使用现代磁共振成像技术进行腰椎螺钉的规划

《Brain and Spine》：Use of modern magnetic resonance imaging technology for lumbar screw planning

腰椎螺钉术前规划中，等价MRI和合成CT（sCT）在减少辐射暴露的同时保持高精度。研究纳入22例患者，通过两种MRI序列（等价3D T1w FSE和T1w-MGE生成sCT）规划200个螺钉，并与术中DVT融合评估。结果显示sCT在螺钉分类（A级占比更高）、长度（92%最优）和位置（93%最优）上优于MRI，但L3椎体螺钉规划存在分类差异。Cohen's Kappa系数显示高一致性（0.43-1.00），统计学验证了sCT在定位和分类上的优势（P=0.03-0.001）。研究证实现代MRI技术可替代部分CT检查，但复杂病例仍需术中影像辅助。

　　在现代医学技术不断发展的背景下，脊柱外科手术的术前规划已成为提高手术成功率和患者安全的重要环节。传统的术前影像学检查中，CT（计算机断层扫描）因其能够清晰显示骨骼结构，被广泛用于脊柱螺钉的定位和规划。然而，CT检查也存在一定的局限性，尤其是在辐射暴露方面。因此，近年来，研究人员开始探索利用MRI（磁共振成像）等非电离辐射技术，结合先进的图像处理方法，以减少患者接受的辐射剂量，同时确保术前规划的准确性。本文的研究重点在于评估两种新型MRI技术——**同向MRI**和**合成CT（sCT）**——在腰椎螺钉规划中的应用效果，并探讨其在临床中的可行性。

### 研究背景与意义

腰椎螺钉固定术是治疗脊柱发育异常、创伤性损伤和退行性疾病的一种常见手术方式。其安全性与有效性已被大量临床实践所证实。术前规划对于手术的成功至关重要，因为它能够帮助外科医生确定最佳的螺钉路径，提高置钉精度，并为导航和机器人辅助技术提供支持。传统上，术前规划主要依赖CT图像，因为其对骨骼结构的可视化能力远优于MRI。然而，CT检查不仅成本较高，还可能对患者造成辐射暴露。而MRI虽然不涉及电离辐射，但其在显示骨骼结构方面存在一定的局限性，尤其是在对比度方面，使得螺钉规划变得困难。因此，结合MRI和CT的优势，研究者们开发了基于MRI的合成CT技术，以期在不增加辐射暴露的情况下，提供与CT相当的骨骼结构信息。

### 研究方法

本研究纳入了22名计划接受腰椎后路融合术的患者，其中每位患者均进行了两种MRI扫描：一种是**同向MRI**，另一种是通过**多回波梯度回波序列**生成的合成CT（sCT）。随后，所有螺钉规划均在同向MRI和sCT图像上进行，共规划了200枚螺钉。为了评估规划效果，这些MRI和sCT图像被与术中获取的DVT（数字体积断层扫描）图像进行融合，以提供更精确的术前信息。每枚螺钉的评估由三位经验丰富的脊柱外科医生共同完成，他们根据**Gertzbein-Robbins分类**对螺钉进行评分，并通过定性问卷对螺钉的直径、长度和位置进行评估。

研究过程中，医生们使用了专门的软件进行螺钉规划和评估。同向MRI扫描提供了更高的空间分辨率，而sCT则通过AI算法从MRI数据中重建出类似CT的图像，从而增强骨骼结构的可视化能力。此外，研究还采用了图像融合技术，将术前的MRI和sCT图像与术中的DVT图像进行配准，以便在手术过程中更准确地定位螺钉。

### 研究结果

研究结果显示，**同向MRI**和**sCT**在螺钉规划中均表现出良好的效果。在Gertzbein-Robbins分类中，大部分螺钉被评定为A级（即最理想的置钉位置），仅极少数被评定为B级（次优位置），而C级（较差位置）的螺钉非常罕见。总体的**评分者间一致性**达到了94.5%，表明三位外科医生在评估中基本达成共识。此外，sCT在某些方面表现出优于同向MRI的性能，尤其是在螺钉的长度和位置评估中，显示出更高的准确率。

具体而言，在**螺钉长度**方面，sCT的评估结果更优，至少有92%的螺钉被评定为“长度合适”，而同向MRI的评估结果则略低。对于**螺钉位置**的评估，sCT的评分者间一致性更高，达到了92%以上，而同向MRI则只有83%左右。这表明，合成CT能够提供更清晰的骨骼边界信息，从而帮助外科医生更准确地判断螺钉的位置是否合适。然而，在**螺钉直径**的评估中，同向MRI和sCT的表现相当，评分者间一致性均超过96%。

### 讨论与分析

从研究结果可以看出，**同向MRI**和**sCT**在腰椎螺钉规划中都具有一定的临床价值。尽管MRI在显示软组织方面具有优势，但其对骨骼结构的对比度较低，这在一定程度上限制了其在螺钉规划中的应用。而通过AI算法生成的sCT则弥补了这一缺陷，能够提供与CT相似的骨骼结构可视化效果，从而提高规划的准确性。

值得注意的是，研究中提到的“**Kappa悖论**”是一个重要的统计学概念。该悖论指的是，尽管评分者之间的**一致性很高**，但**Cohen’s Kappa值**却可能较低。这通常是由于数据分布不均造成的，即某些类别中的评分高度一致，而其他类别中的评分差异较大。因此，Kappa值不能完全反映评分者之间的一致性程度，而只是提供了一个更复杂的统计指标。在本研究中，Kappa值虽然较低，但评分者间的一致性仍达到了94.5%，说明两种技术在螺钉规划中仍然具有较高的可靠性。

此外，研究还发现，在MRI图像中，螺钉位置评估的非最优情况较为常见，尤其是“**螺钉尖端过于向尾侧**”和“**螺钉头部过于向尾侧**”的情况。这可能与MRI在显示皮质骨边界方面的局限性有关，导致医生在规划时不得不采取更加保守的策略。相比之下，sCT图像能够更清晰地显示骨骼边界，从而减少此类误差的发生。

### 临床应用前景

本研究的结果表明，**同向MRI**和**sCT**在腰椎螺钉规划中具有较大的应用潜力。在许多情况下，仅使用同向MRI即可实现良好的规划效果，而在某些特定情况下，sCT可以作为补充手段，进一步提高规划的准确性。这一技术的应用不仅能够减少患者的辐射暴露，还能优化临床工作流程，降低手术成本。

然而，尽管MRI和sCT在术前规划中表现出色，但它们仍然无法完全替代CT。CT在显示骨骼细节方面具有不可替代的优势，特别是在某些复杂病例中，其提供的高分辨率图像能够更精确地指导螺钉的置入。因此，未来的研究可以进一步探索如何将MRI和CT的优势结合起来，开发出更高效的影像学解决方案，以满足不同患者的临床需求。

### 研究的局限性

本研究存在一些局限性，首先是样本量较小，仅纳入了22名患者。虽然这些患者均来自同一个医疗机构，但样本量的限制可能影响研究结果的普适性。其次，所有螺钉规划均由同一位外科医生完成，这可能导致结果受到个人经验和技术水平的影响。因此，未来的研究应扩大样本量，并引入更多外科医生参与规划和评估，以进一步验证MRI和sCT在螺钉规划中的适用性。

此外，本研究未涉及手术后的结果评估，仅关注了术前规划阶段的表现。这意味着，虽然MRI和sCT在术前规划中显示出良好的效果，但它们在实际手术中的表现仍需进一步研究。同时，研究中使用的术中CT图像仍然存在辐射暴露的风险，因此未来可以探索更安全的术中影像学技术，如**术中MRI**或**导航系统**，以进一步减少患者接受的辐射剂量。

### 结论

综上所述，本研究证明了**同向MRI**和**sCT**在腰椎螺钉规划中的应用价值。这些技术不仅能够减少患者的辐射暴露，还能在一定程度上提高手术的精确性和安全性。尽管在某些情况下，MRI图像可能不足以提供足够的信息，但通过sCT的辅助，可以弥补这一不足，从而实现有效的规划。未来的研究应进一步扩大样本量，并结合更多影像学技术，以优化临床工作流程，提高手术成功率。同时，研究者们也应关注如何提高MRI和sCT图像的质量，以确保其在复杂病例中的适用性。最终，这些技术的推广和应用，将有助于推动脊柱外科手术向更安全、更高效的方向发展。