多平面重組下頸椎椎弓根釘三維重建技術(shù)測(cè)量參數(shù)的對(duì)比研究

多平面重組下頸椎椎弓根釘三維重建技術(shù)測(cè)量參數(shù)的對(duì)比研究

目前，多層旋轉(zhuǎn)ct（多功能、三維ct、msct）三維重建圖表技術(shù)在脊柱精確評(píng)價(jià)方面發(fā)揮著優(yōu)勢(shì)。這不僅是脊柱手術(shù)前的綜合評(píng)估不可或缺的檢查項(xiàng)目，也是脊柱診斷和治療的可靠方法之一。但MSCT工作站不是專門針對(duì)脊柱外科,而且其保存影像數(shù)據(jù)的醫(yī)學(xué)圖像通信標(biāo)準(zhǔn)格式目前還無(wú)法在個(gè)人電腦上用常見(jiàn)的圖像軟件讀取,因此該技術(shù)在交互性和便捷性方面存在不足。脊柱虛擬手術(shù)系統(tǒng)(spinalvirtualsurgerysystem,SVSS)是昆明醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院骨科何飛博士與北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院合作研發(fā)的與脊柱手術(shù)相關(guān)的三維可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)吸收了MSCT三維圖像處理技術(shù)優(yōu)勢(shì),并在個(gè)人電腦上實(shí)現(xiàn)了脊柱三維重建、旋轉(zhuǎn)、切骨與測(cè)量,具有良好的交互性和便捷性,成像質(zhì)量好、速度快,同時(shí)具有較好的擴(kuò)展性。為探討SVSS三維重建技術(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性,本研究利用同一組頸椎標(biāo)本測(cè)量涉及下頸椎椎弓根固定的10個(gè)相關(guān)參數(shù),將該系統(tǒng)測(cè)量的相關(guān)數(shù)據(jù)與MSCT工作站所測(cè)參數(shù)進(jìn)行比較。報(bào)告如下。1材料和方法1.1患者gq17具男性頸椎(C0～T1)甲醛標(biāo)本,年齡16～60歲,平均38.1歲;均為非頸椎疾病死亡;由昆明醫(yī)學(xué)院解剖教研室提供。MX8000型64層MSCT及SGI02隨機(jī)工作站4.01(Philips公司,美國(guó));自主研發(fā)的SVSS及圖形工作站。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1腰椎釘?shù)佬投ǖ缽椒植?1)椎弓根測(cè)量參數(shù)。釘?shù)婪较騾?shù):外展角,即椎弓根軸線與椎體平分線的夾角;頭傾角,即椎弓根軸線與側(cè)塊的夾角。椎弓根入點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù):椎弓根入點(diǎn)至側(cè)塊邊緣的切距(X-directionentrance,XE),椎弓根入點(diǎn)至下關(guān)節(jié)突下緣距離(Y-directionentrance,YE)。螺釘長(zhǎng)度參數(shù):椎弓根入點(diǎn)至椎體前緣的軸位距離(totalpediclelengthofaxialview,TLa),椎弓根入點(diǎn)至椎體前緣的矢狀位距離(totalpediclelengthofsagittalview,TLs)。螺釘直徑參數(shù):峽部皮質(zhì)骨高度(pedicleheight,PH)、皮質(zhì)骨寬度(pediclewidth,PW)、松質(zhì)骨高度(pediclespongyheight,PSH)及松質(zhì)骨寬度(pediclespongywidth,PSW)。(2)截面調(diào)諧及參數(shù)測(cè)量。軸位測(cè)量:調(diào)整目標(biāo)椎體的雙側(cè)椎弓根呈最寬、對(duì)稱顯示,同時(shí)保持重建的橫斷面與雙側(cè)椎弓根中心軸線一致。該軸線即為椎弓根釘植入的理想釘?shù)?。該軸線與側(cè)塊平面的交點(diǎn)即為理想入點(diǎn)。該點(diǎn)至椎體前沿的釘?shù)篱L(zhǎng)度即為椎弓根軸位骨性通道全長(zhǎng);椎體前后緣中點(diǎn)連線為椎體中軸線,該線與椎弓根中軸線的交角即為外展角;入點(diǎn)至側(cè)塊切線的垂直距離為入點(diǎn)在側(cè)塊平面的橫坐標(biāo)(圖1、2)。矢狀位測(cè)量:沿雙側(cè)椎弓根中軸線進(jìn)行矢狀位重建,按軸位測(cè)量時(shí)的外展角先行調(diào)整軸位任意切割線,使切線的角度與外展角相等,此時(shí)的平面即為與軸位理想釘?shù)朗笭蠲姹３忠恢碌那忻?該面的椎弓根中軸線為同一理想釘?shù)?該線與側(cè)塊的交點(diǎn)即為理想入點(diǎn),入點(diǎn)至椎體前緣的距離亦為椎弓根矢狀位骨性通道全長(zhǎng);入點(diǎn)至本椎下關(guān)節(jié)突尖端的距離為入點(diǎn)在側(cè)塊平面的縱坐標(biāo);理想釘?shù)琅c側(cè)塊的夾角,即為該釘?shù)赖念^傾角(圖3、4)。冠狀位測(cè)量:在雙側(cè)椎弓根最窄處作垂直于椎弓根的冠狀面重建,觀察椎弓根橫斷面形態(tài)有無(wú)變異,測(cè)量雙側(cè)椎弓根PH、PW、PSH、PSW(圖5、6)。以上每個(gè)參數(shù)均測(cè)量3次,取平均值作為該椎弓根的個(gè)體化植釘參數(shù)。1.3統(tǒng)計(jì)方法采用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn);檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。2腰椎弓根檢測(cè)結(jié)果7具標(biāo)本共70個(gè)下頸椎椎弓根,采用SVSS測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)1個(gè)椎弓根缺失(C3)、4個(gè)椎弓根冠狀位直徑<3mm(C41個(gè)、C52個(gè)、C61個(gè)),與MSCT工作站測(cè)量結(jié)果一致;共測(cè)量椎弓根66個(gè)(包括1個(gè)冠狀位直徑<3mm的C5椎弓根)。統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):除C3左側(cè)椎弓根PH、C4兩側(cè)椎弓根PW、C4右側(cè)椎弓根PSW、C6左側(cè)XE、C3兩側(cè)YE、C3兩側(cè)及C5左側(cè)TLs,以及C3兩側(cè)、C5左側(cè)、C6右側(cè)TLa共計(jì)14組檢測(cè)數(shù)據(jù),兩系統(tǒng)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)外,其余數(shù)據(jù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表1～7。3msct在腰椎微創(chuàng)病患者中的應(yīng)用2009年6月-2010年3月,采用SVSS三維重建輔助下頸椎椎弓根固定手術(shù)6例。男3例,女3例;年齡18～54歲,平均32.3歲。病因:Chiari畸形1例,C3、6結(jié)核1例,C4、5創(chuàng)傷不穩(wěn)1例,C4淚滴型骨折1例,C4～6軟骨肉瘤1例,C4、5后凸畸形1例。術(shù)前將MSCT采集的患者頸椎數(shù)據(jù)導(dǎo)入SVSS進(jìn)行VR和MPR三維重建,了解病情,選擇目標(biāo)椎弓根,然后個(gè)體化測(cè)量該椎弓根植釘參數(shù)。6例患者術(shù)中共指導(dǎo)植釘34枚。植釘節(jié)段:C310枚,C46枚,C58枚,C62枚,C78枚。術(shù)后MSCT復(fù)查發(fā)現(xiàn):30枚(88.24%)完全位于椎弓根內(nèi),4枚(11.76%)穿破。參照Richter等的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),1級(jí)穿破2枚(5.88%),2級(jí)穿破2枚(5.88%),無(wú)3級(jí)穿破發(fā)生。4討論4.1虛擬技術(shù)應(yīng)用虛擬手術(shù)系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及圖像處理技術(shù)等學(xué)科向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域滲透而演化出的新的應(yīng)用領(lǐng)域,促進(jìn)了外科手術(shù)逐漸向微創(chuàng)化、智能化方向發(fā)展。它是利用計(jì)算機(jī)對(duì)超大信息的控制能力,綜合處理CT、MRI等獲取的醫(yī)學(xué)影像信息,采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),重構(gòu)人體組織結(jié)構(gòu)的三維圖像,以明確病情,幫助醫(yī)生制定手術(shù)計(jì)劃及輔助手術(shù),從而使手術(shù)更安全、精準(zhǔn)和微創(chuàng),甚至可將其擴(kuò)展至手術(shù)教學(xué)、技能訓(xùn)練和術(shù)后康復(fù)等工作。如Cotin等開(kāi)發(fā)的介入式外科手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng),McCarthy等開(kāi)發(fā)的膝關(guān)節(jié)鏡手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)。虛擬手術(shù)系統(tǒng)具備良好的交互性、便捷性和實(shí)用性,該類系統(tǒng)對(duì)脊柱疾病全面評(píng)估和診療規(guī)劃的制定有著巨大優(yōu)勢(shì)。4.2維x射線衍射重建技術(shù)椎弓根植釘術(shù)前臨床常進(jìn)行影像學(xué)測(cè)評(píng),X線片因影像重疊易產(chǎn)生測(cè)量誤差,CT、MRI提供的二維斷層閱片缺乏連續(xù)性,病灶的具體形態(tài)和與周邊組織、上下椎體的整體關(guān)系需用想象去推測(cè),同時(shí)掃描時(shí)難以保證椎弓根呈對(duì)稱位顯示,治療方案和效果多依賴醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)與技能。三維圖像最大程度避免了人為因素。應(yīng)用VR重建技術(shù)動(dòng)態(tài)任意方向旋轉(zhuǎn)脊柱,可以立體直觀地呈現(xiàn)病椎的整體情況以及與鄰近椎體之間的空間位置關(guān)系,幫助確定術(shù)中需要的骨性參照標(biāo)志及目標(biāo)節(jié)段。MPR重建技術(shù)具有呈現(xiàn)病變內(nèi)部細(xì)節(jié)、任意剖面呈像及自動(dòng)測(cè)量的優(yōu)勢(shì),通過(guò)VR提供的信息,重建時(shí)通過(guò)技術(shù)調(diào)整,使目標(biāo)椎體的雙側(cè)椎弓根軸位呈對(duì)稱位、最大寬度顯示,使其橫斷面與雙側(cè)椎弓根中心軸線保持一致,再加上虛擬螺釘?shù)膶?dǎo)入,從而可精確測(cè)量出螺釘與周圍骨性參考標(biāo)志的距離和角度,利于全面的術(shù)前評(píng)估和規(guī)劃,結(jié)合各種測(cè)量工具及C臂X線機(jī)術(shù)中監(jiān)測(cè)校正,提高植釘精確度。4.3svss重建圖像釘?shù)赖奶攸c(diǎn)本研究中,兩系統(tǒng)重建后均發(fā)現(xiàn)70個(gè)下頸椎椎弓根中有1個(gè)椎弓根缺失、4個(gè)椎弓根細(xì)小。本研究共測(cè)量了66個(gè)椎弓根的10個(gè)植釘相關(guān)參數(shù)。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析提示兩系統(tǒng)中有14組數(shù)據(jù)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),其余數(shù)據(jù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn),這些差異的產(chǎn)生緣于:(1)椎弓根軸心定位偏差:頭傾角和外展角兩組數(shù)據(jù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,提示兩系統(tǒng)選擇的釘?shù)琅c椎弓根軸心是相接近或平行。部分TLa、TLs、YE、XE產(chǎn)生差異,提示兩系統(tǒng)中有1個(gè)系統(tǒng)選擇的釘?shù)琅c椎弓根軸心產(chǎn)生了平移。MSCT工作站重建圖像釘?shù)赖倪x擇依靠目測(cè)法,無(wú)測(cè)量標(biāo)示的輔助,有一定的主觀性。SVSS釘?shù)肋x擇采用螺釘輔助法,通過(guò)螺釘?shù)姆糯?縮小及延長(zhǎng),以該椎弓根所能容納的最粗、最長(zhǎng)螺釘中軸為椎弓根理想釘?shù)赖臏y(cè)量標(biāo)示,從而最大程度的接近椎弓根實(shí)際中軸線,測(cè)量結(jié)果相對(duì)更客觀。(2)測(cè)量標(biāo)示放置偏差:部分XE、YE、PH、PW、PSH、PSW差異的產(chǎn)生與以上參數(shù)數(shù)值較小,如測(cè)量標(biāo)示放置不精準(zhǔn),產(chǎn)生較大誤差有關(guān)。MSCT3個(gè)剖面的重建測(cè)量圖像都位于同一窗口,測(cè)量目標(biāo)顯示較小,測(cè)量標(biāo)示的放置難度較大,如果針對(duì)性放大,會(huì)導(dǎo)致其他2個(gè)剖面圖像顯示不足,甚至剖面移位,因此測(cè)量標(biāo)示都置于系統(tǒng)原始圖像上。SVSS系統(tǒng)設(shè)有專用的二維測(cè)量窗口,測(cè)量標(biāo)示放置難度低,在該窗口內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)圖像局部放大而不影響其他窗口的圖像顯示,測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。同時(shí),通過(guò)對(duì)該窗口的明暗調(diào)節(jié),僅骨皮質(zhì)呈像,消除軟組織顯像對(duì)測(cè)量標(biāo)示放置的干擾,增加測(cè)量標(biāo)示的放置精度,從而進(jìn)一步增加測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。SVSS輔助下頸椎椎弓根固定手術(shù)6例,穿破率為11.76%;與MSCT技術(shù)(11.84%)及計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)(11.30%)穿破率相似。4.4剖面和場(chǎng)景相互配合的測(cè)量異常SVSS在個(gè)人電腦上實(shí)現(xiàn)了脊柱的三維重建、旋轉(zhuǎn)、切骨和測(cè)量,使臨床醫(yī)師隨時(shí)方便利用MSCT采集的信息進(jìn)行分析、交流,又可增加CT利用率,同時(shí)亦減少影像科醫(yī)師工作量。二維及三維圖像互動(dòng),使二維平面的調(diào)窗和三維結(jié)構(gòu)的觀察相結(jié)合,可以較快速、準(zhǔn)確地找出測(cè)量目標(biāo)。專職的測(cè)量窗口可對(duì)導(dǎo)入的圖像進(jìn)行尺寸放大及細(xì)節(jié)的特別顯示,并可對(duì)同一參數(shù)在不同解剖層面的數(shù)值進(jìn)行比對(duì),找出其理想剖面同時(shí)不影響調(diào)窗。剖面視圖和場(chǎng)景透視功能相互配合,可快速地切除所有非目標(biāo)結(jié)構(gòu),直接顯露目標(biāo),并可對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬透視和調(diào)窗,較CT工作站測(cè)量層面的選擇和微調(diào)更方便快捷。虛擬螺釘可以模擬植釘手術(shù)及效果,點(diǎn)、線、面的測(cè)量可以以螺釘為參照,減少測(cè)量標(biāo)示放置的主觀因素,使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確、客觀,同時(shí)虛擬螺釘?shù)闹踩胧古R床醫(yī)生在術(shù)前進(jìn)行手術(shù)演練,可提高手術(shù)技能和手術(shù)安全性。視野180mm,電壓120kV,電流200mAs,螺距0.875,