三維可視化在嬰幼兒髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良超聲影像學(xué)中的應(yīng)用

栗 平 張?jiān)?郭志英 竇 蕊

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院超聲科，內(nèi)蒙古呼和浩特010030

三維可視化在嬰幼兒髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良超聲影像學(xué)中的應(yīng)用

栗 平 張?jiān)?郭志英 竇 蕊

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院超聲科，內(nèi)蒙古呼和浩特010030

目的通過(guò)三維重建技術(shù)對(duì)嬰幼兒髖關(guān)節(jié)及其周?chē)馄式Y(jié)構(gòu)骨形態(tài)特征進(jìn)行重建與二維超聲圖像擬合以及圖像的匹配，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)嬰幼兒髖關(guān)節(jié)發(fā)育狀況的正確評(píng)價(jià)。方法選取嬰幼兒新鮮尸體標(biāo)本20具（其中男10具，女10具），行64排螺旋CT骨盆掃描，將測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)用Amira 5.4.5軟件建立髖關(guān)節(jié)三維圖像，觀察其骨形態(tài)特征及彼此的空間形態(tài)位置關(guān)系并進(jìn)行二維超聲平面的確定及超聲圖像的測(cè)量。結(jié)果二維超聲髖關(guān)節(jié)冠狀切面標(biāo)準(zhǔn)圖像α、β角測(cè)量結(jié)果分別為（59.5±0.8）°、（56.2±0.5）°，三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像α、β角測(cè)量結(jié)果分別為（61.5±0.4）°、（53.3±0.4）°，兩者比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。結(jié)論三維可視化圖像能夠清晰顯示髖關(guān)節(jié)骨形態(tài)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行二維超聲平面的確定及超聲圖像的測(cè)量，驗(yàn)證了二維超聲法可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)嬰幼兒髖關(guān)節(jié)發(fā)育狀況，二維超聲法可以作為嬰幼兒發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位首選的檢查方法。

髖脫位；超聲技術(shù)；三維可視化

發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位（developmental dysplasia of the hip，DDH）是矯形外科中最常見(jiàn)的復(fù)雜疾病之一，是發(fā)生在出生前及出生后股骨頭和髖臼在發(fā)育成熟和解剖關(guān)系中出現(xiàn)異常的一系列髖關(guān)節(jié)病癥[1-2]，早期在臨床上多表現(xiàn)為髖關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，晚期可以表現(xiàn)為髖關(guān)節(jié)不同程度的發(fā)育不良或脫位，也可導(dǎo)致成年后嚴(yán)重喪失關(guān)節(jié)功能的髖關(guān)節(jié)病變[3-5]。臨床上以往常用體格檢查和X線(xiàn)檢查，其準(zhǔn)確性和安全性存在很大爭(zhēng)議，近年來(lái)應(yīng)用高頻超聲在骨軟骨方面的優(yōu)勢(shì)，動(dòng)態(tài)觀察嬰幼兒尚未完全骨化的髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，使大批DDH患兒得到了早期的診斷和治療，極大程度地降低了晚期DDH初診的發(fā)生率。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)解剖教研室中國(guó)嬰幼兒新鮮尸體標(biāo)本20具，均為福爾馬林浸泡的標(biāo)本，冷凍的除外。其中男10具，女10具，經(jīng)醫(yī)院的醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)于2012～2013年兩年時(shí)間里完成數(shù)據(jù)的采集。1.2研究方法

首先將尸體標(biāo)本在64排螺旋CT下骨盆連續(xù)掃描，再將標(biāo)本應(yīng)用二維超聲進(jìn)行髖關(guān)節(jié)掃查，獲取標(biāo)準(zhǔn)髖關(guān)節(jié)冠狀切面圖像，將獲取的原始DICOM圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像工作站，應(yīng)用Amira 5.4.5軟件進(jìn)行三維重建，最后將容積重建與表面重建擬合，從而顯示髖關(guān)節(jié)周?chē)馄市螒B(tài)結(jié)構(gòu)。

將20例標(biāo)本應(yīng)用西門(mén)子公司的雙源64層螺旋CT掃描。先做定位像掃描，再做骨盆平掃，重建層厚1 mm，重建間隔0.75 mm。掃描范圍：骨盆入口至股骨中上段。將薄層掃描圖像數(shù)據(jù)傳到CT工作站，應(yīng)用Amira軟件進(jìn)行三維重建，再將容積重建與表面重建擬合，顯示髖關(guān)節(jié)周?chē)馄式Y(jié)構(gòu)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像。

將上述20例標(biāo)本應(yīng)用GE Voluson E8型彩色多普勒超聲診斷儀進(jìn)行髖部掃查，高頻超聲探頭頻率5～12 MHz，尸體標(biāo)本選擇側(cè)臥位，先左側(cè)后右側(cè)，超聲探頭垂直于大粗隆位置，平行于軀體縱軸做股骨頭與髖臼的冠狀切面掃查，清晰顯示二維超聲平面的八個(gè)基本解剖結(jié)構(gòu)（即骨軟骨平面、股骨頭、滑膜皺褶、關(guān)節(jié)囊、盂唇、透明軟骨、骨頂、髂骨下緣）及3個(gè)點(diǎn)（即髂骨下緣、盂唇、髂骨平面），應(yīng)用超聲診斷儀內(nèi)置的髖關(guān)節(jié)測(cè)量軟件按照Graf超聲法評(píng)估骨性髖臼和軟骨髖臼發(fā)育狀況，并且觀察股骨頭、髖臼盂緣、髖臼結(jié)構(gòu)及彼此的空間形態(tài)位置關(guān)系。

經(jīng)64層螺旋CT掃描數(shù)據(jù)三維重建，再將容積重建與表面重建擬合，形成髖關(guān)節(jié)及其周?chē)馄市螒B(tài)結(jié)構(gòu)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像，將圖像與二維超聲圖像擬合和匹配后，確定三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像髖關(guān)節(jié)超聲平面、超聲圖像解剖結(jié)構(gòu)，應(yīng)用二維超聲法在三維虛擬圖像上分析骨性髖臼和軟骨髖臼發(fā)育情況，主要做3條線(xiàn)兩個(gè)角的測(cè)量，第1條線(xiàn)起自從髖臼軟骨頂?shù)纳戏?，即軟骨膜向骨膜轉(zhuǎn)換處，此處也是股直肌反折頭的起始部，以此點(diǎn)為起點(diǎn)和圓心，由髂骨外側(cè)向髂骨緣作切線(xiàn)即基線(xiàn)；第2條線(xiàn)是以髂骨最低點(diǎn)為軸心，向骨頂作切線(xiàn)即骨頂線(xiàn)；第3條線(xiàn)是經(jīng)過(guò)骨緣與盂唇中部的連線(xiàn)即軟骨頂線(xiàn)，其中基線(xiàn)與骨頂線(xiàn)的夾角形成α角，反映骨性髖臼的發(fā)育狀況，基線(xiàn)與軟骨頂線(xiàn)的夾角形成β角，反映軟骨髖臼的發(fā)育狀況。

1.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

正常嬰幼兒髖關(guān)節(jié)冠狀面聲像圖表現(xiàn)為髖臼骨緣銳利，髖臼骨頂略呈弧形，對(duì)股骨頭覆蓋良好，盂唇呈三角形中等回聲覆蓋股骨頭外緣。股骨頭軟骨呈球形低回聲伴點(diǎn)狀高回聲位于髖臼內(nèi)，股骨頭骨化中心呈弧形強(qiáng)回聲位于股骨頭中心部。髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良表現(xiàn)為髖臼骨緣圓鈍或缺損，髖臼窩變淺，髖臼骨頂對(duì)股骨頭覆蓋不良；半脫位髖關(guān)節(jié)表現(xiàn)為髖臼骨緣圓鈍或變平，髖臼窩明顯變淺，髖臼骨頂僅覆蓋小部分股骨頭，盂唇向外上方擴(kuò)張；完全脫位髖關(guān)節(jié)表現(xiàn)為髖臼骨緣明顯圓鈍或變平，髖臼窩明顯變淺，股骨頭位于髖臼外上方的軟組織內(nèi)，盂唇位于股骨頭與髖臼之間。α角可以定量地描述髖臼骨頂?shù)膬A斜程度，α角越小，髖臼窩越淺，髖臼骨性部分發(fā)育越差，因此可根據(jù)α角判斷骨性髖臼的發(fā)育情況。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料α和β角用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，二維超聲法和三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像的α和β角的比較采用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 二維超聲標(biāo)準(zhǔn)冠狀切面解剖結(jié)構(gòu)

圖2 二維超聲a、β角測(cè)量方法

2 結(jié)果

2.1 二維超聲標(biāo)準(zhǔn)冠狀切面解剖形態(tài)結(jié)構(gòu)測(cè)量及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

超聲能清晰地顯示尚未骨化的股骨頭軟骨、盂唇及髖臼骨頂及部分髖臼內(nèi)軟組織，因此能夠補(bǔ)充X線(xiàn)或CT不能顯示的部分信息，能較準(zhǔn)確地判斷軟骨性股骨頭與髖臼的相對(duì)位置關(guān)系，二維超聲顯示的骨性結(jié)構(gòu)包括：股骨頭、骨性髖臼、髖臼上方髂骨、股骨頸骺板；軟骨結(jié)構(gòu)包括：盂唇、滑膜皺襞、關(guān)節(jié)囊、軟骨髖臼的軟骨膜，其中平直髂骨、髂骨下緣、盂唇及股骨頭是圖像關(guān)鍵點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)冠狀切面解剖形態(tài)結(jié)構(gòu)及測(cè)量方法見(jiàn)圖1、2。

2.2 三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像髖關(guān)節(jié)超聲平面的確定及測(cè)量

三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像可以從任意角度直觀地顯示髖關(guān)節(jié)的空間形態(tài)，更接近真實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)，具體三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像髖關(guān)節(jié)超聲平面確定、超聲圖像的測(cè)量見(jiàn)圖3。

圖3 嬰幼兒髖關(guān)節(jié)三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像超聲平面確定、超聲圖像的測(cè)量

2.3 二維超聲髖關(guān)節(jié)冠狀切面解剖形態(tài)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)圖像與髖關(guān)節(jié)三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像α、β角測(cè)量結(jié)果比較

通過(guò)二維超聲圖像髖關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)在三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像上的擬合，分別測(cè)量α、β角，兩者比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P>0.5）。見(jiàn)表1。

表1 二維超聲與三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像a、β角（°±s）

表1 二維超聲與三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像a、β角（°±s）

超聲方式α角β角P值二維超聲三維虛擬模擬超聲59.5±0.8 56.2±0.5 61.5±0.4 53.3±0.4 0.70 0.68

3 討論

三維可視化圖像提供了精確的嬰幼兒髖關(guān)節(jié)三維解剖學(xué)基礎(chǔ)，提高了二維超聲技術(shù)對(duì)發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位診斷的可靠性及準(zhǔn)確性。通過(guò)三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像更好的識(shí)別了二維超聲圖像髖關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了CT掃描圖像與二維超聲圖像的擬合以及圖像的匹配，為二維超聲髖關(guān)節(jié)的定位與顯示提供了更可靠的依據(jù)。超聲可以靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的從不同角度對(duì)股骨頭和髖臼進(jìn)行掃查，無(wú)放射線(xiàn)損傷，對(duì)嬰兒來(lái)說(shuō)安全、簡(jiǎn)便、快速、費(fèi)用低，適用于隨訪觀察，DDH的早期干預(yù)和治療可以促使發(fā)育異常髖關(guān)節(jié)向正常的髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，阻止和（或）減輕DDH站立行走后的病理改變，減少DDH手術(shù)治療的風(fēng)險(xiǎn)并提高治療效果，極大的降低晚期DDH初診發(fā)生率，并且明顯降低晚期DDH病例醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)和治療費(fèi)用。

近年來(lái)，三維CT在發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良診斷中的作用已得到國(guó)內(nèi)外研究證實(shí)[6-9]，多排螺旋CT容積再現(xiàn)技術(shù)是三維圖像處理中最常用的技術(shù)之一，計(jì)算機(jī)重建技術(shù)的動(dòng)態(tài)三維圖像是對(duì)傳統(tǒng)二維醫(yī)學(xué)圖像的補(bǔ)充，通過(guò)任意旋轉(zhuǎn)、剖切，可以對(duì)重建的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和測(cè)量。本研究通過(guò)多排螺旋CT容積重建技術(shù)獲得嬰幼兒髖關(guān)節(jié)三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像，從而獲得嬰幼兒α、β角等精確解剖參數(shù)，對(duì)髖臼發(fā)育特征進(jìn)行精確三維量化評(píng)估，為二維超聲診斷嬰幼兒髖關(guān)節(jié)疾病提供更可靠的依據(jù)，通過(guò)三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像α、β角測(cè)量的結(jié)果表明，只有獲得標(biāo)準(zhǔn)的二維超聲圖像才能正確評(píng)估髖關(guān)節(jié)的形態(tài)及穩(wěn)定性，如果不能正確在超聲圖像中確定髂骨下緣點(diǎn)、骨緣和髖臼盂唇，就不能正確標(biāo)記骨頂線(xiàn)和軟骨頂線(xiàn)，更不能正確區(qū)分穩(wěn)定的ⅡC型髖關(guān)節(jié)、不穩(wěn)定型ⅡC型髖關(guān)節(jié)和D型髖關(guān)節(jié)，如果在不標(biāo)準(zhǔn)或顯示不全的超聲圖像上進(jìn)行測(cè)量，就會(huì)對(duì)DDH結(jié)果會(huì)做出錯(cuò)誤分型，直接造成發(fā)育性髖關(guān)節(jié)脫位的漏診或過(guò)度治療。

DDH是臨床常見(jiàn)骨關(guān)節(jié)畸形疾病之一，早期診斷和治療是處理DDH的基本原則，隨著人們對(duì)DDH認(rèn)識(shí)的逐步深入，對(duì)DDH的診斷經(jīng)歷了從無(wú)到有，從粗略到精確的過(guò)程，以往人們只是根據(jù)患者的臨床表現(xiàn)、臨床檢查以及影像學(xué)的檢查來(lái)進(jìn)行診斷，很多早期的DDH患者因此沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而延誤了治療的最佳時(shí)機(jī)[10]。超聲能清晰地顯示髖關(guān)節(jié)周?chē)能浌羌败浗M織結(jié)構(gòu)，可以直接觀察軟骨性股骨頭與髖臼的相對(duì)關(guān)系，并可以觀察股骨頭軟骨和盂唇的形態(tài)及結(jié)構(gòu)的改變，髖臼的各種徑向生長(zhǎng)是由“Y”形軟骨的骺板、髖臼內(nèi)表面的半球形骺板和髖臼周?chē)ば曰枪餐瓿傻?，超聲能清晰地顯示尚未骨化的股骨頭軟骨、盂唇及髖臼骨頂及部分髖臼內(nèi)軟組織，因此能較準(zhǔn)確地判斷軟骨性股骨頭與髖臼的相對(duì)位置關(guān)系，并能夠補(bǔ)充X線(xiàn)或CT不能顯示的部分信息，可以早期準(zhǔn)確評(píng)估髖臼發(fā)育及脫位程度，特別適用于DDH治療過(guò)程中的隨訪觀察[11-12]，還可為可疑DDH患者提供后續(xù)診療指導(dǎo)。然而，有研究顯示二維超聲法在診斷DDH的研究者之間及同一研究者多次測(cè)量時(shí)存在偏差[13]，陳博昌等[14]報(bào)道新生兒DDH超聲普查的檢出率為3.37%，黃冠蘭等[15]選擇性超聲篩查DDH的檢出率為7.42%。通過(guò)本次應(yīng)用三維虛擬現(xiàn)實(shí)圖像超聲平面確定、超聲圖像的研究說(shuō)明，在實(shí)際操作中，二維超聲標(biāo)準(zhǔn)切面和重要參照點(diǎn)的確定直接影響診斷結(jié)果，因此熟練掌握二維超聲操作技巧及正確運(yùn)用評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是正確診斷DDH的關(guān)鍵。

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App lication of 3D in ultrasonic imaging of infants w ith developm ental dysp lasia of the hip

LIPing ZHANG Yuanzhi GUO Zhiying DOU Rui
Department of Ultrasonic,the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University,Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 010030,China

Objective To reconstruct the hip joint and bonemorphology of surrounding anatomical by three-dimensional(3-D)reconstruction,two dimensional ultrasound images fitting and imagematching,reconstruction of anatomy of the infant hip,evaluate the accurate of the development of infant hip.Methods CT scanning images from fresh infant corpse specimen(males 10,females 10),were transform into Amira 5.4.5 software,3-Dmodels of hip joint and bone morphology were reconstructed.The two dimensional ultrasound planes were determined.And then 3-D model images were compared to themeasurement of ultrasonic images.Resu lts In two dimensional ultrasound coronal images,the alpha and beta angle were(59.5±0.8)°and(56.2±0.5)°respectively.The alpha and beta angle in 3-Dmodel images were (61.5±0.4)and(53.3±0.4)°,therewere no statistically significant differences between two groups(all P＞0.05).Conclusion 3-D visual images can clearly reproduce the actual osseous anatomy,which can be invaluable for the determination the two-dimensional plane and measurement of ultrasonic image,which could verified the two-dimensional ultrasound.It could be used for infant developmental hip oint dislocation preferred inspectionmethod.

Developmental dysplasia of the hip;Ultrasonic technology;Three-dimensional

R683

A

1673-7210（2014）08（b）-0083-04

2014-04-25本文編輯：任念）

內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)2012MS1 186）；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目（編號(hào)NJZC12 161）。

栗平（1970-），女，碩士，副主任醫(yī)師；研究方向：影像醫(yī)學(xué)。