引用本文： 王永振, 何乐人, 刘雳, 陈威威, 蒋海越, 尚巧利. 多层螺旋CT扫描及三维重建技术在肋软骨组织量评估中的应用研究. 中国修复重建外科杂志, 2014, 28(10): 1266-1269. doi: 10.7507/1002-1892.20140274 复制
自体肋软骨因具备组织相容性好、无免疫排斥反应、吸收率较低等优点，常被用作充填和/或支持材料，在整形外科等学科中有着十分重要的应用，如针对小耳畸形等疾病的耳廓再造[1-3]、鼻整形术[4-5]等。既往应用中无法对肋软骨组织量作出准确测量，一般是在术前或术中术者根据临床经验，依照患者的年龄、身高、体重等进行粗略估计，使得术中获取肋软骨存在一定盲目性，可能导致一些不必要的创伤。近年来多层螺旋CT技术，尤其是图像后处理技术的迅速发展，为术前准确评估肋软骨组织量提供了新思路。本研究通过采用多层螺旋CT扫描及三维重建技术对肋软骨形态学参数进行测量，并分析测量结果的准确性，旨在为该技术用于临床奠定基础。报告如下。
1 材料与方法
1.1 实验对象
以2013年3月－8月中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院整形外科收治的75例先天性小耳畸形患者作为实验对象，其中男49例，女26例；年龄5岁7个月～32岁7个月，平均8岁5个月。体重21～82 kg，平均29.5 kg。患者均无胸痛症状、胸壁疾患、胸部创伤史（包括外伤、放疗、手术史等），心肺无慢性疾病和肿瘤史。采用八大处法耳廓再造术[6]矫正畸形。
1.2 实验方法
1.2.1 CT扫描
术前采用Philips Brilliance 64排螺旋CT机（Philips公司，荷兰）扫描患者双侧第1～12肋。根据患者体重及年龄设定胸部CT成像参数：年龄＜12岁或体重＜10 kg者：100 kV，75 mAs；年龄＞12岁且体重为10～30 kg者：100 kV，200 mAs；年龄＞12岁且体重＞30 kg者：120 kV，200 mAs。层厚1 mm，螺距0.9。
1.2.2 肋软骨及肋骨图像三维重建及参数测量
将扫描获得的原始数据输入Extended Brilliance Workspace图像后处理工作站（Philips公司，荷兰），采用最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及容积重建技术（volume rendering technique，VRT）对肋软骨及肋骨图像进行三维重建。通过VRT图像观察肋软骨弧度、倾斜度、走行等形态学表现；MIP图像中测量手术拟采取肋软骨近肋骨处宽度（W）及肋软骨全长（L），共测量3次，取均值。
1.2.3 术后肋软骨参数测量
于耳廓再造术中肋软骨采集后即刻，以显微外科游标卡尺[量程300.00 mm、分度值0.05 mm；上海医疗器械（集团）有限公司]、外科直尺（量程150.00 mm、分度值0.5 mm；上海量具刃具厂有限公司），测量肋软骨近肋骨处宽度（W’）及肋软骨全长（L’），共测量3次，取均值。
1.3 统计学方法
采用SPSS19.0统计软件进行分析。数据以均数±标准差表示，W与W’、L与L’比较采用配对t检验，两组数据一致性水平检验采用组内相关系数（interclass correlation coefficient，ICC）检验；L与L’比较采用线性回归分析；检验水准取双侧α=0.05。
2 结果
VRT图像显示肋骨及肋软骨形态清晰、逼真，立体感强（图 1a）。共测量75例患者手术相关的192根肋软骨，其中第6肋27根，第7肋75根，第8肋73根，第9肋17根。
图1
肋软骨及肋骨CT三维重建图像 ⓐVRT ⓑMIP 图 2 以术后测量肋软骨全长（L’）为x轴、CT三维重建图像中测量的肋软骨全长（L）为y轴的散点图
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图像中测量示（图 1 b b），肋软骨近肋骨处宽度W为（9.69±1.67）mm，W’为（9.73±1.64）mm，比较差异无统计学意义（t=—1.800，P=0.073）；ICC检验示Cronbach’s α=0.993，即CT图像中测量的肋软骨近肋骨处宽度与肋软骨真实宽度一致性较好。肋软骨全长L为（83.03±23.86）mm，L’为（81.83±16.43）mm，比较差异无统计学意义（t=1.367，P=0.173）；ICC检验示Cronbach’s α=0.904；线性回归分析示L=1.28 × L’－21.93（R2=0.780，F=673.427，P=0.000），即CT图像中测量的肋软骨全长与肋软骨真实全长满足线性回归关系。见图 2。
3 讨论
3.1 多层螺旋CT及其图像后处理技术在肋软骨成像中的应用
目前，肋软骨成像方法主要有X线片、二维及三维超声、CT及MRI等[7-10]。多层螺旋CT具有检查时间短、扫描结果精细等优点[11]，作为一种术前检查手段，可在检查胸部其他器官同时对肋软骨显影，而且能进一步通过图像后处理技术获得肋软骨直观的立体图像。因此，CT已广泛用于肋软骨损伤的诊断[12-13]。Kim等[14]将CT检查用于小耳畸形患者术前评估，观察肋软骨情况，指导治疗方案。Park等[15]通过CT扫描及三维重建评判鸡胸患者是否存在肋软骨过度生长。目前在各种CT图像后处理技术中，MIP可以真实反映组织密度差异[16]，因此可根据肋软骨与周围组织密度不同，清晰显示肋软骨形态，真实反映肋软骨宽度及长度等参数，尤其是对肋软骨钙化的显示优势明显[17]。VRT则可将扫描数据转化成接近人体解剖结构的图像[17]，形态逼真，立体感强，有利于多角度、全面、整体化地观察肋软骨形态、走行等；但重建过程中数据处理可能使测量参数产生偏差，甚至某些参数无法在重建图像上直接测量。因此本研究中，所有参数均通过测量MIP图像获得，而VRT图像主要用以观察肋软骨形态。
3.2 CT三维重建图像参数测量值与术中测量值比较
MIP三维重建的一大缺点是图像缺乏空间深度感[16]，仅能表现某一投影面上的肋软骨图像。而肋软骨在多个轴向上均存在一定弧度与倾斜度，因此在MIP三维重建图像中测量肋软骨形态学参数，与术中直接测量结果存在一定差异。确定这种差异性对术前肋软骨组织量预测的影响程度，以及如何纠正这一影响，使多层螺旋CT为术前预判提供更准确依据，是本次研究的意义。我们在MIP三维重建图像中测量时，为减少系统误差，选择测量肋软骨近肋骨处宽度，因为此处术中暴露最清晰，在肋软骨采取术中形态和组织量所受影响最小。将测量结果与肋软骨采取术后所得数据进行比较，结果显示W与W’、L与L’比较差异均无统计学意义，符合度达95%以上，提示通过MIP三维重建图像测量的各项参数可准确反映肋软骨真实情况。
但在肋软骨切取术中，无法做到全长取下肋软骨，术后所得肋软骨长度必然小于真实肋软骨长度。而肋软骨切取术后即刻所测长度与在MIP三维重建图像中测得的肋软骨长度在统计学上未出现显著差异，可能与上述MIP重建图像的缺点有关，即图像中所得肋软骨长度仅代表一个平面上的投影长度，而并非肋软骨真实长度。分析发现，在肋软骨弧度、倾斜度较小的部位（如第6肋软骨）所得结果与真实测量结果数值上较相近，而在弧度、倾斜度较大的部位（如第8肋软骨）数值差异较大。因此，虽然在统计学上L与L’无显著差异，但实际应用中根据CT重建图像测量数值尚无法满足术前评估需要。为了进一步减小图像重建所带来的系统误差对术前肋软骨组织量预测的影响，我们进行了线性回归分析，发现两种方法所得肋软骨长度满足线性回归关系，可根据CT重建图像测量的肋软骨长度大致估算肋软骨采取术中可得的肋软骨长度。
综上述，根据CT三维重建图像可获得肋软骨宽度、长度，为术前准确判断肋软骨组织量提供参考。但本研究中，尤其是在肋软骨长度的判断中未将某一特定肋软骨归类分析，在下一步研究中将针对某一年龄段、某一特定软骨分别获得反映其长度的回归方程，为临床工作提供更精确指导。除肋软骨组织量之外，肋软骨的应用中还涉及到肋软骨的质地、韧性、脆性等方面，这些问题在本次研究中尚未涉及。肋软骨的这些性质与肋软骨组织量相比，量化相对困难，目前只能根据肋软骨的CT值与周围组织如肋骨、肺组织、肌肉等的CT值对比后进行大致判断。进一步通过CT扫描及其三维重建图像，寻求可反映上述特性的比较方法或某种量化指标，是我们后续工作的另一个重点。
自体肋软骨因具备组织相容性好、无免疫排斥反应、吸收率较低等优点，常被用作充填和/或支持材料，在整形外科等学科中有着十分重要的应用，如针对小耳畸形等疾病的耳廓再造[1-3]、鼻整形术[4-5]等。既往应用中无法对肋软骨组织量作出准确测量，一般是在术前或术中术者根据临床经验，依照患者的年龄、身高、体重等进行粗略估计，使得术中获取肋软骨存在一定盲目性，可能导致一些不必要的创伤。近年来多层螺旋CT技术，尤其是图像后处理技术的迅速发展，为术前准确评估肋软骨组织量提供了新思路。本研究通过采用多层螺旋CT扫描及三维重建技术对肋软骨形态学参数进行测量，并分析测量结果的准确性，旨在为该技术用于临床奠定基础。报告如下。
1 材料与方法
1.1 实验对象
以2013年3月－8月中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院整形外科收治的75例先天性小耳畸形患者作为实验对象，其中男49例，女26例；年龄5岁7个月～32岁7个月，平均8岁5个月。体重21～82 kg，平均29.5 kg。患者均无胸痛症状、胸壁疾患、胸部创伤史（包括外伤、放疗、手术史等），心肺无慢性疾病和肿瘤史。采用八大处法耳廓再造术[6]矫正畸形。
1.2 实验方法
1.2.1 CT扫描
术前采用Philips Brilliance 64排螺旋CT机（Philips公司，荷兰）扫描患者双侧第1～12肋。根据患者体重及年龄设定胸部CT成像参数：年龄＜12岁或体重＜10 kg者：100 kV，75 mAs；年龄＞12岁且体重为10～30 kg者：100 kV，200 mAs；年龄＞12岁且体重＞30 kg者：120 kV，200 mAs。层厚1 mm，螺距0.9。
1.2.2 肋软骨及肋骨图像三维重建及参数测量
将扫描获得的原始数据输入Extended Brilliance Workspace图像后处理工作站（Philips公司，荷兰），采用最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及容积重建技术（volume rendering technique，VRT）对肋软骨及肋骨图像进行三维重建。通过VRT图像观察肋软骨弧度、倾斜度、走行等形态学表现；MIP图像中测量手术拟采取肋软骨近肋骨处宽度（W）及肋软骨全长（L），共测量3次，取均值。
1.2.3 术后肋软骨参数测量
于耳廓再造术中肋软骨采集后即刻，以显微外科游标卡尺[量程300.00 mm、分度值0.05 mm；上海医疗器械（集团）有限公司]、外科直尺（量程150.00 mm、分度值0.5 mm；上海量具刃具厂有限公司），测量肋软骨近肋骨处宽度（W’）及肋软骨全长（L’），共测量3次，取均值。
1.3 统计学方法
采用SPSS19.0统计软件进行分析。数据以均数±标准差表示，W与W’、L与L’比较采用配对t检验，两组数据一致性水平检验采用组内相关系数（interclass correlation coefficient，ICC）检验；L与L’比较采用线性回归分析；检验水准取双侧α=0.05。
2 结果
VRT图像显示肋骨及肋软骨形态清晰、逼真，立体感强（图 1a）。共测量75例患者手术相关的192根肋软骨，其中第6肋27根，第7肋75根，第8肋73根，第9肋17根。
图1
肋软骨及肋骨CT三维重建图像 ⓐVRT ⓑMIP 图 2 以术后测量肋软骨全长（L’）为x轴、CT三维重建图像中测量的肋软骨全长（L）为y轴的散点图
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图像中测量示（图 1 b b），肋软骨近肋骨处宽度W为（9.69±1.67）mm，W’为（9.73±1.64）mm，比较差异无统计学意义（t=—1.800，P=0.073）；ICC检验示Cronbach’s α=0.993，即CT图像中测量的肋软骨近肋骨处宽度与肋软骨真实宽度一致性较好。肋软骨全长L为（83.03±23.86）mm，L’为（81.83±16.43）mm，比较差异无统计学意义（t=1.367，P=0.173）；ICC检验示Cronbach’s α=0.904；线性回归分析示L=1.28 × L’－21.93（R2=0.780，F=673.427，P=0.000），即CT图像中测量的肋软骨全长与肋软骨真实全长满足线性回归关系。见图 2。
3 讨论
3.1 多层螺旋CT及其图像后处理技术在肋软骨成像中的应用
目前，肋软骨成像方法主要有X线片、二维及三维超声、CT及MRI等[7-10]。多层螺旋CT具有检查时间短、扫描结果精细等优点[11]，作为一种术前检查手段，可在检查胸部其他器官同时对肋软骨显影，而且能进一步通过图像后处理技术获得肋软骨直观的立体图像。因此，CT已广泛用于肋软骨损伤的诊断[12-13]。Kim等[14]将CT检查用于小耳畸形患者术前评估，观察肋软骨情况，指导治疗方案。Park等[15]通过CT扫描及三维重建评判鸡胸患者是否存在肋软骨过度生长。目前在各种CT图像后处理技术中，MIP可以真实反映组织密度差异[16]，因此可根据肋软骨与周围组织密度不同，清晰显示肋软骨形态，真实反映肋软骨宽度及长度等参数，尤其是对肋软骨钙化的显示优势明显[17]。VRT则可将扫描数据转化成接近人体解剖结构的图像[17]，形态逼真，立体感强，有利于多角度、全面、整体化地观察肋软骨形态、走行等；但重建过程中数据处理可能使测量参数产生偏差，甚至某些参数无法在重建图像上直接测量。因此本研究中，所有参数均通过测量MIP图像获得，而VRT图像主要用以观察肋软骨形态。
3.2 CT三维重建图像参数测量值与术中测量值比较
MIP三维重建的一大缺点是图像缺乏空间深度感[16]，仅能表现某一投影面上的肋软骨图像。而肋软骨在多个轴向上均存在一定弧度与倾斜度，因此在MIP三维重建图像中测量肋软骨形态学参数，与术中直接测量结果存在一定差异。确定这种差异性对术前肋软骨组织量预测的影响程度，以及如何纠正这一影响，使多层螺旋CT为术前预判提供更准确依据，是本次研究的意义。我们在MIP三维重建图像中测量时，为减少系统误差，选择测量肋软骨近肋骨处宽度，因为此处术中暴露最清晰，在肋软骨采取术中形态和组织量所受影响最小。将测量结果与肋软骨采取术后所得数据进行比较，结果显示W与W’、L与L’比较差异均无统计学意义，符合度达95%以上，提示通过MIP三维重建图像测量的各项参数可准确反映肋软骨真实情况。
但在肋软骨切取术中，无法做到全长取下肋软骨，术后所得肋软骨长度必然小于真实肋软骨长度。而肋软骨切取术后即刻所测长度与在MIP三维重建图像中测得的肋软骨长度在统计学上未出现显著差异，可能与上述MIP重建图像的缺点有关，即图像中所得肋软骨长度仅代表一个平面上的投影长度，而并非肋软骨真实长度。分析发现，在肋软骨弧度、倾斜度较小的部位（如第6肋软骨）所得结果与真实测量结果数值上较相近，而在弧度、倾斜度较大的部位（如第8肋软骨）数值差异较大。因此，虽然在统计学上L与L’无显著差异，但实际应用中根据CT重建图像测量数值尚无法满足术前评估需要。为了进一步减小图像重建所带来的系统误差对术前肋软骨组织量预测的影响，我们进行了线性回归分析，发现两种方法所得肋软骨长度满足线性回归关系，可根据CT重建图像测量的肋软骨长度大致估算肋软骨采取术中可得的肋软骨长度。
综上述，根据CT三维重建图像可获得肋软骨宽度、长度，为术前准确判断肋软骨组织量提供参考。但本研究中，尤其是在肋软骨长度的判断中未将某一特定肋软骨归类分析，在下一步研究中将针对某一年龄段、某一特定软骨分别获得反映其长度的回归方程，为临床工作提供更精确指导。除肋软骨组织量之外，肋软骨的应用中还涉及到肋软骨的质地、韧性、脆性等方面，这些问题在本次研究中尚未涉及。肋软骨的这些性质与肋软骨组织量相比，量化相对困难，目前只能根据肋软骨的CT值与周围组织如肋骨、肺组织、肌肉等的CT值对比后进行大致判断。进一步通过CT扫描及其三维重建图像，寻求可反映上述特性的比较方法或某种量化指标，是我们后续工作的另一个重点。
