賀祖斌　陸吉利　張美超　李偉劍　梁健　楊稀仁　陸曉生

【摘要】 目的 對(duì)比分析Mimics三維成像和DR兩種方法測量腰椎橫突的差異。方法 抽取15例患者的腰椎CT資料，分別用Mimics三維重建和DR對(duì)腰椎橫突的寬度及橫突末端距離進(jìn)行測量，通過對(duì)比兩種方法測量數(shù)據(jù)，了解Mimics測量與DR測量的差異。結(jié)果 DR測量值與Mimics測量值比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），橫突寬度87%DR測量值大于Mimics三維重建測量值;橫突末端距離99%DR測量值大于Mimics三維重建測量值。結(jié)論 橫突寬度和橫突末端距離DR的測量值大于Mimics測量值，DR測量偏大的原因與攝影時(shí)的肢片距和物片距有關(guān)，而橫突的三維角度可影響DR的放大比例。

【關(guān)鍵詞】 橫突寬度;橫突末端距離;DR測量;Mimics三維成像測量

中圖分類號(hào)：R681.5+7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2020.03.002

A study on the difference between the measurement of transverse process width by Mimics and DR

HE Zubin1，LU Jili2，ZHANG Meichao3，LI Weijian1，LIANG Jian3，YANG Xiren2，LU Xiaosheng4

（1.Graduate School，Youjiang Medical University for Nationalities，Baise，533000;2.Orthopedics Department of People's Hospital of Baise，Baise，533000;3.Department of Anatomy，Southern Medical University，Guangzhou 510000;4.Surgery Department of Maternal and Child Health Hospital of Baise，Baise，533000 Guangxi，China）

【Abstract】 Objective To compare and analyze the differences on measuring the lumbar transverse process by using mimics 3D imaging and by using DR.Methods The CT data of lumbar vertebrae of 15 patients were analyzed，and the width of the transverse process of the lumbar vertebrae together with the distance of the transverse process were measured by both mimics 3D imaging and DR.The data collected these two methods were compared to elucidate the difference.Results The difference between DR measurement and Mimics measurement was statistically significant （P<0.05）.The width of 87% of the transverse process was higher than that of mimics 3D imaging.The distance of 99% of the distance of the transverse process was higher than that of mimics 3D imaging.Conclusion The width of the transverse process and the distance of the transverse process measured by DR are larger than by mimics 3D imaging.It is probably due to the reason that DR measurement is more susceptible to the distance between limb and object，besides mimics 3D angle of the transverse process could affect the magnification ratio of DR.

【Key words】 transverse process width;transverse process end distance;DR measurement;Mimics 3D imaging

新型脊柱鉤棒矯正系統(tǒng)[1～2]是基于CSERNTONY ZOLTN教授發(fā)明的CAB系統(tǒng)[3～7]，針對(duì)椎弓根釘系統(tǒng)治療脊柱畸形的不足而設(shè)計(jì)的[8～9]。以橫突鉤固定橫突作為主要固定支點(diǎn)，橫突形態(tài)學(xué)研究對(duì)新型矯正系統(tǒng)至關(guān)重要。課題組已經(jīng)對(duì)133例患者的腰椎橫突形態(tài)學(xué)相關(guān)參數(shù)測量進(jìn)行了研究并獲得了成果。測量時(shí)發(fā)現(xiàn)用CT資料Mimics三維重建測量的數(shù)值和用DR圖像平面測量的數(shù)值存在明顯差異。為了深入研究Mimics三維測量與DR測量的差異，課題組精心篩選了部分患者的腰椎CT和腰椎DR的影像學(xué)資料，對(duì)CT資料用Mimics三維重建并測量腰椎橫突寬度，同時(shí)對(duì)DR圖像橫突寬度進(jìn)行測量，測量結(jié)果用SPSS 22.0進(jìn)行比較分析。因考慮橫突寬度測量數(shù)值相對(duì)較小，為了便于比較，取椎體兩側(cè)橫突末端距離作為測量的參照對(duì)比，期望通過本次研究，找到產(chǎn)生差異的原因以及影響因素，為臨床診療工作提供理論參考，也為新型脊柱鉤棒系統(tǒng)的深入研究提供解剖學(xué)基礎(chǔ)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

收集15例男性患者的腰椎CT及腰椎DR的影像學(xué)資料，所收集的患者身高在165～170 cm之間，平均（168.1±2.2）cm，體重指數(shù)（BMI）在18～23 kg/m2之間，身體比例正常，年齡在20～55歲之間，平均（38.0±12.6）歲。所有患者無發(fā)育異常、橫突無骨折、無慢性疾病和腫瘤、結(jié)核等疾病。

1.2 方法

用DR測量所有病例腰椎L1～L5的橫突寬度和橫突末端距離并記錄;將所有病例腰椎 L1～L5 CT資料以Dicom形式保存（CT掃描儀為Light Speed VCT型，掃描條件為120 kV、125 mA、層厚1.25 mm），采用 Mimics軟件三維重建并測量患者的兩側(cè)橫突寬度（見圖1A）和橫突末端距離（見圖1B、C、D）并記錄。因本課題出發(fā)點(diǎn)來自于新型脊柱鉤棒系統(tǒng)（見圖1E）的生物力學(xué)[10]實(shí)驗(yàn)和有限元分析仿真實(shí)驗(yàn)，具體測量方法是借鑒前期測量橫突的經(jīng)驗(yàn)，橫突的寬度測量以新型脊柱鉤棒系統(tǒng)的橫突鉤所能夠包繞橫突范圍的最大值為準(zhǔn)（一般為距離橫突末端1.0～1.5 cm的最寬距離，見圖1F），以便測量的統(tǒng)一和減少測量的誤差。

為了驗(yàn)證Mimics測量的準(zhǔn)確度，課題組將CT測試的水模進(jìn)行CT掃描，并將掃描后的CT圖像進(jìn)行Mimics三維重建，測量水模同一部位實(shí)體寬度、CT成像寬度和Mimics三維重建寬度，三組測量值分別是203 mm、203 mm、202.14 mm，結(jié)果證實(shí)Mimics測量與實(shí)體測量相似度為99.6%，而CT測量值與實(shí)際測量值是完全相等的，證明Mimics測量和CT測量的準(zhǔn)確性。

DR測量如圖2所示，X線管焦點(diǎn)尺寸大小、焦片距、焦肢距和物片距是影響DR圖像清晰度的參數(shù)因素。如圖2A，a代表肢片距，b代表物片距，c代表焦片距，S代表實(shí)量物體的長度（考慮Mimics測量的高精確度，因此S就用Mimics測量值表示），G代表DR成像測量的距離，圖2B是成像實(shí)物模擬圖。因考慮DR測量值的放大效應(yīng)，因此以DR測量值比Mimics測量值所增大的百分比（n%）作為記錄以便進(jìn)行分析，記錄參數(shù)如下：每節(jié)橫突記錄橫突寬度增大百分比、橫突末端距離增大百分比。n%=（G-S）/S×100%。數(shù)據(jù)記錄：以Excel記錄測量數(shù)據(jù)，長度精確到0.01 mm。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 22.0軟件處理數(shù)據(jù)。測量值統(tǒng)計(jì)學(xué)描述采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，DR測量值和Mimics測量值采用配對(duì)樣本的t檢驗(yàn)進(jìn)行比較，不服從正態(tài)分布采用獨(dú)立樣本的秩和檢驗(yàn)（Z）進(jìn)行比較，檢驗(yàn)水準(zhǔn)：α=0.05，雙側(cè)檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

橫突寬度和橫突末端距離，DR和Mimics三維成像兩種測量方法比較各組數(shù)據(jù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），同一椎體橫突寬度和橫突末端距離DR平面測量值要大于Mimics三維測量值。見表1。

如表2所記錄的數(shù)值是DR測量值G減去Mimics測量值S后除以Mimics測量值S所得的百分比（n%），即DR測量值比Mimics測量值所增大的百分比數(shù)值，用公式：n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%表示，以利于分析測量差異。表中所計(jì)算的百分?jǐn)?shù)值大小不一，大部分呈正數(shù)，少部分呈負(fù)數(shù)。其中寬度增大百分比除了1號(hào)病例的L2、L3、L5，2號(hào)病例的L2、L3、L4，7號(hào)病例的L1和L5，9號(hào)的L5，14號(hào)的L1共計(jì)10個(gè)數(shù)值為負(fù)值，橫突末端距離增大百分比的負(fù)值僅有7號(hào)病例的L2椎體為負(fù)值外，其余數(shù)據(jù)均為正值，也就是有87%的橫突寬度和99%的橫突末端距離DR測量值大于Mimics測量值。橫突寬度測量中，發(fā)現(xiàn)橫突存在大小不等的矢狀面傾斜角，其矢狀面傾斜角越大，Mimics測量值與DR測量值越接近，甚至Mimics測量值要大于DR測量值而在表2中呈負(fù)值。橫突末端距離測量時(shí)，其冠狀面的角度基本是水平或者接近水平，僅少部分病例兩側(cè)橫突冠狀面角度差異較大致使測量橫突末端距離出現(xiàn)冠狀面傾斜角。而橫突水平面角度亦有少數(shù)病例不對(duì)稱或存在差異使橫突末端距離存在水平面傾斜角。

3 討 論

新型脊柱鉤棒矯正系統(tǒng)是以橫突鉤固定橫突而起到固定作用的，橫突是主要著力點(diǎn)。課題組在進(jìn)行橫突形態(tài)學(xué)[11]研究時(shí)發(fā)現(xiàn)DR測量和Mimics三維重建測量腰椎橫突的差異，促使課題組進(jìn)一步探索這種差異的原因。DR成像[12]與實(shí)物的大小比值的關(guān)系包括三個(gè)因素，即焦片距、肢片距、物片距離（見圖2A）。根據(jù)楊斌等人[13]相關(guān)實(shí)驗(yàn)揭示肢片距是DR攝像放大的原理，其成像公式：n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%。CT的成像是X射線發(fā)射出來穿過人體后，探測器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換信號(hào)在計(jì)算機(jī)成像顯示出來。Mimics 三維重建[14～15]是以CT影像資料用Mimics軟件進(jìn)行三維重建，所建模型可任意旋轉(zhuǎn)、平移、縮放和任意平面切割，能對(duì)原始資料自動(dòng)賦值使模型更加精細(xì)，物理特性更加接近真實(shí)[16]。鐘進(jìn)軍[17]用20例腰椎標(biāo)本在第三腰椎橫突做解剖學(xué)測量與CT 影像學(xué)資料三維重建測量進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)研究，證實(shí)兩種測量方法的結(jié)果無明顯差異。肖進(jìn)等人[16]通過6例脊柱側(cè)凸病例、付裕等人[18]對(duì)1例脊柱側(cè)凸病例CT資料用 Mimics進(jìn)行數(shù)字化人體脊柱三維重建，其數(shù)字化模型與病變脊柱的形態(tài)、尺寸完全吻合，準(zhǔn)確、直觀地反映了畸形病變的具體狀況。本次測量利用CT調(diào)節(jié)水模對(duì)實(shí)體測量、CT測量和Mimics三維重建測量進(jìn)行比較再次證實(shí)CT和Mimics測量的準(zhǔn)確度極高。

表1觀察結(jié)果顯示，DR測量值與Mimics三維重建的測量值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，DR測量值普遍大于Minics測量值，從而證實(shí)DR系統(tǒng)測量時(shí)圖像有放大作用。但如表2所示DR測量值比Mimics測量值所增大的百分比并不相同，尤其是寬度測量值差異更明顯，有少數(shù)DR測量值要小于Mimics測量值，在表2中呈負(fù)值，橫突寬度計(jì)算值有10個(gè)數(shù)據(jù)（約占13%）為負(fù)值，而橫突末端距離計(jì)算值僅7號(hào)病例L2的距離（約占1%）是負(fù)值。通過對(duì)Mimics三維重建圖像研究發(fā)現(xiàn)，7號(hào)病例脊柱的腰椎有輕度的側(cè)彎和旋轉(zhuǎn)，其L2椎體右側(cè)橫突長度和水平面角度及冠狀面角度明顯大于左邊（見圖1C和D），從而形成一個(gè)明顯的三維角度，而Mimics成像的旋轉(zhuǎn)和縮放（見圖1B和C）使其三維測量更加符合實(shí)體測量，體現(xiàn)了三維重建測量方面的優(yōu)勢。綜合以上情況總結(jié)以下四點(diǎn)影響測量值的因素：（1）患者的體型、體位的差異;（2）攝DR平片時(shí)腰椎生理曲度的存在，以上兩點(diǎn)影響了肢片距和物片距因而影響圖片放大比例;（3）橫突寬度測量時(shí)Mimics三維重建側(cè)面發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)橫突存在大小不等的矢狀面傾斜角（見圖1A）;（4）由于部分病例腰椎存在不同程度的側(cè)彎和旋轉(zhuǎn)，從而增大了三維角度;而DR成像平面測量不能體現(xiàn)三維角度。測量中發(fā)現(xiàn)橫突矢狀位的傾斜角（見圖1A）普遍存在，大小不同，而Mimics測量橫突末端距離絕大部分是三維角度很小甚至為0，呈負(fù)值的病例的橫突矢狀位的傾斜角要明顯大于橫突末端距離測量時(shí)所形成的冠狀面的三維角度，從而解釋了橫突寬度比橫突末端距離有更多椎體的Mimics測量值大于DR測量值。橫突矢狀面的傾斜角是本次實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)。

本研究進(jìn)一步論證了DR成像平面測量放大的原理以及影響因素。DR平面測量無法觀察三維角度變化，因此其放大比值并不完全遵循n%=（G-S）/S×100%=a/b×100%，對(duì)待特殊的病人必須結(jié)合病人體位和旋轉(zhuǎn)角度。本研究的局限在于僅僅是收集影像學(xué)資料，而未能對(duì)攝像現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)際的觀察和測量，難免會(huì)忽略患者的體位、體型差異。因此，本次測量數(shù)據(jù)僅供參考。通過本次實(shí)驗(yàn)，了解到臨床上進(jìn)行DR測量要比Mimics測量值偏大，DR測量必須結(jié)合肢片距和物片距，同時(shí)也要考慮測量時(shí)的三維角度，從而對(duì)疾病作出更加符合實(shí)際的判斷。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陸曉生.新型脊柱矯正系統(tǒng)的研制及相關(guān)研究[D].南寧：廣西醫(yī)科大學(xué)，2017.

[2]陸曉生，黃湄景，趙勁民.新型脊柱畸形矯正系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用前景[C]//廣西醫(yī)學(xué)會(huì)骨科學(xué)分會(huì)，2014廣西醫(yī)學(xué)會(huì)骨科學(xué)分會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.南寧：廣西醫(yī)學(xué)會(huì)，2014：55.

[3]CSERNTONY Z，GOODSHIP A，SZEPESI K.A complementary thoracic implant for the surgical correction of the scoliotic curve.A preliminary report[J].Eur J? Orthop Surg raumatol，2001（11）：85-89.

[4]ManO S，NovAk L，CsernAtony Z.A 3D nyomtatAs technolOgiAjAnak alkalmazAsa a cranioplast IcAban[J].Biomech Hung，2008，1（1）：15-20.

[5]SOHA F，SZABO I，HARASZTOSI L，et al.Development of an accelerometer based motion analysis system for biomedical applications[J].Acta Biol Debr，2009，3（23）：23-30.

[6]CSERNATONY Z，MOLNAR S，HUNYA Z，et al.Biomechanical examination of the thoracic spine-the axial rotation moment and vertical loading capacity of the transverse process[J].J Orthop Res，2011，29（12）：1904-1909.

[7]CSERNATONY Z，KISS L，MANO S，et al.Our experience and early results with a complementary implant for the correction of major thoracic curves[J].Eur Spine J，2013，22 （6）：1286-1291.

[8]嚴(yán)斌，孫永建，歐陽漢斌，等.3D打印導(dǎo)航模塊輔助腰椎椎弓根螺釘精確植入的應(yīng)用研究[J].中國臨床解剖學(xué)雜志，2017，35（2）：156-159.

[9]陸曉生，黃湄景.脊柱畸形手術(shù)治療現(xiàn)狀與方向[J].中國矯形外科雜，2015，23（3）：239-241.

[10]李偉劍，隆振學(xué)，梁棟柱，等.脊柱改良橫突鉤棒系統(tǒng)的生物力學(xué)研究[J].中國矯形外科雜志，2019，27（11）：1025-1029.

[11]李兵，姜保國，傅中國，等.腰椎橫突形態(tài)學(xué)研究[J].中國骨腫瘤骨病，2003，2（2）：94-97.

[12]LOUGHMAN E，ROWAN M，KENNY P.Does magnification increase total unsharpness in DR radiography？[J].Physica Medica，2017，42：353-363.

[13]楊斌，張良，靳曉暉，等.DR攝影中放大相關(guān)問題研究[J].陜西醫(yī)學(xué)雜志，2019，48（7）：860-862.

[14]FENG Z H，LI X B，PHAN K，et al.Design of a 3D navigation template to guide the screw trajectory in spine：a step-by-step approach using Mimics and 3-Matic software[J].Journal of spine surgery （Hong Kong），2018，4（3）：645-653.

[15]VERMA T，SHARMA A，SHARMA A，et al.Customized iliac prosthesis for reconstruction in giant cell tumour：A unique treatment approach[J].Journal of clinical orthopaedics and trauma，2016，7（Suppl 1）：35-40.

[16]肖進(jìn)，尹慶水，張美超，等.脊柱側(cè)凸的數(shù)字化三維重建及臨床應(yīng)用[J].中國臨床解剖學(xué)雜志，2008，26（5）：494-496.

[17]鐘進(jìn)軍.第3腰椎橫突的測量及其內(nèi)固定器研制的初步實(shí)驗(yàn)研究[D].長沙：中南大學(xué)，2012.

[18]付裕，李筱賀，霍洪軍，等.三維數(shù)字化手術(shù)設(shè)計(jì)在青少年特發(fā)性脊柱側(cè)凸個(gè)性化手術(shù)中應(yīng)用[J].中國臨床解剖學(xué)雜志，2015，33（6）：706-711.

（收稿日期：2019-11-19 修回日期：2020-02-20）

（編輯：潘明志）

基金項(xiàng)目：廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（桂科合14123001-24）

作者簡介：賀祖斌，男，在讀碩士研究生，研究方向：骨外科。E-mail：756004024@qq.com

通信作者：陸曉生。E-mail：469002873@qq.com

[本文引用格式]賀祖斌，陸吉利，張美超，等.腰椎橫突Mimics測量與DR測量差異性研究[J].右江醫(yī)學(xué)，2020，48（3）：166-171.