应用MIMICS 软件肩胛盂数字解剖研究

郑润龙，黄迅悟，徐洪伟，董志明

（1.中国人民解放军战略支援部队特色医学中心特勤诊疗三科，北京 100101；2.中国人民解放军总医院第八医学中心关节外科，北京 100091）

肩关节是人体最不稳定的关节，脱位率21.9/10万，初次脱位患者13%～53%出现肩关节不稳定［1］。肩关节不稳定受多种因素影响，其中肩胛盂发育异常、肩胛盂骨缺损大小是选择治疗方案的重要影响因素［2］。因肩胛骨形态不规则，肩胛盂形态数据测量困难，本研究应用MIMICS 软件测量健康成人双侧肩胛盂的三维参数，提供简单易操作、精确度更高的肩胛盂三维参数的测量及骨缺损评估方法，为肩关节不稳的治疗及手术方案的选择提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象

分析中国人民解放军总医院第八医学中心2022年8 月—2023 年7 月84 例成人双侧正常肩关节CT扫描的影像数据资料。研究对象男45 例，女39 例；年龄18～86 岁，平均（53.3±17.9）岁；排除肩关节重大外伤史、肩关节感染史，以及肩关节发育不良者和未成年人。本研究已获得伦理委员会批准同意。

1.2 数据获取

所有肩关节CT 扫描均采用日本东芝320 排螺旋CT 扫描仪（Toshiba，日本）。扫描参数：120 kV，层厚0.5 mm。所有数据均以DICOM 格式导出并存储。

1.3 三维重建与肩胛盂形态学参数测量

应用MIMICS 17.0 软件（Materialise，比利时）对DICOM 格式影像数据进行整合，通过CT 阈值分析、二维蒙板编辑等步骤，重建肩胛骨三维模型。标记肩胛盂最大上下径AB（高度），最大前后径CD（宽度），测量长度（mm），计算高度/宽度比值（高宽比）。拟合肩胛盂凹曲面中心点O（图1a）。过肩胛冈与肩胛骨内缘交点E、肩胛骨最低点F、肩胛盂-肩胛冈-肩峰根部交汇点G 拟合平面1 为肩胛骨走行平面，过AB 及肩胛切迹最低点H 拟合平面为2肩胛盂走形平面，平面1 和平面2 夹角即为肩胛盂倾斜角，以平面1 为参考，平面2 在平面1 前侧成角为前倾，后侧成角为后倾（图1b,1c）。以上模型均以STL 格式文件导入3-MATIC（Materialise，比利时），应用“Wave-Brush-Mark”技术拟合出肩胛盂凹曲面，计算表面积（图1e）。应用“Measure-Distance-Line to point”功能分别测量AB-O 的垂直距离，即上下深度（图1f）；CD-O 的垂直距离，即前后深度（图1h）；计算上下深度/前后深度比值（深度比）。应用“Measure-Angle-Plance to plance”功能计算平面1、2 夹角（图5）。所有模型三维重建及肩胛盂形态参数测量由2 名医师单独完成并取得平均值，计量单位取平均值行统计学分析。

图1.MIMICS 软件肩胛盂数字测量。1a: 肩胛盂高度及宽度，和拟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 夹角为肩胛盂倾斜角（后倾）；1d: 拟合肩胛盂凹曲面并计算表面积；1e: 测量平面1、2 夹角，后倾记为负数；1f: 测量肩胛盂上下深度；1g: 测量肩胛盂前后深度。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 统计学方法

本研究应用IBM SPSS 19.0 软件进行统计分析计算，计量资料经Kolmogorov-Smirnov检验均符合正态分布，以±s表示，采用配对T检验和独立样本t检验，检验水准α 值取双侧0.05。

2 结 果

2.1 同性别左右两侧测量结果对比

45 例成年男性左右侧肩胛盂测量结果比较见表1，男性左右两侧肩胛盂的高度、宽度、高宽比、上下深度、前后深度、深度比、盂表面积和倾斜角的差异均无统计学意义（P＞0.05）。39 例成年女性左右侧肩胛盂测量结果比较见表2，女性左右两侧肩胛盂的高度、宽度、高宽比、上下深度、前后深度、深度比、盂表面积和倾斜角的差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1.45 例成年男性左右侧肩胛盂测量结果比较（±s）Table 1.Comparison of measurements of left and right scapular glenoid in 45 adult males(±s)

表1.45 例成年男性左右侧肩胛盂测量结果比较（±s）Table 1.Comparison of measurements of left and right scapular glenoid in 45 adult males(±s)

指标左侧（n=45）右侧（n=45）P 值高度(mm)宽度(mm)高宽比上下深度(mm)前后深度(mm)深度比表面积(mm2)倾斜角(°)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 例成年女性左右侧肩胛盂测量结果比较（±s）Table 2.Comparison of measurements of left and right scapular glenoid in 39 adult females(±s)

表2.39 例成年女性左右侧肩胛盂测量结果比较（±s）Table 2.Comparison of measurements of left and right scapular glenoid in 39 adult females(±s)

指标左侧（n=39）右侧（n=39）P 值高度(mm)宽度(mm)高宽比上下深度(mm)前后深度(mm)深度比表面积(mm2)倾斜角(°)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 两性间左右两侧测量结果比较

45 例男性与39 例女性左侧肩胛盂测量结果比较见表3，男性肩胛盂的高度、宽度、上下深度、前后深度、盂表面积和倾斜角均显著大于女性（P＜0.05），但是，男性盂高宽比显著小于女性（P＜0.05），两性间深度比的差异无统计学意义（P＞0.05）。

表3.左侧肩胛盂男性与女性测量结果比较（±s）Table 3.Comparison of measurements of the left scapular glenoid between the males and females(±s)

表3.左侧肩胛盂男性与女性测量结果比较（±s）Table 3.Comparison of measurements of the left scapular glenoid between the males and females(±s)

指标男性（n=45）女性（n=39）P 值高度(mm)宽度(mm)高宽比上下深度(mm)前后深度(mm)深度比表面积(mm2)倾斜角(°)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 例男性与39 例女性右侧肩胛盂测量结果比较见表4，男性肩胛盂的高度、宽度、上下深度、前后深度、盂表面积和倾斜角均显著大于女性（P＜0.05），但是，男性盂高宽比显著小于女性（P＜0.05），两性间深度比的差异无统计学意义（P＞0.05）。

表4.右侧肩胛盂男性与女性测量结果比较（±s）Table 4.Comparison of measurements of the right scapular glenoid between the males and females(±s)

表4.右侧肩胛盂男性与女性测量结果比较（±s）Table 4.Comparison of measurements of the right scapular glenoid between the males and females(±s)

指标男性（n=45）女性（n=39）P 值高度(mm)宽度(mm)高宽比上下深度(mm)前后深度(mm)深度比表面积(mm2)倾斜角(°)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 讨 论

当前外伤所致肩关节不稳日趋增多，肩关节脱位骨折等损伤时多伴有肩胛盂不同程度骨缺损，肩胛盂骨缺损大小是肩关节不稳定手术方式选择的关键依据［3～5］。肩胛盂骨缺损20%～25%通常需要骨性手术，而骨缺损＞30%难以通过Latarjet 手术解决肩关节不稳问题［6］。确定肩胛盂骨缺损面积对肩关节不稳手术方式的选择有重要意义。肩胛盂关节面外形为不规则凹曲面，健康成人肩胛盂分为5 型：梨形、卵圆形、梭形、壶状、倒置逗号形［7］。文献报告的肩胛盂骨缺损测量方法包括表面积法、叠加圆法、比率法等，均为间接平面测量，技术复杂，精确度不高且误差较大［8］。为解决上述问题，本研究通过320 排CT 容积扫描、MIMICS 软件三维建模，直接拟合测量得出盂表面积，测量数据精确到平方毫米，较之传统测量方法避免了复杂的计算，更加精确、高效。本研究表明正常成人双侧盂表面积无统计学差异，因此对于单侧肩胛盂骨缺损患者，以健侧盂表面积作为参照，可直接计算患侧肩胛盂骨缺损大小比例，这对肩关节不稳的治疗，尤其是手术方式的选择提供了更精确的参考。针对极少发生的双侧肩胛盂骨缺损，可参照正常平均ACGS，评估肩胛盂骨缺损大小。

肩胛盂骨缺损通常伴有肩胛盂高度、宽度及深度等几何结构异常［9］。肩胛盂高度、宽度是肩关节不稳定诊断与治疗的指标之一，本研究发现因个体和性别的差异，肩胛盂高度、宽度的绝对值变化较大，且男性大于女性，这可能与男性身高普遍高于女性有关，单纯使用肩胛盂高度、宽度绝对值评估肩关节不稳易受性别及个体差异影响。而肩胛盂高宽比决定肩胛盂为“高窄型”或“矮宽型”，受性别及个体差异影响小，本研究测量计算肩胛盂高宽比结果显示男性小于女性，这提示不同性别对肩关节软组织稳定性及动态稳定性的要求程度不一。与文献报道的肩关节不稳定患者肩胛盂高宽比大于正常人，高宽比大的Bankart损伤患者接受关节镜手术后复发的风险也更高相符合［10～13］。同时本研究显示胛盂上下深度明显大于前后深度，男性肩胛盂上下深度、前后深度均大于女性，但上下深度比男女无差异。肩胛盂曲率与深度比呈正相关，曲率缩小直接影响凹陷压缩机制，肩胛盂深度比越小，肩关节越不稳定，对手术重建肩关节稳定要求也更高。

肩胛盂倾斜角是影响肩关节稳定性的另一因素。文献报告肩胛盂过度前倾或后倾与盂肱关节不稳有直接相关性，若前倾超过10°或后倾超过15°，肩关节前向或后向不稳定发生风险显著增大［14，15］。但肩胛骨为不规则体，确定肩胛盂整体走行及参照平面困难，既往研究多在CT 二维图像上取若干层面分别测量取平均值方法计算肩胛盂倾角，误差较大［16］。作者在大量观察肩胛骨三维重建模型的基础上提出肩胛骨走行平面及肩胛盂走行平面的概念，以肩胛骨走行平面为参照面，两平面夹角为肩胛盂倾斜角，成角在参照面以前为正，反之则为负。本研究选取过肩胛骨表面固定骨性标志点拟合肩胛骨走行平面及肩胛盂走行平面，平面夹角测量能在反映肩胛盂在三维坐标内的倾斜角，操作简便，平面夹角可直接读取，避免复杂计算，可重复性好，较之二维测量的精确度显著提高。

综上所述，320 排螺旋CT 容积扫描的资料经MIMICS 软件处理，可对肩胛盂三维参数的精细化测量，对肩关节不稳、肩胛盂骨缺损评估、临床治疗及手术方案的选择有较大参考价值。