椎弓根钉道参数CT测量新方法的研究.docx
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椎弓根钉道参数CT测量新方法的研究
椎弓根钉道参数CT测量新方法的研究
【摘要】目的:
提出一种椎弓根钉道参数CT测量的新方法。
材料与方法:
以1个椎体为例进行操作步骤演示。
对在三维方向冠、轴、矢状面上具有一定旋转角度的1个椎体标本进行螺旋CT扫描,原始数据进行多平面重组,依次找出椎体的冠、轴、矢状面、椎弓根钉道的矢状面、轴状面,并进行校正。
结果:
在椎体的冠、轴、矢状面上可准确测得椎体在冠、轴、矢状面上的旋转角度,在椎弓根钉道的矢状面、轴状面上可准确测得椎弓根钉道在椎体自身矢状面、轴状面上的倾斜角度及椎弓根钉道的长度、宽度等。
结论:
CT测量方法可准确找到椎体及椎弓根钉道的真正轴面,准确测得相关参数。
【关键词】CT;测量方法;椎弓根
青少年特发性脊柱侧凸后路矫形手术中,尚有一定的置钉失败率,许多学者建议采取个体化置钉术,但由于严重AIS椎体在三维空间旋转角度大者,其X线片上影像重叠较多,所以椎弓根钉道长度、宽度及椎弓根钉道在椎体自身矢状面、轴状面上的倾斜角度等重要参数常由CT测得。
虽然CT测量椎弓根钉道参数已常规用于经椎弓根内固定的术前手术方案设计,但目前尚无一种广为接受的较为标准的关于AIS的CT测量方法及其相关详细测量步骤,且国内未见有关CT测量方法的准确性及可重复性研究的文献报道。
笔者通过对我院2001~2004年27例AIS者的术前CT测量,总结了一种新的CT测量方法,具体测量步骤以1个椎体标本为例详细报道如下。
1材料与方法
采用GElightspeedplusCT,对1个干燥人体胸椎标本进行螺旋扫描,由于AIS单个椎体在冠、轴、矢状面的旋转角度一般小于90°,故椎体标本在三维空间的旋转角度可设定为小于90°的任意角度。
扫描条件为:
80kV,10mA,扫描野50cm,层厚5mm,螺距∶1,床进速度15mm/转,螺旋时间秒/转,层间距5mm,标准重建。
重建原始数据:
重建层厚,重建层间距,显示野15cm。
将上述数据传至工作站,进行三维SSD重建及多平面重组。
多平面重组方法进入多平面重组模式,屏幕上可同时显示4幅图像,包括斜面、轴状面、矢状面及冠状面,上述4幅图像分别位于屏幕的左上方、右上方、左下方和右下方,通过调节屏幕右上方的轴状面,使其也变换为斜面,则屏幕上可同时显示两个斜面,用于切换显示相应的重组图像。
依次找出椎体的冠、矢、轴状面。
具体步骤为:
①椎体冠状面的重组过程:
在屏幕右下方的冠状面图像上,选择能够同时清晰显示两侧椎弓根的层面,经两侧椎弓根中点连线,在屏幕左上方的第1斜面上可得到一个经两侧椎弓根的斜轴面,在该面上,经两侧椎弓根连线,在屏幕右上方的第2斜面上可得到双侧椎弓根斜冠状面图像,此图像经下述步骤重复测量,进行校正后即为椎体的冠状面。
②椎体矢状面的重组过程:
在上述双侧椎弓根斜冠状面图像上,经两侧椎弓根中点再连线,在屏幕左上方的第1斜面上又可得到一斜轴面,在该面上,经椎体前、后缘中点连线,则在屏幕右上方的第2斜面上可得到椎体的矢状面图像。
③椎体轴状面的重组过程:
在上述椎体的矢状面图像上经椎弓根中点作与椎体上缘终板平行的线,则在屏幕左上方的第1斜面上可得到该椎体的横轴面。
④重复上述步骤,进行校正:
在上述测量基础上,返回第一步,从屏幕左上方的第1个斜轴面开始,再次按照上述步骤重组图像,经过如此校正,则可得到准确的椎体的冠、轴、矢状面图像。
依次找出椎弓根钉道的矢状面、轴状面。
具体步骤为:
①椎弓根钉道矢状面的重组过程:
在屏幕左上方的第1斜面上,在上述校正后的椎体轴状面图像上,经右侧椎弓根中轴画线,则在屏幕右上方的第2斜面上可得到经右侧椎弓根钉道的矢状面。
②椎弓根钉道轴状面的重组过程:
在上述椎弓根钉道的矢状面上经右侧椎弓根中轴画线,则在屏幕左上方的第1斜面上即可得到经右侧椎弓根钉道的轴状面。
③椎弓根钉道矢状面、轴状面的进一步校正:
在上述椎弓根钉道的轴状面上,再次经右侧椎弓根中轴连线,按照上述步骤,重复上述重组过程,经过如此校正,则可得到准确的椎弓根钉道的矢状面、轴状面。
2结果
经过上述多平面重组,可得到椎体的冠、轴、矢状面及椎弓根钉道的矢状面、轴状面。
①校正后的椎体冠状面图像上,经双侧椎弓根中心画线,此线与水平面的夹角即为椎体在冠状面上的旋转角度 。
②椎体轴状面图像上,经椎弓根画线,平行于椎体后缘,此线与冠状面的夹角即为椎体在轴面上的旋转角度 。
该轴面为经椎弓根平行于椎体上缘终板的平面。
③椎体矢状面图像上,经椎管中心画线,平行于椎体上缘终板,此线与水平面的夹角即为椎体在矢状面上的旋转角度 。
④在椎弓根钉道矢状面图像上,经椎弓根中轴画线,此线与椎体横轴面的夹角即为椎弓根钉道在椎体自身矢状面上的倾斜角度 。
⑤椎弓根钉道轴状面图像上,经椎弓根中轴画线,此线与椎体自身矢状面的夹角即为椎弓根钉道在椎体自身轴状面上的倾斜角度 。
⑥椎弓根钉道自身轴状面图像上,可测得椎弓根钉道的长度及宽度。
椎体标本的SSD三维重建图像可以反映椎体、椎弓根的实际空间位置,其中,椎体的冠、轴、矢状面及椎弓根钉道的矢状面、轴状面图像、椎体在冠、轴、矢状面上的旋转角度、椎弓根钉道在椎体自身矢状面、轴状面上的倾斜角度及椎弓根钉道的长度、宽度等,均与椎体标本的经多平面重组后所得相应图像具有一致性。
图1椎体在冠状面上的旋转角度 ,上线经双侧椎弓根中点,下线为水平线
图2椎体在轴状面上的旋转角度 ,上线平行于椎体后缘,下线为冠状线
图3椎体在矢状面上的旋转角度,上线平行于椎体上缘终板,下线为水平线
图4椎弓根钉道在椎体自身矢状面上的倾斜角度,上线平行于椎体上缘终板,下线为椎弓根中轴线
图5椎弓根钉道在椎体自身轴状面上的倾斜角度,右线为椎体自身矢状线,左线为椎弓根中轴线
图6椎弓根中轴线与椎体前缘及椎板后缘分别有一个交点,上述两点之间的距离即为椎弓根钉道的长度,椎弓根最窄处左右径即为椎弓根钉道的宽度
图7同一椎体的三维SSD图像正面观,该图可反映椎体在冠、轴、矢状面上的旋转程度,与上述多平面重组图像之图1,2,3 具有一致性
3讨论
常规CT测量方法及其不足之处AIS者常需在三维方向上矫正畸形,以及关于AIS椎体X线参数准确性等,因此,同样可能会存在一定程度的误差。
但本CT测量方法的多平面重组过程中,每一步骤都可进行重复,通过重复测量,可减小偶然误差,从而控制测量的准确性。
的结构特点及其CT测量特点AIS者主要表现为椎体在三维空间冠、轴、矢状面上的曲度异常,其椎体结构完整,与正常椎体相比,AIS椎体可有以下形态学变化,如:
椎体前柱较长、后柱较短,前缘、后缘高度增加,凹侧缘高度减低,单侧椎弓根变扁变长、单侧椎弓根骨皮质变厚、骨松质变薄及关节突变形等。
笔者认为,在3D模式下,显示屏的左右、上下方向的位置偏差可以控制,而在前后方向的偏差是无法察觉的,常需在另外的垂面上校正测量点,但在该面上,上下方向的偏差又会无法察觉。
因此在3D模式下测量数据,可重复性差。
但准确的论断有待于进一步的试验证实。
展望与不足文献报道在使用CT建立三维导航图像时存在层厚层距误差及其他误差,使得椎弓根钉的置入难于达到100%的精确率[27]。
因此进一步分析这种CT机器自身测量误差[28]及其对椎弓根钉道参数测量结果的影响程度也很有必要。
将来,随着本CT测量方法准确性的进一步验证,这一方法用于三维导航脊柱手术将成为可能,继而有望进一步提高椎弓根钉置入的精确率。
由于文献中所述的椎体参数CT测量方法常常仅限于对诸多椎体参数中的某一个或数个进行CT测量,虽然于威等[10]所述的CT方法可较全面测量诸多椎体参数,但因其未对该CT方法的准确性和可重复性进行深入分析,而是直接对其指导手术的准确性进行了评价,尽管丁立祥[23]认为自己所采用的CT方法可信度和可重复性良好,但其并未详细报道相关的试验结果及分析过程,所以,本文尚未能够对文献中所述CT测量方法与笔者所提出的CT方法进行对比评价。
总结本研究详细描述了CT测量AIS椎弓根钉道参数的具体步骤,而对该CT测量方法在临床中应用的可行性仅仅从理论上进行了初步探讨,因此,选取
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