肩袖間隙精細化解剖結(jié)構(gòu)的三維可視化及其對凍結(jié)肩影像診斷的價值.pdf

1、肩袖間隙(Rotator Interval，RI)是位于肩關(guān)節(jié)前上方岡上肌(Suprapinatus，SSP)和肩胛下肌(Subscapularis，SSC)之間的三角形軟組織薄弱區(qū)，該區(qū)域?qū)τ垭抨P(guān)節(jié)和肱二頭肌長頭腱(Long Head of the Biceps Tendon，LHBT)的穩(wěn)定性都起到重要的作用。RI病損是一類以肩痛、功能受影響為特點的肩關(guān)節(jié)疾病的共同病理解剖基礎(chǔ)。在臨床和基礎(chǔ)研究中，RI越來越受到關(guān)注。RI存在兩個重

2、要的功能解剖結(jié)構(gòu):LHBT穩(wěn)定結(jié)構(gòu)和喙肱韌帶(Coracohumeral Ligament，CHL)復(fù)合體，前者主要是發(fā)揮穩(wěn)定LHBT，維持其在正常解剖位置的作用;后者發(fā)揮協(xié)調(diào)盂肱關(guān)節(jié)活動和維持關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的功能。但是這兩個功能結(jié)構(gòu)的精細解剖仍然不明確。另外，作為RI關(guān)節(jié)囊突出部分的肩胛下肌上隱窩(Superior Subscapularis Recess，SSR)和肩胛下滑囊(Subscapular Bursa，SSB)的關(guān)系還存在爭議

3、。分析RI功能和損傷機制、正確診斷RI病變和擬定合理治療都是以明確的解剖認識為基礎(chǔ)的，所以進一步研究明確RI精細解剖具有重要的臨床意義。
　　對于原發(fā)性凍結(jié)肩，RI是最主要被累及的部位。單純依靠病史和體格檢查難以鑒別原發(fā)性凍結(jié)肩和其他原因所致的相同癥狀的疾病，所以核磁共振(MagneticResonance，MR)成像對于診斷原發(fā)性凍結(jié)肩的作用越來越重要。但是RI及其相關(guān)的斷層和三維解剖形態(tài)少有報道，臨床醫(yī)生多是根據(jù)經(jīng)驗來識別RI

4、區(qū)域的細微病變。與此同時，現(xiàn)有的凍結(jié)肩的MR定量診斷指標也存在諸多差異。此外，MR圖像上的SSR征對于凍結(jié)肩的診斷意義也存在爭議。這些問題可能會導(dǎo)致誤診或漏診，最終會影響制定合理的治療方案。所以，詳細分析RI的斷層解剖形態(tài)和客觀評估凍結(jié)肩的MR定量診斷指標和SSR征象，對于提高診斷的正確率有重要意義。
　　三維可視化是利用三維可視化軟件對數(shù)字圖像中的目標結(jié)構(gòu)進行圖像分割和三維重建，可以呈現(xiàn)目標結(jié)構(gòu)的三維圖像和斷層圖像，進行多層次多

5、角度的分析。可見RI的三維可視化對于解決前述問題具有重要的作用。相比于計算機斷層掃描(ComputedTomography, CT)和MR圖像，中國可視化人體(Chinese Visible Human，CVH)數(shù)據(jù)集中的原始斷層圖像具有層厚薄、真彩色、無形變等優(yōu)勢，方便進行圖像分割，最后實現(xiàn)目標結(jié)構(gòu)的三維可視化的可能性比較大。
　　目的:
　　基于CVH數(shù)據(jù)集實現(xiàn)RI及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的三維可視化重建，結(jié)合此三維模型，在三個標準

6、的平面分析RI的斷層解剖形態(tài);
　　明確CHL復(fù)合體和LHBT穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的精細化解剖，并基于此分析其功能;明確RI關(guān)節(jié)囊突出部SSR和SSB之間的關(guān)系。
　　評估原發(fā)性凍結(jié)肩的常用MR定量診斷指標，以明確最佳的指標測量方法;分析SSB的MR影像學(xué)形態(tài)特點，總結(jié)在MR圖像上確認SSB的方法。
　　方法:
　　1.RI及其相關(guān)結(jié)構(gòu)三維可視化重建技術(shù)的建立
　　(1)在數(shù)字圖像處理平臺上，以踝后足的斷層圖像序列為研

7、究對象，分析各種組織在CVH斷層圖像上的特點，建立圖像分割技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，利用三維可視化軟件Amira，嘗試實現(xiàn)RI及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的三維可視化重建;
　　(2)基于CVH數(shù)據(jù)集的軸位斷層圖像序列，利用Amira、photoshop、ACDsee軟件實現(xiàn)原始圖像序列的重采樣，獲取標準的斜矢狀位和斜冠狀位圖像序列。在這三個圖像序列中觀察和記錄RI的斷層解剖形態(tài)。基于斜矢狀位CVH斷層圖像序列重建RI三維模型，將此模型與基于軸位斷層圖像

8、序列獲得的RI三維模型進行配準，驗證前者的準確性。
　　2.RI重要功能結(jié)構(gòu)的精細化解剖和功能定位
　　(1)納入3例尸體肩關(guān)節(jié)標本，在固定、冰凍、包埋后用大組織切片機切片。每例尸體肩關(guān)節(jié)標本采取兩套組織切片，分別行Masson染色和HE染色。在切片的過程中，用固定好的數(shù)碼相機留取組織切片對應(yīng)的組織塊斷層圖像。染色風干后將組織切片進行掃描，獲取其組織切片斷面圖像序列。以此斷面圖像為基準，對組織切片圖像進行配準。然后觀察RI及

9、其相關(guān)結(jié)構(gòu)的大體組織學(xué)特點，最后進行三維可視化重建，獲得CHL復(fù)合體的三維模型;
　　(2)在組織切片圖像上觀察并記錄LHBT穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的組織學(xué)形態(tài)。參考此特點，在CVH斜矢狀位圖像序列上進行精細的圖像分割和三維可視化重建。并計算8側(cè)CVH肩的滑輪結(jié)構(gòu)在內(nèi)外方向上的平均長度;
　　(3)基于CVH數(shù)據(jù)集實現(xiàn)SSB的三維可視化重建，闡明SSB與RI關(guān)節(jié)囊的關(guān)系，記錄SSB在三個標準方位圖像上的斷層解剖形態(tài)特點，并在三維圖像上直接

10、測量SSB的尺寸。在8例尸體肩關(guān)節(jié)標本中解剖顯露SSB，通過向1例肩標本的關(guān)節(jié)腔中注入伊紅染色液以及向7例肩標本的SSB中注入伊紅染色液，驗證SSB是否獨立的滑囊結(jié)構(gòu)。
　　結(jié)果:
　　1.基于踝后足的CVH斷層圖像成功建立了圖像分割技術(shù):骨、軟骨、肌腱、肌肉的邊界清楚易辨;而韌帶、關(guān)節(jié)囊等組織需要根據(jù)其毗鄰結(jié)構(gòu)和連續(xù)觀察圖像序列來確認。應(yīng)先分割目標區(qū)域鄰近的邊界清楚的結(jié)構(gòu)，為進一步分割目標區(qū)域提供更充足的位置信息;CVH圖

11、像上存在不同層面的結(jié)構(gòu)，在分割時應(yīng)予以注意;而對于形態(tài)規(guī)則的結(jié)構(gòu)可以采用插值的方法進行批量分割。
　　2.在CVH軸位圖像上，RI的相關(guān)結(jié)構(gòu)多可以清楚顯示。但是SSP、CHL、RIC、盂肱上韌帶(Superior Glenohumeral Ligament，SGHL)等結(jié)構(gòu)在軸位圖像上難以識別，圖像分割存在的困難。在三維重建圖像上SSP前緣及RI內(nèi)容物同樣顯示不良。
　　3.通過自行設(shè)計的重采樣技術(shù)，簡單快捷的獲取了標準的斜

12、矢狀位和斜冠狀位圖像序列。在三個標準方位的斷層圖像中，斜矢狀位斷層圖像能夠最佳的顯示RI及其相關(guān)結(jié)構(gòu)。配準結(jié)果證實基于斜矢狀位斷層圖像序列可以更加精細準確的實現(xiàn)RI三維可視化重建。但是，在重采用的CVH斷層圖像上仍然無法確認CHL向RI區(qū)域外延伸的范圍;位于RI外側(cè)部分，參與維持LHBT于正常位置的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的邊界難以確認。
　　4.在組織切片圖像上，岡下肌(Infraspinatus，ISP)和SSP的位置關(guān)系變化存在規(guī)律:在關(guān)節(jié)

13、盂以內(nèi)的組織切片上，二者并列分布;在關(guān)節(jié)盂以外的組織切片上，SSP的后緣和ISP的前緣逐漸靠近，后者逐漸疊加在前者之上。在接近止點之處二者無法分辨。最后在鄰近大結(jié)節(jié)止點處，呈肌腱樣排列的膠原纖維束主要位于淺層，而深層（關(guān)節(jié)側(cè)）主要代之以相對疏松、迂曲，方向不規(guī)則的膠原纖維，這些膠原纖維直接附著于在大結(jié)節(jié)的骨質(zhì)上。CHL和RIC的膠原纖維在組織切片上并不能區(qū)分。CHL從喙突發(fā)出后，在前下方覆蓋在SSC表面，后上方包裹了SSP和ISP，并有

14、部分與ISP和SSP之間的膠原纖維相聯(lián)系。SGHL所在區(qū)域是由RI關(guān)節(jié)囊的關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)面密集分布的粗大膠原纖維所構(gòu)成，與其前方的CHL之間存在可辨認的界限。重建的三維圖像與基于CVH斷層圖像的三維模型大致相同，前者能夠更加準確的顯示CHL覆蓋了RI區(qū)域并向后延伸至ISP和SSC的下緣。
　　5.大體組織學(xué)觀察結(jié)果顯示，LHBT中的膠原纖維分布并不均勻，在不同的節(jié)段存在不同的特點。SSC附著于小結(jié)節(jié)上，其上緣的肌腱膠原向后上延伸至接近關(guān)

15、節(jié)軟骨。滑輪結(jié)構(gòu)主要由來自于SGHL和CHL關(guān)節(jié)囊樣韌帶組織的膠原纖維所構(gòu)成，呈“U”形包繞在LHBT的前、下、后緣。SGHL覆蓋在SSC肌腱上緣及其后上方延伸部之上。滑輪結(jié)構(gòu)下方的存在兩種不同的組織，前面的來自于CHL的膠原纖維，呈倒三角形;后方的是SSC腱性組織，這兩種組織之間的界限可以辨認。相應(yīng)的位置的CVH斷層圖像上也呈現(xiàn)相似的特點?；诮M織學(xué)觀察成功實現(xiàn)了LHBT的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的三維可視化重建。此三維圖像顯示滑輪結(jié)構(gòu)在軸位上呈弧形

16、走向，與肱骨前面形狀一致。
　　結(jié)論:
　　1.利用我們設(shè)計的圖像分割技術(shù)和重采樣技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)RI及其相關(guān)結(jié)構(gòu)的三維可視化。RI的斷層解剖形態(tài)在三個平面上各具特點，斜矢狀位斷層圖像能夠最充分的顯示RI細微結(jié)構(gòu)。掌握這些特點有助于更好的在MR圖像上辨別RI病損。
　　2.組織學(xué)層面的圖像分割能夠更精確而全面的實現(xiàn)CHL復(fù)合體的三維可視化。在CHL復(fù)合體中，CHL與ISP、SSP、SSC關(guān)系密切，其精細解剖關(guān)系提示:復(fù)合體

17、中任意一個結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力會傳導(dǎo)至其他結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮緩沖應(yīng)力以及協(xié)調(diào)肩關(guān)節(jié)活動的作用。
　　3.由關(guān)節(jié)囊樣韌帶組織(CHL、SGHL)組成的滑輪結(jié)構(gòu)和SSC肌腱上緣共同組成了LHBT穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。由于組織學(xué)特性不同，在LHBT穩(wěn)定結(jié)構(gòu)損傷早期，滑輪結(jié)構(gòu)和SSC肌腱的交界面是最有可能發(fā)生撕脫的位置。此時，相對于簡單切除或者固定LHBT，將滑輪結(jié)構(gòu)復(fù)位并固定于原位可能更有意義。
　　4.凍結(jié)肩的定量診斷指標可以用一種可操作性強和可重復(fù)