放射學(xué)院，山東第一醫(yī)科大學(xué)(山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)，山東 泰安 271016

腰椎崩裂也稱腰椎峽部崩裂、椎弓崩裂等，是指腰椎椎弓上下關(guān)節(jié)突之間的峽部有缺損失去連接，也稱峽部不連，多見于腰4或腰5，研究數(shù)據(jù)顯示腰5峽部崩裂幾率最高。腰椎峽部崩裂的真正原因仍不能肯定。多年來人們進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)先天性發(fā)育缺陷和慢性勞損(應(yīng)力性損傷)是兩個可能的重要原因[1-2]。早期腰椎峽部崩裂者癥狀呈隱性，部分患者可有下腰部酸痛，其程度較輕，常在勞累以后加劇，適當(dāng)休息或服止痛藥以后會好轉(zhuǎn)。腰痛初為間歇性，以后則可呈持續(xù)性，嚴(yán)重者影響正常生活；疼痛可同時向骶尾部、臀部或大腿后方放射。若合并腰椎間盤突出癥，則可表現(xiàn)為坐骨神經(jīng)痛癥狀。

由于腰椎椎弓崩裂的患者數(shù)量較少、癥狀不明顯、隨機(jī)性較大，在醫(yī)院利用患者直接開展本項研究不具有可行性；我們采取了利用模型進(jìn)行研究的方法，利用3D打印技術(shù)[3-5]制作出腰椎椎體的模型，并在椎弓峽部做上了椎弓崩裂的結(jié)構(gòu)。模型的制作力求與真實的人體結(jié)構(gòu)接近，不僅在大小和外形上接近，而且對X線的吸收率也近似于真實的人體腰椎結(jié)構(gòu)，達(dá)到最好的模擬效果，模擬的椎弓崩裂的結(jié)構(gòu)有“I”形和“Y”形兩種，長度2 cm,寬度約2 mm，也能較好地貼近真正的椎弓崩裂的結(jié)構(gòu)。

腰椎椎弓崩裂的影像學(xué)檢查方法主要有X線片(CR、DR)檢查、CT、MRI檢查[6-9]等，X線平片(CR、DR)檢查常規(guī)拍攝正位、側(cè)位及左、右斜位片；CT、MRI檢查可以明確脊髓或神經(jīng)根受壓情況，協(xié)助鑒別診斷。在使用X線片(CR、DR)檢查方法時，腰椎正位由于前部有椎體的阻擋及角度的關(guān)系，腰椎椎弓無法顯示；在腰椎側(cè)位條件下雙側(cè)椎弓影像重疊，椎弓仍無法顯示；適合椎弓崩裂的檢查的體位是腰椎斜位，由于腰椎椎弓結(jié)構(gòu)厚度小，周邊與之重疊的組織密度較高，其圖像清晰度較低，因而在椎弓崩裂的縫隙較小時往往會漏診。腰椎CT檢查一般用于掃描椎間盤區(qū)域，如果是為了檢查椎弓必須將掃描范圍移至椎弓范圍，掃描的位置必須準(zhǔn)確地定位在椎弓崩裂的層面上，這樣使用CT平掃能夠清晰顯示椎弓崩裂的縫隙。MR也可以掃描腰椎，但它的優(yōu)勢在于顯示軟組織結(jié)構(gòu)，對骨質(zhì)結(jié)構(gòu)顯示效果不佳，分辨率較低，不適于顯示腰椎椎弓崩裂結(jié)構(gòu)?；谏鲜銮闆r，本研究力圖找到一種新的方法來更清晰更全面地顯示椎弓崩裂，較好地解決問題。

1 材料和方法

1.1 腰椎體模

由于腰椎椎弓崩裂的患者數(shù)量少、癥狀不明顯，無法在醫(yī)院面向患者直接開展本項研究；我們采取了利用模型替代患者進(jìn)行研究的方法，使用先進(jìn)的3D打印技術(shù)制作出腰椎椎體的模型，并在椎弓峽部做上了椎弓崩裂的結(jié)構(gòu)。模型的制作選取了與真實人體結(jié)構(gòu)密度接近的材料，由于3D打印的原圖來自于人體，模型在結(jié)構(gòu)尺寸大小和外形上與真正的脊椎高度一致，模型對X線的吸收率也近似于真實的人體，可以達(dá)到最好的模擬效果。

圖1中就是使用3D打印方法制作的腰椎椎體模型，椎體的椎弓部位有模擬的骨折裂縫，3D模型為要進(jìn)行的實驗奠定了基礎(chǔ)。

1.2 檢查方法

將模型椎體置于檢查臺上，用水袋(用于模擬軟組織)覆蓋：方法一用DR進(jìn)行腰椎斜位的攝影，選用佳能CXDI-55G的DR,使用75 KV、200 MA、0.5 s的條件拍攝；方法二使用CT對椎體進(jìn)行薄層掃描，選用飛利浦Brilliance 6層螺旋CT，掃描范圍包括全部椎弓，使用2 mm層厚、2 mm間距進(jìn)行密集掃描，并對掃描圖像實行三維重建，濾掉軟組織，清晰顯示骨結(jié)構(gòu)的椎體立體影像。

①.有“I”形裂縫的腰椎模型；②.有“Y”形裂縫的腰椎模型；③.有“Y”形裂縫的腰椎模型。

2 結(jié) 果

2.1 腰椎斜位DR圖像

圖2顯示的是椎弓崩裂裂隙DR腰椎斜位圖像。由圖2可見，裂縫能夠被顯示，因受到水模體的干擾，清晰度不高；但DR檢查方法因其簡便，成本較低，范圍廣(可檢查所有腰椎)等特點仍是檢查椎弓崩裂病變的最常規(guī)的方法[10]。

2.2 模型椎體CT掃描像

椎弓崩裂裂隙的橫斷面圖像見圖3。盡管打印的裂縫尺寸較小，但CT圖像能夠非常清晰地顯示出來；由此可見，CT單層圖像的清晰度高、顯示效果好，是檢查椎弓崩裂裂隙的有效和可靠的方法[11]。

2.3 模型椎體CT掃描3D重建圖像

被檢腰椎椎體及椎弓的3D圖像見圖4，它是將被檢椎體的薄層掃描的圖像收集起來，通過CT圖像處理軟件處理后得到的三維立體圖像[12-13]，進(jìn)一步通過閾值分離得到了只有腰椎骨骼結(jié)構(gòu)的圖像，目的就是獲得高清的腰椎椎弓崩裂的3D圖像。

從圖像上來看，腰椎椎弓裂縫在3D圖像上不能顯示，分析的原因是：①模型制作的原因：在腰椎椎弓崩裂模型上打印的裂縫的尺寸較小，寬度和深度都是2 mm，而3D圖像的清晰度比較低，無法顯示；患者的骨裂尺寸有大有小，而且椎弓的周邊肌肉組織厚度大，也會明顯影響椎弓骨裂顯示。②圖像處理原因：3D成像利用的方法是加插值法，這種方法將會大大降低圖像細(xì)節(jié)的顯示能力，如果裂縫結(jié)構(gòu)位于兩層圖像之間則會被插值掩蓋，因此3D重建方法不適合細(xì)微環(huán)節(jié)的顯示。③設(shè)備性能原因：因為本CT層厚最小會達(dá)到2 mm的水平，無法進(jìn)一步縮小層厚和層間距，難以為3D重建提供高精度的素材。

圖2 椎弓崩裂裂隙DR腰椎斜位圖像(裂縫處有箭頭標(biāo)記)

圖3 椎弓崩裂裂隙CT掃描圖像(裂縫處有箭頭標(biāo)記)

圖4 椎弓崩裂裂隙CT掃描3D圖像

3 討 論

(1) 模型的制作是成功的：由于腰椎椎弓崩裂患者數(shù)量少且病變的癥狀不明顯，不適合面向患者直接開展本項研究，使用腰椎椎體的模型加水模體是很好的研究方法： 3D打印技術(shù)制作出的模型不僅在大小和外形上接近真實的人體腰椎結(jié)構(gòu)，而且對X線的吸收率也非常接近，達(dá)到最佳的模擬效果，從圖2和圖3來看，膜體在DR及CT檢查下的成像與真正的人體成像極為接近。

(2) DR檢查是診斷椎弓崩裂病變的最常規(guī)的方法：由于腰椎椎弓結(jié)構(gòu)厚度小，周邊的組織密度較高且厚度大，椎弓崩裂的骨結(jié)構(gòu)圖像清晰度較低，縫隙較小時會造成漏診；圖2顯示的是椎弓崩裂裂隙DR腰椎斜位圖像，因水模體的干擾，清晰度不高，裂縫顯示基本達(dá)到診斷要求。DR檢查因方法簡便、成本低、成像范圍廣(包括所有腰椎)、達(dá)到診斷要求等原因，對診斷椎弓崩裂病變是可行的。

(3) CT高精度分層掃描方法的清晰度較高，是檢查椎弓崩裂裂隙的有效和可靠的方法：CT是世界第一種使用數(shù)字化成像技術(shù)的X線檢查設(shè)備，采用高精度分層掃描方法，可以靈活選擇窗寬窗位，圖像的分辨率高，適合于椎弓崩裂裂隙的檢查；如圖3所示：盡管椎弓體膜的裂縫尺寸較小且周邊有水膜重疊，CT圖像卻能夠?qū)⒆倒懒蚜严兜臋M斷面圖像非常清晰地顯示出來；由此可見，CT分層掃描是最優(yōu)方法。

(4) 3D圖像不適合腰椎椎弓裂縫的顯示：由圖4所見，腰椎椎弓裂縫在3D圖像上不能顯示，分析的原因是：3D成像是以高精度分層圖像為基礎(chǔ)，利用在兩層圖像數(shù)據(jù)之間加插值的方法獲得的，這種方法將會大大降低圖像細(xì)節(jié)的顯示能力，比較適于顯示體積較大的組織結(jié)構(gòu)；因為在腰椎椎弓崩裂模型上打印的裂縫的尺寸較小，并且本研究所用CT層厚最小是2 mm，難以為3D重建提供超高精度的素材，所以3D圖像上無法顯示裂縫。

(5) 正確的腰椎椎弓裂縫的影像學(xué)檢查方法是DR和CT綜合性檢查：①DR腰椎斜位圖像法的優(yōu)點是簡便、成本低、成像范圍廣(包括所有腰椎)、患者接受輻射劑量少，缺點是清晰度不高，裂縫顯示基本達(dá)到診斷要求，所以它是診斷椎弓崩裂病變的最常規(guī)的方法；② CT檢查的優(yōu)點是采用高精度分層掃描方法，可以靈活選擇窗寬窗位，圖像的分辨率高，能夠?qū)⒆倒懒蚜严兜臋M斷面圖像非常清晰地顯示出來；缺點是患者接受輻射劑量大，費用較高，它是檢查椎弓崩裂裂隙的有效和可靠的方法；③以高精度分層圖像為基礎(chǔ)的3D成像圖像細(xì)節(jié)的顯示能力差，比較適于顯示體積較大的組織結(jié)構(gòu)，不適合腰椎椎弓崩裂的影像診斷。綜上所述DR和CT綜合性檢查是最全面、最正確的方法。

本研究目的是使用CT圖像的三維重建技術(shù)將腰椎椎弓崩裂的圖像以三維立體的方式更加全面細(xì)致地顯示出來，為這種病變的診斷和治療提供一種新的更加高效的方法，由于目前CT 3D成像技術(shù)的水平有限，沒有取得成功，只能是做一次有益探索，隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，將來這個方法將會變成現(xiàn)實；本實驗收獲是確定了CT高精度分層掃描是檢查椎弓崩裂裂隙的有效和可靠的方法，也將為CT圖像的三維重建技術(shù)在其它病變診療中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。