三维CT在骨盆疾病诊断中的临床应用
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摘要: 采用多种三维CT重建方法对骨盆病变的诊断和治疗开辟了美好前景。本文综述了国外研究人员采用这项新兴技术在骨盆骨折、各种原因导致的骨盆发育不良疾病诊治中的应用。此外三维CT对骨盆的正常解剖结构、病理及特殊疾病诊治也提供了新的定性、定量的方法
中图分类号: R445 文献标识码: A 文章编号: 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
骨盆解剖结构复杂,单纯使用平片结构重叠,图像变形,难以清楚显示病变。二维CT(Two-dimensional CT,2DCT)虽然可以避免前后重叠因素,但显示的是一系列二维断层图像,缺乏立体和直观感。九十年代三维CT(Three-dimensional CT,3DCT)的出现,其图像体现了骨盆三维解剖结构特点,对病变的诊断水平有较大提高。此外,通过对手术目标进行三维图像重建使临床医生对手术区域内的情况在术前加以认识,并进行术前手术设计及计算机模拟手术操作等充分演练,缩短了真正手术所需要的时间,提高了手术的安全性及手术质量。
1 三维CT的扫描、重建、显示技术
3DCT图像是指经过计算机软件将连续断层CT扫描所收集到的信息重建为直观的立体图像。对于常规CT,影响三维图像质量的扫描参数有层厚、重叠,螺旋CT则还包括螺矩、图像指数。当选择扫描参数时,层间隔是确定图像质量的首要因素,层厚居次。重叠扫描可有效减轻3DCT图像台阶表现,但可能出现假性关节融合、骨折线模糊的现象。对于常规CT增加层厚/指数比率将改善3D图像的质量。观察细小的骨结构,可选用薄层(2～6 mm)及约50%重叠的层面指数。但薄层、大的层间重叠将增加放射剂量。螺旋CT能提供同一层厚的多层重叠图像,缩短扫描时间,减少了放射剂量和扫描伪影,但螺矩应小于1.0(1)。通过改善螺旋内插、采用特殊的3D分割法将会进一步提高3DCT的图像质量。3DCT骨重建与显示技术有多层面体积重建(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),表面明暗显示(,surface shaded display ,SSD),体绘制(volume reconstructures rendering)等方式。显示包括2D、3D的显示。2D显示丢失了3D图像的深度信息(2),主要依靠医生的构思生成3D立体图像。而3D显示是两幅图像视觉上的重叠,其信噪比为每幅图像信噪比的平均值,恢复了图像的深度信息,图像的清晰度、表面分辨率得到提高,获得了骨骼在空间的相互关系,对于易于混淆、隐藏的骨折和平面更易辨认。
2 三维CT 在骨盆疾病诊断中的临床应用
2.1骨盆骨折
骨盆骨折是造成发病、死亡的因素之一。无移位型愈后较佳。对于移位型骨折,精确快速地确定骨折的范围、粉碎的程度、髋臼和股骨头的适度性及软组织损害的程度,决定了治疗、与手术方式及愈后。常规CT估计前、后柱旋转、髋臼前缘的骨折较优,提高了臼、头适度、骶髂关节损害、关节内骨折的诊断,但缺乏立体直观感。3DCT图像弥补了平片、二维CT片的不足,任意旋转获得各种角度、倾斜度的立体图像。从三维的角度描述了骨折的位置、类型、走行、范围。不再需要外科医师从一系列断层图像中,“构思”出骨盆骨折的立体结构。有助于临床医师整体、全面的理解、认识骨盆环这一特殊解剖结构,以及外伤导致这一环状结构扭动的发生机理,有助于手术入路、复位、固定的设计。特别是3D体全息术,提供了完全的物理和视觉上的深度信息(3),对于SSD方式重建图像中难以发现的无移位的骨折、小骨折、关节内骨折,其诊断灵敏度、特异度都有所提高。
有关3DCT 在骨盆外伤中的应用,国外学者针对不同类型的骨折作了较为深入的研究。M.S.I.White(4)认为3DCT的优点在于:(1)在最小的不适、痛苦下得到患者骨盆的全面图像; (2)低射线量:射线量低于正、侧、斜位片;(3)3D图像能重建于任何时间而无须病人重复配合;(4)以最优形式显示病变(X轴显示髋臼顶、髋关节,Z轴显示髂骨、坐骨后部、后壁、后柱);(5)更清晰获得髋臼顶、四边形板的图像;(6)可消除肠容物的重叠。
D.Magid(5)等对小于16岁的儿童的髋臼、骨盆骨折进行了2D/3D的研究。三维图像上下、左右旋转及编辑后获得了感兴趣区的最佳显示角度。重建后利用透明技术估计小的无移位骨折最优,半透明重建可用于评价髋臼。在一例创伤性脊柱骨盆分离中采用3D多层面重建,提供了最佳的术前图像,更好的认识了骨折的类型,从而运用Galveston技术通过螺钉将骨折片固定于骨盆,并用双侧的骶髂螺钉增加稳定性。
3DCT以最易理解的形式显示骨折病变的复杂性,为外科医师采用腹股沟入路手术提供了信息。从半侧骨盆的内面能够清楚地显示横跨四边形板的骨折。此外,3DCT在教学中有特殊的价值。调查结果证明3D技术改变45%的原有手术入路,对50%的病例综合利用2D与3D技术更好地确定了骨折。
3DCT可作为复杂型骨盆骨折的重要检查手段。但对无移位骨折的显示尚不尽满意(除非层面非常薄),骨折移位小于2 mm、关节间隙、关节内骨折显示较模糊,术后内固定物减低了其效果。婴儿的未骨化、软骨性的股骨头,甚至股骨头已形成但骨化不足时,则降低了其有用性。3DCT现阶段还不能代替好的平片和CT,单独运用有一定限制性,应和CT结合。此外由于射线剂量关系,除非严重、复杂的骨盆外伤,儿童不易常规运用三维重建。
2.2 骨盆发育不良
由先天性、后天性、小儿麻痹性、遗传性、代谢性等原因引起的骨盆发育不良是一种复杂的关节畸形。对其残废功能的重新建立和畸形的矫正依赖于快速精确的早期诊断和及时治疗;否则,贻误时机造成终身疾病和痛苦。3DCT在术前、术后骨盆解剖结构的描述、手术计划的制定及手术效果的评价中有极其重要的价值。
M.B.Millis(6)等发现了正常与发育不良髋关节的两个重要差别,即C-E(中央-边缘角)和容纳角。外侧C-E角从正常的22°降至15°,前C-E角减少了31°,后C-E角减少了25%(P＜0.001);容纳角的分析反映发育不良的髋臼为1/3球形,且缺陷的区域有很大的变异。术前Salter、Dial截骨术的模拟预测了对髋发育不良治疗的效果。
Roach JW. (7)等对14例髋臼发育不良患儿进行了三维重建的研究。所有股骨头均失去圆形结构,髋臼上缘有不同缺损,且半脱位时明显。半脱位患儿髋臼轻度前倾,前方发育差。全脱位者全髋发育浅,以后方为主。股骨头覆盖三维像直视其受力情况和覆盖缺损区,偏心率反映了头臼的相称性及复位的距离及可能性。
H.Azuma(8)等认为采用3DCT测量ACP角(髋臼前缘-股骨头中心-髋臼后缘)更有效的反映了髋发育不良中髋臼的被覆情况,正常人接近180°,而髋发育不良的角度减少,股骨头脱位特别是假性髋臼形成时,则不可能估计ACP角。髋臼向前旋转造成股骨头向后脱位,去掉股骨可观察髋臼的形态、变化、及假性髋臼的形态。
3DCT对先天性复杂、或易忽略髋脱位、Legg-Calve-Perthes病和髋发育不良的髋臼的形状、髋臼缺陷的程度、股骨头覆盖率、髂骨的厚度、髋脱位的方向,可进行快速、精确的描述。可以定量测量髋臼、股骨扭转角度。术后3D显示了Chiari切骨线及位置、股骨头覆盖、移位的改善、及切骨术对骨盆解剖关系的影响。Chiari截骨术和关节外增补术后的3DCT显示股骨头后外侧1/4的被覆严重不足(9),确定了增补物与老的髋臼面的不和谐,增补物易损害,滑囊形成、边缘分离是Chiari截骨术失败的原因。
M.F.Abel(10)等采用3D的方法测量小儿麻痹(Ⅰ组为行走组、Ⅱ组为不能行走组的)性髋关节,因体位不协调而产生的误差被降到最低。Ⅱ组较Ⅰ组及正常组前、后壁发育更差、髋臼顶缺陷更大,AD/FHD(髋臼深度/股骨头直径比率)显著降低,NSA(颈干角)显著增加(平均151°)。Ⅰ组NSA中度增加(平均140°6′),但FA(股骨前倾)最明显,NSA、SMAI(上中髋臼指数)、AAI(轴位髋臼指数)与年龄显著负相关,而Ⅱ组无年龄相关。SMAI、AAI、AD/FHD的增加伴脱位程度增加,MI和SMAI的显著相关说明髋臼顶的发育是影响髋脱位的最主要的因素。3D定量研究表明,Ⅱ组后上方髋脱位、伴随股骨的屈曲、内收、挛缩,其强直型有股骨头发育不良。当内收髋开始脱位,髋臼、关节囊、臀肌对股骨头的压力,形成了股骨头外翻、及发育不良,精确地确定了肌肉挛缩及影响髋发育的不利因素
N.Sugano(11)等对持续性髋发育不良的股骨(用Growe法分为Ⅰ～Ⅳ级)进行分析,患者的身高、股骨的长度(包括Ⅰ级股骨显著畸形,股骨颈更短,骨干髓内腔更窄)与对照组无显著差异。严重的髋发育不良和脱位均伴股骨的发育不良,股骨颈有明显的前倾,髓腔的定向则为股骨在小转子和峡部间扭转的增加。正常人和髋发育不良峡部髓腔的方向相同,髓腔前后径比最大中侧径更大。髋外翻是股骨的典型表现,Ⅰ级髋外翻颈干角与对照组无显著差异,但随脱位增加颈倾斜轻微减少。Ⅳ级中髋内翻多于正常对照组。认为选择股骨假体应基于股骨脱位、前倾的程度。Growe分级对选择股骨假体有价值。在大多数Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级病人可用常规设计的假体,然后当前倾大于40°,后倾插入假体行矫形骨切开术应调整股骨前倾。Ⅳ级保存股骨颈的髋置换术中,选用直、窄的髓腔和少许弯曲的直干。
M.Yazici(12)等肯定并补充Sponseller et al运用2DCT对膀胱外翻中骨盆解剖结构的研究。认为3DCT对病变的显示是十分必要的。3D图像清晰显示骨盆前部(坐骨、耻骨)和后部(髂骨)反常外旋,前部长度短于正常对照组,后部长度正常,骨盆环分开、周长短。确定了髋臼的中心,髂骨翼向内、垂直,在矫形切骨术前,3D测量可获得肥大、短、反常定向的韧带的解剖结构。在三维模拟髂骨切骨术中,前、后部应内旋,并结合耻骨支切除术以增加髂骨的周长。为了克服韧带的张力,股骨环应逐渐闭合。
此外,对髋发育不良继发髋关节炎软骨厚度的3DCT研究表明;随髋关节炎Ⅰ～Ⅳ期的发展,负重的软骨前上区压力增加,其前部软骨由厚变薄,甚至比后部软骨更薄,以及中间区域的退变,髋的后部被覆比前部被覆更大。
2.3 三维CT在骨盆其他方面中的应用
3DCT的立体图像对骨盆的正常解剖结构、病理、及特殊疾病的诊治提供了新的定性、定量的方法。M.F.Abel(13)等认为与CT相比,3D图像定量的确定FA(股骨前倾)、AA(髋臼前倾)、NSA更精确(＞99%,与尸体标本对比),当骨盆屈曲增加时髋臼前倾逐渐减少(准确率＞96%)。K.L.Hermann(14)等认为与平片相比,3DCT对FNA(股骨颈前倾)测量具有高精确性、再现率,平片中股骨长轴、短轴测量的平均差异为18°,原因为股骨轴前屈及近段股骨轴投影的误差。当腿处于0°～20°内旋位,侧位片长轴测量FNA有可接受的精确性、再现率。D.J.Samani(15)等运用3DCT分析,认为骨盆“泪滴征”随纵轴、水平轴的旋转发生变化,不是解剖上的静态结构,当考虑“泪滴征”加宽、变窄与Legg-Calve-Perthes病、先天性髋发育不良的关系时,必须保持体位的正确性。
G.L.Smidt(16)等对5例52～68岁新鲜尸体处于极度髋关节位置中的骶髂关节的运动进行了3DCT的测定。矢状面中骶髂关节动度最大,相对于骶骨,后上部髂骨的运动范围为4～8 mm,关节软骨厚度为1.2 mm,关节形状类似于飞机螺旋桨。此外在尸体研究的基础上,通过CT三维重建对20例正常人的第一骶骨体、骶骨根部、骶骨翼中心、翼边缘中心、骶髂关节皮层区域的密度测定,显示翼区域密度最低,并得出结论在骶髂关节下、外侧第一骶椎根部放置螺钉,并相对于矢状面向前倾斜10°有最强的抗撕脱力。P.D.Zook(17)等对18例胎儿尸体骨盆进行了3D重建测量。唐氏综合症胎儿,在上中下不同水平,髂骨的角度逐渐变窄分别为95°36′,84°30′,78°6′,大于正常胎儿76°24′～57°30′的范围。认为在产前超声中测量髂骨最上部的角度更标准,有助于疾病的检出。
Gorham综合症是一种非家族性起源于骨质的薄壁血管增生导致大片骨质溶解的一种疾病。3DCT更精确的确定骨质溶解的范围,对矫形计划极有价值。髋关节为PVNS(色素性绒毛结节性滑膜炎)第二多发的关节部位(18)。3DCT可确定髋臼骨质侵蚀性破坏、结构疏松及坐骨侵犯的位置和程度。3D模型帮助预测骨缺失的体积、确定置换假体、植骨的数量,可用于术前计划。J.M.Matta(19)等采用3DCT定量测量异位骨的体积、位置,认为在髋臼骨折术后消炎痛对异化骨的产生无显著作用),并比较了性别、不同手术方式等因素对骨化的影响。
在肛门、直肠畸形成形术中,经静脉尿道造影术、结肠直肠、阴道充气术后,3DCT描述其骨盆术前、术后解剖结构是十分必要的(20)。因为以前都是通过划区、选阈值,在CT图像中显示的密度和位置中勾画出一些软组织轮廓,主要依靠医师读片正确性、准确性,带有一定的主观性。
此外,D.D.Robertson(21)等对3D骨盆模型、平片显示全髋置换导致的髋臼缺陷进行了比较。平片低估骨缺陷至少1级,3D模型低估骨缺陷平均0.15级,更好地显示了病变。通过3D模型,外科医生可更好地观察骨缺失,预选假体类型、尺寸、几何形状,并将假体置入模型中,检查其覆盖率、稳定性,降低了手术时间,减少了术中并发症。
3 展望
3DCT重建是一种新的影像学技术,在骨盆病变定性、定量、术前、术后计划的应用已受到越来越大地重视。随着高速、高清晰度、高精确、低射线量、低价三维CT机的出现,特别是可以把包含骨骼信息的CT图像和包含组织信息的MRI图像进行融合三维重建技术的发展,可以获得包括更多信息如神经、血管、肌腱、骨骼等的三维立体图像,对骨盆病变的诊断、分类、及手术入路、固定方法的选择,提供了充分的依据,将在骨盆成像中有着良好的应用前景。
作者简介:王劲(1970- ),女,山东济宁人,硕士生,从事CT和磁共振重建的临床应用。
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