高浩源 朱新煒 韓建龍 邱思強 左金良 臧睿

腰椎間孔是神經(jīng)根源性疾病的高發(fā)部位和腰椎疾病微創(chuàng)治療的重要通道，其影像學(xué)測量需要精準和全面[1-2]。以往腰椎間孔的測量主要采用二維測量，測量結(jié)果不能全面反映腰椎間孔的三維數(shù)據(jù)[3]，可能存在一定的測量誤差。本研究通過測量和對比分析腰椎退變病人及腰椎正常者的腰椎間孔MRI和CT三維模型的差異，旨在為腰椎間孔三維模型的開發(fā)提供參考依據(jù)，以利于臨床診斷腰椎間孔狹窄和準確評估微創(chuàng)治療通道。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性納入濟南市第四人民醫(yī)院2013年8月—2016年8月間的56例腰椎退變病人[男 24 例，女 32 例，年齡 39～72 歲，平均（56.5±7.6）歲]和41名腰椎體檢正常者[男18名，女23名，年齡 25～36 歲，平均（31.4±5.2）歲]。每位參與者均于同日內(nèi)完成腰椎MRI和CT檢查。腰椎退變病人納入標準：腰背部疼痛且伴有坐骨神經(jīng)痛；腰背部軟組織有明顯壓痛；下肢神經(jīng)癥狀如下肢麻木、肌力下降和腱反射改變。排除標準：有腰骶椎畸形、腰椎外傷及腰椎手術(shù)史者。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會批準，所有參與者均簽署知情同意書。

1.2 設(shè)備與參數(shù) 采用Philips Achieva 1.5 T MR掃描設(shè)備和Philips Brilliance 64排螺旋CT設(shè)備進行掃描，所有參與者均取仰臥位，掃描范圍從L1至S5水平。掃描參數(shù)：①MRI采用自旋回波（SE）序列，T1WI：TR 650 ms，TE 9.3 ms；T2WI：TR 3 000 ms，TE 88 ms；抑脂序列：TR 35 00 ms，TE 82 ms，層厚2 mm，層間距 3 mm，F(xiàn)OV 320 mm×320 mm，矩陣1.33 mm×1.00 mm×4.00 mm。②CT：管電壓 120 kV，曝光量280 mAs，層厚 2 mm，層間距 2 mm，螺距 1。

1.3 腰椎間孔三維模型建立與數(shù)據(jù)測量 將MRI和CT圖像數(shù)據(jù)以Dicom3.0格式導(dǎo)入三維重建軟件Mimics19.0（Materialise，比利時）中，通過提取、分割、光滑等處理，保留腰椎骨性結(jié)構(gòu)及韌帶組織，剔除脊髓、神經(jīng)根、脂肪組織等椎管內(nèi)容物，生成腰椎間孔的三維模型（圖1）。由2名骨科醫(yī)師（工作9年和10年）和1名影像科副主任醫(yī)師（工作15年）采用雙盲法測量MRI和CT腰椎間孔模型的三維數(shù)據(jù)，包括腰椎間孔容積、矢狀面最小面積及冠狀面長徑 （以矢狀面最長徑和最短徑的交叉點為中心點，最內(nèi)側(cè)矢狀面中心點與最外側(cè)矢狀面中心點連線為椎間孔冠狀面長徑）。每位醫(yī)生各自測量一次，取3人測量的平均值作為最終數(shù)據(jù)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析。符合正態(tài)分布的計量資料以（x±s）表示。采用SPSS統(tǒng)計軟件的信度分析計算組內(nèi)相關(guān)系數(shù) （ICC）評價不同測量者之間的一致性，ICC≤0.4表示一致性較低，0.4＜ICC≤0.75表示一致性中等，ICC＞0.75表示一致性較高。2種成像方法三維模型數(shù)據(jù)間比較采用配對樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 腰椎間孔三維模型。

2 結(jié)果

2.1 不同測量者之間的一致性 3名測量者在測量腰椎間孔容積、矢狀面最小面積及冠狀面長徑的CT和MRI數(shù)據(jù)之間存在較高的一致性（均ICC＞0.9），詳見表 1、2。

表1 不同測量者之間CT數(shù)據(jù)測量的一致性分析

表2 不同測量者間MRI數(shù)據(jù)測量的一致性分析

2.2 腰椎正常者腰椎間孔MRI與CT三維數(shù)據(jù)比較 MRI模型上測得的L1～S1各節(jié)段椎間孔容積及L1/L2、L2/L3、L3/L4、L4/L5節(jié)段的矢狀面最小面積均小于CT測量結(jié)果（均P＜0.05），其余測量值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均 P＞0.05），詳見表 3。

表3 腰椎正常者腰椎間孔MRI與CT三維數(shù)據(jù)比較

2.3 腰椎退變病人腰椎間孔MRI與CT三維數(shù)據(jù)比較 MRI模型上測得的L1～S1各節(jié)段的椎間孔容積以及L1/L2和L2/L3節(jié)段的椎間孔矢狀面最小面積均小于CT模型所測量的結(jié)果（均P＜0.05），其余測量值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），詳見表4。

表4 腰椎退變病人腰椎間孔MRI與CT三維數(shù)據(jù)比較

3 討論

腰椎間孔由相鄰2個椎體的上下切跡圍成，其內(nèi)包括神經(jīng)根及其伴行血管、脂肪組織和韌帶組織。近年關(guān)于MRI和CT測量腰椎間孔尺寸的比較均為二維數(shù)據(jù)的對比[3-4]，而腰椎間孔為三維立體通道，單純二維測量不能全面準確地評估腰椎間孔。隨著對腰椎間孔狹窄疾病的重視和椎間孔鏡應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，對腰椎間孔的測量要求更加準確。由于腰椎間孔三維重建軟件尚不成熟，目前發(fā)表的文獻未見有關(guān)進行腰椎間孔MRI和CT三維測量對比的報道。本研究對基于MRI和CT數(shù)據(jù)的腰椎間孔三維模型進行測量和對比分析，旨在能夠更加準確地測得臨床病人腰椎間孔數(shù)據(jù)，為腰椎間孔三維模型軟件的開發(fā)應(yīng)用提供參考。

本研究所收集的樣本均為同一參與者在同日進行的腰椎MRI和CT檢查數(shù)據(jù)，均采取仰臥位。腰椎退變病人均有腰背疼痛癥狀，而腰椎正常者均無腰部疼痛癥狀，這樣保證了每組樣本的一致性，建立三維模型以及測量數(shù)據(jù)均由有經(jīng)驗的骨科醫(yī)師和放射科醫(yī)師雙盲完成，測量者之間數(shù)據(jù)結(jié)果存在較高一致性，保證了MRI和CT數(shù)據(jù)的準確性和可比性，本研究旨在對比MRI和CT腰椎間孔三維測量的差異，故參與者性別、年齡以及是否出現(xiàn)癥狀等因素在此未做進一步分析。

椎間孔是由上下椎弓根、前方部分椎體后壁和椎間盤以及后方關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)圍成的內(nèi)口小、外口大的漏斗形通道，部分樣本黃韌帶自椎管內(nèi)延伸到椎間孔出口與關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊融合，參與構(gòu)成了椎間孔的后壁。在建模過程中發(fā)現(xiàn)，椎間孔的前壁主要由部分椎體和椎間盤后壁構(gòu)成，上壁為上位椎弓根下壁，下壁為下位椎弓根的上壁，CT和MRI均能準確定位。椎間孔后壁主要結(jié)構(gòu)為關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊，有時會有黃韌帶延伸至此，并且發(fā)現(xiàn)有韌帶組織延伸至上位椎弓根的下壁，參與構(gòu)成了椎間孔后上壁。CT影像上，骨皮質(zhì)呈高密度，椎管內(nèi)軟組織呈低密度，清晰的椎間孔后壁顯示為附著于關(guān)節(jié)突表面的低密度條帶樣結(jié)構(gòu)，通過與椎間孔內(nèi)容物的密度差異識別后壁邊界。MR T1WI上，腦脊液和纖維結(jié)締組織均呈高信號，不易辨別椎間孔后壁邊界；T2WI上，腦脊液呈高信號，纖維結(jié)締組織和骨質(zhì)呈低信號，根據(jù)信號對比可清晰顯示椎間孔輪廓，椎間孔后壁顯示為關(guān)節(jié)突表面連接于上下椎弓根的低T2信號條帶樣結(jié)構(gòu)。MRI對于后壁軟組織的識別定位優(yōu)于CT，特別當腰椎間孔壁的軟組織厚度＜1 mm時，CT影像上無法顯示和識別。本研究結(jié)果顯示腰椎退變病人和腰椎正常者L1~S1各節(jié)段MRI椎間孔模型容積均小于CT模型所測得的結(jié)果，這可能與椎間孔周壁軟組織在未發(fā)生退變增生時組織密度低，CT對其成像較差有關(guān)。以往文獻[5-6]報道的椎間孔影像學(xué)測量，多數(shù)是測量椎間孔投影的橫徑和縱徑，是對椎間孔矢狀面最小面積的間接測量，反映椎間孔的狹窄程度。本研究直接測量了腰椎間孔矢狀面最小面積，并進行MRI和CT對比，發(fā)現(xiàn)腰椎退變病人在L1/L2和 L2/L3節(jié)段差異有統(tǒng)計學(xué)意義，在 L3/L4、L4/L5、L5/S1節(jié)段差異無統(tǒng)計學(xué)意義，考慮與本研究選取的樣本人群有關(guān)，本研究中的樣本均有不同程度腰椎退變，伴有骨質(zhì)增生、椎間盤突出或黃韌帶肥厚等，在建立三維模型中發(fā)現(xiàn)椎間孔后壁軟組織厚度＞1 mm（MRI測量結(jié)果）時，CT上能夠準確識別，因此呈現(xiàn)L3/L4、L4/L5、L5/S1節(jié)段腰椎間孔矢狀面最小面積MRI和CT比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。MRI和CT均能識別骨質(zhì)及椎間盤組織，但對于腰椎間孔未發(fā)生退變的后壁軟組織，CT的顯示較MRI差，椎間孔后壁軟組織厚度＜1 mm（MRI測量結(jié)果）時CT上不能準確識別，因此與腰椎退變病人相比，腰椎正常者有更多節(jié)段（L1/L2、L2/L3、L3/L4和 L4/L5節(jié)段）測得的矢狀面最小面積在2種成像方法間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。在L5/S1節(jié)段后壁軟組織厚度大于其他節(jié)段，可能是由于力學(xué)傳導(dǎo)使L5/S1節(jié)段軟組織發(fā)育性增厚，或者是樣本雖無神經(jīng)癥狀但該節(jié)段已發(fā)生退變，CT能夠識別椎間孔后壁軟組織，故2種成像方法測量數(shù)據(jù)間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。通過比較2種成像方法對腰椎退變病人和腰椎正常者的測量結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)在腰椎沒有發(fā)生退變，即椎間孔后壁軟組織沒有發(fā)生增生肥厚時，CT測量值普通大于MRI，而在腰椎發(fā)生退變時，MRI和CT測量數(shù)據(jù)無顯著差異。

黃韌帶是腰椎間孔組成的重要結(jié)構(gòu)之一，黃韌帶的肥厚是腰椎間孔狹窄的重要因素。黃韌帶上端附著于上位椎板下緣的前面，下端止于下位椎板上緣的后面，向前可達腰椎側(cè)隱窩的后緣和關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)緣，與椎弓板間隔交替排列，共同組成椎管后壁，具有限制脊柱過度前屈以及維持身體直立姿勢的作用[7-8]，椎間孔內(nèi)黃韌帶的解剖特點在個體間存在較大差異，是測量椎間孔必須要考慮的因素，Worth等[9]利用多層螺旋CT建立腰椎間孔三維模型，通過表面遮蔽顯示重組方法建立的椎間孔骨性通道，忽略了骨表面關(guān)節(jié)囊、韌帶等軟組織的存在，有可能造成測量結(jié)果大于實際值。張等[10]報道MRI具有較高的軟組織分辨力，使MRI對椎間孔的測量較CT更加準確，但由于神經(jīng)根與韌帶組織密度相近，且兩者多有相連，另外背根神經(jīng)節(jié)在椎間孔的位置變化以及與神經(jīng)根匯合方式的變化，使MRI三維重組目前尚不能實現(xiàn)自動化運行，需要手動操作，限制了其臨床應(yīng)用。本研究通過Mimics軟件建立三維模型，可以發(fā)現(xiàn)椎間孔前壁椎體后緣骨性結(jié)構(gòu)以及高密度結(jié)締組織的纖維環(huán)，椎間孔上下壁大部分為骨性結(jié)構(gòu)；在構(gòu)建MRI和CT模型時對兩者邊界的識別差異較小，而在構(gòu)建三維模型后壁時發(fā)現(xiàn)在MRI上顯示存在一些纖維組織連接于上下椎弓根后端之間，當這些纖維結(jié)構(gòu)橫徑＜1 mm時，在CT影像上僅能顯示關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)，不能顯示這些貼近關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)表面的纖維結(jié)構(gòu)，這使得2種椎間孔三維模型測量的矢狀面面積產(chǎn)生差異，這可能是MRI和CT對腰椎間孔測量存在差異的主要原因。在腰椎退變時這些纖維組織增厚與關(guān)節(jié)囊融合，使MRI和CT測量的椎間孔矢狀面面積差異減少或消失。另外黃韌帶向椎間孔的延伸走行在個體間也存在差異，有的黃韌帶延伸至椎間孔，與關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)囊融合共同構(gòu)成后壁結(jié)構(gòu)，有的黃韌帶沒有延伸至椎間孔，椎間孔后壁的構(gòu)成沒有黃韌帶，當后壁軟組織厚度＜1 mm（MRI測量結(jié)果）時CT上不能區(qū)分軟組織與骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，因此要建立準確的腰椎間孔三維模型必須解決對其后壁邊界準確識別這一技術(shù)難題。另有尸體解剖研究發(fā)現(xiàn)椎間孔的中央?yún)^(qū)是椎間孔各部分中相對狹窄的區(qū)域，橫韌帶可將椎間孔出口區(qū)分為上下2個間隔，神經(jīng)根從橫韌帶下間隔中穿出，該通道要比中央?yún)^(qū)還要狹窄[11]。但本研究發(fā)現(xiàn)無論是在MRI還是CT影像上，均未能明確定位椎間孔橫韌帶。

本研究通過對比MRI和CT腰椎間孔三維模型發(fā)現(xiàn)，目前CT尚不能精確顯示未發(fā)生顯著退行性改變的后壁軟組織，而MRI能夠更加清晰地顯示腰椎間孔后壁軟組織，對腰椎間孔的三維測量更加準確，并且對診斷單純腰椎間孔狹窄可能更加敏感。但本研究也存在不足，本研究是對活體狀態(tài)下腰椎間孔MRI和CT三維模型數(shù)據(jù)的對比研究，并不是真實測量樣本數(shù)據(jù)，研究結(jié)果存在一定的局限性，無法準確評估MRI和CT三維數(shù)據(jù)與真實數(shù)據(jù)之間的差異，為了彌補該不足，在后續(xù)研究中我們將對新鮮尸體脊柱標本進行實體測量，并與影像數(shù)據(jù)進行對比研究，為椎間孔數(shù)據(jù)的測量提供參考依據(jù)。