基于2D3D配准技术测量颈椎间孔形态学

欢迎 　　16具成人完整颈椎标本来源于南方医科大学解剖学教研室，性别、出生地域及年龄不详，肉眼及X线摄片观察标本未发现结构破坏。使用64排螺旋CT(TOSHIBAAquilion)及DR-X线机（PhilipsVM）进行拍摄。

1.2方法

1.2.1影像资料获取固定标本于支架，使用64排螺旋CT(TOSHIBAAquilion)采集16具颈椎标本的断层扫描数据，层厚为7mm，球管电压kv，电流80mA。然后改变标本的体位，在同一扫描条件下再次行CT扫描，利用DR-X线机（PhilipsVM）采集互成直角的颈椎正侧位X线平片，曝光强度71kV，Am，投照距离0cm。

1.2.2颈椎间孔的形态学数据测量采用医学影像处理软件MIMICS17.01(Materialise公司，比利时)对获得的颈椎离体标本CT影像资料进行三维重建，显示颈椎C2至C7各节段骨性结构的三维形态，并以“.stl”的格式导出。以第一次CT三维重建数据作为X线2D/3D配准模板，与导入的颈椎正侧位X线影像配准，实现2D/3D配准（图1），从而还原出颈椎X线正侧位片骨结构的三维形态获得配准后数据。以第二次CT扫描作为对照组数据。利用RapidformXOR3软件测量配准前、配准后各椎间孔的参数。以C2~C3右侧椎间孔内口面积为例，在RapidformXOR3软件中，选择C3椎弓根上表面椎管边缘上的两点及相对应的C2椎弓根下表面椎管边缘上的两点,过这四点追加参照平面，则该平面为椎间孔切面，连结椎间孔内口轮廓线，创建面片草图，根据图片草图拉伸0.01mm得到椎间孔内口模型（图2），模型的表面积即为椎间孔面积,椎间孔内口所在平面，下位椎体椎弓根前后缘的距离为前后径，相邻椎弓根最高点与最低点之间的距离为上下径。分别测量C2/3至C6/7椎间盘双侧椎间孔面积、前后径和上下径。所有指标均由2名有经验的影像科医师分别独立测量，并重复测量3次，取平均值。

1.2统计学方法

　　使用SPSS20.0软件进行统计学分析，配准前后比较用配对样本t检验，P0.05表示配准前后比较差异显著，P0.05表示配准前后比较无显著差异。精确度以(x±s)表示，x为配准前后差值绝对值的平均值，S为配准前后差值绝对值的标准差。精确度的数值越大表示精确度越低，反之，数值越小表示精确度越高。准确度以百分数表示，准确度的数值越大，表示可信度越高，准确度=（1-

配准后－配准前

配准前）×%。

2.1椎间孔面积、前后径和上下径2D/3D配准前后的比较

　　本研究共测得椎间孔面积、前后径和上下径各个。2D/3D配准前后经配对样本t检验，P值均0.05，表示配准前后均无显著性差异（见表1）。

2.2准确度与精确度

　　如表2所示，2D/3D配准前后椎间孔面积、前后径和上下径的准确度均在94%以上，说明2D/3D配准技术具有较高的准确度。而精确度方面，椎间孔面积精确度为（1.27±1.16）mm2，前后径的精确度为（0.30±0.27）mm，上下径的精确度为（0.32±0.28）mm。

　　颈椎间孔是由相邻脊椎的椎弓根上下切迹构成的骨性管道，前缘为钩椎关节，后缘为关节突，多呈椭圆形。椎间孔严格来说是一根神经管，是一个三维结构，上部较宽，下部较窄，呈漏斗型[5]。内口和外口是颈脊神经在椎间孔的入口和出口，分别由椎弓根的内、外侧缘和椎间孔前后壁构成。颈椎间孔内颈神经根受累是神经根型颈椎病最常见的原因,椎间孔的大小对神经根型颈椎病的诊断有决定性意义[6]。

　　Humphreys等研究发现，同样存在骨性椎间孔退变的患者中，无症状的患者其颈椎间孔的面积、上下径和前后径均大于有症状的患者[7]。

　　颈椎X线片是目前临床上显示椎间孔的最常用方法之一，显示颈椎生理曲度改变、椎体骨质改变是X线片的直观价值，其中，颈椎正侧位能提供较多信息。然而，因颈椎在解剖和生理功能上的特点，结构复杂的椎体用普通正侧位检查有其明显的局限性，不能反映所有颈椎间孔的情况，更无法直接测量颈椎间孔面积等形态学参数。而三维CT虽然可以准确的显示椎间孔的情况，能获得椎间孔的形态学参数，但是CT检查放射剂量大，其测量体位采用卧位，无法反应颈椎的日常生理姿势，在多角度测量颈椎椎间孔形态的情况下需要多次的三维CT扫描，无法直接动态观察颈椎不同体位下椎间孔的情况。

　　2D/3D配准技术是指对已知的三维结构通过二维平面图像进行位置配准，再现三维结构的位置关系的一项技术[4]。该项技术最早报道于年Bullitt等[8]，并被应用于脊椎微创手术[9,10]、鼻咽癌放疗验证照射野位置[11]及正常膝关节韧带的在体稳定性参数[12]等研究。2D/3D配准技术将X线图像与CT三维数据进行配准，可以优势互补，使两种成像技术更好得为医学服务。Tomazevic等的研究结果显示，利用2D/3D图像配准方法具有精度较高的优势[13]。Wang等[14]报道利用2D/3D图像配准技术建立双平面X线影像配准系统，实现了脊柱在体运动检测，并测量了腰椎负重时椎间盘[15]、椎间孔[16]的形态学参数。本研究通过应用2D/3D配准技术测量离体标本颈椎间孔面积、前后径和上下径，与配准前（三维CT）测量所得的数值相比较，经配对样本t检验，两组间无显著性差异，进一步表明基于2D/3D配准技术测量颈椎椎间孔的形态学参数是可行的，它在测量椎间孔形态学参数上与三维CT重建技术无显著性差异，这与我们的前期实验结果是相符的。此外，在测量的准确度方面，通过统计分析，2D/3D配准技术测量的准确度均在94%以上，其中，椎间孔面积测量的准确度为96.77%，说明该技术具有较高的准确度；精确度方面，前后径和上下径的精确度均在0.5mm以内，而椎间孔面积的精确度在1mm2左右，说明该技术同时具有较高的精确度；为今后精确评估在体解剖形态提供了实验依据。

　　当然，应用2D/3D图像配准方法测量颈椎间孔面积同样存在缺陷，由于需要采用手工配准，配准所需时间较长，速度慢；因此，下一步的研究将围绕快速的配准方法及客观准确的测量方式开展。

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本文刊载于《中国临床解剖学杂志》年第34卷第5期，系本平台首发，版权为原作者所有，转载请标明出处。

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