腰椎椎間融合影像學評價方法的研究進展

任博文，韓振川，吳劍慧，劉建恒，劉慶祖，毛克亞

1 解放軍醫學院，北京 100853；2 解放軍總醫院第四醫學中心 骨科醫學部，北京 100853；3 火箭軍特色醫學中心 骨科，北京 100032；4 首都醫科大學附屬北京潞河醫院 腫瘤科，北京 101149

隨著科學技術的發展，椎間融合技術不斷完善，腰椎椎間植骨融合術目前已是最為常見的脊柱外科手術，廣泛應用于治療腰椎間盤突出癥、腰椎滑脫癥、腰椎管狹窄癥等各類退行性疾病[1-2]。盡管這項技術取得了令人滿意的療效，但仍會出現假關節形成、內固定失敗、融合器下沉等融合失敗相關并發癥，正確評估術后腰椎椎間融合情況對判斷預后尤為重要[3-4]。最早，脊柱外科醫生通過手術暴露明確腰椎椎間實質性的融合，受限于其創傷性較大，該方式很快被棄用。非侵入性影像學檢查具有方便、快捷、無創等優點，逐漸應用于評價腰椎術后融合情況[5]。融合率是評價腰椎融合預后時常用的指標，目前文獻中對腰椎椎間融合的定義并不一致，對術后融合情況的判斷一直是臨床的難題。此外，評價融合的方法眾多，在評價指標、測量方法、臨床應用效果等方面存在較大差異，在臨床上尚無判斷骨性融合的廣泛共識[6-8]。因此，本文將對文獻中報道較多的影像學評價方法進行綜述，總結各評價方法的優劣和適用情況，為脊柱外科醫生選取合理、正確的評價方式提供理論證據。

1 X線

X線檢查是脊柱外科影像學檢查中最常用、最簡便易行的方法。由于骨組織是體內X線衰減系數最大、密度最高的組織，與其他組織之間存在良好的對比，并且X線檢查具有成本相對較低、對設備要求不高、方便快捷的特點，因此X線檢查常是腰椎術后影像學檢查的首選。X線片可以分為立位平片和動力位平片兩類，腰椎正側位(立位平片)和腰椎過屈過伸位(動力位平片)是目前臨床判斷腰椎融合最常用的影像學方法[9-10]。

1.1立位平片 腰椎正側位X線片可以顯示腰椎融合術后相鄰椎體之間有無連續的骨橋、椎間融合器、內固定的位置和狀態以及椎間隙高度變化。最初，腰椎正側位片評估椎間融合的標準依據患者疼痛水平、職業狀態、活動水平和藥物使用情況，將術后效果分為大致分為優秀、良好、一般和差4個等級[11-12]。隨后，融合器周圍透明度被納入衡量融合情況的依據，融合器邊緣存在透明帶提示椎間存在骨不連。BS融合標準(Brantigan and Steffee Criteria)對先前的標準進行了歸納總結，將融合情況分為5個等級，4級提示椎間部分融合，5級提示椎間達到堅固融合[13-14]。而腰椎融合放射學評分分級(the radiographic score classification)將術后融合情況分為3個等級，評分達到2級才提示融合牢固[15]。此外，融合器周圍缺乏透明度并不一定意味著融合成功。BSF融合標 準(Brantigan，Steffee，Fraser Classification)首次引入了“鎖定性假關節”的描述[16]。“鎖定性假關節”的特征之一為融合器邊緣與上下終板連接處透光度降低，而融合器中部仍存在透明環，隨著時間的推移可能發展為骨不連。綜合目前評價融合的各類標準(表1)，多數研究認為堅固融合應在融合器前、后、側方或融合器之間有連續性骨橋連接上下終板(哨兵征)，同時不存在終板與移植骨或融合器之間的空隙，而融合界面出現移植骨周圍硬化、移植骨下沉，孤立的哨兵征等則是融合延遲或失敗的征象[17-18]。但腰椎正側位片受限于成像能力不足，僅能提供正側兩個平面的圖像，無法檢測出假關節中的微小間隙的松動。此外，腰椎正側位片評價標準大多為定性的主觀判斷，與閱片者的經驗也有很大關系，存在一定誤差。因此，單純依靠腰椎正側位X線片無法判斷椎間是否存在假關節形成，易誤認為椎間融合牢固，致使椎間融合的發生率被高估。

表1 三種常用的腰椎融合評價標準Tab. 1 Three commonly used evaluation criteria for lumbar fusion

1.2動力位平片 腰椎過曲過伸位片可以顯示脊柱在最大程度彎曲和伸展時的排列狀態，量化兩個椎體之間的相對運動從而判斷術后融合情況。腰椎過曲過伸位片評價融合的度量包括融合椎體間的位移和成角，成角角度測量方法有Cobb法、Hutter法和Simmon法，以Hutter法應用最廣[19]。Hutter法是將屈位和伸位的腰椎X線片重疊，根據成角變化來判定融合與否。Simmon法需要測量經融合節段上下椎體前緣的兩條直線的成角，根據成角變化來判斷融合情況。Cobb法則需要經融合椎間隙上下終板分別作垂線，根據兩垂線成角變化來判斷。由于腰椎過曲過伸位片具有可量化的衡量指標，因此是目前臨床上評價椎間融合狀態最常用的方法。但眾多研究者對于判斷牢固融合的成角和位移的標準仍存在分歧[20]，美國食品藥品監督管理局認為在屈伸位平片上椎間成角活動≤5°，椎體平移≤3 mm視為融合，然而有研究認為椎體成角＜3°才能視為融合，＞7°為不融合，3° ~ 7°時則需要其他方法判斷。直到現在，椎體運動的程度與堅固融合的關系仍沒有明確的規定。在實際臨床應用中，融合的標準通常采取主觀判斷結合客觀量化測量指標進行綜合評價，提高了融合結果的可靠性。如Burkus分級認為在術后至少間隔6個月腰椎正側位X線片顯示融合器周圍超過50%的部分不透光，并且在腰椎動力位平片上椎體平移≤3 m，成角活動＜5°，才能確定是完全融合[21]。然而，腰椎動力位平片不但受限于X線成像質量的影響，還受測量方法、衡量標準不一致、觀察者經驗等因素的影響。此外，椎體臨近肌肉的保護、髖關節屈曲和融合器提供的穩定性會掩蓋骨不融合引起的相對運動，造成評估的假陰性。

2 CT

迄今，CT技術被認為是判斷椎間骨性融合和診斷內置物并發癥(融合器移位、椎弓根螺釘、棒斷裂)的影像學“金標準”[22]。CT對骨組織具有良好分辨率，能清楚顯示融合椎間骨性結構的變化及是否有橋接骨骨小梁形成。多平面重建技術使CT對椎間融合界面的顯示更為清楚，還可三維、高清晰度地顯示椎間融合中的各個層面和融合器內的骨小梁[23-24]。腰椎矢狀位和冠狀位CT重建圖像顯示連續骨小梁連接相鄰椎體，提示達到骨性融合。有文獻報道根據術后時間長短，植骨部位會發生不同程度的骨橋接。無論是椎體間植骨還是后外側植骨，術后6個月在CT上應該可以看到骨小梁橋接，術后1年椎間隙和后外側植骨部位應出現成熟的骨小梁和堅固的骨皮質橋接[25]。但大多數外科醫生較少或根本不考慮拍攝術后腰椎CT，除非臨床懷疑假關節，僅使用X線片來判斷植骨融合情況。一般認為植骨和椎體邊緣交界處存在橫跨融合節段的骨小梁，并且缺乏骨性透光性是融合的象征，而融合器下沉、終板上囊性改變和融合器周圍的透明光環是骨不連的重要標志[26]。自行開發和未經驗證的融合分級層出不窮并且對融合的描述較為模糊，這些融合分級的可信度較低，在不同觀察者之間存在較大誤差，導致術后融合率在70% ~ 100%這個較大的范圍內[27-29]。有研究將先前概述的融合評估參數進行了匯總，提出了一套更為詳盡的融合分級標準，以降低觀察者之間的判斷誤差[30]，在臨床工作中應用較廣，見表2。此外，腰椎CT反映患者靜態時的脊柱排列和狀態，因此立位平片的定性融合標準在CT中同樣適用，如Brantigan標準、Steffee標準和BSF法。盡管CT在顯示椎間具體細節上具有得天獨厚的優勢，但仍需要觀察者主觀判斷椎間是否融合，易受觀察者的經驗影響，從而犯Ⅰ類和Ⅱ類錯誤。因此，有研究引入了評估融合的定量指標-椎間隙骨體積，通過CT層切計算融合節段椎間的骨體積，發現融合術后2 ~ 5年內骨體積與時間成正比。但遺憾的是，該文獻并未闡述骨體積增加與骨融合強度的潛在關系，未提出與骨體積相關的融合標準[31]。Okano等[32]提出利用定量CT測量出終板部位骨密度體積(endplate volumetric bone mineral density，EvBMD)來評估融合器下沉的風險，組間相關系數為0.95，EvBMD可作為可重復測量的定量指標用于評估椎間融合情況。近年來，還有研究報道了融合術后1年椎間上終板的有效融合面積是一種潛在定量評價指標，可有效判斷椎間融合情況，但同樣缺乏具體的評價標準[33]。目前基于CT評價融合的標準仍缺乏準確可行的定量指標，未來需引入更多可靠的指標以判斷椎間融合狀態。相較于平片，CT的檢查費用更高，此外其帶來的輻射同樣不可忽視。研究表明拍攝一次腰椎CT的平均放射量(6 mSv)相當于約300次胸部X線檢查的放射量(0.02 mSv)[34]。不可否認，CT掃描目前仍是評估腰椎椎間融合的“金標準”，但需要綜合考慮其優勢和潛在風險后再進行選擇。

表2 臨床常用的腰椎融合的CT評價標準[30]Tab. 2 Criteria for interbody fusion assessment on computer tomography commonly used in clinic

3 磁共振

磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)評估腰椎融合狀態的準確性遠不如CT，但在評估軟組織和椎管內容物方面準確性優于CT。由于金屬置入物容易在圖像產生偽影，并且骨組織在MRI上的分辨率不高，因此一般不用于評價術后融合[35]。大多數情況下，MRI用于判斷腰椎術后融合節段的臨近節段是否存在新發的狹窄或椎間盤突出，對腰椎骨性融合狀態只能粗略評估。通過調整MRI的參數，如擴大采樣帶寬、采用壓脂序列或多序列成像，可以最大程度地減少術后脊柱MRI的偽影[22]。在T2加權像上，相鄰融合椎體軟骨下骨髓的低信號改變和在T1加權像的高信號改變可以提示融合。相反，T2加權圖像上的高信號強度變化和T1加權圖像上的低信號強度變化則提示骨不連。總的來說，MRI并非腰椎融合評估的常規檢查。

4 骨單光子發射計算機斷層顯像

骨單光子發射計算機斷層顯像(bone singlephoton emission computed tomography/computed tomography，Bone-SPECT/CT)通過提供腰椎融合區域成骨組織代謝活動的強度，協助診斷術后假關節形成，對術后腰椎融合狀態的評價具有一定臨床價值[36]。一般而言，術后腰椎椎間存在假關節時將出現局部濃聚現象，融合區域的生物活性和血液供應增加導致更多的放射性標志物在融合區域被吸收[37-38]。然而，在術后1年內骨掃描結果很難判斷腰椎椎間是否存在假關節形成，因為假關節在短期內并不會出現吸收濃聚的現象，只有腰椎術后滿1年融合區域出現攝取增加才提示可能存在假關節形成。因此，骨顯像技術在評價術后融合方面具有一定局限性，臨床上應用較少。

5 立體攝影測量分析法

立體攝影測量分析法(roentgen stereophotogrammetric analysis，RSA)提供脊柱運動的三維成像，有助于判斷脊柱融合情況[39]。該技術將金屬置入物放置在目標區域，通過動態X線和計算機輔助運動跟蹤金屬置入物運動軌跡從而精確測量椎體平移和旋轉活動。RSA可以檢測出椎間的細微運動，當旋轉和平移運動的測量誤差要求分別低于1°和1 mm時，RSA是最佳選擇，可有效判斷椎間穩定性。RSA技術屬于有創操作且應用程序要求嚴格，操作疏忽會導致嚴重誤差，限制了其廣泛應用。盡管這種方法的準確性很高，并且在脊柱融合評估中具有巨大潛力，但大多用于學術研究，而非臨床工作。

6 影像學評估方法的評價

目前對腰椎融合缺乏統一的定義，不同腰椎影像學評估方法直接影響對腰椎融合情況的判斷結果。腰椎X線，無論是短期或長期隨訪結果，始終顯示較低的融合率[40]。腰椎動力位片評價腰椎融合的指標臨界值不統一，常導致評估的融合結果不一致。最近，一篇納入了15項臨床研究的Meta分析對比各種影像學方法診斷融合術后假關節的準確性[37]。他們發現在使用X線、CT、骨顯像技術評價腰椎融合的過程中，CT診斷腰椎融合的效應值最高，認為CT是腰椎融合術后假關節最準確的無創性影像學檢查方法。Kroeze等[41]對3種放射學脊柱融合評價標準(BS標準，Burkus分級，RS分級)的可靠性進行了檢測， 研究要求4名醫生使用上述評分系統對50名融合術后患者逐一打分。結果發現Burkus分級在 4 名觀察者中的一致性最高(k=0.56，0.68 ~ 0.85)，BS標準和RS分級僅顯示較好的一致性，k值分別為0.38和0.39。目前眾多臨床研究高估了術后融合率，更加詳盡的主、客觀相結合的評價標準可以降低各融合率之間的異質性，增加其可靠性[42]。有趣的是，骨科醫生與放射科醫生評價腰椎融合的結果存在顯著差異，但尚無臨床研究報道對這一差異做出解釋[40]。理想的融合分級系統應易于解釋和理解才能更好地應用于臨床，而復雜分級系統不但限制其應用還會加劇評估之間的誤差。因此，未來需引入更多客觀測量指標將融合等級量化，方便進一步評估。盡管各種融合評價系統層出不窮，但目前仍沒有一致的標準化分級系統，未來需要更多的臨床研究對不同融合分級系統的準確性進行檢驗，總結出更為精確可靠的椎間融合評價方法。

7 結語

綜上所述，影像學評價方法是評估腰椎融合術后融合情況的主要方式。沒有任何一種單一的影像學評價方式能夠完全精確地判斷椎間融合情況，均有其優勢與弊端，因此正確選取合適的影像學評價方法對于脊柱外科醫生至關重要。X線檢查具有便宜快捷的優勢，立位平片可以對腰椎融合情況進行初步的判斷，但準確性較差，無法明確椎間融合的具體情況，而動力位平片在判斷脊柱穩定性方面具有絕對優勢，但存在測量誤差和判斷標準不一的缺點。CT仍是目前判斷腰椎椎間融合情況的“金標準”，評價結果更加準確客觀。CT和三維重建提供了更多椎間融合器周圍骨的具體細節，多角度顯示椎間的各個層面，大大提升了假關節的檢出率。目前CT判斷標準大多仍是主觀的定性指標，缺乏定量指標判斷的標準，未來需要更多定量指標協助預測假關節的診斷。骨掃描和MRI在評價椎間融合方面雖有應用，但效果有限，不推薦常規用于判斷融合情況。RSA在判斷融合情況方面具有巨大潛能，精確度高，但操作復雜，對測量要求嚴格，臨床不建議使用。綜上，我們推測采取動力位平片結合CT三維重建作為一種互補的影像學評價方法，將會顯著提高術后椎間不融合的診斷率，后期需要更多臨床研究進行驗證。