mri測(cè)量脊髓容積的初步研究

mri測(cè)量脊髓容積的初步研究

骨髓是具有豐富表面的柔軟組織，對(duì)機(jī)械壓力和缺氧的抵抗力很差。一旦受到壓迫和牽引，骨髓就會(huì)出現(xiàn)癱瘓和其他并發(fā)癥，后果非常嚴(yán)重。如何準(zhǔn)確評(píng)價(jià)脊髓的損傷程度,評(píng)估術(shù)后患者恢復(fù)情況,把握術(shù)中撐開、加壓情況成為脊柱外科醫(yī)生的一個(gè)難點(diǎn)。測(cè)量脊髓容積可了解脊髓可存儲(chǔ)空間情況,可用于更準(zhǔn)確評(píng)估椎管狹窄程度,指導(dǎo)預(yù)后[1~3],并可為手術(shù)中撐開加壓的范圍提供指導(dǎo)依據(jù)。選取30例正常人頸椎,其中男15例,女15例,平均年齡31歲(24~42歲),分別行頸椎MRI及頸椎CT掃描,并分別按照傳統(tǒng)MRI法及Mimics法進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量區(qū)域?yàn)镃3~C5。隨機(jī)選取3名我科主治醫(yī)生,年齡分別為37、36、31歲,測(cè)量均通過培訓(xùn)掌握該種方法,按照操作說明在Mimics下對(duì)脊髓容積進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量于實(shí)驗(yàn)室中同時(shí)進(jìn)行,測(cè)量結(jié)果分別按照年齡記為Mimics法1(37歲)、Mimics法2(36歲)、Mimics法3(31歲),并分別記錄形態(tài)操作前及形態(tài)操作后測(cè)量結(jié)果。(1)MRI法:根據(jù)國(guó)內(nèi)及國(guó)際有關(guān)報(bào)道,目前脊髓體積的測(cè)量方法大致相同[4~7],均先采用MRI掃描,脊柱相控陣線圈,掃描序列為3Dfastimagingemployingsteadystateacquisition(3DFIESTA),矢狀位,行MRI成像。圖像數(shù)據(jù)測(cè)量于核磁共振工作站上進(jìn)行,應(yīng)用GE-MRI工作站自帶的面積繪制軟件。利用面積×層厚計(jì)算出各層的脊髓體積,再將各層相疊加計(jì)算出完整的體(容)積,由于MRI法為每層疊加結(jié)果,不存在脊髓重建問題,故無需進(jìn)行形態(tài)學(xué)操作。(2)Mimics法:Mimics軟件是國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)界推崇的應(yīng)用范圍較廣的醫(yī)學(xué)三維重建軟件,運(yùn)用Mimics可利用CT斷面數(shù)據(jù)重建脊髓三維模型,并直接測(cè)量出脊髓容積。測(cè)量前行頸椎CT掃描,利用西門子SOMATOMDefinition雙源64排螺旋CT的薄層掃描技術(shù),基于1.0mm層厚,Mimics直接讀入Dicom格式原始圖像,掃描厚度1mm,將得到的CT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件中。按如下操作:(A)運(yùn)用Thresholding工具對(duì)其進(jìn)行閾值分割,設(shè)定分割閾值為-23~39;(B)利用RegionGrowing進(jìn)行區(qū)域增長(zhǎng),保存為蒙板;(C)使用Segmentation選取測(cè)量區(qū)域;(D)通過editingmasks分離椎管內(nèi)脊髓與椎管外測(cè)量區(qū)域軟組織;(E)利用editmaskin3D工具分離剩下部分軟組織;(F)通過Calculatepolylines命令計(jì)算脊髓蒙板輪廓線;(G)使用editingmasks對(duì)脊髓蒙板補(bǔ)洞和修緣,這一步相對(duì)復(fù)雜但是至關(guān)重要,一是現(xiàn)在對(duì)蒙板的編輯可以參照原始斷層圖像,所以是最準(zhǔn)確的編輯,二是編輯蒙板工具是最接近自然繪圖的過程的工具,所以也最容易掌握。(H)重復(fù)F和G直到脊髓蒙板邊緣連續(xù)完整,并填充脊髓內(nèi)部空洞(圖1);(I)通過Calculate3DfromMask進(jìn)行脊髓重建(圖2);(J)使用Morphologyoperations工具進(jìn)行形態(tài)學(xué)操作關(guān)閉小的空洞和平滑邊緣,分別進(jìn)行兩次閉合、開操作;(K)在Proteries上直接讀出脊髓的容積。采用SPSS18.0對(duì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,手術(shù)前后各變量用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來表示。兩組間比較采用配對(duì)t檢驗(yàn),組間比較采用方差檢驗(yàn),置信水平位P<0.05。應(yīng)用MRI法與3名測(cè)量者使用Mimics測(cè)量出來的脊髓容積結(jié)果進(jìn)行比較,P值分別為0.85、0.76、0.06,均>0.05。使用Mimics測(cè)量形態(tài)操作前與形態(tài)操作后進(jìn)行比較,P值分別為0.121、0.889、0.226,均>0.05。對(duì)三次測(cè)量間進(jìn)行比較,F值為0.06,P值為0.94,說明組間不存在差異(表1)。應(yīng)用Mimics可以快速準(zhǔn)確測(cè)量出脊髓的體積,在統(tǒng)計(jì)學(xué)上與常用MRI方法測(cè)量脊髓容積相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,測(cè)量方法可靠。不同人使用該方法所測(cè)量結(jié)果與MRI法相比P值均大于0.05,可操作性較高。該方法相對(duì)于MRI法對(duì)醫(yī)院設(shè)備要求較低,應(yīng)用范圍較廣,重建測(cè)量方法簡(jiǎn)單,易于被外科醫(yī)生掌握使用。重建后的脊髓輪廓清晰,重建后的脊髓在冠狀面、矢狀面、橫斷面上無任何空隙,測(cè)量結(jié)果無需人工計(jì)算,利用proteries直接讀出脊髓體積測(cè)量值,結(jié)果準(zhǔn)確,可在各種視角下觀察脊髓受壓迫程度,在臨床上有較好的應(yīng)用前景。本次研究中,雖然不同人使用該方法所測(cè)量結(jié)果與MRI法相比P值均大于0.05,但最大值為0.85,最小值為0.06,說明重復(fù)操作結(jié)果并不理想,這可能與不同醫(yī)生對(duì)該方法的掌握水平及測(cè)量時(shí)的精細(xì)度有關(guān),而這有待于日后加大樣本量進(jìn)一步研究論證。此外,Mimics是靠各種組織在CT上信號(hào)不同轉(zhuǎn)化成閾值的不同來區(qū)別不同組織,在CT上硬膜囊同脊髓的信號(hào)無法區(qū)分開來,故采用此方法測(cè)量出的脊髓體積是包括硬膜囊在內(nèi)的脊髓的體積。根據(jù)人體正常的生理結(jié)構(gòu),頸胸椎段脊髓的體積與包括硬膜囊在內(nèi)的脊髓的體積大致相仿[9、10],而腰段大部分為馬尾神經(jīng)及腦脊液填充,故該方法只適用于頸胸段脊髓的體積測(cè)量。在MRI上硬膜囊與脊髓的信號(hào)可以完全區(qū)分,是否能利用MRI行三維序列掃描,利用Mimics進(jìn)行脊髓重建而直接測(cè)量出脊髓的體積,仍有待于下一步的研究探討。準(zhǔn)確測(cè)量出脊髓的體積不僅能在術(shù)后預(yù)后評(píng)價(jià)中發(fā)揮重要作用,對(duì)于重度脊柱畸形更是意義深遠(yuǎn)。對(duì)于重度脊柱畸形矯形手術(shù)的最大風(fēng)險(xiǎn)就是矯形過程中出現(xiàn)截癱,然而目前對(duì)于如何在矯形過程中最大限度地規(guī)避截癱,尚缺乏有關(guān)的理論研究。從臨床病例中不難發(fā)現(xiàn),重度脊柱畸形患者雖然手術(shù)過程非常順利,并無損傷脊髓,但術(shù)后患者亦可能出現(xiàn)截癱。故當(dāng)前臨床專家普遍認(rèn)為這一矯形過程中的癱瘓是由于截骨間隙的過度撐開或過度加壓,使脊髓受到過度牽拉或過度擠壓造成的。然而,如何界定脊柱截骨間隙的過度撐開或過度加壓?如何量化撐開和加壓的安全范圍?目前國(guó)際上缺乏這方面的研究,更缺乏確保矯形安全性的有關(guān)量化指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。因此,如果能夠量化脊柱矯形過程中的加壓和撐開范圍,必將提高重度脊柱畸形截骨矯形手術(shù)的安全性,最大限度地避免脊髓癱瘓這一災(zāi)難性的并發(fā)癥發(fā)生。假設(shè)截骨部位脊柱的過度撐開或過度加壓,造成局部脊