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基于2D/3D配准技术评估可调式颈托对椎间孔形态学参数的影响及其测试精度的研究

张鑫涛  
【摘要】:背景神经根型颈椎病的主要病因是椎间孔狭窄压迫脊神经,其发病率约占各型颈椎病总数的50~60%,是临床最常见的颈椎病[1,2]。造成椎间孔狭窄的原因常见于骨赘挤压、急性外伤、小关节错位、慢性劳损及椎体异位等骨性和软组织因素,导致椎间孔变小。从而出现神经根受压的炎症反应,包括水肿和粘连等,进而引发一系列的临床症状。其中,判断椎间孔是否狭窄的一项重要指标就是椎间孔面积的大小。很多颈椎病临床治疗及评价方法均与椎间孔面积变化有很大关联。颈椎牵引技术作为治疗神经根型颈椎病的常用技术,是一种可控制的轴性牵引方法,该方法于1929年就已开始用于临床,是治疗颈椎病的公认方法之一,其疗效确切。颈椎牵引技术是运用机械手段牵拉颈椎,分离关节面,使周围软组织得到牵伸,使其发生相对伸长,同时改变骨性结构之间的角度等,其主要目的之一就是增大椎间孔面积,减少神经根压迫,从而达到相应的治疗效果。然而,对于不同牵引角度对椎间孔面积大小的影响,相关的报道和研究较少,主要原因是局限于颈椎角度模拟以及测量结果不准确等,因而,无法得到确切的形态学参数。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,简称2D/3D配准技术。颈椎斜位X线片检查价格便宜,操作简便,辐射量少,患者也比较容易接受,是目前临床上最常用的检查方法。但是,X线影像仅能显示部分椎间孔,部分椎间孔无法显示,且椎间孔周围有骨质重叠现象,对颈椎间孔显像较差,所测得的椎间孔形态学参数准确度低。而三维CT检查放· 射剂量大,而MR检查存在检查时间长,价格昂贵,病人依从性要求高,且存在一定的禁忌症,同时CT、MRI检查大多采用平卧位,受到体位的限制等不足。而本研究采用2D/3D配准技术进行测量,可以很好的避免上述不足,获得不同位置的颈椎三维模型。叶强[3]等研究表明,2D/3D配准技术可用于获得椎间孔参数的精确数据,但并未对该方法的精度做进一步研究。因此,本实验利用拍摄颈椎标本的X线片,同时拍摄颈椎CT,根据CT数据获得颈椎三维模型,通过2D/3D配准技术将颈椎正侧位X线平片还原至摄片时颈椎的三维形态,进一步探讨基于2D/3D配准技术测量离体标本颈椎间孔形态学的精度。进而以正常人为研究对象,利用可调式颈托调节不同颈椎牵引角度,准确直观的评价不同角度牵引对椎间孔形态学参数的影响,为神经根性颈椎病的牵引治疗提供科学依据,为颈椎牵引技术的改进提供更多的理论依据。目的本实验将验证基于2D/3D配准技术测量离体颈椎标本椎间孔形态学的参数,探讨该方法测量的精准度。同时,结合可调式颈托技术,探讨不同角度牵引对椎间孔形态学参数的影响。方法1.收集16具颈椎防腐标本,其中15具标本为C2-C7椎体,1具标本为C2-C6椎体,进行CT扫描,通过三维重建获得颈椎离体标本的三维模型。改变标本体位并固定,分别拍摄各具离体标本正侧位X线平片,应用2D/3D配准技术还原拍摄平片时颈椎的三维位置,并获得相应的三维模型,保持标本的体位再进行第二次CT扫描,重建获得标本的三维模型作为配准前对照组。利用Rapidform XOR3软件测量配准前与配准后C2/3至C6/7双侧的椎间孔面积、前后径和上下径,两组进行比较,从而验证基于2D/3D配准技术测量离体标本颈椎间孔形态学的精度。2.精度验证完成后,然后测量正常人不同颈椎牵引角度对椎间孔形态学参数的影响。首先,召集健康志愿者7人,进行颈椎CT扫描,利用三维重建软件Mimics将原始数据进行三维重建,获得各节段三维模型(C2-C6)。同时,利用可调式颈托调整颈椎位置:中立位、后伸10°、前屈10°及前屈20°,并拍摄X线,利用2D/3D配准技术,准确还原出颈椎在中立位、后伸10°、前屈10°及前屈20°时的三维模型。基于不同位置的三维模型,分别测量C2/3至C5/6颈椎椎间孔面积、前后径和上下径,并进行相关统计分析。结果1.共测得椎间孔的面积、前后径和上下径各158个,其中,准确度方面,椎间孔面积为96.77%、前后径为94.35%、上下径为96.14%。而精确度方面,椎间孔面积为(1.27土 1.16)mm2,前后径为(0.30±0.27)mm,上下径为(0.32±0.28)mm。椎间孔的面积、前后径、上下径配准后与配准前相比较,采用配对样本t检验,结果无显著性差异(P0.05)。2.共测得椎间孔的面积、前后径和上下径差值各224个,当颈椎处于前屈20°时,所有颈椎节段的椎间孔面积、前后径的差值及增长率均大于其它牵引角度。采用单因素方差分析,前屈20°与中立位0°比较,差值及增长率的P值均小于0.05,结果具有统计学差异。而上下径方面,前屈20°时所有颈椎节段的差值均大于其它角度,而增长率则无明显差异。经单因素方差分析,各牵引角度的差值及增长率比较,P值均大于0.05,结果无统计学差异。结论1.应用2D/3D配准技术测量颈椎间孔的形态学参数具有较高的准确度和精确度。2.应用2D/3D配准技术结合可调式颈托技术,能反映不同牵引角度对椎间孔形态学参数的影响。3.前屈20°牵引可以更有效的增大颈椎椎间孔面积及前后径。


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