CT图像三维重建在复杂颈椎骨折的诊断和治疗中的应用价值

   作者：叶哲伟 ，杨述华 ，周均清 ，许伟华 ，杨 操 ，李 进    （.华中科技大学同济医学院附属协和医院骨科，湖北 武汉 430022; .华中科技大学数字化工程中心，   湖北 武汉 430022）   摘要: 目的   直观立体地显示复杂颈椎骨折的图像，探讨螺旋CT医学图像三维重建在复杂颈椎骨折  诊断中的价值及其对手术的指导意义。  方法   对113例颈椎骨折采用螺旋CT进行薄层扫描和三维重建进  行诊断。CT扫描全部采用Siemens SOMATOM Sensation 16型多排高速螺旋CT机，1.0mm 层厚。扫描所得  断层资料，通过网络传送至计算机工作站处理。采用Window.NT 3.51平合上Insight三维重建软件进行三  维重建。  结果   三维CT图像能够围绕X轴和Z轴任意旋转、切割，以从不同角度观察，能够清晰显示复杂  的颈椎骨折和狭窄椎管的解剖形态特点。  结论   三维CT重建在颈椎骨折方面具有较大的临床应用价值，  有助于提高颈椎骨折手术的安全性和精确性，并对患者预后的估计提供帮助。   

   关键词:  CT; 三维重建; 颈椎骨折

    Application of three-dimensional computed tomogramphy reconstruction   in complex cervical spine fracture    YE Zhe-wei，YANG Shu-hua，ZHOU Jun-qing，et al.   （Departmant of Orthopedics，the Union hospital of Tongji Medical collage，Huazhong University of Science and Technology，   Wuhan 430022，China）  

    Abstract: Objective  To present the complex cervical spine fracture spatially，and evaluate the value of   three-dimensional computed tomogramphy in the diagnosis of complex cervical spine fracture. Methods  Three-di-  mensional（3D） CT imaging reconstruction was performed using Helical CT in 113 case of cervical spine fractures.  The EBISC150XP fast CT was used with section thickeness of 1.0mm. The CT data was transferred to a computer   workstation through the net，and was reconstructed using the “Insight”software on the Windows NT 3.51. Results    The 3D CT images could rotate around X and Z axes，and be cut freely and viewed from different perspectives. The   anatomy feature of the complex cervical spine fracture and the stenosis of vertebral canal could be presented com-  pletely on the 3D images. Conclusion  3D CT is effective in the diagnosis of cervical spine fracture，providing bet-  ter surgical planning and management.  

    Key words: computed tomogramphy; three-dimensional; reconstruction; spine fracture 

    医学三维重建（three dimensions reconstructure，  3D）是近10年发展起来的借助计算机对生物组织  结构影像的连续图像进行后处理，获得三维图像并  能进行定量测量的一项形态学研究的新技术与新方  法。随着螺旋 CT（spiral CT，SCT）的发展以及计算  机普及应用，医学三维技术有了很大进展。本研究  对我院2002年9月～2004年12月对113例颈椎骨  折进行了螺旋CT医学图像三维重建，以评价螺旋  CT医学图像三维重建在复杂颈椎骨折诊断中的价  值及其对手术的指导意义。    

    临床资料  

    1  一般资料  

    113例中，男性76例，女性37例; 年龄20～71  岁，平均46.3岁。本组受伤原因为交通及建筑事  故。本组均为闭合性颈椎损伤，其中合并全瘫者19  例，不全瘫者46例。入院后第1天行螺旋CT扫描  者81例，占71.68%; 除3例C    4    以上多发骨折外，其  余都在入院后3天内进行。   2  CT扫描及三维重建   螺旋CT扫描设备用Siemens SOMATOM Sensa-  tion 16型多排高速螺旋CT，扫描基线与病变椎管横径平行，范围包括C 1    ～C    7    。扫描条件: 130KV、  70MA、5S、512×512矩阵，扫描层厚为2～3mm，重  建间距1 mm，扫描时间为1秒，X线射幅为1～  5mm，床台移动速度为1～5秒，立体显示的CT域值  上限为2000～2048，下限为140～300，再重建间隔  为0.5～2mm。需增强扫描，首先以lml/s速度注射  Isovist或Ommipaque 50ml，然后以0.5ml/s的速度  注射100ml。CT扫描数据传送到计算机工作台，采  用3D-DISPLAY重建软件进行处理，选用骨重建算  法完成图像重建。按人体解剖坐标轴的原则，图像  逐层显示并围绕X轴（身体左右轴）和Z轴（身体上  下纵轴）旋转，选择对病变显示良好，或对手术有参  考价值的层面摄取图像。   3  图像分析评价   由2位有经验的放射医生和2位骨科医生读  片，对手术前后X线片、CT片进行对照研究。    结 果    本组113例颈椎骨折中，三维重建图像对颈椎椎  管、横突孔及椎间孔均能立体清晰显示（图1～5）。  通过分段逐层重建及任意角度旋转，均能获得对手术  方案的制定及手术效果预测的重要图像信息。颈椎  三维CT重建完成后，图像围绕Z轴观察前位、左前  斜、右前斜、右侧（图1）、左侧、左后斜、右后斜及后位  图像，可以显示椎体及后部附件结构的骨折与脱位;  绕X轴旋转，观察爆裂性骨折导致椎体上下表面的粉  碎程度; 而椎管内侧位图像（沿矢状面切割等分颈  椎，剖开椎管、去除一半推管、另一半绕Z轴旋转  90°），观察椎管内部形态变化，椎体后缘有无骨折碎  块突入椎管，椎管有无继发性狭窄，推体有无前后移  位和椎间孔狭窄程度等（图2）; 椎管后位图像（以两  侧横突为连线额状面切割，去除椎体后侧附件），观察  椎体后缘碎骨块侵入椎管的骨块大小、形态及移位方  向。若围绕X轴旋转，记录损伤椎体俯视及仰视位图  像，显示损伤椎体上、下部分不同的骨折程度。而普  通CT平扫则无法达到此效果（图6）。  本组113例颈椎骨折中，三维图像发现上1/2  椎体粉碎严重，椎体前后径及左右径增大，而椎体下  1/2仅出现为1条或数条裂纹。同时，矢状面重建  还可显示椎管内的情况（图1～5）。特别是对可疑  的骨折，螺旋CT椎管内有碎骨块突入，引起椎管狭  窄能够很好显示（图2、5）。在综合X线、CT、三维  CT重建影像学资料基础上，113例颈椎骨折患者中，  10例采取手术治疗，给予良好复位.并去除椎管内  碎骨块的压迫，辅以内固定，疗效较好。      

    讨 论  

    在对颈椎的观察上，MRI可以从多平面观察，对  脊髓病变显示清楚，但空间分辨率差，对骨骼的观察  存在较大局限性，置入金属内固定物后对MRI检查  有一定影响。传统的CT横断面图像的骨窗观察可  清晰显示脊椎骨质增生情况，并能准确测量椎管前  后径距离，对两侧横突孔狭窄情况也能清晰显示，但  不能显示病变段椎管的整体情况，更无法评价两侧  的椎间孔。骨科医师需要在二维图像基础上，通过  空间思维综合过程建立起抽象的三维立体图像，这  对即使有经验的医生来说有时也是困难的。由于患  者个体的差异及手术医师个人思维方式的不同，对  病变的理解可能产生一些偏差和分歧，无疑对手术  的精确性会产生不利影响。      重建清晰、逼真、立体感强的颈椎三维图像，可  为临床提供清晰而丰富的立体诊断信息。三维重建  图像对颈椎椎管、横突孔、椎间孔、小关节甚至椎间  盘组织的立体结构均能立体清晰显示。三维重建  CT图像使临床医生直观地了解病变在三维立体空  间的实际大小、形态、位置及周围组织的立体解剖关  系。基于患者断层摄影资料的骨解剖结构三维重建  能使手术模拟和手术方案的制定更加精确    ［1］    ，在显  示整体结构的基础上，通过立体切割法，去除脊椎的  部分结构，更直观地暴露椎管的具体部位，清晰显示  病变的形态、大小及边缘情况，通过对感兴趣区的立  体测量，可准确测定各孔径或骨嵴的具体数据。国  外有学者认为，三维CT成像可准确直观显示椎体骨  折碎骨片大小、数量及位置，对特殊复杂部位骨折为  最佳显示方法    ［2］    。   在此基础上建立计算机辅助脊柱手术系统，可  以从以下几个方面提高脊柱手术的质量:（1） 简化  骨科医师对颈椎图像的综合分析过程，提高诊断的  准确性; （2） 使手术模拟和手术方案的制定更加精  确; （3） 提高手术的安全性和精确性。   CT图像三维重建是一种新的影像学技术，它能  直观、立体、多角度清晰显示颈椎骨折，尤其是复杂  的颈椎骨折，明显优于传统X线检查。三维重建引  导下的手术导航系统近年来也发展迅猛，将是今后  脊柱手术发展的一个新兴领域，对脊柱外科的发展  将产生深远影响    ［3］    。  

    参考文献: 

    ［1］ Schiffers N，Schkommodau E，Portheine F.Planning and per-  formance of orthopedic surgery with the help of individual   templates［J］.Orthopade，2000，29（7）:636-640.  

    ［2］ Savolaine ER.Three-dimensional computed tomography in e-  valuation of occipital condyle feature［J］.Orthop Trauma，  1989，3:71.  

    ［3］ Holly LT，Foley KT.Intraoperative spinal navigation［J］.  Spine，2003，28（15）:S54-61.