张强 | MRI三维重建评估肩关节脱位关节盂骨缺损的应用研究

张飞1, 2，许霖3，张宝祥1, 2，宋首龙1, 2，盛显浩1, 2，熊文韬1, 4，王子然5，廖伟雄6，张强2 

1. 中国人民解放军医学院（北京  100853）

2. 中国人民解放军总医院骨科医学部（北京  100853）

3. 中国人民解放军总医院放射科（北京  100853）

4. 中国人民解放军总医院海南医院骨科（海南三亚  572013）

5. 中国人民解放军第903医院骨科（杭州  310013）

6. 中国人民解放军总医院急诊科（北京  100853）

基金项目：首都卫生发展科研专项（2022-2-5051）；解放军总医院转化项目（ZH19008）

通信作者：张强

关键词：肩关节脱位；关节盂骨缺损；MRI三维重建；CT 三维重建

引用本文：张飞, 许霖, 张宝祥, 等. MRI三维重建评估肩关节脱位关节盂骨缺损的应用研究. 中国修复重建外科杂志, 2023, 37(5): 551-555. doi: 10.7507/1002-1892.202301050 

摘要

目的

通过与CT三维重建关节盂模型测量比较，探讨基于MRI三维重建关节盂模型测量肩关节脱位关节盂骨缺损的可行性。

方法

以2021年12月—2022年12月收治且符合选择标准的40例肩关节前脱位患者作为研究对象。其中男34例，女6例；年龄19～32岁，平均24.8岁。运动伤29例、撞伤6例，无明显诱因5例。受伤至入院时间4～72个月，平均28.5个月。对患者肩关节行CT和MRI检查，采用3D slicer软件对图像进行阈值半自动分割，构建关节盂模型。由2名医生在模型上测量关节盂骨缺损长度。采用组内相关系数（ICC）评价2名医生测量一致性，构建Bland-Altman图评价2种方法测量一致性。

结果

关节盂骨缺损长度基于MRI三维重建模型测量，医生1为（3.83±1.36）mm、4.00（0.58，6.13）mm，医生2为（3.91±1.20）mm、3.86（1.39， 5.96）mm；基于CT 三维重建模型测量，医生1为（3.81±1.38）mm、3.80（0.60，6.02）mm，医生2为（3.99±1.19）mm、 4.00（1.68，6.38）mm。ICC及Bland-Altman图分析均显示良好一致性。其中，2名医生间基于MRI、CT三维重建模型测量结果的ICC 分别为0.73 ［95%CI （0.54，0.85）］、0.80 ［95%CI（0.65，0.89）］。医生1、2两项测量结果差值95%CI分别为（–0.46，0.49）、（–0.68，0.53）。

结论

基于MRI三维重建关节盂模型测量关节盂骨缺损与基于CT三维重建模型测量具有良好一致性。临床工作中可选择MRI替代CT 测量关节盂骨缺损，在减少辐射的同时能全面观察肩关节软组织结构。

正文

骨性Bankart损伤即为肩关节前脱位后造成的关节盂前方骨缺损，据统计创伤性肩关节前脱位患者中有55%存在该损伤[1]。患者肩关节首次脱位后，关节盂骨缺损平均为6.8%，而复发性脱位后平均缺损达22.8%[2]。关节盂骨缺损程度与肩关节复位手术疗效，特别是关节镜手术疗效密切相关，是手术方式选择的关键指标[3-5]。

基于CT三维重建关节盂模型测量是量化关节盂骨缺损的金标准，能全面直观显示关节盂解剖结构[6-10]。

但是该方法存在两点不足：

① CT检查存在辐射，如能避免辐射可使患者受益[11-13]。

② CT可清楚显示骨组织，但不能清楚显示软组织。

而肩关节解剖结构复杂，疾病诊断常需要全面了解肌腱、韧带、关节囊、盂唇和骨组织情况，尤其是肩关节脱位后常伴发骨及关节囊、盂唇损伤[14]。MRI是一种无辐射、无创成像检查方式，卓越的软组织对比度使其成为首选的肌肉骨骼系统成像方式[15-16]，目前已用于颅骨、儿童肩关节和髋关节骨组织的三维重建[17-19]，但用于测量肩关节脱位后关节盂骨缺损的研究较少。为此我们进行了相关研究，评估基于MRI三维重建模型测量关节盂骨缺损的可行性。报告如下。

1研究对象与方法

1.1研究对象

纳入标准：

① 年龄18～70岁；

② 肩关节脱位；

③ 经肩关节CT检查明确存在关节盂骨缺损；

④ 术前CT和MRI检查间隔时间<30 d。

排除标准：

① 合并盂肱关节骨关节炎；

② 行关节盂骨组织增强术治疗；

③ 急性损伤。

以2021年12月—2022年12月在中国人民解放军总医院骨科医学部住院的肩关节脱位患者作为研究对象，共40例患者符合选择标准纳入研究。其中男34例，女6例；年龄19～32岁，平均24.8岁。左肩23例，右肩17例。致伤原因：过顶运动伤（篮球、单杠、匍匐前进）29例，撞伤6例，无明显诱因5例。受伤至入院时间4～72个月，平均28.5个月。所有患者均为肩关节前脱位。

1.2研究方法

1.2.1关节盂图像获取与分割建模

① CT图像获取：采用荷兰Philips公司256排螺旋CT进行检查。扫描范围：肩峰至关节盂下方，包含整个肩胛骨。扫描参数：层厚0.67 mm、电压120 kV、旋转时间0.5 s。MRI图像获取：采用德国Siemens公司3.0T Skyra MRI进行检查。采用T2_de3D_WE_COR序列扫描。扫描范围：肩峰至关节盂下方，包含整个肩胛骨。扫描参数：重复时间11.18 ms、回波时间 4.92 ms、视场 200 mm×200 mm、层厚 0.7 mm、层间距 0 mm、层数 104层、扫描时间 8 min 31 s（图1a）。

图 1同一患者左肩关节图像

a. 扫描图像　左：CT　右：MRI；b. 三维重建图像及关节盂骨缺损测量示意图　黑色圆圈示最佳拟合圆，黑线示关节盂宽度，蓝线示关节盂骨缺损长度

② 分割建模：CT及MRI扫描获得的图像以Dicom格式导入3D slicer软件（美国国立卫生研究院），选择关节盂软骨下骨的多个点位标定阈值，通过图像阈值进行半自动分割，重建关节盂（图1b）。检查关节盂分割模型时，应用3D slicer软件辅助轮廓工具包对轮廓进行交互式细化。

1.2.2基于三维重建模型测量关节盂骨缺损方法

在3D slicer软件中参照文献 ［7，20］ 方法测量关节盂骨缺损，由2名医师独立测量。首先将关节盂模型调整至En-face位，以关节盂后方和下方为基准，画出下方关节盂最佳拟合圆，该圆直径为关节盂预计宽度。在3点～9点这条直径上，关节盂前缘向前至圆上距离即为关节盂骨缺损长度（图1b）。

1.3统计学方法

采用SPSS20.0统计软件进行分析。定量资料数据描述采用均数±标准差以及 M（ Q1， Q3）表示；采用组内相关系数（ICC）评价2名医生测量值一致性。计算每名医生基于MRI/CT三维重建关节盂模型测量的关节盂骨缺损差值及均值，构建Bland-Altman图，评价2种方法测量一致性。

2结果

关节盂骨缺损长度基于MRI三维重建模型测量，医生1为（3.83±1.36）mm、4.00（0.58，6.13）mm，医生2为（3.91±1.20）mm、3.86（1.39，5.96）mm。基于CT三维重建模型测量，医生1为（3.81±1.38）mm、3.80（0.60，6.02）mm，医生2为（3.99±1.19）mm、4.00（1.68，6.38）mm。

ICC及Bland-Altman图分析均显示良好一致性。其中，2名医生间基于MRI、CT三维重建模型测量结果的ICC分别为0.73 ［95%CI（0.54，0.85）］、0.80 ［95%CI（0.65，0.89）］。医生1、2两项测量结果差值95%CI分别为（−0.46，0.49）、（−0.68，0.53）。见图2。

图 2Bland-Altman图

a. 医生1；b. 医生2

3讨论

目前，已有将MRI三维重建技术用于测量关节盂骨缺损的可行性研究。有研究基于清除周围组织的尸体关节盂标本，对比了MRI、CT三维重建测量的关节盂骨缺损与实际关节盂骨缺损一致性。结果显示与实际骨缺损相比，MRI、CT三维重建测量的关节盂骨缺损偏倚分别为2.1%～5.9%、2.2%～3.5%[21-23]。但上述研究采用的是清除了周围软组织的尸体标本，因此需要进一步临床研究验证MRI三维重建的准确性。

MRI三维重建过程中，周围软组织的正确分割是重建成功的关键[24]。为此，本研究使用了美国国立卫生研究院研发的3D slicer软件进行分割重建和测量，对测量步骤进行了充分简化。一致性分析显示即使在有软组织存在时，MRI三维重建测量关节盂骨缺损仍具有很高准确性，可用于临床评估关节盂骨缺损，辅助术者选择手术方案。

但本研究未纳入盂肱关节急性脱位患者，因为这类患者可能存在关节盂骨髓水肿，由于MRI成像原理限制，将骨髓水肿等造成的高信号与周围组织准确分割有一定难度[25]。我们建议对急性盂肱关节脱位者评估关节盂骨缺损时选择CT三维重建，或待骨髓水肿消退后再行MRI检查。同时，本研究2名医生测量结果不完全一致，我们认为与最佳拟合圆法测量关节盂骨缺损本身的限制有关[26-28]。因为不是所有人的生理关节盂下2/3均为圆形，对非圆形人群使用该方法会导致拟合不准确[27]。加之，关节盂En-face位的调整尚无客观定量方法，主要基于测量者经验，也可能影响测量结果。另外，本研究利用3.0T Skyra MRI进行检查，采用T2_de3D_WE_COR序列扫描，横断位扫描时间为8 min 31 s，通过横断位重建出的图像为标准矢状位、冠状位片，这与肩关节MRI阅片时常用的斜矢状位和斜冠状位片不同。单独进行斜矢状位和斜冠状定位扫描时间较常规肩关节MRI扫描增加，有待进一步发展MRI技术以利于其在临床的广泛应用[29]。因此，MRI三维重建相对于CT三维重建花费时间更长。

综上述，MRI三维重建模型测量关节盂骨缺损与CT三维重建具有良好一致性，在临床工作中如有条件进行肩关节MRI三维重建检查，可以替代CT三维重建测量关节盂骨缺损。

通信作者

张强，解放军总医院第四医学中心骨科医学部派驻第一医学中心运动医学科主任，主任医师、教授，国家公派留学归国人员，取得英国Honorary Clinical Research Fellow身份。从事微创关节外科工作，涵盖从关节镜下修复到全关节置换，尤其擅长肩、肘关节镜及反式肩关节置换（解放军总医院首例反肩置换术者）等技术。国际矫形与创伤外科学会（SICOT）中国部肩肘委员会常务委员，中国骨科菁英会运动医学分会候任主席，中国医师协会骨科分会肩肘委员会委员，中国医师协会运动医学分会肩肘委员会委员，北京市医学会运动医学分会委员，《中华肩肘外科杂志》编委。承担多项国家自然科学基金、北京市自然科学基金并参与国家863、军队重点课题，北京市科技新星，首都卫生发展基金，以第一作者及通讯作者发表SCI 论文24篇（一区7篇、二区11篇），是国际上肩袖损伤三维超声分型（ER）、肩关节喙突撞击分型（INT ORTHOP）、肘关节镜结合OK技术(JSES)、双功能束前交叉韧带重建术式（KSSTA）的提出者，是国际上较早开展全镜下交叉韧带直接缝合修复(2014-今，CJSM；CORR) 的学者之一，以及MPFL+MPTL重建膑股关节不稳（KSSTA）和髁间脊骨折TAK技术（MSM；KNEE）发明者，并研发了具有自主知识产权的多款国产器械。

参考文献：略

中国修复重建外科杂志简介

《中国修复重建外科杂志》是由中华人民共和国国家卫生健康委员会主管，中国康复医学会、四川大学主办的国家级医学专业学术期刊。于1987年创刊，月刊，每月15日出版。期刊以“修复缺损、重建功能、改善外形，促进结构、功能、形态的完美结合”为办刊宗旨；学科领域覆盖骨科、手外科、显微外科、整形外科、口腔颌面外科、泌尿外科、神经外科、康复医学、再生医学等。期刊自1997年持续被国际权威医学数据库MEDLINE收录，2021年被美国国立医学图书馆PubMed Central (PMC)全文数据库收录，也是国内三大核心期刊数据库（中文核心期刊要目总览、中国科学引文数据库、中国科技核心期刊）来源期刊，是目前能够综合反映我国修复重建外科领域最高发展水平的学术期刊。期刊于2011年、2014年、2017年和2020年连续入选第2届、第3届、第4届以及第5届中国精品科技期刊。

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