探讨CT检查的MPR重建图像在角度测量中的运用

杨彦 泉州市儿童医院影像科 （福建 泉州 362000）

内容提要： 目的：探讨CT检查的MPR重建图像在角度测量中运用的可行性，并通过与传统二维法、三维法比较，探讨MPR法是否具有优越性。方法：完整的猪股骨摆放10个不同的体位分别行CT扫描，所得的10组图像，分别利用MPR图像、原始二维图像、三维图像测量猪股骨的股骨颈前倾角FNA，以猪股骨标本实际测得的股骨颈前倾角作为金标准，比较3种测量方法的优缺点。结果：二维法受体位影响显著。MPR法、三维法测得的角度与真实值相近，MPR法数据的离散程度小于三维法。结论：MPR受体位影响小，测得角度与实际角度相似，操作重复性稳定性较三维法更强，是可行的角度测量方法。

CT测量角度常见的方法分为二维原始图像直接测量和三维重建（VR、SSD）测量两种。前者简单，但受体位影响大；后者直观，可纠正体位，但在调整视角时受主观影响大。本文讨论利用MPR重建图像来测量角度（简称MPR法）的可行性，并通过与传统二维法、三维法比较，探讨MPR法是否具有优越性。本文选取的角度是临床需求量大且不易测量的股骨颈前倾角FNA（需跨平面测量）。因为患者的骨头无法完整取出并精确测量，为了验证测量结果的准确性，本次实验材料选取与人的股骨较相似的猪股骨。

1.资料与方法

1.1 一般资料

材料：完整的猪股骨1根，上端包含完整的股骨头及部分的髋臼，下端包含股骨内外侧髁和部分胫骨上段。

1.2 方法

1.2.1 实验步骤

①猪股骨摆放10种不同的体位并分别用CT机扫描，猪股骨扫描结束后冰冻封存。②CT扫描所得的10组体位的图像按顺序分别用MPR法、二维法Weiner法、三维VR法方法各进行1次测量为完成1轮测量，一共进行3轮测量，记录结果（90组）[1]。③取出冰冻封存的猪股骨，利用Wedge的切面法测量猪股骨标本的FNA为31.2°[2]。

1.2.2 FNA定义

股骨颈前倾角FNA目前在国内文献的定义较为混乱，本文引用的是Billing的定义[3,4]。1954年Billing[4]首先阐述了FNA的定义：股骨干长轴与股骨颈长轴构成的平面定义为前倾平面AP，髁轴为平行于股骨髁最后部两点的连线，且穿过膝部中心点的直线，髁轴与股骨长轴构成的平面定义为髁平面CP，FNA为平面AP与CP的夹角。

1.2.3 CT测量方法

MPR法：先校正体位，薄层重建的图像利用PACE系统进行MPR重建，利用MPR的十字定位线调整角度，令矢状位、冠状位平行于股骨干长轴，使得调整后的轴位垂直于股骨干长轴。标记股骨颈根部骨干的中心点为O、股骨头中心点F。股骨颈平面，打开MIP，范围包括股骨头全部及股骨颈根部，层距70mm，取OF连线作为股骨颈轴线，测量MIP图像股骨颈平面股骨颈轴线与屏幕水平面的夹角A；股骨髁平面，测量股骨髁后缘连线与屏幕水平面的夹角B。FNA=∣A-B∣。（令屏幕水平面以上的角为正值，屏幕水平面以下的角为负值。）

二维法（Weiner法）：无体位校正，利用二维原始图像直接测量：股骨颈平面测量股骨颈轴线与屏幕水平面的夹角C；股骨髁平面测量股骨髁后缘连线与屏幕水平面的夹角D。FNA=∣C-D∣。（角度正负值定义同MPR法。）

三维法（VR法）：后处理软件进行三维VR重建，标记标记股骨颈根部骨干的中心点为O、股骨头中心点F。调整图像角度，使股骨干尽量垂直于观察平面。股骨颈轴线OF做连线，股骨髁后缘做连线，两条直线的夹角为FNA。

1)声波探测技术监测范围大、成本低、结果直观可靠，目前的声波探测的声源仍需要人为激发，尚不能满足连续监测的要求，这是制约其应用的主要因素。利用井下现有机械(采煤机、掘进机等)产生的声音作为激发源或开发自动激发装置，可大大提高声波探测技术在冲击地压监测预警领域的应用前景，这也是声波探测技术的一个重要发展方向。

1.3 统计学分析

比较体位因素对每种测量方法的影响。把每种方法的30组数据对比标本测量的FNA（31.2°）进行单样本t检验。比较每种方法离散程度。

2.结果

2.1 不同测量方法和体位测量结果比较

每个体位每种测量方法取平均值作为测量结果，比较10个体位的3种测量方法的数据，以折线图（图1）表示。MPR法和VR法测量值不同体位的组间差距较小，浮动范围不大。二维法Weiner法的测量结果受体位影响显著，先予剔除。

图1.体位影响

2.2 3种方法与猪股骨标本的实际测量值比较

以实际测量猪股骨的前倾角31.2°作为金标准。3种方法进行单样本t检验。MPR法t=0.563，P=0.578；二维法t=-0.649，P=0.521；VR法t=-1.628，P=0.114。以P＜0.05为标准，认为3种方法与猪股骨标本的实际测量值差异无显著性意义。

2.3 离散程度比较

组内比较：MPR法、VR法的测量结果取每个体位（同一组图像）的最小值、最大值、平均值，纵坐标相同绘制图表（图2），发现MPR法组内差距小于VR法。整体比较：分别计算MPR法、VR法全部数据的极差、标准差、离散系数，MPR法、VR法的极差分别为5.6°和14.0°，标准差分别为1.4°和3.4°，离散系数分别为0.045和0.111，MPR法组极差、标准差、离散系数均小于VR组。组内比较与整体比较，MPR组离散程度均小于VR组。

图2.MPR法。VR法的测量结果比较

3.讨论

本次实验利用猪股骨来验证MPR重建图像测量角度（简称MPR法）的可行性。测量方法的可行性笔者认为必须具备3种特征：①受外因影响因素少；②测量结果能体现被测物本身的特点；③多次测量的可重复性和稳定性好。本文也将从这几方面对MPR法进行可行性讨论，并通过与传统二维法、三维法进行比较，探讨MPR法是否具有优越性。

3.1 体位影响

体位不标准会影响到图像角度测量的正确性，很多文献有相应的报道。本次实验通过10组不同的体位测量同一根猪股骨的FNA，通过图2折线图可直观地得出结论：MPR法和VR法几乎不受体位因素干扰，而Weiner法受体位影响显著，数据从最小值5.61°到最大值100.73°，极差达到95.12°，与猪股骨FNA的真实值相差极大。Weiner法曾是经典的FNA的测量方法，测量简单，在成人股骨FNA测量应用广泛。但在本院FNA的主要受众是DDH的患儿，实际工作中发现二维测量法测得的数值与目前主流的三维法测得的结果常相差甚远。Weiner法测量的其实是真正的FNA在轴位平面投影的角度，该角度随着股骨的空间位置（体位）变化而变化，并不能代表股骨颈实际的前倾角度。实际工作中，患者很难做到标准体位（股骨长轴与检查床进床方向一致）：①人体骨头表面有软组织，技术员定位时难以直视股骨真正的位置。②人躺平后，人的双侧股骨长轴也不与检查床平行，股骨头相对股骨髁位略向外上倾斜并轻度外旋。③DDH的患儿就诊年龄小，常需镇静睡熟后检查，患儿体位不正时，家长不忍调整体位。④患者如伴有髋关节脱位，体位调整较正常人难度更大。因此，体位不正时，使用未校正体位的Weiner法来测量FNA必然会出现偏差。由本次Weiner法组的数据引申思考，X射线平片测量角度和长度也存在相似的问题，测量的其实是被测物体在探测器平面的投影的角度或长度。一旦体位不标准，X射线平片测得的角度和长度也必然会出现偏差。本轮比较二维Weiner法缺点明显，予淘汰，后续不再参与比较。

3.2 测得结果与真实值的一致性检验

本次实验三种测量方法单样本t检验的P值均＞0.05，认为三种方法与猪股骨标本的实际测量值差异无显著性意义。二维法的P值＞0.05，但是其受体位影响显著，虽有统计学意义但没有实际意义。MPR法、VR法均值与真实值接近并通过了统计学检验，认为这两种方法的测量值体现了标本FNA的真实水平。

3.3 多次测量的可重复性和稳定性检验

本次实验通过多次检查（10组体位相当于10次检查）多次测量（每组图像每种方法测量3次）来验证测量方法的可重复性。分别进行组内比较和整体比较。

组内比较：每个体位出一组图像，每次测量都建立在相同的图像基础上，不同组图像的测量结果互相比较发现MPR法组内差距较VR法小（图2）。MPR法的10组图像组内差距均小于5°，同组图像的测量角度差最大值4.46°，9/10小于4°（±2°），7/10小于2°（±1°）。VR法10组图像组内差距最大达9.2°，仅2/10小于4°，1/10小于2°。同组图像的测量角度差每组相当于实际工作中患者做一次检查，如果影像科医师每次测得的数据差异太大，则会影响到临床医师对该项检查准确性的认可，该轮比较MPR法优于VR法。

整体样本比较：MPR法和VR法不同次检查的所有数据进行比较，每次测量都建立在相同的实物基础上。两种方法分别计算极差、标准差和离散系数，3个指标均提示MPR法离散程度小于VR法。本轮比较相当于实际工作中同一个患者短时间内进行不同次检查（比如因为伪影或其他原因进行的复查或转院所致的短期内再次检查），如果不同次检查数据差异大，一方面医师可能因测量的数据差别太大而陷入迷茫，另一方面当患者治疗后复查时临床医师也将难以判断是治疗效果产生的差别还是测量本身的误差。该轮比较MPR法亦优于VR法。

不论是同次检查的多次测量或是多次检查的多次测量，MPR法的可重复性、稳定性均优于VR法。MRP法的离散程度小于VR法，分析原因可能是MPR法在体位校正方面的优势所致：1.MPR法在校正体位时有定位标线作为参考，VR法拖动图像纯粹凭主观感觉。2.MPR法在校正体位时，可以从3个方向（冠状位、矢状位、轴位）观察，而VR法只能从视角方向观察，骨干部分往往被股骨头颈或股骨髁所遮盖，不利于体位校正。上文已阐述了体位校正的重要性，体位校正得越精确，测量的准确性就越高。

3.4 其他因素对比

①阅片体验：VR图像对成骨显示直观，哪怕是没有解剖学影像学基础的患者、家属也能看得懂图像，极大地方便了临床的医患沟通。但VR法难以显示骺软骨，而DDH患儿的就诊年龄大多小于3岁，股骨髁大部分由骺软骨构成。MPR法直观程度不如VR法，但可以细致地观察物体的内部结构和毗邻结构，通过调整窗宽窗位，可以为影像科医师提供更多的信息，比如儿童的骺软骨、关节囊，可以同时观察患儿骨骼的成骨部分和骺软骨部分。②检查费用：三维CT图像的建模软件均是与CT仪器配套的大型图像工作站，也因此很多地区的CT三维成像需另外收取昂贵的费用；MPR法无需加收费用。③工作效率：三维工作站设备要求高，科室配备数量少，而MPR图像现在已可在PC的PACE系统上运行流畅，提高了影像科阅片医师的工作效率。

综上所述，笔者认为MPR法作为CT图像新的角度测量方法，虽然仍有不足，但通过实验中多次检查、多种方法的多次测量数据的比较发现MPR法可行性高：MPR受体位影响小，测量值与真实值相似，和目前主流的三维法比较：除了直观性不如外，MPR法的操作可重复性和稳定性更强，在骨骺显示方面有优势；检查费用更低；医师工作效率更高。MPR法是一种测量方法，本文仅以FNA为例，但该方法也适用于CT检查其他的角度测量，比如寰枢椎旋转角、股骨颈干角、股骨角、胫骨角等，因为校准了体位，该方法也同样适用于两点间距离的测量、大小的测量等。