眾所周知，脊柱側彎已成為我國繼肥胖、近視后威脅青少年兒童健康的第三大“殺手”。青少年特發性脊柱側凸發病率更是達到2%～4%。【1】臨床急需一種可以精準測量脊柱側彎程度的技術。基于此背景，四川大學華西醫院（以下簡稱：華西醫院）聯合安健科技科研團隊于《The Spine Journal》發表最新研究成果《From 2D to 3D：Automatic Measurement of the Cobb Angle in Adolescent Idiopathic Scoliosis with the Weight-Bearing 3D Imaging》詳細介紹了全脊柱三維成像及AI人工智能技術測量三維Cobb角與傳統二維Cobb角的相關性研究。

一、研究背景

青少年特發性脊柱側凸（下稱：AIS）是一種常見的肌肉骨骼疾病，主要影響兒童和青少年，其特征是脊柱發生三維畸形。傳統影像學AIS分型一直采用二維Cobb角測量，但因二維影像的限制，容易受到組織覆蓋、X線投射角度變化、不同醫生測量習慣不一樣，使測量值產生差異及診斷的不一致。

《From 2D to 3D：Automatic Measurement of the Cobb Angle in Adolescent Idiopathic Scoliosis with the Weight-Bearing 3D Imaging》文中提到的“WR-3D立位錐束容積成像技術”可以實現全脊柱的三維成像及AI自動測量。基于此，華西醫院放射科與安健科技科研團隊對傳統的二維和自動化三維 Cobb角測量方法進行定量比較。針對不同患者、不同臨床場景，提供豐富的數據支持，有助于醫生找到最佳的診療方案。

二、研究方法

本次研究共招募了53名AIS患者，包括88條脊柱曲線，分別進行傳統二維COBB測量，立位三維COBB角測量。二維Cobb角測量通過經驗豐富的醫生手動測量。三維Cobb角測量則通過WR-3D技術，采用Analytical method (AM)、 Plane intersecting method (PIM)、Plane projection method （PPM）三種不同的方法計算Cobb角。

WR-3D立位錐束斷層容積成像系統采用Cone-Beam錐束成像技術。通過旋轉站臺帶動患者低速旋轉，從不同角度捕獲透視圖像并通過三維重建算法重建出患者掃描部位的三維容積圖像。錐束成像技術擁有更大的錐角及更大的Ｚ軸覆蓋范圍，實現全脊柱區域完全覆蓋。三維Cobb角的測量首先使用3D UNet深度學習模型從WR-3D圖像中分割脊柱和股骨頭，并使用3D slicer進行角度的自動計算，識別必要的解剖標志并計算相應的角度。

Analytical method（AM）：椎體線被定義為最適合每個椎骨的質心（幾何中心）的曲線。這些質心投影到全局冠狀平面上（由連接股骨頭和Z軸的線定義）。WR-3D系統將自動將曲線的拐點（凹度發生變化的地方）識別為測量點，然后在這些拐點處垂直于切線繪制直線，這些垂直線之間的角度為三維Cobb角（下圖a）。

Plane intersecting method (PIM)：計算端椎骨終板平面形成的二面角。該方法定義了兩個最佳擬合平面，一個擬合到3D模型內曲線的最上面椎骨的上端板，另一個擬合至曲線的最下面椎骨的下端板。PIM的末端椎骨是通過自動過程識別的，該過程計算找到所有椎骨最大的角度。然而，由于胸部后凸和腰椎前凸的影響，在輕度側彎的情況下，這種自動化有時會不準確地選擇端椎骨。在這種情況下，需要通過使用預定義的端椎骨來執行端椎骨的手動校準角度。（下圖b）

Plane projection method (PPM)：首先定義了兩個最佳擬合平面對應于3D模型內脊柱曲線的最上部和最下部椎骨的終板。識別端椎骨需要自動計算所有最大角度椎骨角度，確保這些自動識別的端椎骨與預定義的最傾斜的端椎骨對齊。（這種自動化在選擇過程中提供了一致性和可靠性，無需手動調整。）然后將這些最佳擬合平面與全局冠狀平面相交的交點產生兩條線，這些相交線之間的角度為測量出的Cobb角。（下圖c）

三、研究結果

經過實驗對照得出二維Cobb角測量和三種三維Cobb角測量方法的數據存在些許差異。

Analytical method（AM）可以精準反映患者脊柱側彎冠狀面最大弧度；Plane intersecting method （PIM）不但能夠反映出患者脊柱冠狀面側彎情況同時能夠反映出患者脊柱前后凸的影響；Plane projection method （PPM）與傳統二維Cobb角測量方法類似，但避免了X線投照角度及病人擺位對于測量結果產生的影響。

PPM法與二維方法測量的Cobb角無明顯統計學差異，但是三維自動測量可以避免X線投照角度、病人擺位及人工選取端椎的誤差，使測量數據更加精準；AM方法相較于二維Cobb角測量，能夠精準反映出患者脊柱整體側彎情況；PIM方法能夠既反映患者的側彎情況同時反映患者矢狀面失衡情況和端椎的傾斜度。

每種三維測量方法都產生了不同的脊柱彎曲評估值，這些差異可能會對臨床實踐產生重大影響。AM和PIM顯示了更大的估計，可能導致對AIS管理的更早或更積極的干預。相反，PPM和二維方法可能適用于AIS進展的常規監測。因此，應仔細考慮測量方法的選擇，考慮每種模式的成像特征、具體的臨床場景以及對患者管理的潛在影響。不同的測量方式會影響在臨床上的決策，醫生需要根據特定成像模式、臨床場景和患者需求選擇不同的測量方式。

結論

華西醫院放射科與安健科技科研團隊讓我們更好地理解了二維和三維Cobb角測量在臨床場景使用價值，并通過尖端技術進步有效地應用到臨床實踐中，極大地提高診斷精度、患者護理和AIS管理。

從二維到三維，從仰臥位到站立位，從結構成像到功能成像，WR-3D立位錐束容積成像技術目前在臨床已實現髖關節、膝關節、頸椎、腰椎、足踝等部位的三維掃描和重建，并且搭載的AI自動測量站可以為脊柱或膝關節提供全流程數據支撐，可以看到WR-3D立位錐束容積成像技術已成為引領精準診療的關鍵力量。

[1]卜時贏，袁望舒，陳麗霞等，青少年特發性脊柱側凸Cobb(Cobb)角度與軀干旋轉角度及體重指數的相關性【J】.中華骨與關節外科雜志，2023.16110):886-890.