颈椎椎管容积的动态CT测量及其临床意义
【摘要】 通过三种体位下的动态CT测量，观察正常人和脊髓型颈椎病（CSM）患者的颈椎椎管占位率的动态变化，并探讨其临床意义。［方法］对10例正常人和20例CSM患者分别行中立位、过屈位和过伸位螺旋CT扫描(C4～6)，将数据传至工作站，进行容积再现(volume Rendering,VR)等后处理成像，测量每一截面骨性椎管和纤维性椎管的面积及椎管椎体的矢状径线，利用MATLAB求出三种体位下颈椎的椎管占位率，经统计学处理后分析其动态变化。［结果］在中立位下，正常人和CSM患者的颈椎椎管占位率差异有显著性意义(P<0?01)，CSM>正常人。对于CSM患者，其中立位下颈椎管率与JOA评分不相关，Pearson相关系数为0?183(P>0?05)；继发性椎管矢状径、有效椎管率和椎管占位率与JOA评分密切相关，Pearson相关系数分别为0?445(P<0?05)，0?496(P<0?05)，-0?611(P<0?01)。在不同体位下，正常人和CSM患者的颈椎椎管占位率的动态变化相一致，均为：过伸位>中立位>过屈位，且差异有显著性意义(P<0?01)。［结论］(1)颈椎管占位率可以客观反映颈椎屈伸运动中颈脊髓受压程度的动态变化，对预测CSM的发病、判断脊髓的受压程度、合理选择手术方式均具有重要意义。(2)过伸位时椎管占位率增大，是过伸性颈椎损伤发生的机制所在；过屈位时颈椎管占位率减小，可能是颈椎生理曲度变直或反曲的机体代偿机制之一。
【关键词】 颈椎 椎管容积 占位率 螺旋CT 测量
Abstract ［Objective］To measure cervical spinal canal volume under dynamic CT，and realize the dynamic change of the canal volume occupying ratio by herniated disc and tissue in three positions：hyperflexion，neutral and hyperextension，in normal adults and cervical spondylotic myelopathy(CSM) patients，and then probe its clinical significance?［Method］ Ten cases of normal and 20 cases of CSM were scanned in hyperflexion,neutral and hyperextension positions under spiral CT(C4-C6)?All the information was transferred to GE Advantage Workstation 4?2 for assessment?By using Volume Rendering(VR),the areas of both bony canal and fibrous canal in every chosen cross-sections and the sagittal diameters of cervical canal and cervical vertebra body were medsured?The cervical spinal canal volume occupying ratio were cafculafed under the three positions using MATLAB，and statisticly analyzed the dynamic change?［Result］ There was significant difference of the cervical spinal canal volume occupying ratio in neural position between normal and CSM patients(P<0?01)?For those CSM patients，the cervical spinal canal ratio in neural position was in poor correlation with JOA score，its pearson coefficient correlation was 0?183(P>0?05)?The secondary sagittal diameter of cervical spinal canal，the effective cervical spinal canal ratio and the cervical spinal canal volume occupying ratio were in good correlation with JOA score，and the Pearson coefficient correlation was 0?445(P<0?05)，0?496(P<0?05)，-0?611(P<0?01)，respectively?In different position，the dynamic change of the cervical spinal canalvolume occupying ratio was coincidence between normal and CSM patients?The result was hyperextension＞nentral＞hyperflexion,and the differentiation was significant(P<0?01)?［Conclusion］(1)The dynamic change of the cervical spinal canal volume occupying ratio is an objective reflection of the dynamic change of pressure burden the cervical spinal cord bore in movement (flection and extention)，and it has great significant in predicting the episode of CSM，estimating the degree of the compression to spinal cord and choosing a better surgical approach?(2)The mechanism of spinal injury is that，in hyperextention，the cervical spinal canal volume occupying ratio increase dramatically?In hyperflexion，increased cervical spinal canal volume occupying ratio may be the compensate mechanism why the cervical curve is straightening up or even recurring in cervical spondylosis patients?
Key words：cervical spinal canal；volume；occupying ratio；spiral CT；measurement
随着对颈椎椎管屈伸动力运动的了解逐步深入，对椎间盘及椎管内软组织随体位动态变化的认识也日益深刻［1~4］。但目前颈椎的形态学测量多集中于椎管椎体径线［5~8］或椎管面积［9~11］，无法全面衡量颈椎椎管及其内容的动态变化。部分容积测量数据来源于尸体标本［1、12］，虽有价值但不能应用于临床。作者结合螺旋CT(spiral CT,SCT)扫描和MATLAB数学语言，通过对正常人和脊髓型颈椎病患者在三种体位下颈椎管容积的测量，观察椎管占位率的动态变化，并探讨其临床意义。
1材料与方法
1?1临床资料
正常人(Normal)组10例，从志愿者中随机抽取，知情同意后，均经体检及X线、MRI检查，排除颈椎畸形、外伤、颈椎病等颈椎疾患。其中男8例，女2例；年龄25~43岁，平均35岁。脊髓型颈椎病患者(CSM)组20例(有2例在过伸位扫描时症状加重未完成扫描而从组中剔除)，从本院2006年3月至2007年11月收治CSM患者中随机抽取。CSM诊断及分型标准按第二届颈椎病专题座谈会纪要标准［13］进行。所有病例均经体检及X线、MRI检查，排除后纵韧带骨化、颈部肌萎缩侧索硬化、椎管肿瘤等疾病。其中男14例，女6例；年龄36~52岁，平均46岁。大多数病例呈慢性起病，进行性加重。病程6个月~11年，平均5年。所有病例起病后均出现颈肩不适、四肢麻木、持物不牢、行走不稳、胸腹部束带感。查体以下颈髓受压表现为主，四肢呈不同程度的不全瘫，肢体存在明显感觉、运动障碍，腱反射亢进，病理反射阳性。所有CSM病例按日本矫形外会(JOA)17分法标准对颈脊髓功能进行评分［14］。JOA评分8~14分，平均10?8分。
1?2测量方法
2?1扫描条件和方法
采用GE公司light Speed64 排螺旋CT机，所有参试对象取仰卧位，身体长轴与机床平行，两肩尽量下垂。摄颈椎侧位标绘图，扫描基线平行于C4～6终板，扫描范围从C4椎体上缘至C6椎体下缘。先行中立位扫描，维持颈椎伸直位12°，假设向前看与眼睛同一高度的物体［15］；然后头颈下垫沙袋，颈屈曲使下颌尽量贴近胸壁，扫描过屈位；肩下垫高，使颈尽量后伸扫描过伸位。扫描参数：电压120 KV，电流600 mA，FOV 150 mm，扫描层厚2?5 mm，螺距1?375∶1，Pitch1?0，重建层厚0?625 mm，W=300，L=35。
1?2?2测量指标
将所有扫描图像传送至GE Advantage Workstation 4?2工作站，进行容积再现(Volume Rendering，VR)、多平面重建(Multiplanar Reformation，MPR)、最大密度投影重建(Maximum Intensity Projection，MIP)等后处理成像。在工作站上测量每一截面骨性椎管和纤维性椎管的面积及椎管椎体的矢径。为了评估控制测量的主观误差，所有测量均由骨科及放射科医师各一名分别进行测量，最终测量结果取两者的平均值。
(1)椎管面积(Cross-sectional Area of the Canal，CAC)测量时椎管边界按照椎管的有效腔隙划定，即骨性椎管前方以椎体后缘为界，后方以椎板内缘为界；纤维性椎管为盘黄间隙，即前方以椎间盘后缘为界，后方以黄韧带内缘为界，两侧以椎弓根内缘为界，如椎管图像系两侧开口状，则以神经根外缘为界。将测量面积导入MATLAB7?0?1，利用梯形积分算法求出三种体位下颈椎的椎管容积，进而得出椎管占位率，椎管占位率：(骨性椎管容积—纤维性椎管容积)／骨性椎管容积。测量方法见图1。
图1椎管面积测量示意图
B骨性椎管面积
A纤维性椎管面积(2)在软组织窗条件下测量C4~6椎管狭窄程度最严重节段的继发性椎管矢状径(又称有效椎管矢状径，即除外突出的椎间盘、骨赘等病理性占位后的椎管矢状径)；在骨窗条件下测量C4~6同一节段的椎体矢状径、发育性椎管矢状径，对于椎体矢状径的测量，不把增生的骨赘在内。根据所测数值计算颈椎管率即Pavlov比值和有效颈椎管率。继发性椎管矢状径=c；椎管率=b／a；有效椎管率=c/a。测量方法见图2。
1?3统计方法
所有数据均采用SPSS13?0软件进行统计学处理，资料以x-±s表示。将Normal组和CSM组在中立位下的椎管占位率进行两样本t检验；将Normal组和CSM组内三种体位下的椎管占位率先行方差分析，如出现组内均数不全相等的情况，则进一步用SNK-q法行每两个均数的比较；JOA评分与椎管率、继发性椎管矢状径、有效椎管率和椎管占位率分别进行相关性分析。确定P＜0?05为有显著性差异。
2结果
2?1Normal组和CSM组在中立位下颈椎的椎管占位率存在差异，经两样本t检验，其差异有显著性意义（P＜0?01）。CSM组＞Normal组。（见表1，2）表110例正常成人颈椎三种体位下的椎管容积及
椎管占位率(mm3，x-± s)体位骨性椎管容积纤维性椎管容积椎管占位率（%）中立位10 665?84±554?848 011?30±447?2624?90±0?69过伸位10 621?67±661?277 550?66±531?3028?94±1?00过屈位10 487?20±458?038 203?59±371?0221?78±0?49
2?2Normal组和CSM组在三种体位下颈椎的椎管占位率均存在差异，经方差分析和SNK-q法检验，其差异均有显著性意义(P<0?01)。且两组椎管占位率的动态变化相一致，大小排列均为：过伸位>中立位>过屈位。 (见表1，2)表220例CSM患者颈椎三种体位下的椎管容积及
椎管占位率（mm3，x-±s）体位骨性椎管容积纤维性椎管容积椎管占位率（%）中立位8 589?27±1007?304 968?94±577?7542?06±3?08过伸位8 285?62±1252?794 180?89±537?7149?85±2?20过屈位8 372?41±1039?725 164?12±597?3938?15±3?222?3对于CSM组，其中立位下椎管率与JOA评分不相关，Pearson相关系数为0?183(P>0?05)；继发性椎管矢状径、有效椎管率和椎管占位率与JOA评分密切相关，且后者相关性更高。Pearson相关系数分别为0?445(P<0?05)，0?496(P＜0?05)，-0?611(P<0?01)。(见表3，4)
表320例CSM患者的椎管测量值与对应的JOA评分项目椎管率（%）继发性椎管矢状径
（mm）有效椎管率（%）椎管占位率（%）JOA评分CSM
（中立位）74?01±5?596?22±0?2240?88±2?8242?06±3?0810?70±1?81表4JOA评分与椎管率，继发性椎管矢状径，
有效椎管率，椎管占位率的相关性分析项目Pearson相关系数PJOA评分与椎管率的相关性0?183＞0?05JOA评分与继发性椎管矢状径的相关性0?445＜0?05JOA评分与有效椎管率的相关性0?496＜0?05JOA评分与椎管占位率的相关性-0?611＜0?01
3讨论
3?1颈椎管的形态学测量
颈椎管狭窄是CSM的解剖学因素之一，也是CSM的发病基础［16］，这一观点已经被广泛认同。中虽然有过关于椎管横径的测量，但是多数作者认为颈椎管矢径更有临床意义。1986年Torg［5］提出颈椎管率(cervical spinal canal ratio)，又称Torg指数或Pavlov指数。该方法可排除由X线摄片不同球管距离，暗盒距离和性别、体型等差异对椎管矢状面直径的影响，因而具有科学性和实用性。Torg和Pavlov通过研究认为椎管率可作为颈椎椎管真实直径的可靠评估依据［5,6］。也有学者认为椎体中矢径不会随年龄增长而变大，不能很好地反映椎体退变情况。故李杰等［7］提出了“有效颈椎管率”的概念。认为有效椎管率较椎管率能更好地反映颈椎退变情况，是颈脊髓在颈椎管内实际占有空间的反映。而蒋振松等［8］研究认为利用CT扫描，除外突出的间盘所测得的继发性椎管矢状径更为准确，利用继发性椎管矢状径计算的有效颈椎管率也更有意义。但是也有学者对椎管率与椎管矢状径是否相关存有疑问。椎管率在消除放大率影响的同时也掺杂了椎体的变异因素［17］，使应用价值受到限制。Blackley等［18］通过CT测量椎管直径认为，颈椎管的真实大小与椎管率相关性低，各种比率法均不能真实地反映颈椎管的大小。Prasad［11］也认为椎管率与颈髓的可容空间无相关性。实际上由于颈椎椎管形态多有变异，而且一些常见的导致椎管狭窄的退变因素(如小关节增生内聚和黄韧带肥厚等)多发生在偏离椎管中线之处，这意味着当椎管容积变小时，并不一定伴有椎管矢径的缩短，因此，径线及椎管率(包括有效椎管率)的测量常常不能真实地反映出颈脊髓受压的情况。由于椎管径线测量的局限性，一些学者［9、10］在利用计算机图像分析系统测量椎管面积方面进行了一些有益的探索。Prasad［11］应用MRI测量颈椎脊髓和脑脊液柱的轴面面积，并且与相应水平的椎管率作相关分析发现，在C7节段，通常由于椎体较宽大，导致椎管率变小，但是他同时发现C7节段脑脊液柱与脊髓(面积)的比值却为C4~7中最大的，这说明脊髓在这一区域的可容纳空间较大，与临床上该节段颈椎病发病率低的现象是吻合的。可见，在颈椎病的病理过程中，脊髓在椎管中可以容纳空间的大小是较为重要的因素。
