引用本文： 王永振, 何樂人, 劉靂, 陳威威, 蔣海越, 尚巧利. 多層螺旋CT掃描及三維重建技術在肋軟骨組織量評估中的應用研究. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(10): 1266-1269. doi: 10.7507/1002-1892.20140274 復制
自體肋軟骨因具備組織相容性好、無免疫排斥反應、吸收率較低等優點，常被用作充填和/或支持材料，在整形外科等學科中有著十分重要的應用，如針對小耳畸形等疾病的耳廓再造[1-3]、鼻整形術[4-5]等。既往應用中無法對肋軟骨組織量作出準確測量，一般是在術前或術中術者根據臨床經驗，依照患者的年齡、身高、體重等進行粗略估計，使得術中獲取肋軟骨存在一定盲目性，可能導致一些不必要的創傷。近年來多層螺旋CT技術，尤其是圖像后處理技術的迅速發展，為術前準確評估肋軟骨組織量提供了新思路。本研究通過采用多層螺旋CT掃描及三維重建技術對肋軟骨形態學參數進行測量，并分析測量結果的準確性，旨在為該技術用于臨床奠定基礎。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗對象
以2013年3月－8月中國醫學科學院北京協和醫學院整形外科醫院整形外科收治的75例先天性小耳畸形患者作為實驗對象，其中男49例，女26例；年齡5歲7個月～32歲7個月，平均8歲5個月。體重21～82 kg，平均29.5 kg。患者均無胸痛癥狀、胸壁疾患、胸部創傷史（包括外傷、放療、手術史等），心肺無慢性疾病和腫瘤史。采用八大處法耳廓再造術[6]矯正畸形。
1.2 實驗方法
1.2.1 CT掃描
術前采用Philips Brilliance 64排螺旋CT機（Philips公司，荷蘭）掃描患者雙側第1～12肋。根據患者體重及年齡設定胸部CT成像參數：年齡＜12歲或體重＜10 kg者：100 kV，75 mAs；年齡＞12歲且體重為10～30 kg者：100 kV，200 mAs；年齡＞12歲且體重＞30 kg者：120 kV，200 mAs。層厚1 mm，螺距0.9。
1.2.2 肋軟骨及肋骨圖像三維重建及參數測量
將掃描獲得的原始數據輸入Extended Brilliance Workspace圖像后處理工作站（Philips公司，荷蘭），采用最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及容積重建技術（volume rendering technique，VRT）對肋軟骨及肋骨圖像進行三維重建。通過VRT圖像觀察肋軟骨弧度、傾斜度、走行等形態學表現；MIP圖像中測量手術擬采取肋軟骨近肋骨處寬度（W）及肋軟骨全長（L），共測量3次，取均值。
1.2.3 術后肋軟骨參數測量
于耳廓再造術中肋軟骨采集后即刻，以顯微外科游標卡尺[量程300.00 mm、分度值0.05 mm；上海醫療器械（集團）有限公司]、外科直尺（量程150.00 mm、分度值0.5 mm；上海量具刃具廠有限公司），測量肋軟骨近肋骨處寬度（W’）及肋軟骨全長（L’），共測量3次，取均值。
1.3 統計學方法
采用SPSS19.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，W與W’、L與L’比較采用配對t檢驗，兩組數據一致性水平檢驗采用組內相關系數（interclass correlation coefficient，ICC）檢驗；L與L’比較采用線性回歸分析；檢驗水準取雙側α=0.05。
2 結果
VRT圖像顯示肋骨及肋軟骨形態清晰、逼真，立體感強（圖 1a）。共測量75例患者手術相關的192根肋軟骨，其中第6肋27根，第7肋75根，第8肋73根，第9肋17根。
圖1
肋軟骨及肋骨CT三維重建圖像???VRT???MIP ?圖 2?以術后測量肋軟骨全長（L’）為x軸、CT三維重建圖像中測量的肋軟骨全長（L）為y軸的散點圖
Figure1.
CT three-dimensional reconstruction image of costal cartilages and ribs???VRT???MIP ?Fig.2 ?Scatter diagram gained in the condition: L'as x-axis and L as y-axis
MIP圖像中測量示（圖 1 b b），肋軟骨近肋骨處寬度W為（9.69±1.67）mm，W’為（9.73±1.64）mm，比較差異無統計學意義（t=—1.800，P=0.073）；ICC檢驗示Cronbach’s α=0.993，即CT圖像中測量的肋軟骨近肋骨處寬度與肋軟骨真實寬度一致性較好。肋軟骨全長L為（83.03±23.86）mm，L’為（81.83±16.43）mm，比較差異無統計學意義（t=1.367，P=0.173）；ICC檢驗示Cronbach’s α=0.904；線性回歸分析示L=1.28 × L’－21.93（R2=0.780，F=673.427，P=0.000），即CT圖像中測量的肋軟骨全長與肋軟骨真實全長滿足線性回歸關系。見圖 2。
3 討論
3.1 多層螺旋CT及其圖像后處理技術在肋軟骨成像中的應用
目前，肋軟骨成像方法主要有X線片、二維及三維超聲、CT及MRI等[7-10]。多層螺旋CT具有檢查時間短、掃描結果精細等優點[11]，作為一種術前檢查手段，可在檢查胸部其他器官同時對肋軟骨顯影，而且能進一步通過圖像后處理技術獲得肋軟骨直觀的立體圖像。因此，CT已廣泛用于肋軟骨損傷的診斷[12-13]。Kim等[14]將CT檢查用于小耳畸形患者術前評估，觀察肋軟骨情況，指導治療方案。Park等[15]通過CT掃描及三維重建評判雞胸患者是否存在肋軟骨過度生長。目前在各種CT圖像后處理技術中，MIP可以真實反映組織密度差異[16]，因此可根據肋軟骨與周圍組織密度不同，清晰顯示肋軟骨形態，真實反映肋軟骨寬度及長度等參數，尤其是對肋軟骨鈣化的顯示優勢明顯[17]。VRT則可將掃描數據轉化成接近人體解剖結構的圖像[17]，形態逼真，立體感強，有利于多角度、全面、整體化地觀察肋軟骨形態、走行等；但重建過程中數據處理可能使測量參數產生偏差，甚至某些參數無法在重建圖像上直接測量。因此本研究中，所有參數均通過測量MIP圖像獲得，而VRT圖像主要用以觀察肋軟骨形態。
3.2 CT三維重建圖像參數測量值與術中測量值比較
MIP三維重建的一大缺點是圖像缺乏空間深度感[16]，僅能表現某一投影面上的肋軟骨圖像。而肋軟骨在多個軸向上均存在一定弧度與傾斜度，因此在MIP三維重建圖像中測量肋軟骨形態學參數，與術中直接測量結果存在一定差異。確定這種差異性對術前肋軟骨組織量預測的影響程度，以及如何糾正這一影響，使多層螺旋CT為術前預判提供更準確依據，是本次研究的意義。我們在MIP三維重建圖像中測量時，為減少系統誤差，選擇測量肋軟骨近肋骨處寬度，因為此處術中暴露最清晰，在肋軟骨采取術中形態和組織量所受影響最小。將測量結果與肋軟骨采取術后所得數據進行比較，結果顯示W與W’、L與L’比較差異均無統計學意義，符合度達95%以上，提示通過MIP三維重建圖像測量的各項參數可準確反映肋軟骨真實情況。
但在肋軟骨切取術中，無法做到全長取下肋軟骨，術后所得肋軟骨長度必然小于真實肋軟骨長度。而肋軟骨切取術后即刻所測長度與在MIP三維重建圖像中測得的肋軟骨長度在統計學上未出現顯著差異，可能與上述MIP重建圖像的缺點有關，即圖像中所得肋軟骨長度僅代表一個平面上的投影長度，而并非肋軟骨真實長度。分析發現，在肋軟骨弧度、傾斜度較小的部位（如第6肋軟骨）所得結果與真實測量結果數值上較相近，而在弧度、傾斜度較大的部位（如第8肋軟骨）數值差異較大。因此，雖然在統計學上L與L’無顯著差異，但實際應用中根據CT重建圖像測量數值尚無法滿足術前評估需要。為了進一步減小圖像重建所帶來的系統誤差對術前肋軟骨組織量預測的影響，我們進行了線性回歸分析，發現兩種方法所得肋軟骨長度滿足線性回歸關系，可根據CT重建圖像測量的肋軟骨長度大致估算肋軟骨采取術中可得的肋軟骨長度。
綜上述，根據CT三維重建圖像可獲得肋軟骨寬度、長度，為術前準確判斷肋軟骨組織量提供參考。但本研究中，尤其是在肋軟骨長度的判斷中未將某一特定肋軟骨歸類分析，在下一步研究中將針對某一年齡段、某一特定軟骨分別獲得反映其長度的回歸方程，為臨床工作提供更精確指導。除肋軟骨組織量之外，肋軟骨的應用中還涉及到肋軟骨的質地、韌性、脆性等方面，這些問題在本次研究中尚未涉及。肋軟骨的這些性質與肋軟骨組織量相比，量化相對困難，目前只能根據肋軟骨的CT值與周圍組織如肋骨、肺組織、肌肉等的CT值對比后進行大致判斷。進一步通過CT掃描及其三維重建圖像，尋求可反映上述特性的比較方法或某種量化指標，是我們后續工作的另一個重點。
自體肋軟骨因具備組織相容性好、無免疫排斥反應、吸收率較低等優點，常被用作充填和/或支持材料，在整形外科等學科中有著十分重要的應用，如針對小耳畸形等疾病的耳廓再造[1-3]、鼻整形術[4-5]等。既往應用中無法對肋軟骨組織量作出準確測量，一般是在術前或術中術者根據臨床經驗，依照患者的年齡、身高、體重等進行粗略估計，使得術中獲取肋軟骨存在一定盲目性，可能導致一些不必要的創傷。近年來多層螺旋CT技術，尤其是圖像后處理技術的迅速發展，為術前準確評估肋軟骨組織量提供了新思路。本研究通過采用多層螺旋CT掃描及三維重建技術對肋軟骨形態學參數進行測量，并分析測量結果的準確性，旨在為該技術用于臨床奠定基礎。報告如下。
1 材料與方法
1.1 實驗對象
以2013年3月－8月中國醫學科學院北京協和醫學院整形外科醫院整形外科收治的75例先天性小耳畸形患者作為實驗對象，其中男49例，女26例；年齡5歲7個月～32歲7個月，平均8歲5個月。體重21～82 kg，平均29.5 kg。患者均無胸痛癥狀、胸壁疾患、胸部創傷史（包括外傷、放療、手術史等），心肺無慢性疾病和腫瘤史。采用八大處法耳廓再造術[6]矯正畸形。
1.2 實驗方法
1.2.1 CT掃描
術前采用Philips Brilliance 64排螺旋CT機（Philips公司，荷蘭）掃描患者雙側第1～12肋。根據患者體重及年齡設定胸部CT成像參數：年齡＜12歲或體重＜10 kg者：100 kV，75 mAs；年齡＞12歲且體重為10～30 kg者：100 kV，200 mAs；年齡＞12歲且體重＞30 kg者：120 kV，200 mAs。層厚1 mm，螺距0.9。
1.2.2 肋軟骨及肋骨圖像三維重建及參數測量
將掃描獲得的原始數據輸入Extended Brilliance Workspace圖像后處理工作站（Philips公司，荷蘭），采用最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及容積重建技術（volume rendering technique，VRT）對肋軟骨及肋骨圖像進行三維重建。通過VRT圖像觀察肋軟骨弧度、傾斜度、走行等形態學表現；MIP圖像中測量手術擬采取肋軟骨近肋骨處寬度（W）及肋軟骨全長（L），共測量3次，取均值。
1.2.3 術后肋軟骨參數測量
于耳廓再造術中肋軟骨采集后即刻，以顯微外科游標卡尺[量程300.00 mm、分度值0.05 mm；上海醫療器械（集團）有限公司]、外科直尺（量程150.00 mm、分度值0.5 mm；上海量具刃具廠有限公司），測量肋軟骨近肋骨處寬度（W’）及肋軟骨全長（L’），共測量3次，取均值。
1.3 統計學方法
采用SPSS19.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示，W與W’、L與L’比較采用配對t檢驗，兩組數據一致性水平檢驗采用組內相關系數（interclass correlation coefficient，ICC）檢驗；L與L’比較采用線性回歸分析；檢驗水準取雙側α=0.05。
2 結果
VRT圖像顯示肋骨及肋軟骨形態清晰、逼真，立體感強（圖 1a）。共測量75例患者手術相關的192根肋軟骨，其中第6肋27根，第7肋75根，第8肋73根，第9肋17根。
圖1
肋軟骨及肋骨CT三維重建圖像???VRT???MIP ?圖 2?以術后測量肋軟骨全長（L’）為x軸、CT三維重建圖像中測量的肋軟骨全長（L）為y軸的散點圖
Figure1.
CT three-dimensional reconstruction image of costal cartilages and ribs???VRT???MIP ?Fig.2 ?Scatter diagram gained in the condition: L'as x-axis and L as y-axis
MIP圖像中測量示（圖 1 b b），肋軟骨近肋骨處寬度W為（9.69±1.67）mm，W’為（9.73±1.64）mm，比較差異無統計學意義（t=—1.800，P=0.073）；ICC檢驗示Cronbach’s α=0.993，即CT圖像中測量的肋軟骨近肋骨處寬度與肋軟骨真實寬度一致性較好。肋軟骨全長L為（83.03±23.86）mm，L’為（81.83±16.43）mm，比較差異無統計學意義（t=1.367，P=0.173）；ICC檢驗示Cronbach’s α=0.904；線性回歸分析示L=1.28 × L’－21.93（R2=0.780，F=673.427，P=0.000），即CT圖像中測量的肋軟骨全長與肋軟骨真實全長滿足線性回歸關系。見圖 2。
3 討論
3.1 多層螺旋CT及其圖像后處理技術在肋軟骨成像中的應用
目前，肋軟骨成像方法主要有X線片、二維及三維超聲、CT及MRI等[7-10]。多層螺旋CT具有檢查時間短、掃描結果精細等優點[11]，作為一種術前檢查手段，可在檢查胸部其他器官同時對肋軟骨顯影，而且能進一步通過圖像后處理技術獲得肋軟骨直觀的立體圖像。因此，CT已廣泛用于肋軟骨損傷的診斷[12-13]。Kim等[14]將CT檢查用于小耳畸形患者術前評估，觀察肋軟骨情況，指導治療方案。Park等[15]通過CT掃描及三維重建評判雞胸患者是否存在肋軟骨過度生長。目前在各種CT圖像后處理技術中，MIP可以真實反映組織密度差異[16]，因此可根據肋軟骨與周圍組織密度不同，清晰顯示肋軟骨形態，真實反映肋軟骨寬度及長度等參數，尤其是對肋軟骨鈣化的顯示優勢明顯[17]。VRT則可將掃描數據轉化成接近人體解剖結構的圖像[17]，形態逼真，立體感強，有利于多角度、全面、整體化地觀察肋軟骨形態、走行等；但重建過程中數據處理可能使測量參數產生偏差，甚至某些參數無法在重建圖像上直接測量。因此本研究中，所有參數均通過測量MIP圖像獲得，而VRT圖像主要用以觀察肋軟骨形態。
3.2 CT三維重建圖像參數測量值與術中測量值比較
MIP三維重建的一大缺點是圖像缺乏空間深度感[16]，僅能表現某一投影面上的肋軟骨圖像。而肋軟骨在多個軸向上均存在一定弧度與傾斜度，因此在MIP三維重建圖像中測量肋軟骨形態學參數，與術中直接測量結果存在一定差異。確定這種差異性對術前肋軟骨組織量預測的影響程度，以及如何糾正這一影響，使多層螺旋CT為術前預判提供更準確依據，是本次研究的意義。我們在MIP三維重建圖像中測量時，為減少系統誤差，選擇測量肋軟骨近肋骨處寬度，因為此處術中暴露最清晰，在肋軟骨采取術中形態和組織量所受影響最小。將測量結果與肋軟骨采取術后所得數據進行比較，結果顯示W與W’、L與L’比較差異均無統計學意義，符合度達95%以上，提示通過MIP三維重建圖像測量的各項參數可準確反映肋軟骨真實情況。
但在肋軟骨切取術中，無法做到全長取下肋軟骨，術后所得肋軟骨長度必然小于真實肋軟骨長度。而肋軟骨切取術后即刻所測長度與在MIP三維重建圖像中測得的肋軟骨長度在統計學上未出現顯著差異，可能與上述MIP重建圖像的缺點有關，即圖像中所得肋軟骨長度僅代表一個平面上的投影長度，而并非肋軟骨真實長度。分析發現，在肋軟骨弧度、傾斜度較小的部位（如第6肋軟骨）所得結果與真實測量結果數值上較相近，而在弧度、傾斜度較大的部位（如第8肋軟骨）數值差異較大。因此，雖然在統計學上L與L’無顯著差異，但實際應用中根據CT重建圖像測量數值尚無法滿足術前評估需要。為了進一步減小圖像重建所帶來的系統誤差對術前肋軟骨組織量預測的影響，我們進行了線性回歸分析，發現兩種方法所得肋軟骨長度滿足線性回歸關系，可根據CT重建圖像測量的肋軟骨長度大致估算肋軟骨采取術中可得的肋軟骨長度。
綜上述，根據CT三維重建圖像可獲得肋軟骨寬度、長度，為術前準確判斷肋軟骨組織量提供參考。但本研究中，尤其是在肋軟骨長度的判斷中未將某一特定肋軟骨歸類分析，在下一步研究中將針對某一年齡段、某一特定軟骨分別獲得反映其長度的回歸方程，為臨床工作提供更精確指導。除肋軟骨組織量之外，肋軟骨的應用中還涉及到肋軟骨的質地、韌性、脆性等方面，這些問題在本次研究中尚未涉及。肋軟骨的這些性質與肋軟骨組織量相比，量化相對困難，目前只能根據肋軟骨的CT值與周圍組織如肋骨、肺組織、肌肉等的CT值對比后進行大致判斷。進一步通過CT掃描及其三維重建圖像，尋求可反映上述特性的比較方法或某種量化指標，是我們后續工作的另一個重點。
