张书豪，李富丽综述，王 帅，王连成审校

目前我国临床诊断青少年特发性脊柱侧凸(AIS)的常用标准以脊柱全长正、侧位X线片为主。对于不同类型的AIS患者，临床工作者往往需要对初次测量的数据、佩戴支具前后的数据、康复干预前后的数据以及每隔3个月或半年之后测得的数据等进行综合分析比较，以判断患者是否存在进一步恶化的风险和评估康复干预前后的疗效，这些数据往往需要通过频繁的X线检查才能获得，这意味着患者需要频繁地曝露于放射线之中。相关研究[1]表明，选择观察治疗的患者平均每年需要摄3.7张X线片，支具治疗的患者平均每年需要摄5.7张X线片，而手术治疗的患者平均每年需要摄12.2张X线片，频繁的X线检查可能会提高AIS患者癌症的发病率和病死率[2]，且女性患者辐射累积的癌症风险率明显高于男性[3]。Simony et al[4]调查发现，丹麦每例患者在整个治疗过程中平均需要16张X线片，患者癌症的发病率是同龄人口的5倍。各项研究已证实X线曝露对青少年的身心健康造成严重后果，这一现实问题不可忽视。本文就目前诊断AIS的低剂量放射方法与非电离辐射方法的影像学新技术研究现状综述如下。

1 AIS病理特点

AIS是脊柱侧凸的一种类型，青少年患者的脊柱、胸廓、躯干在冠状面、矢状面以及水平面出现三维畸形改变，主要特点表现为侧弯的弧度将会随着自身的生长发育进一步恶化或呈现出进展趋势，AIS约占所有脊柱侧凸的80%[5]。AIS患病率为2%～3%，年龄分布于11～17岁[6]。研究[7]表明，AIS患者早期的男女比例并不存在明显差异，但随着年龄的增长，女性患者所占的比例会越来越高。Weinstein et al[6]进行了一项长达50年的跟踪调查发现，未经治疗的AIS患者虽然能像正常成年人一样生活，但对于胸椎侧凸较大的患者，会引起背部疼痛和肺部症状增加，有的患者可能会发展成实质性畸形，影响整体外观。对于AIS患者来说，他们正处于生长发育和心理成熟的关键时期，脊柱畸形会导致患者整个躯干结构存在明显的不对称，有可能迁延至全身，这些异常改变将会严重影响青少年的身心健康和生活质量。

脊柱畸形改变和姿势异常的早期诊断一般都需要准确、客观的评估，目前影像学技术如X线、CT等已被广泛应用于临床，但都存在各自的不足之处，如脊柱侧凸是一种三维畸形的改变，而X线片只能够提供脊柱的二维平面成像并且射线辐射的影响也无法避免；CT成像虽能立体地显示出侧凸处椎体的异常改变，但其成像方式易受重力因素影响，所测量的结果存在偏差。对于AIS患者而言，后续的X线检查和监测是必要的，也就意味着患者存在反复放射线曝露。本着医学成像“辐射防护与安全最优化”这一理念，在过去几年间，诊断AIS的低剂量放射方法与非电离辐射方法的影像学新技术取得了发展，包括表面形貌学、三维超声、EOS成像技术和摄影测量。这些技术有可能在减少辐射曝露的基础上，兼顾成像的质量与临床实用价值。

2 表面形貌学

表面形貌学是一种非侵入式的检查方法，开发该技术的最初目的是为了在临床诊断与监测AIS中减少对X线片的过度依赖。AIS患者背部的畸形改变通常最先被人们所注意到，发生侧凸处的椎体一般会产生轴向旋转，从而造成受累胸廓处肋骨的隆突，背部的不对称也由此形成。为了评估AIS患者的畸形程度，学者们在研究背部表面数据方面做了大量的工作，这些数据的采集在X线片中是无法完成的，但表面形貌学可以做到。

2.1 光栅立体摄影(RAST)最早应用于评估脊柱表面形貌学的方法为莫尔地形图，该方法的优点包括操作简便和无辐射，但也存在着成本效益和精确度不可控等限制因素。因此，Drerup et al(1996年)开发了RAST成像技术，可以对脊柱畸形进行无辐射的三维重建。随后，Hackenberg et al在2003年通过研究证实，对于Cobb角≤80°的AIS患者，RAST成像技术能够对非手术或手术治疗患者的脊柱畸形进行可靠的分析与重建。在过去几年的时间里，学者们已经开发出了许多测量脊柱畸形的RAST系统，就目前而言，最为常见的包括Formetric system、Inspeck system、Integrated shape imaging system version 2(ISIS2)、Quantec system等成像系统[8]。

2.2 RAST成像技术的相关研究这些成像系统都存在各自的特点，但基本原则大致相同：依次或同时将光栅线投射至患者的背部，并用摄像机记录患者背部发生形变的投射光线，结合校准后的数据，再利用三角剖分法构建被划分曲面点的三维成像[9]。但是依次投射的方法可能由于摄影捕获的时间较长，增加了因患者个人因素而导致图像模糊的可能性，如在捕获期间患者姿势发生改变或处于不同的呼吸阶段。也有研究[10]认为这一因素对该系统成像质量并无显著影响。此外，数据采集时间的长短可能与重建脊柱三维图像的可靠性和准确性相关。随着目前计算能力及操作规范性的不断提高，基于表面形貌学数学模型的精确度将会有进一步提升的空间。

Knott et al[11-12]对RAST成像技术与常规X线金标准进行比较，研究其成像的可靠性和重复性，结果表明，使用RAST成像技术所测量的胸椎侧凸角、腰椎侧凸角和胸椎后凸角的重复性很强，其测量值与X线片测量值比较差异无统计学意义。在临床初次使用X线诊断为AIS之后，其后续的跟踪和复查可在不连续使用X线片的情况下继续进行评估，实现RAST成像技术评估的临床应用。在另一项研究中，Tabard-fougère et al[13]为了评价使用RAST成像技术测量Cobb角的准确性，与二维EOS成像技术所提供的Cobb角进行比较，结果表明两种方法所测结果呈强相关，并无显著性差异。以上研究结果证实了RAST成像技术作为一种非侵入式的测量方法，可用于监测AIS患者脊柱侧弯的进展情况。2019年Tabard-fougère et al[14]又对51例AIS患者分别采用RAST成像技术与X线检查进行比较，研究显示无论是胸椎后凸角还是腰椎前凸角，两者测量结果呈显著性相关。Tabard-fougère et al[13-14]两次的研究结果表明，RAST成像技术可有效用于评估AIS，且自身具有高效、经济、无辐射和非接触等优点，提示相较于常规影像诊断方法，RAST成像技术虽不能完全替代X线检查，但可用于AIS患者后续的监测和治疗前后的评估，而且也可应用于儿童青少年的筛查工作，这种技术的广泛应用有可能大大减少AIS患者的辐射次数。

2.3 RAST成像技术的局限性关于RAST成像技术的有效性以及在临床中应用的可靠性有很多争议[15]。首先，不同RAST成像技术的具体操作模式存在差异，意味着患者及临床工作者的准备工作也有所不同，如背部骨性标志物的处理原则。不同操作模式下，测量的准确性可能会受限于操作人员的经验，以及是否与患者体表相接触而引起测量误差等。其次，RAST成像技术测量冠状面和矢状面参数的可靠性尚未得到广泛性研究，而现有的诸多试验设计也存在较多的局限性，如样本量较小、受试者纳入的Cobb角存在差异、后续随访或监测周期较短等。到目前为止，RAST成像技术应用于临床的可行性仍存在质疑，需要相关前瞻性研究进一步加以验证。

3 超声成像

与表面形貌学相类似，脊柱超声成像技术开发的初衷也是为了降低AIS患者所接受的辐射量。超声检查是一种非电离成像方式，能够显示出整个脊柱椎骨的骨性结构，如棘突、横突等，通过借助椎骨的这些特殊结构，应用超声成像原理评估AIS患者三维畸形改变，检查所需的费用低，图像易获得，并且能够提供实时图像结果。很多研究者们对脊柱超声成像进行了广泛的探索，提出了不同的测量方法，包括利用横突、棘突以及椎板等作为标记点测量AIS患者三维内的相关参数。

3.1 超声成像的相关研究Young et al[16]证实了超声椎板中心法测量AIS患者冠状面参数的可靠性和准确性，并且验证了应用超声监测脊柱侧凸进展的可行性。但值得注意的是，该项研究是在对照患者之前的X线片作为辅助检查的基础上完成超声成像，其测量结果准确度更高，并且以X线片作为标准值的基础上，更有助于临床应用超声技术选择上下端椎。Zheng et al[17]又进行了一项后续的研究，其结果进一步证实了使用患者之前拍摄的X线片作为超声测量辅助手段的可行性。此外，Brink et al[18]通过选取横突和棘突作为标记物来衡量超声测量AIS患者冠状面参数的可靠性和有效性，虽然其测量结果比常规测量的Cobb角偏小，但两者在冠状面参数值之间显著相关，这与Takács et al[19]研究结果一致。在一项关于系统评价应用超声成像评估脊柱侧凸患者冠状面参数的研究[20]中，超声成像技术显示出了较高的可靠性和有效性，但存在证据水平有限或前后测量不相一致等问题，其中高水平的证据更倾向于超声椎板中心法成像。

近年来，便携式三维超声系统的相关研究逐渐引起人们的关注[21-22]，该系统与常规超声检查相比，除了能够准确地应用于脊柱侧凸的无辐射评估外，而且有携带方便、操作简便等优势，大大降低了对检查场地的需求，可广泛应用于AIS患者的筛查、诊断和监测中，目前具有较高的临床应用价值及潜力，对未来临床科学研究也具有较好的创新性。超声技术虽不能完全取代X线检查这一金标准，但在后续的工作中可发挥不小的作用。

3.2 超声成像的局限性尽管超声成像技术和标准X线片测量之间存在相关性和准确性，但其并非没有局限性。其一，脊柱超声检查的有效性和准确性虽被大量研究证实，但测量结果与金标准之间仍存在一定的差异，其所测量的Cobb角普遍偏小。其二，超声成像技术的准确性可能与操作者的经验、水平存在一定的关联，有研究[23]报道，与培训人员相比，有经验的操作者使用超声检查的测量值与X线片测量的相关性更大。其三，对于Cobb角≥45°、伴有相关椎体旋转和体重指数>25.0 kg/m2的患者，超声测量依然存在一定的局限性。但是在大量不同类型的AIS患者中，超声成像技术在未来所发挥的作用不可小觑，尤其是其具备的临床应用价值和无辐射、低成本的实用价值。

4 EOS成像技术

EOS成像技术最早于2007年作为影像技术手段开始应用于临床，成像时不受患者体位的影响，其最大优势表现为能够提供患者站立位下的脊柱三维参数。该技术辐射量较低，平均辐射量只有常规X线检查的1/6[24]，尽管低剂量EOS成像质量可能会受到人们的怀疑，甚至质疑EOS系统实现脊柱三维重建的可靠性，但很多研究[25-26]已经充分证实了EOS成像技术在脊柱三维重建方面的可靠性与重复性。

4.1 EOS成像的相关研究在最近几年的研究中，Hui et al[27]提出了微剂量这一概念，使用该方案的EOS成像与常规X线检查相比，AIS患者各器官接受X线辐射剂量只有常规X线检查的1/34～1/16，EOS成像整体质量与X线片无显著性差异。为了进一步验证微剂量方案的重复性以及在临床实践中的应用，很多学者也相继展开了大量的研究进行论证[28-29]。如Ilharreborde et al[28]随访了32例AIS患者，根据新的微剂量方案使用EOS成像系统获得平面X线片，通过三维重建进行测量，结果显示临床测量结果都一致，而且可以在不改变图像质量的情况下成功应用于临床，提示微剂量方案可用于临床AIS患者的监测工作。这种EOS成像微剂量方案，对AIS患者的辐射量更低[28]，患者所受到的辐射量几乎可以忽略不计。在2019年，Pedersen et al[30]验证了一种新的减少微剂量方案在重建脊柱三维图像方面的可重复性，这种新的微剂量方案理论上减少了约58%的辐射量，研究结果显示这与之前基于脊柱三维重建可靠性和重复性的研究[31-32]相当。但是这种新的微剂量方案[30]与之前的微剂量方案[27]在图像质量呈现方面，很多相关参数都要低于标准剂量，而实际上，标准剂量方案仍然是准确评估和重建三维成像的首选方法。尽管如此，该项研究成果所提供的这一新方案可能会成为轻度AIS患者初步筛查和后续随访的手段之一。

4.2 EOS成像的局限性尽管EOS成像技术能够准确地重建脊柱三维参数，但是也存在着一系列问题。EOS系统整套设备的安装和运行都需要很高的花费，除了一些专门从事脊柱侧凸工作的医院外，EOS成像系统在未来实现临床普及应用的可能性较小。其次，整套设备的安装还需要很大的空间，并且需要注意屏蔽辐射，设备的机动性较差，很难完成大规模的筛查工作。

5 摄影测量方法

摄影测量方法是一种非侵入式的测量技术，其利用摄影测量方法的原理，通过专门的成像软件对患者整个背部躯干进行三维扫描，进行有效的姿势评估，这样能够定量化AIS患者的畸形改变情况且不受任何电离辐射的损害。其最大的优势是可以在不受到辐射的情况下完成对脊柱异常改变的评估，也可以作为定期监测和评估治疗的一种手段[31-32]。摄影测量是一种无创、操作简便、低成本、精确的方法，该测量设备便于携带，可满足日常的筛查工作需求。

5.1 摄影测量的相关研究Aroeira et al[33]在16例AIS患者的C7～L5椎骨的棘突处放置标记，并利用摄影测量方法拍摄患者的背部躯干，结果提示摄影测量与Cobb法测得的胸椎侧凸角平均值比较差异无统计学意义。Leal et al[34]研究表明，与X线检查相比，摄影测量对AIS患者的进展有较好的监测效果。同时，摄影测量也可应用于患者的静态姿势评估，无论是在临床实践还是在相关研究中，摄影测量方法都具有良好的重复性与再现性[35]。此外，Alexandre et al[36]研究发现摄影测量法不仅能够直观地反映出AIS患者的胸壁改变，而且还可显示Cobb角与肺功能的相关性，建议将其作为临床评估的辅助工具，尽可能地减少患者的放射线曝露。

5.2 摄影测量的局限性尽管摄影测量表现出诸多优势，但在临床实践中依旧无法成为常规检查的替代品。该项技术与表面形貌学存在相同的缺陷，即无法为临床医师提供AIS患者的脊柱内部骨骼特征、躯干移位和平衡的具体细节等，这些特征对于临床诊断AIS必不可少，而在X线片中基本都可以观察到。其次，摄影测量方法的具体操作需要得到规范化要求，以减少不必要的误差和测量失真。

6 小结

影像学新技术的出现能否替代常规X线检查？答案是否定的。不得不承认，X线检查依旧是目前或将来很长一段时间内用于评估和监测AIS的金标准。但AIS患者长期曝露于X线之中这一现实问题不可忽略。随着各种影像学新技术的出现，大量研究者们正在试图打破这一局面。关于AIS患者未来影像学诊断的发展方向，我国临床工作者首先应普遍达成“辐射防护与安全最优化”这一共识；其次，非电离辐射技术的改进还需进一步的研究，侧重于开发规范化的操作要求，避免不必要的技术误差和测量失真；最后，考虑到EOS成像系统的成本效益，国家应当制定相应的政策扶持，以普及应用这项最为接近常规X线检查的影像学技术。总之，AIS患者在接受临床的诊断、随访以及制定相应的康复措施时，都避免不了X线曝露所带来的危害，这些影像学新技术及相关研究的出现或许将会解决这一现实问题，但能否真正应用于临床，是否能够准确地评估患者脊柱的三维异常改变，仍需要大量的相关研究进一步证实。