三維CT在骨盆疾病診斷中的臨床應用
關鍵詞： 三維CT 骨盆
摘要: 采用多種三維CT重建方法對骨盆病變的診斷和治療開辟了美好前景。本文綜述了國外研究人員采用這項新興技術在骨盆骨折、各種原因導致的骨盆發育不良疾病診治中的應用。此外三維CT對骨盆的正常解剖結構、病理及特殊疾病診治也提供了新的定性、定量的方法
中圖分類號: R445 文獻標識碼: A 文章編號: 1005-202X(2000)03-0139-04
Clinial diagnosis of pelvis diseases with three-dimentional computed tomography
WANG Jin, ZHANG Xue-lin, LI Shu-xiang
(Imaging processing lab of pepartment of biomedical engineering,The First Military Medical University, guangZhou 510515, China)
Abstract：Three-dimentional CT reconstruction adopted in the diagnosis and treatment of the diseases of pelvis. The adaptable diseases of this new method include the factures and the hypogenesises arising from many reasons.The paper reviewed the application and progress of this technique .A new quantative and qualitive methods are provided for the pelvis anatomical structure,pathology.and the diagnosis-treatment of some special diseases as well.
Key words：three-dimensional CT; pelvis
骨盆解剖結構復雜,單純使用平片結構重疊,圖像變形,難以清楚顯示病變。二維CT(Two-dimensional CT,2DCT)雖然可以避免前后重疊因素,但顯示的是一系列二維斷層圖像,缺乏立體和直觀感。九十年代三維CT(Three-dimensional CT,3DCT)的出現,其圖像體現了骨盆三維解剖結構特點,對病變的診斷水平有較大提高。此外,通過對手術目標進行三維圖像重建使臨床醫生對手術區域內的情況在術前加以認識,并進行術前手術設計及計算機模擬手術操作等充分演練,縮短了真正手術所需要的時間,提高了手術的安全性及手術質量。
1 三維CT的掃描、重建、顯示技術
3DCT圖像是指經過計算機軟件將連續斷層CT掃描所收集到的信息重建為直觀的立體圖像。對于常規CT,影響三維圖像質量的掃描參數有層厚、重疊,螺旋CT則還包括螺矩、圖像指數。當選擇掃描參數時,層間隔是確定圖像質量的首要因素,層厚居次。重疊掃描可有效減輕3DCT圖像臺階表現,但可能出現假性關節融合、骨折線模糊的現象。對于常規CT增加層厚/指數比率將改善3D圖像的質量。觀察細小的骨結構,可選用薄層(2～6 mm)及約50%重疊的層面指數。但薄層、大的層間重疊將增加放射劑量。螺旋CT能提供同一層厚的多層重疊圖像,縮短掃描時間,減少了放射劑量和掃描偽影,但螺矩應小于1.0(1)。通過改善螺旋內插、采用特殊的3D分割法將會進一步提高3DCT的圖像質量。3DCT骨重建與顯示技術有多層面體積重建(multiplanar volume reconstructions,MPVR),包括最大密度投影(Maximum intensity projection, MIP)、最小密度投影(Minimum intensity projection, MinP),表面明暗顯示(,surface shaded display ,SSD),體繪制(volume reconstructures rendering)等方式。顯示包括2D、3D的顯示。2D顯示丟失了3D圖像的深度信息(2),主要依靠醫生的構思生成3D立體圖像。而3D顯示是兩幅圖像視覺上的重疊,其信噪比為每幅圖像信噪比的平均值,恢復了圖像的深度信息,圖像的清晰度、表面分辨率得到提高,獲得了骨骼在空間的相互關系,對于易于混淆、隱藏的骨折和平面更易辨認。
2 三維CT 在骨盆疾病診斷中的臨床應用
2.1骨盆骨折
骨盆骨折是造成發病、死亡的因素之一。無移位型愈后較佳。對于移位型骨折,精確快速地確定骨折的范圍、粉碎的程度、髖臼和股骨頭的適度性及軟組織損害的程度,決定了治療、與手術方式及愈后。常規CT估計前、后柱旋轉、髖臼前緣的骨折較優,提高了臼、頭適度、骶髂關節損害、關節內骨折的診斷,但缺乏立體直觀感。3DCT圖像彌補了平片、二維CT片的不足,任意旋轉獲得各種角度、傾斜度的立體圖像。從三維的角度描述了骨折的位置、類型、走行、范圍。不再需要外科醫師從一系列斷層圖像中,“構思”出骨盆骨折的立體結構。有助于臨床醫師整體、全面的理解、認識骨盆環這一特殊解剖結構,以及外傷導致這一環狀結構扭動的發生機理,有助于手術入路、復位、固定的設計。特別是3D體全息術,提供了完全的物理和視覺上的深度信息(3),對于SSD方式重建圖像中難以發現的無移位的骨折、小骨折、關節內骨折,其診斷靈敏度、特異度都有所提高。
有關3DCT 在骨盆外傷中的應用,國外學者針對不同類型的骨折作了較為深入的研究。M.S.I.White(4)認為3DCT的優點在于:(1)在最小的不適、痛苦下得到患者骨盆的全面圖像; (2)低射線量:射線量低于正、側、斜位片;(3)3D圖像能重建于任何時間而無須病人重復配合;(4)以最優形式顯示病變(X軸顯示髖臼頂、髖關節,Z軸顯示髂骨、坐骨后部、后壁、后柱);(5)更清晰獲得髖臼頂、四邊形板的圖像;(6)可消除腸容物的重疊。
D.Magid(5)等對小于16歲的兒童的髖臼、骨盆骨折進行了2D/3D的研究。三維圖像上下、左右旋轉及編輯后獲得了感興趣區的最佳顯示角度。重建后利用透明技術估計小的無移位骨折最優,半透明重建可用于評價髖臼。在一例創傷性脊柱骨盆分離中采用3D多層面重建,提供了最佳的術前圖像,更好的認識了骨折的類型,從而運用Galveston技術通過螺釘將骨折片固定于骨盆,并用雙側的骶髂螺釘增加穩定性。
3DCT以最易理解的形式顯示骨折病變的復雜性,為外科醫師采用腹股溝入路手術提供了信息。從半側骨盆的內面能夠清楚地顯示橫跨四邊形板的骨折。此外,3DCT在教學中有特殊的價值。調查結果證明3D技術改變45%的原有手術入路,對50%的病例綜合利用2D與3D技術更好地確定了骨折。
3DCT可作為復雜型骨盆骨折的重要檢查手段。但對無移位骨折的顯示尚不盡滿意(除非層面非常薄),骨折移位小于2 mm、關節間隙、關節內骨折顯示較模糊,術后內固定物減低了其效果。嬰兒的未骨化、軟骨性的股骨頭,甚至股骨頭已形成但骨化不足時,則降低了其有用性。3DCT現階段還不能代替好的平片和CT,單獨運用有一定限制性,應和CT結合。此外由于射線劑量關系,除非嚴重、復雜的骨盆外傷,兒童不易常規運用三維重建。
2.2 骨盆發育不良
由先天性、后天性、小兒麻痹性、遺傳性、代謝性等原因引起的骨盆發育不良是一種復雜的關節畸形。對其殘廢功能的重新建立和畸形的矯正依賴于快速精確的早期診斷和及時治療;否則,貽誤時機造成終身疾病和痛苦。3DCT在術前、術后骨盆解剖結構的描述、手術計劃的制定及手術效果的評價中有極其重要的價值。
M.B.Millis(6)等發現了正常與發育不良髖關節的兩個重要差別,即C-E(中央-邊緣角)和容納角。外側C-E角從正常的22°降至15°,前C-E角減少了31°,后C-E角減少了25%(P＜0.001);容納角的分析反映發育不良的髖臼為1/3球形,且缺陷的區域有很大的變異。術前Salter、Dial截骨術的模擬預測了對髖發育不良治療的效果。
Roach JW. (7)等對14例髖臼發育不良患兒進行了三維重建的研究。所有股骨頭均失去圓形結構,髖臼上緣有不同缺損,且半脫位時明顯。半脫位患兒髖臼輕度前傾,前方發育差。全脫位者全髖發育淺,以后方為主。股骨頭覆蓋三維像直視其受力情況和覆蓋缺損區,偏心率反映了頭臼的相稱性及復位的距離及可能性。
H.Azuma(8)等認為采用3DCT測量ACP角(髖臼前緣-股骨頭中心-髖臼后緣)更有效的反映了髖發育不良中髖臼的被覆情況,正常人接近180°,而髖發育不良的角度減少,股骨頭脫位特別是假性髖臼形成時,則不可能估計ACP角。髖臼向前旋轉造成股骨頭向后脫位,去掉股骨可觀察髖臼的形態、變化、及假性髖臼的形態。
3DCT對先天性復雜、或易忽略髖脫位、Legg-Calve-Perthes病和髖發育不良的髖臼的形狀、髖臼缺陷的程度、股骨頭覆蓋率、髂骨的厚度、髖脫位的方向,可進行快速、精確的描述。可以定量測量髖臼、股骨扭轉角度。術后3D顯示了Chiari切骨線及位置、股骨頭覆蓋、移位的改善、及切骨術對骨盆解剖關系的影響。Chiari截骨術和關節外增補術后的3DCT顯示股骨頭后外側1/4的被覆嚴重不足(9),確定了增補物與老的髖臼面的不和諧,增補物易損害,滑囊形成、邊緣分離是Chiari截骨術失敗的原因。
M.F.Abel(10)等采用3D的方法測量小兒麻痹(Ⅰ組為行走組、Ⅱ組為不能行走組的)性髖關節,因體位不協調而產生的誤差被降到最低。Ⅱ組較Ⅰ組及正常組前、后壁發育更差、髖臼頂缺陷更大,AD/FHD(髖臼深度/股骨頭直徑比率)顯著降低,NSA(頸干角)顯著增加(平均151°)。Ⅰ組NSA中度增加(平均140°6′),但FA(股骨前傾)最明顯,NSA、SMAI(上中髖臼指數)、AAI(軸位髖臼指數)與年齡顯著負相關,而Ⅱ組無年齡相關。SMAI、AAI、AD/FHD的增加伴脫位程度增加,MI和SMAI的顯著相關說明髖臼頂的發育是影響髖脫位的最主要的因素。3D定量研究表明,Ⅱ組后上方髖脫位、伴隨股骨的屈曲、內收、攣縮,其強直型有股骨頭發育不良。當內收髖開始脫位,髖臼、關節囊、臀肌對股骨頭的壓力,形成了股骨頭外翻、及發育不良,精確地確定了肌肉攣縮及影響髖發育的不利因素
N.Sugano(11)等對持續性髖發育不良的股骨(用Growe法分為Ⅰ～Ⅳ級)進行分析,患者的身高、股骨的長度(包括Ⅰ級股骨顯著畸形,股骨頸更短,骨干髓內腔更窄)與對照組無顯著差異。嚴重的髖發育不良和脫位均伴股骨的發育不良,股骨頸有明顯的前傾,髓腔的定向則為股骨在小轉子和峽部間扭轉的增加。正常人和髖發育不良峽部髓腔的方向相同,髓腔前后徑比最大中側徑更大。髖外翻是股骨的典型表現,Ⅰ級髖外翻頸干角與對照組無顯著差異,但隨脫位增加頸傾斜輕微減少。Ⅳ級中髖內翻多于正常對照組。認為選擇股骨假體應基于股骨脫位、前傾的程度。Growe分級對選擇股骨假體有價值。在大多數Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級病人可用常規設計的假體,然后當前傾大于40°,后傾插入假體行矯形骨切開術應調整股骨前傾。Ⅳ級保存股骨頸的髖置換術中,選用直、窄的髓腔和少許彎曲的直干。
M.Yazici(12)等肯定并補充Sponseller et al運用2DCT對膀胱外翻中骨盆解剖結構的研究。認為3DCT對病變的顯示是十分必要的。3D圖像清晰顯示骨盆前部(坐骨、恥骨)和后部(髂骨)反常外旋,前部長度短于正常對照組,后部長度正常,骨盆環分開、周長短。確定了髖臼的中心,髂骨翼向內、垂直,在矯形切骨術前,3D測量可獲得肥大、短、反常定向的韌帶的解剖結構。在三維模擬髂骨切骨術中,前、后部應內旋,并結合恥骨支切除術以增加髂骨的周長。為了克服韌帶的張力,股骨環應逐漸閉合。
此外,對髖發育不良繼發髖關節炎軟骨厚度的3DCT研究表明;隨髖關節炎Ⅰ～Ⅳ期的發展,負重的軟骨前上區壓力增加,其前部軟骨由厚變薄,甚至比后部軟骨更薄,以及中間區域的退變,髖的后部被覆比前部被覆更大。
2.3 三維CT在骨盆其他方面中的應用
3DCT的立體圖像對骨盆的正常解剖結構、病理、及特殊疾病的診治提供了新的定性、定量的方法。M.F.Abel(13)等認為與CT相比,3D圖像定量的確定FA(股骨前傾)、AA(髖臼前傾)、NSA更精確(＞99%,與尸體標本對比),當骨盆屈曲增加時髖臼前傾逐漸減少(準確率＞96%)。K.L.Hermann(14)等認為與平片相比,3DCT對FNA(股骨頸前傾)測量具有高精確性、再現率,平片中股骨長軸、短軸測量的平均差異為18°,原因為股骨軸前屈及近段股骨軸投影的誤差。當腿處于0°～20°內旋位,側位片長軸測量FNA有可接受的精確性、再現率。D.J.Samani(15)等運用3DCT分析,認為骨盆“淚滴征”隨縱軸、水平軸的旋轉發生變化,不是解剖上的靜態結構,當考慮“淚滴征”加寬、變窄與Legg-Calve-Perthes病、先天性髖發育不良的關系時,必須保持體位的正確性。
G.L.Smidt(16)等對5例52～68歲新鮮尸體處于極度髖關節位置中的骶髂關節的運動進行了3DCT的測定。矢狀面中骶髂關節動度最大,相對于骶骨,后上部髂骨的運動范圍為4～8 mm,關節軟骨厚度為1.2 mm,關節形狀類似于飛機螺旋槳。此外在尸體研究的基礎上,通過CT三維重建對20例正常人的第一骶骨體、骶骨根部、骶骨翼中心、翼邊緣中心、骶髂關節皮層區域的密度測定,顯示翼區域密度最低,并得出結論在骶髂關節下、外側第一骶椎根部放置螺釘,并相對于矢狀面向前傾斜10°有最強的抗撕脫力。P.D.Zook(17)等對18例胎兒尸體骨盆進行了3D重建測量。唐氏綜合癥胎兒,在上中下不同水平,髂骨的角度逐漸變窄分別為95°36′,84°30′,78°6′,大于正常胎兒76°24′～57°30′的范圍。認為在產前超聲中測量髂骨最上部的角度更標準,有助于疾病的檢出。
Gorham綜合癥是一種非家族性起源于骨質的薄壁血管增生導致大片骨質溶解的一種疾病。3DCT更精確的確定骨質溶解的范圍,對矯形計劃極有價值。髖關節為PVNS(色素性絨毛結節性滑膜炎)第二多發的關節部位(18)。3DCT可確定髖臼骨質侵蝕性破壞、結構疏松及坐骨侵犯的位置和程度。3D模型幫助預測骨缺失的體積、確定置換假體、植骨的數量,可用于術前計劃。J.M.Matta(19)等采用3DCT定量測量異位骨的體積、位置,認為在髖臼骨折術后消炎痛對異化骨的產生無顯著作用),并比較了性別、不同手術方式等因素對骨化的影響。
在肛門、直腸畸形成形術中,經靜脈尿道造影術、結腸直腸、陰道充氣術后,3DCT描述其骨盆術前、術后解剖結構是十分必要的(20)。因為以前都是通過劃區、選閾值,在CT圖像中顯示的密度和位置中勾畫出一些軟組織輪廓,主要依靠醫師讀片正確性、準確性,帶有一定的主觀性。
此外,D.D.Robertson(21)等對3D骨盆模型、平片顯示全髖置換導致的髖臼缺陷進行了比較。平片低估骨缺陷至少1級,3D模型低估骨缺陷平均0.15級,更好地顯示了病變。通過3D模型,外科醫生可更好地觀察骨缺失,預選假體類型、尺寸、幾何形狀,并將假體置入模型中,檢查其覆蓋率、穩定性,降低了手術時間,減少了術中并發癥。
3 展望
3DCT重建是一種新的影像學技術,在骨盆病變定性、定量、術前、術后計劃的應用已受到越來越大地重視。隨著高速、高清晰度、高精確、低射線量、低價三維CT機的出現,特別是可以把包含骨骼信息的CT圖像和包含組織信息的MRI圖像進行融合三維重建技術的發展,可以獲得包括更多信息如神經、血管、肌腱、骨骼等的三維立體圖像,對骨盆病變的診斷、分類、及手術入路、固定方法的選擇,提供了充分的依據,將在骨盆成像中有著良好的應用前景。
作者簡介:王勁(1970- ),女,山東濟寧人,碩士生,從事CT和磁共振重建的臨床應用。
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