應用MIMICS 軟件肩胛盂數字解剖研究

鄭潤龍，黃迅悟，徐洪偉，董志明

（1.中國人民解放軍戰略支援部隊特色醫學中心特勤診療三科，北京 100101；2.中國人民解放軍總醫院第八醫學中心關節外科，北京 100091）

肩關節是人體最不穩定的關節，脫位率21.9/10萬，初次脫位患者13%～53%出現肩關節不穩定［1］。肩關節不穩定受多種因素影響，其中肩胛盂發育異常、肩胛盂骨缺損大小是選擇治療方案的重要影響因素［2］。因肩胛骨形態不規則，肩胛盂形態數據測量困難，本研究應用MIMICS 軟件測量健康成人雙側肩胛盂的三維參數，提供簡單易操作、精確度更高的肩胛盂三維參數的測量及骨缺損評估方法，為肩關節不穩的治療及手術方案的選擇提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究對象

分析中國人民解放軍總醫院第八醫學中心2022年8 月—2023 年7 月84 例成人雙側正常肩關節CT掃描的影像數據資料。研究對象男45 例，女39 例；年齡18～86 歲，平均（53.3±17.9）歲；排除肩關節重大外傷史、肩關節感染史，以及肩關節發育不良者和未成年人。本研究已獲得倫理委員會批準同意。

1.2 數據獲取

所有肩關節CT 掃描均采用日本東芝320 排螺旋CT 掃描儀（Toshiba，日本）。掃描參數：120 kV，層厚0.5 mm。所有數據均以DICOM 格式導出并存儲。

1.3 三維重建與肩胛盂形態學參數測量

應用MIMICS 17.0 軟件（Materialise，比利時）對DICOM 格式影像數據進行整合，通過CT 閾值分析、二維蒙板編輯等步驟，重建肩胛骨三維模型。標記肩胛盂最大上下徑AB（高度），最大前后徑CD（寬度），測量長度（mm），計算高度/寬度比值（高寬比）。擬合肩胛盂凹曲面中心點O（圖1a）。過肩胛岡與肩胛骨內緣交點E、肩胛骨最低點F、肩胛盂-肩胛岡-肩峰根部交匯點G 擬合平面1 為肩胛骨走行平面，過AB 及肩胛切跡最低點H 擬合平面為2肩胛盂走形平面，平面1 和平面2 夾角即為肩胛盂傾斜角，以平面1 為參考，平面2 在平面1 前側成角為前傾，后側成角為后傾（圖1b,1c）。以上模型均以STL 格式文件導入3-MATIC（Materialise，比利時），應用“Wave-Brush-Mark”技術擬合出肩胛盂凹曲面，計算表面積（圖1e）。應用“Measure-Distance-Line to point”功能分別測量AB-O 的垂直距離，即上下深度（圖1f）；CD-O 的垂直距離，即前后深度（圖1h）；計算上下深度/前后深度比值（深度比）。應用“Measure-Angle-Plance to plance”功能計算平面1、2 夾角（圖5）。所有模型三維重建及肩胛盂形態參數測量由2 名醫師單獨完成并取得平均值，計量單位取平均值行統計學分析。

圖1.MIMICS 軟件肩胛盂數字測量。1a: 肩胛盂高度及寬度，和擬合肩胛盂凹曲面中心O；1b: 肩胛骨走行平面（平面1）、肩胛盂走行平面（平面2）；1c: 平面1、2 夾角為肩胛盂傾斜角（后傾）；1d: 擬合肩胛盂凹曲面并計算表面積；1e: 測量平面1、2 夾角，后傾記為負數；1f: 測量肩胛盂上下深度；1g: 測量肩胛盂前后深度。Figure 1. Digital measurement of the glenoid with MIMICS software. 1a: Glenoid height and width, and fitting the center of the concave surface of the glenoid “point O”;1b:Scapula outline plane(plane 1)and glenoid outline plane(plane 2);1c:The angle between plane 1 and plane 2 is the tilt angle of the glenoid(backward);1d:Fitting concave surface of the glenoid to calculate the area; 1e:The angle between the measurement plane 1 and 2, and the backward tilt is recorded as negative; 1f: Measure the superior-inferior depth of the glenoid fossa;1g:Measure the anterior-posterior depth of the glenoid fossa.

1.4 統計學方法

本研究應用IBM SPSS 19.0 軟件進行統計分析計算，計量資料經Kolmogorov-Smirnov檢驗均符合正態分布，以±s表示，采用配對T檢驗和獨立樣本t檢驗，檢驗水準α 值取雙側0.05。

2 結 果

2.1 同性別左右兩側測量結果對比

45 例成年男性左右側肩胛盂測量結果比較見表1，男性左右兩側肩胛盂的高度、寬度、高寬比、上下深度、前后深度、深度比、盂表面積和傾斜角的差異均無統計學意義（P＞0.05）。39 例成年女性左右側肩胛盂測量結果比較見表2，女性左右兩側肩胛盂的高度、寬度、高寬比、上下深度、前后深度、深度比、盂表面積和傾斜角的差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表1.45 例成年男性左右側肩胛盂測量結果比較（±s）Table 1.Comparison of measurements of left and right scapular glenoid in 45 adult males(±s)

表1.45 例成年男性左右側肩胛盂測量結果比較（±s）Table 1.Comparison of measurements of left and right scapular glenoid in 45 adult males(±s)

指標左側（n=45）右側（n=45）P 值高度(mm)寬度(mm)高寬比上下深度(mm)前后深度(mm)深度比表面積(mm2)傾斜角(°)37.2±2.4 28.5±2.8 1.3±0.1 3.6±0.9 2.0±0.7 2.2±0.8 820.6±116.1-13.8±7.1 37.4±2.6 28.8±2.5 1.3±0.1 3.9±0.8 2.1±0.7 1.9±0.4 821.5±106.0-14.9±6.6 0.696 0.599 0.736 0.826 0.245 0.102 0.968 0.792

表2.39 例成年女性左右側肩胛盂測量結果比較（±s）Table 2.Comparison of measurements of left and right scapular glenoid in 39 adult females(±s)

表2.39 例成年女性左右側肩胛盂測量結果比較（±s）Table 2.Comparison of measurements of left and right scapular glenoid in 39 adult females(±s)

指標左側（n=39）右側（n=39）P 值高度(mm)寬度(mm)高寬比上下深度(mm)前后深度(mm)深度比表面積(mm2)傾斜角(°)32.6±2.4 23.2±2.3 1.4±0.1 3.3±1.0 1.7±0.8 2.3±1.4 627.9±86.0-10.7±4.5 33.7±2.4 23.3±2.2 1.5±0.1 3.4±1.9 1.8±0.7 2.2±1.0 622.8±86.1-9.6±4.1 0.910 0.881 0.975 0.676 0.755 0.826 0.795 0.534

2.2 兩性間左右兩側測量結果比較

45 例男性與39 例女性左側肩胛盂測量結果比較見表3，男性肩胛盂的高度、寬度、上下深度、前后深度、盂表面積和傾斜角均顯著大于女性（P＜0.05），但是，男性盂高寬比顯著小于女性（P＜0.05），兩性間深度比的差異無統計學意義（P＞0.05）。

表3.左側肩胛盂男性與女性測量結果比較（±s）Table 3.Comparison of measurements of the left scapular glenoid between the males and females(±s)

表3.左側肩胛盂男性與女性測量結果比較（±s）Table 3.Comparison of measurements of the left scapular glenoid between the males and females(±s)

指標男性（n=45）女性（n=39）P 值高度(mm)寬度(mm)高寬比上下深度(mm)前后深度(mm)深度比表面積(mm2)傾斜角(°)37.2±2.4 28.5±2.8 1.3±0.1 3.6±0.9 2.0±0.7 2.2±0.8 820.6±116.1-13.8±7.1 32.6±2.4 23.2±2.3 1.4±0.1 3.3±1.0 1.7±0.8 2.3±1.4 627.9±86.0-10.7±4.5＜0.001＜0.001＜0.001 0.013 0.036 0.629＜0.001＜0.001

45 例男性與39 例女性右側肩胛盂測量結果比較見表4，男性肩胛盂的高度、寬度、上下深度、前后深度、盂表面積和傾斜角均顯著大于女性（P＜0.05），但是，男性盂高寬比顯著小于女性（P＜0.05），兩性間深度比的差異無統計學意義（P＞0.05）。

表4.右側肩胛盂男性與女性測量結果比較（±s）Table 4.Comparison of measurements of the right scapular glenoid between the males and females(±s)

表4.右側肩胛盂男性與女性測量結果比較（±s）Table 4.Comparison of measurements of the right scapular glenoid between the males and females(±s)

指標男性（n=45）女性（n=39）P 值高度(mm)寬度(mm)高寬比上下深度(mm)前后深度(mm)深度比表面積(mm2)傾斜角(°)37.4±2.6 28.8±2.5 1.3±0.1 3.9±0.8 2.1±0.7 1.9±0.4 821.5±106.0-14.9±6.6 33.7±2.4 23.3±2.2 1.5±0.1 3.4±1.9 1.8±0.7 2.2±1.0 622.8±86.1-9.6±4.1＜0.001＜0.001＜0.001 0.018 0.023 0.078＜0.001＜0.001

3 討 論

當前外傷所致肩關節不穩日趨增多，肩關節脫位骨折等損傷時多伴有肩胛盂不同程度骨缺損，肩胛盂骨缺損大小是肩關節不穩定手術方式選擇的關鍵依據［3～5］。肩胛盂骨缺損20%～25%通常需要骨性手術，而骨缺損＞30%難以通過Latarjet 手術解決肩關節不穩問題［6］。確定肩胛盂骨缺損面積對肩關節不穩手術方式的選擇有重要意義。肩胛盂關節面外形為不規則凹曲面，健康成人肩胛盂分為5 型：梨形、卵圓形、梭形、壺狀、倒置逗號形［7］。文獻報告的肩胛盂骨缺損測量方法包括表面積法、疊加圓法、比率法等，均為間接平面測量，技術復雜，精確度不高且誤差較大［8］。為解決上述問題，本研究通過320 排CT 容積掃描、MIMICS 軟件三維建模，直接擬合測量得出盂表面積，測量數據精確到平方毫米，較之傳統測量方法避免了復雜的計算，更加精確、高效。本研究表明正常成人雙側盂表面積無統計學差異，因此對于單側肩胛盂骨缺損患者，以健側盂表面積作為參照，可直接計算患側肩胛盂骨缺損大小比例，這對肩關節不穩的治療，尤其是手術方式的選擇提供了更精確的參考。針對極少發生的雙側肩胛盂骨缺損，可參照正常平均ACGS，評估肩胛盂骨缺損大小。

肩胛盂骨缺損通常伴有肩胛盂高度、寬度及深度等幾何結構異常［9］。肩胛盂高度、寬度是肩關節不穩定診斷與治療的指標之一，本研究發現因個體和性別的差異，肩胛盂高度、寬度的絕對值變化較大，且男性大于女性，這可能與男性身高普遍高于女性有關，單純使用肩胛盂高度、寬度絕對值評估肩關節不穩易受性別及個體差異影響。而肩胛盂高寬比決定肩胛盂為“高窄型”或“矮寬型”，受性別及個體差異影響小，本研究測量計算肩胛盂高寬比結果顯示男性小于女性，這提示不同性別對肩關節軟組織穩定性及動態穩定性的要求程度不一。與文獻報道的肩關節不穩定患者肩胛盂高寬比大于正常人，高寬比大的Bankart損傷患者接受關節鏡手術后復發的風險也更高相符合［10～13］。同時本研究顯示胛盂上下深度明顯大于前后深度，男性肩胛盂上下深度、前后深度均大于女性，但上下深度比男女無差異。肩胛盂曲率與深度比呈正相關，曲率縮小直接影響凹陷壓縮機制，肩胛盂深度比越小，肩關節越不穩定，對手術重建肩關節穩定要求也更高。

肩胛盂傾斜角是影響肩關節穩定性的另一因素。文獻報告肩胛盂過度前傾或后傾與盂肱關節不穩有直接相關性，若前傾超過10°或后傾超過15°，肩關節前向或后向不穩定發生風險顯著增大［14，15］。但肩胛骨為不規則體，確定肩胛盂整體走行及參照平面困難，既往研究多在CT 二維圖像上取若干層面分別測量取平均值方法計算肩胛盂傾角，誤差較大［16］。作者在大量觀察肩胛骨三維重建模型的基礎上提出肩胛骨走行平面及肩胛盂走行平面的概念，以肩胛骨走行平面為參照面，兩平面夾角為肩胛盂傾斜角，成角在參照面以前為正，反之則為負。本研究選取過肩胛骨表面固定骨性標志點擬合肩胛骨走行平面及肩胛盂走行平面，平面夾角測量能在反映肩胛盂在三維坐標內的傾斜角，操作簡便，平面夾角可直接讀取，避免復雜計算，可重復性好，較之二維測量的精確度顯著提高。

綜上所述，320 排螺旋CT 容積掃描的資料經MIMICS 軟件處理，可對肩胛盂三維參數的精細化測量，對肩關節不穩、肩胛盂骨缺損評估、臨床治療及手術方案的選擇有較大參考價值。