脊柱椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)后多層螺旋CT檢查實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、一、研究背景 隨著現(xiàn)代矯形外科理論的發(fā)展，金屬植入物在脊柱外科的應(yīng)用越來越廣泛。上世紀(jì)50年代，Harrington為矯正脊柱側(cè)凸研制了一種后路內(nèi)固定系統(tǒng)即Harrington系統(tǒng)(哈氏棒)，這是脊柱內(nèi)固定一大飛躍：20世紀(jì)70年代，隨著“節(jié)段性脊柱內(nèi)固定”理論的產(chǎn)生，環(huán)行Luque內(nèi)固定系統(tǒng)得到迅速推廣；其后在20世紀(jì)80年代誕生了CD(Cotrel-Dubousset)內(nèi)固定系統(tǒng)，能夠?qū)怪M(jìn)行三維空間的矯形固定。隨著脊柱“

2、三柱”理論的出現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的椎弓根釘棒內(nèi)固定系統(tǒng)，能夠有效完成脊柱的三柱固定，更符合脊柱固定的生物力學(xué)要求。近年來在脊柱疾病方面，椎弓根螺釘技術(shù)正成為最有效的方法之一，其應(yīng)用節(jié)段從腰椎到胸椎甚至拓展頸椎，應(yīng)用范圍也從畸形矯正拓展到脊柱腫瘤、創(chuàng)傷、退行性疾病甚至感染等。椎弓根釘棒系統(tǒng)的出現(xiàn)極大的推動(dòng)了脊柱疾病的治療，給無數(shù)患者帶來了福音。目前，椎弓根釘棒系統(tǒng)已經(jīng)成為脊柱外科最常用的內(nèi)固定器械。 但應(yīng)用椎弓根釘棒系統(tǒng)進(jìn)行脊柱外

3、科手術(shù)也不可避免的存在一些并發(fā)癥，包括：感染、神經(jīng)損傷、瘢痕黏連、硬膜外血腫；與植骨相關(guān)的有術(shù)后植骨塊吸收、移位、脫出，植骨不愈合致假關(guān)節(jié)形成；與置入物相關(guān)的有術(shù)后置入物的松動(dòng)、斷裂、移位等；椎弓根釘棒內(nèi)固定術(shù)后容易出現(xiàn)臨近階段退變加速。并且在隨訪時(shí)間內(nèi)，也更容易出現(xiàn)其他脊柱相關(guān)的疾病。 以往X射線平片是用于術(shù)后隨訪評(píng)價(jià)的主要手段，X射線平片可以提供解剖區(qū)的總體影像，但不能提供三維信息。多層螺旋CT(Multi-detector

4、 computer tomography，MDCT)和磁共振成像(Magnetic resonance imaging，磁共振成像)可以產(chǎn)生切面圖像，有助于發(fā)現(xiàn)術(shù)后存在的問題。但是CT與磁共振成像檢查時(shí)金屬置入物會(huì)形成偽影，這一直是困擾金屬置入物患者術(shù)后檢查的一大難題。特別是對(duì)于脊柱外科，如果偽影很大，影響重要鄰近結(jié)構(gòu)的觀察，則圖像不能為臨床提供診斷信息。因此偽影消減技術(shù)成為目前置入物術(shù)后成像研究的熱點(diǎn)問題之一。目前已有報(bào)道可以通過一些

5、技術(shù)措施減少CT與磁共振成像成像時(shí)的金屬偽影。 對(duì)于CT金屬偽影，可以采用物理預(yù)濾器、雙能掃描法、優(yōu)化掃描參數(shù)以及后處理算法如迭代校正和弱波重建等方法減少金屬偽影，但這些方法各自也都有相應(yīng)的缺陷：有的方法較繁瑣，費(fèi)時(shí)長，臨床不實(shí)用；有的在消減偽影的同時(shí)也大大降低了圖像的分辨率。所以目前還沒有臨床實(shí)用的有效的金屬植入物偽影消減成像參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)和影像診斷標(biāo)準(zhǔn)。 而且，MDCT作為一種X線放射源，在給臨床帶來益處的同時(shí)，也不可避免

6、地對(duì)患者及CT工作者帶來輻射危害。因此，要求在CT檢查時(shí)采用較為有限的輻射劑量。了解掃描參數(shù)對(duì)輻射劑量的影響，在MDCT檢查中科學(xué)合理地選擇掃描條件非常必要。 本文著重討論在金屬置入物存在的條件下，多層螺旋CT檢查時(shí)金屬偽影的產(chǎn)生機(jī)制、影響因素及偽影和輻射劑量的消減技術(shù)問題。從而為椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)后多層螺旋CT檢查提供理論依據(jù)。 二、研究目的 1．通過自行設(shè)計(jì)的偽影評(píng)價(jià)水模實(shí)現(xiàn)對(duì)椎弓根螺釘內(nèi)固定模型金屬偽影的定

7、量測量，并比較不同參數(shù)條件對(duì)偽影大小及輻射劑量的影響。 2．通過臨床椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)后患者M(jìn)DCT檢查，驗(yàn)證優(yōu)化參數(shù)對(duì)椎弓根螺釘內(nèi)固定植入物術(shù)后多層螺旋CT檢查圖像質(zhì)量的影響。 三、研究內(nèi)容 第一部分椎弓根螺釘內(nèi)固定模型及MDCT偽影分析水模的設(shè)計(jì)及椎弓根螺釘內(nèi)固定模型在不同掃描參數(shù)下的偽影及輻射劑量分析 將四根椎弓根螺釘植入人體腰椎L4、L5標(biāo)本內(nèi)，兩側(cè)上連接棒制成椎弓根螺釘內(nèi)固定模型。根據(jù)ASTM(

8、美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì))推薦的偽影測試方法，采用自行設(shè)計(jì)的水模來測試偽影。水模為有機(jī)玻璃材料組成的長方體，內(nèi)盛1％CuSO4溶液，用絲線將椎弓根螺釘內(nèi)固定模型懸吊固定于水模中央。分別采用不同的掃描參數(shù)(主要為管電壓和管電流)進(jìn)行檢查，得到植入物偽影圖像，對(duì)偽影形態(tài)進(jìn)行描述，并根據(jù)ASTM推薦的偽影測試方法，在SIENET SKY-DICOM-CD影像處理軟件上測量偽影的最大長度，比較不同參數(shù)下偽影大小，并探討不同參數(shù)對(duì)偽影大小的影響。輻射劑

9、量由MDCT機(jī)掃描時(shí)計(jì)算機(jī)工作平臺(tái)自動(dòng)計(jì)算生成，記錄其結(jié)果并分析探討不同參數(shù)(主要為管電壓和管電流)對(duì)輻射劑量的影響。 第二部分優(yōu)化參數(shù)在脊柱椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)后患者M(jìn)DCT檢查中的應(yīng)用 在病房中選取脊柱椎弓根螺釘內(nèi)固定術(shù)后患者，取得患者理解并同意進(jìn)行CT檢查后，分別采用經(jīng)水模實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的參數(shù)和非優(yōu)化參數(shù)成像，分別兩次檢查相同層面典型圖像存為JPEG格式文件，編號(hào)，請6位脊柱外科及影像科專家采用Jarvik評(píng)分法分別對(duì)幾個(gè)

10、重要解剖結(jié)構(gòu)清晰度打分，評(píng)分越高標(biāo)志著掃描區(qū)域可讀性好。評(píng)分者6周后再次重復(fù)隨機(jī)評(píng)分，總的圖片質(zhì)量是所有位點(diǎn)評(píng)分之和。 采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)確定1輪和2輪間觀察者內(nèi)和觀者間的信度，采用多個(gè)觀察者加權(quán)的κ系數(shù)作為用來分別評(píng)價(jià)觀察者內(nèi)和觀察者間的信度，采用重復(fù)測量的方差分析比較不同參數(shù)間的差異。 四、研究結(jié)果 第一部分 設(shè)計(jì)的水模系統(tǒng)能夠用來評(píng)價(jià)偽影大小，金屬植入物在各掃描參數(shù)圖像中的偽影均影響鄰近結(jié)構(gòu)

11、辨識(shí)。在實(shí)驗(yàn)中，其他掃面參數(shù)不變的情況下，管電壓的變化對(duì)金屬偽影大小影響明顯，而管電流的變化并未對(duì)金屬偽影的大小產(chǎn)生顯著影響。在其他掃描參數(shù)不變的情況下，輻射劑量隨著管電壓與管電流的升高而升高。而降低管電壓在使輻射劑量下降的同時(shí)降低CT圖片質(zhì)量，降低管電流則在降低輻射劑量的同時(shí)對(duì)CT圖片質(zhì)量影響不大。 第二部分 每個(gè)觀察者第1輪和2輪的觀察者內(nèi)信度為優(yōu)，平均0.79范圍從0.61-0.93?？偟梅值挠^察者間平均ICC第一

12、輪為0.83，第二輪為0.77，評(píng)分系統(tǒng)總的信度為優(yōu)。對(duì)每個(gè)位點(diǎn)，觀察者內(nèi)的信度由加權(quán)的kappa值決定，因?yàn)樵谠撗芯恐胁捎昧擞行蛟u(píng)分系統(tǒng)。數(shù)據(jù)表明在大多數(shù)位點(diǎn)的評(píng)分中觀察者內(nèi)的一致性均較好(脊髓、植入物節(jié)段、左側(cè)小關(guān)節(jié)、右側(cè)小關(guān)節(jié))(表2-5)。對(duì)每個(gè)位點(diǎn)，觀察者間的信度由加權(quán)的kappa值決定。參數(shù)優(yōu)化前后MDCT圖像質(zhì)量比較：優(yōu)化前得分為：8.57±1.73，優(yōu)化后得分提高至14.01±1.24(P＜0.01)?？傮w上優(yōu)化參數(shù)明顯