基于中國數(shù)字化人體的肩袖間隙薄層斷面解剖與MRI對照研究

李錦青，宋凌恒，禹智波，喬 清，張云泉，李福鎖，張宏光，蘭曉川，張紹祥

(1.中國人民解放軍第324醫(yī)院醫(yī)學影像科，重慶 400020；2.第三軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程學院重慶市數(shù)字醫(yī)學研究所，重慶 400038)

·方法技術(shù)學·

基于中國數(shù)字化人體的肩袖間隙薄層斷面解剖與MRI對照研究

李錦青1，宋凌恒1，禹智波1，喬 清1，張云泉1，李福鎖1，張宏光1，蘭曉川1，張紹祥2*

(1.中國人民解放軍第324醫(yī)院醫(yī)學影像科，重慶 400020；2.第三軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程學院重慶市數(shù)字醫(yī)學研究所，重慶 400038)

目的 探討基于中國數(shù)字化人體(CVH)和MRI對照，觀察肩袖間隙(RI)薄層斷面解剖特點，為臨床應(yīng)用提供影像解剖學依據(jù)。方法 獲取5個CVH肩關(guān)節(jié)解剖數(shù)據(jù)集，以斜冠狀位、斜矢狀位虛擬重建顯示RI連續(xù)薄層斷面解剖，并與20側(cè)肩關(guān)節(jié)MR平掃T1WI，5側(cè)肩關(guān)節(jié)MR造影(MRA)對照，用PhotoShop CS2軟件觀察RI。結(jié)果 3種顯示方法中，CVH顯示RI各邊界最佳，優(yōu)于MRI平掃T1WI和MRA。3個顯示平面中，斜矢狀位顯示RI各邊界結(jié)構(gòu)及內(nèi)容物最佳。在RI各邊界顯示中，其下界肩胛下肌腱、內(nèi)界喙突在軸位、斜矢狀位及斜冠狀位3個平面中及CVH、平掃T1WI、MRA 3種顯示方法中最易清楚顯示。結(jié)論 基于CVH的數(shù)據(jù)集研究RI邊界及毗鄰關(guān)系是較好的方法，以其斜矢狀位顯示肩袖間隙邊界、內(nèi)容物及毗鄰關(guān)系為最佳，為肩袖間隙疾病影像診斷提供了重要的識別標志。

中國數(shù)字化人體；磁共振成像；解剖學，橫斷面；肩袖間隙

由于肩袖前上部有喙突穿出，致使岡上肌腱前緣和肩胛下肌腱上緣分開，形成的解剖間隙稱為肩袖間隙(rotator interval, RI)[1-6]。RI內(nèi)容物主要由喙肱韌帶(coracohumeral ligament, CHL)、盂肱上韌帶(superior glenohumeral ligament, SGHL )、肱二頭肌長頭腱(long head of the biceps tendon, LBT)構(gòu)成[1-6]。由于長期以來對RI結(jié)構(gòu)及功能認識不足，導致RI損傷性病變、攣縮性病變難以得到及時診斷及合理治療而影響預后。因此，探討RI邊界顯示規(guī)律及薄層斷面解剖影像學特征對于認識RI解剖、功能及病變診斷至關(guān)重要。本研究將基于中國數(shù)字化人體(Chinese Visible Human， CVH)[7]與MRI影像對照，觀察RI各邊界薄層斷面解剖特點及顯示規(guī)律，為臨床應(yīng)用提供影像解剖依據(jù)。

1 資料與方法

1.1一般資料 獲得5個(5側(cè)肩)CVH肩關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)集，其中女3個，男2個。另募集健康志愿者10名，男、女各5名，年齡25～55歲，中位年齡32.5歲；體質(zhì)量48～80 kg，中位體質(zhì)量60.5 kg；掃描雙肩關(guān)節(jié)共20側(cè)肩；其中5名(5側(cè)肩)接受MR肩關(guān)節(jié)造影，男2名、女3名，中位年齡45.0歲。本研究獲得第三軍醫(yī)大學倫理委員會批準，受檢者均知情同意。

1.2儀器與方法

1.2.1儀器 MR掃描儀：采用Siemens Magnetom Avanto 1.5T MRI系統(tǒng)。圖像處理軟硬件配置：硬件平臺為 HP xw9300 高性能圖形工作站，配三維可視化軟件為 Amira 4.1。

1.2.2CVH的制作方法 人體標本經(jīng)外形測量、血管灌注后，用5%明膠包埋，置入-30℃鹽水池冰凍1周，然后在-25℃低溫實驗室中用TK-6350型數(shù)控銑床(銑切精度0.001 mm)從頭至足逐層用高清晰度數(shù)碼相機攝影，完成人體模型數(shù)據(jù)獲取，得到人體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，層厚0.1～0.5 mm。

1.2.3CVH肩關(guān)節(jié)薄層軸位解剖圖像數(shù)據(jù)集的獲取 從重慶市數(shù)字醫(yī)學研究所中心數(shù)據(jù)庫獲得5個CVH圖像數(shù)據(jù)集，選取其肩關(guān)節(jié)圖像數(shù)據(jù)集。利用PhotoShop CS2批量裁切，并以“*.png”格式儲存以便在HP xw9300 高性能圖形工作站運行。

1.2.4CVH肩關(guān)節(jié)斜冠狀位、斜矢狀位虛擬薄層斷面重建 ①用PhotoShop CS2 軟件打開CVH岡上肌腱層面，取肩關(guān)節(jié)，確定岡上肌腱長軸與冠狀面的夾角。②用軟件成批順時針旋轉(zhuǎn)肩關(guān)節(jié)，并成批裁剪CVH肩關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)后的圖形數(shù)據(jù)集。③在“HP xw9300”圖形工作站導入成批裁剪后CVH肩關(guān)節(jié)的圖形數(shù)據(jù)集文件，進行正交冠狀位、正交矢狀位虛擬斷層處理。④在 PhotoShop 8.0 軟件中批量調(diào)整重采樣后圖像原z方向上像素大小，原x或y方向上的像素大小不變，完成肩關(guān)節(jié)斜冠狀面、斜矢狀面虛擬斷層解剖圖像的插值處理。

1.2.5肩關(guān)節(jié)MR掃描 健康志愿者肩關(guān)節(jié)MR平掃：將軸位掃描定位線垂直于盂肱關(guān)節(jié)腔；SE T1WI, TR 624 ms，TE 11 ms，層厚3 mm，層間距0.3 mm，視場180 mm×180 mm, 矩陣512× 512；T2WI，TR 3 700 ms，TE 84 ms；壓脂PDWI, TR 3 000 ms，TE 34 ms。斜矢狀位定位線垂直于岡上肌腱長軸；T1WI，TR 550 ms，TE 15 ms；T2WI, TR 4 800 ms，TE 68 ms；壓脂PDWI, TR 3 000 ms，TE 34 ms。將斜冠狀位定位線平行于岡上肌腱長軸；T1WI, TR 624 ms，TE 11 ms；T2WI, TR 3 700 ms，TE 84 ms；壓脂PDWI, TR 3 000 ms，TE 34 ms。

肩關(guān)節(jié)MR造影：經(jīng)前上途徑向肩關(guān)節(jié)腔內(nèi)注入10～15 ml稀釋的Gd-DTPA(1 ml的Gd-DTPA用生理鹽水稀釋至250 ml時的濃度),充分活動肩關(guān)節(jié)，然后進行壓脂軸位T1WI(TR 624 ms，TE 11 ms)、斜矢狀位壓脂T1WI(TR 550 ms，TE 15 ms)、斜冠狀位壓脂T1WI(TR 624 ms，TE 11 ms) 。

1.3圖像評價方法 由2名放射科醫(yī)師(1名主治醫(yī)師和1名副主任醫(yī)師)分別閱片，不同意見在共同閱片后協(xié)商，直到取得一致意見。逐一肉眼觀察CVH薄層連續(xù)斷面，采集后的圖像用PhotoShop CS2軟件處理及標注，并與之相應(yīng)的MRI圖像進行對照。評價結(jié)果：顯示清楚、欠清楚和不清楚。

表2 肩袖間隙斜矢狀位薄層斷面解剖CVH與MRI比較

分類上界(SST前緣)下界(SSC上緣)內(nèi)界(CP根部)外界(頂點，BG)頂部(RIC)底部(CHH)CVH+、直觀+++++平掃T1WI+、直觀++±--MR造影+、直觀++±--

注：+：顯示清楚；±：顯示欠清楚；-：顯示不清楚

2 結(jié)果

2.1RI軸位連續(xù)薄層斷面解剖 RI上界是岡上肌腱(supraspinatus tendon, SST )的前緣，下界是肩胛下肌腱(subscapularis tendon, SSC)的上緣，內(nèi)界(三角形的肩袖間隙的底部)是喙突(coracoid process, CP)的根部，外界(三角形的肩袖間隙的頂點)是結(jié)節(jié)間溝(bicipital groove, BG)。SST 及SSC在CVH呈致密白色，平掃T1WI及MR關(guān)節(jié)造影呈低信號；CVH、平掃T1WI及MR造影均清楚顯示RI上界、下界、內(nèi)界及外界。軸位觀察RI的上界和下界不能在同一層面顯示，因此其空間關(guān)系不直觀，尤其上界，見表1、圖1。

表1 肩袖間隙軸位薄層斷面解剖CVH與MRI比較

分類上界(SST前緣)下界(SSC上緣)內(nèi)界(CP根部)外界(頂點，BG)CVH++++平掃T1WI++++MRA++++

注：+：顯示清楚

2.2RI斜矢狀位連續(xù)薄層斷面解剖 斜矢狀位RI頂部是RI前方關(guān)節(jié)囊(rotator interval capsule, RIC)，底部是肱骨頭軟骨(cartilage of the humeral head, CHH)。RI上界SST前緣在斜矢狀位上空間關(guān)系清楚直觀，下界SSC上緣在CVH上呈多條致密白色肌腱匯聚，在平掃T1WI及MRA見多條低信號肌腱并匯聚；CVH顯示RI斜矢狀位各邊界清楚，T1WI平掃及MRA顯示其上界、下界及內(nèi)界清楚，但顯示RI外界(BG)、頂部(RIC)及底部(CHH)卻不清楚。斜矢狀位是顯示RI內(nèi)滑輪結(jié)構(gòu)(LBT、CHL、SGHL)的最佳層面。見表2、圖2。

2.3RI斜冠狀位連續(xù)薄層斷面解剖 CVH、平掃T1WI及MR造影的 RI斜冠狀位上均不能顯示RI上界，但均能清楚顯示下界、內(nèi)界，CVH可顯示其外界(表3、圖3)。

3 討論

RI在解剖學上是盂肱關(guān)節(jié)內(nèi)的一個復合區(qū)域，對維持肩關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和保護LBT功能起重要作用[1-6]。

3.1RI薄層斷面解剖的重要意義 RI病變種類較多：Ⅰ型，RI表面組織由于組織感染所致的攣縮性疾病，如凍結(jié)肩；Ⅱ型，RI損傷所致脫位性疾?。虎笮?，包括Ⅲa型創(chuàng)傷撕裂病變，Ⅲb型喙突下撞擊征；Ⅳ型，導致LBT脫位的CHL、SGHL、SSC疾病[1-6,8-10]。由于長期以來對RI結(jié)構(gòu)及功能認識不足，導致RI病變難以得到及時診斷、合理治療。因此，明確RI薄層斷面解剖影像學特征對于認識RI病變診斷至關(guān)重要。

3.2基于CVH薄層斷面解剖的技術(shù)優(yōu)勢 CVH較美國、韓國報道的可視化人體層厚更薄，像素分辨率高，標本更年輕，為整個標本的連續(xù)斷面，無節(jié)段性數(shù)據(jù)缺損，因此，CVH在設(shè)備先進性、數(shù)據(jù)完整性、代表性及精確性上都超過美國及韓國的可視化人體[7]。

與傳統(tǒng)斷層解剖標本比較，CVH層厚更薄(0.1～0.5 mm)，可數(shù)字化保存，并可以導入軟件進行后處理,因此，相對于傳統(tǒng)斷層解剖(層厚較厚、不能數(shù)字化保存、不能用于后處理等)，基于CVH的薄層斷面解剖具有明顯優(yōu)勢。

圖2 肩袖間隙斜矢狀位薄層斷面解剖 CVH(A)、T1WI(B)、MRA(C)斜矢狀位顯示肩袖間隙(A：肩峰；CP：喙突；SST：岡上肌腱；IST：岡下肌腱；SSC：肩胛下肌腱；HH:肱骨頭；CHH：肱骨頭軟骨；CHL：喙肱韌帶；SGHL：盂肱上韌帶；RIC：肩袖間隙前方關(guān)節(jié)囊；LBT：肱二頭肌長頭腱) 圖3 肩袖間隙斜冠狀位薄層斷面解剖 CVH(A)、T1WI(B)、MRA(C)斜冠狀位顯示肩袖間隙[C：鎖骨遠端；CHL：喙肱韌帶；CP：喙突；LBT：肱二頭肌長頭腱；HH：肱骨頭；SSC：肩胛下肌腱(多條肌腱顯示)]

分類上界(SST前緣)下界(SSC上緣)內(nèi)界(CP根部)外界(頂點，BG)CVH-+++平掃T1WI-++-MR造影-++-

注：+：顯示清楚；-：顯示不清楚

3.3基于CVH和MRI對照的RI顯示特點及原因分析 基于CVH和MRI對照的RI顯示特點：①RI上界在軸位清楚顯示，但空間整體觀不強、不直觀，斜矢狀位SST顯示清楚而整體觀強、容易判斷空間關(guān)系、很直觀，斜冠狀位不清楚也不直觀，因此RI上界SST以斜矢狀位顯示最佳。分析原因可能是RI在肩部靠前，而顯示SST在肩部比較靠后的層面，因此即使CVH在斜冠狀位上也不易顯示RI的上界。②CVH、平掃T1WI、MR造影的軸位、斜矢狀位、斜冠狀位均可清楚、直觀顯示RI的下界及內(nèi)界。③RI的頂點(外界)以BG表達，在T1WI、MR造影斜冠狀位不能顯示，可能與MRI層厚較厚(3 mm)有關(guān)。以CVH顯示 RI外界最佳。④頂部RIC及底部CHH僅在CVH顯示，原因是RIC和CHH均較薄，RIC厚度1.8 mm(1.7～2.0 mm)[11]，且在T1WI、 MR造影呈低信號，所以不易觀察清楚。

因此，本研究表明在3種顯示方法中，CVH由于切層薄、圖像質(zhì)量好，因此顯示RI各邊界及內(nèi)容物最清楚，優(yōu)于常規(guī)MRI的平掃T1WI和MR造影。在3個顯示平面中，斜矢狀位在顯示RI各邊界結(jié)構(gòu)及內(nèi)容物最清楚、最直觀。在RI各邊界顯示中，其下界(SSC)、內(nèi)界(CP)軸位、斜矢狀位及斜冠狀位3個平面及CVH、平掃T1WI、MR造影3種顯示方法最易清楚顯示。

3.4本實驗的不足 ①MR肩關(guān)節(jié)造影不能很好地顯示RI肩關(guān)節(jié)囊。②掃描層厚相對于CVH的亞毫米級厚度來說，掃描層厚仍較厚，因此RI的MR圖像難以與CVH圖像做到一一對應(yīng)。

總之，基于CVH的RI三維可視化研究，將為RI的三維斷層影像解剖、疾病影像診斷、三維有限元力學分析及虛擬肩關(guān)節(jié)鏡手術(shù)提供更為廣闊的研究前景。

[1] Woertler K. Rotator interval. Semin Musculoskelet Radiol, 2015,19(3):243-253.

[2] Anbar A, Emad Y, Zeinhom F, et al.Shoulder arthroscopy remains superior to direct MR arthrography for diagnosis of subtle rotator interval lesions. Eur J Orthop Surg Traumatol, 2015,25(4):689-697.

[3] Beltran LS, Beltran J.Biceps and rotator interval: Imaging update. Semin Musculoskelet Radiol, 2014,18(4):425-435.

[4] Zappia M, Reginelli A, Russo A, et al. Long head of the biceps tendon and rotator interval. Musculoskelet Surg, 2013,97(Suppl 2):S99-S108.

[5] Nobuhara K, Ikeda H. Rotator interval lesion. Clin Orthop Relat Res, 1987,10(223):44-50.

[6] Nottage WM. Rotator interval lesions: Physical exam, imaging, arthroscopic findings, and repair. Tech Shoulder Elbow Surg,2003,4(4):175-184.

[7] 張紹祥,劉正津，譚立文，等.首例中國數(shù)字化可視人體完成.第三軍醫(yī)大學學報,2002,24(10):1231-1232.

[8] Lee SY, Park J, Song SW. Correlation of MR arthrographic findings and range of shoulder motions in patients with frozen shoulder. AJR Am J Roentgenol, 2012,198(1):173-179.

[9] Schaeffeler C, Waldt S, Bauer JS, et al. MR arthrography including abduction and external rotation images in the assessment of atraumatic multidirectional instability of the shoulder. Eur Radiol, 2014,24(6):1376-1385.

[10] Lee HJ, Kim NR, Moon SG,et al. Multidirectional instability of the shoulder: rotator interval dimension and capsular laxity evaluation using MR arthrography. Skeletal Radiol, 2013,42(2):231-238.

[11] Chung CB, Dwek JR, Cho GJ, et al. Rotator cuff interval: Evaluation with MR imaging and MR arthrography of the shoulder in 32 cadavers. J Comput Assist Tomogr, 2000,24(5):738-743.

Comparison of thin sectional anatomy based on the Chinese Visible Human with MRI of rotator interval

LIJinqing1,SONGLingheng1,YUZhibo1,QIAOQing1,ZHANGYunquan1,LIFusuo1,ZHANGHongguang1,LANXiaochuan1,ZHANGShaoxiang2*

(1.DepartmentofMedicalImaging, 324thHospitalofPLA,Chongqing400020,China;2.SchoolofBiomedicalEngineering,ThirdMilitaryMedicalUniversity，MedicalComputedResearchInstituteofChongqing,Chongqing400038,China)

Objective To explore the morphologic features of the rotator interval (RI) through the comparative study of the thin sectional anatomy based on the Chinese Visible Human (CVH) and MRI sectional anatomy of the RI, and to provide imaging anatomic data for the diagnosis of lesions. Methods The thin slices of sagittal oblique plane and coronal oblique plane by visualizational reconstruction based on 5 data set of the Chinese visible human (CVH) were compared with the corresponding MR images from 20 shoulder joints of the normal volunteer individuals with routine MR imaging, 5 shoulders without abnormalities with MR arthrography. The detailed sectional anatomy structure of the RI was marked from the CVH, routine MRI and MR arthrography one by one with Photoshop CS2 software. Results Among the three methods of depicting the RI, the CVH was the most suitable for evaluation of the borders of the RI and was better than MR T1WI and MR arthrography. Including axial, coronal oblique, and sagittal oblique plane, the sagittal oblique images was the most optimal for manifestation of the edges and components of RI. Both the inferior margin of the RI (the scapularis tendon) and the base of the RI (the coracoid process) were the most markedly displayed on the three methods (CVH, MR T1WI and MR arthrography), and on the three of views (axial, coronal oblique, and sagittal oblique plane) of depicting the RI. Conclusion The CVH has been shown to be the imaging modality of choice for identifying the borders of the RI and its adjacency. The sagittal oblique plane is the best view for displaying the margins, the components and adjacent structures of the rotator interval, which provides helpful position mark for the diagnosis of the lesions in the rotator interval.

Chinese visible human; Magnetic resonance imaging； Anatomy cross-sectional； Rotator interval

重慶市科委自然基金資助項目(cstc2014jcyjA10011)。

李錦青(1971—)，男，四川簡陽人，博士，主任醫(yī)師。研究方向：神經(jīng)肌骨數(shù)字化影像斷層解剖與疾病影像診斷。

E-mail: ljq200255@163.com

張紹祥,第三軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程學院 重慶市數(shù)字醫(yī)學研究所, 400038。E-mail: zhangcvh@aliyun.com

2016-06-30

2016-09-02

R322.7； R874.4； R445.2

A

1672-8475(2016)12-0762-05

10.13929/j.1672-8475.2016.12.012