驷,胡永成,等. 椎体成形术对胸腰椎爆裂型骨折的治疗意义［J］. 中华骨科杂志，2002,22(12):738?742.
