三維可視化在嬰幼兒髖關節發育不良超聲影像學中的應用

栗 平 張元智 郭志英 竇 蕊

內蒙古醫科大學第二附屬醫院超聲科，內蒙古呼和浩特010030

三維可視化在嬰幼兒髖關節發育不良超聲影像學中的應用

栗 平 張元智 郭志英 竇 蕊

內蒙古醫科大學第二附屬醫院超聲科，內蒙古呼和浩特010030

目的通過三維重建技術對嬰幼兒髖關節及其周圍解剖結構骨形態特征進行重建與二維超聲圖像擬合以及圖像的匹配，從而實現對嬰幼兒髖關節發育狀況的正確評價。方法選取嬰幼兒新鮮尸體標本20具（其中男10具，女10具），行64排螺旋CT骨盆掃描，將測量數據應用Amira 5.4.5軟件建立髖關節三維圖像，觀察其骨形態特征及彼此的空間形態位置關系并進行二維超聲平面的確定及超聲圖像的測量。結果二維超聲髖關節冠狀切面標準圖像α、β角測量結果分別為（59.5±0.8）°、（56.2±0.5）°，三維虛擬現實圖像α、β角測量結果分別為（61.5±0.4）°、（53.3±0.4）°，兩者比較，差異均無統計學意義（均P＞0.05）。結論三維可視化圖像能夠清晰顯示髖關節骨形態結構并進行二維超聲平面的確定及超聲圖像的測量，驗證了二維超聲法可以準確地評價嬰幼兒髖關節發育狀況，二維超聲法可以作為嬰幼兒發育性髖關節脫位首選的檢查方法。

髖脫位；超聲技術；三維可視化

發育性髖關節脫位（developmental dysplasia of the hip，DDH）是矯形外科中最常見的復雜疾病之一，是發生在出生前及出生后股骨頭和髖臼在發育成熟和解剖關系中出現異常的一系列髖關節病癥[1-2]，早期在臨床上多表現為髖關節不穩定，晚期可以表現為髖關節不同程度的發育不良或脫位，也可導致成年后嚴重喪失關節功能的髖關節病變[3-5]。臨床上以往常用體格檢查和X線檢查，其準確性和安全性存在很大爭議，近年來應用高頻超聲在骨軟骨方面的優勢，動態觀察嬰幼兒尚未完全骨化的髖關節結構，使大批DDH患兒得到了早期的診斷和治療，極大程度地降低了晚期DDH初診的發生率。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇內蒙古醫科大學基礎解剖教研室中國嬰幼兒新鮮尸體標本20具，均為福爾馬林浸泡的標本，冷凍的除外。其中男10具，女10具，經醫院的醫學倫理委員會批準于2012～2013年兩年時間里完成數據的采集。1.2研究方法

首先將尸體標本在64排螺旋CT下骨盆連續掃描，再將標本應用二維超聲進行髖關節掃查，獲取標準髖關節冠狀切面圖像，將獲取的原始DICOM圖像數據導入圖像工作站，應用Amira 5.4.5軟件進行三維重建，最后將容積重建與表面重建擬合，從而顯示髖關節周圍解剖形態結構。

將20例標本應用西門子公司的雙源64層螺旋CT掃描。先做定位像掃描，再做骨盆平掃，重建層厚1 mm，重建間隔0.75 mm。掃描范圍：骨盆入口至股骨中上段。將薄層掃描圖像數據傳到CT工作站，應用Amira軟件進行三維重建，再將容積重建與表面重建擬合，顯示髖關節周圍解剖結構的三維虛擬現實圖像。

將上述20例標本應用GE Voluson E8型彩色多普勒超聲診斷儀進行髖部掃查，高頻超聲探頭頻率5～12 MHz，尸體標本選擇側臥位，先左側后右側，超聲探頭垂直于大粗隆位置，平行于軀體縱軸做股骨頭與髖臼的冠狀切面掃查，清晰顯示二維超聲平面的八個基本解剖結構（即骨軟骨平面、股骨頭、滑膜皺褶、關節囊、盂唇、透明軟骨、骨頂、髂骨下緣）及3個點（即髂骨下緣、盂唇、髂骨平面），應用超聲診斷儀內置的髖關節測量軟件按照Graf超聲法評估骨性髖臼和軟骨髖臼發育狀況，并且觀察股骨頭、髖臼盂緣、髖臼結構及彼此的空間形態位置關系。

經64層螺旋CT掃描數據三維重建，再將容積重建與表面重建擬合，形成髖關節及其周圍解剖形態結構的三維虛擬現實圖像，將圖像與二維超聲圖像擬合和匹配后，確定三維虛擬現實圖像髖關節超聲平面、超聲圖像解剖結構，應用二維超聲法在三維虛擬圖像上分析骨性髖臼和軟骨髖臼發育情況，主要做3條線兩個角的測量，第1條線起自從髖臼軟骨頂的上方，即軟骨膜向骨膜轉換處，此處也是股直肌反折頭的起始部，以此點為起點和圓心，由髂骨外側向髂骨緣作切線即基線；第2條線是以髂骨最低點為軸心，向骨頂作切線即骨頂線；第3條線是經過骨緣與盂唇中部的連線即軟骨頂線，其中基線與骨頂線的夾角形成α角，反映骨性髖臼的發育狀況，基線與軟骨頂線的夾角形成β角，反映軟骨髖臼的發育狀況。

1.3 評價標準

正常嬰幼兒髖關節冠狀面聲像圖表現為髖臼骨緣銳利，髖臼骨頂略呈弧形，對股骨頭覆蓋良好，盂唇呈三角形中等回聲覆蓋股骨頭外緣。股骨頭軟骨呈球形低回聲伴點狀高回聲位于髖臼內，股骨頭骨化中心呈弧形強回聲位于股骨頭中心部。髖關節發育不良表現為髖臼骨緣圓鈍或缺損，髖臼窩變淺，髖臼骨頂對股骨頭覆蓋不良；半脫位髖關節表現為髖臼骨緣圓鈍或變平，髖臼窩明顯變淺，髖臼骨頂僅覆蓋小部分股骨頭，盂唇向外上方擴張；完全脫位髖關節表現為髖臼骨緣明顯圓鈍或變平，髖臼窩明顯變淺，股骨頭位于髖臼外上方的軟組織內，盂唇位于股骨頭與髖臼之間。α角可以定量地描述髖臼骨頂的傾斜程度，α角越小，髖臼窩越淺，髖臼骨性部分發育越差，因此可根據α角判斷骨性髖臼的發育情況。

1.4 統計學方法

采用SPSS 13.0統計學軟件進行數據分析，計量資料α和β角用均數±標準差（x±s）表示，二維超聲法和三維虛擬現實圖像的α和β角的比較采用t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

圖1 二維超聲標準冠狀切面解剖結構

圖2 二維超聲a、β角測量方法

2 結果

2.1 二維超聲標準冠狀切面解剖形態結構測量及評判標準

超聲能清晰地顯示尚未骨化的股骨頭軟骨、盂唇及髖臼骨頂及部分髖臼內軟組織，因此能夠補充X線或CT不能顯示的部分信息，能較準確地判斷軟骨性股骨頭與髖臼的相對位置關系，二維超聲顯示的骨性結構包括：股骨頭、骨性髖臼、髖臼上方髂骨、股骨頸骺板；軟骨結構包括：盂唇、滑膜皺襞、關節囊、軟骨髖臼的軟骨膜，其中平直髂骨、髂骨下緣、盂唇及股骨頭是圖像關鍵點，標準冠狀切面解剖形態結構及測量方法見圖1、2。

2.2 三維虛擬現實圖像髖關節超聲平面的確定及測量

三維虛擬現實圖像可以從任意角度直觀地顯示髖關節的空間形態，更接近真實的解剖結構，具體三維虛擬現實圖像髖關節超聲平面確定、超聲圖像的測量見圖3。

圖3 嬰幼兒髖關節三維虛擬現實圖像超聲平面確定、超聲圖像的測量

2.3 二維超聲髖關節冠狀切面解剖形態結構標準圖像與髖關節三維虛擬現實圖像α、β角測量結果比較

通過二維超聲圖像髖關節的解剖結構在三維虛擬現實圖像上的擬合，分別測量α、β角，兩者比較，差異均無統計學意義（均P>0.5）。見表1。

表1 二維超聲與三維虛擬現實圖像a、β角（°±s）

表1 二維超聲與三維虛擬現實圖像a、β角（°±s）

超聲方式α角β角P值二維超聲三維虛擬模擬超聲59.5±0.8 56.2±0.5 61.5±0.4 53.3±0.4 0.70 0.68

3 討論

三維可視化圖像提供了精確的嬰幼兒髖關節三維解剖學基礎，提高了二維超聲技術對發育性髖關節脫位診斷的可靠性及準確性。通過三維虛擬現實圖像更好的識別了二維超聲圖像髖關節的解剖結構，實現了CT掃描圖像與二維超聲圖像的擬合以及圖像的匹配，為二維超聲髖關節的定位與顯示提供了更可靠的依據。超聲可以靜態或動態的從不同角度對股骨頭和髖臼進行掃查，無放射線損傷，對嬰兒來說安全、簡便、快速、費用低，適用于隨訪觀察，DDH的早期干預和治療可以促使發育異常髖關節向正常的髖關節結構轉化，阻止和（或）減輕DDH站立行走后的病理改變，減少DDH手術治療的風險并提高治療效果，極大的降低晚期DDH初診發生率，并且明顯降低晚期DDH病例醫療風險和治療費用。

近年來，三維CT在發育性髖關節發育不良診斷中的作用已得到國內外研究證實[6-9]，多排螺旋CT容積再現技術是三維圖像處理中最常用的技術之一，計算機重建技術的動態三維圖像是對傳統二維醫學圖像的補充，通過任意旋轉、剖切，可以對重建的三維結構進行觀察和測量。本研究通過多排螺旋CT容積重建技術獲得嬰幼兒髖關節三維虛擬現實圖像，從而獲得嬰幼兒α、β角等精確解剖參數，對髖臼發育特征進行精確三維量化評估，為二維超聲診斷嬰幼兒髖關節疾病提供更可靠的依據，通過三維虛擬現實圖像α、β角測量的結果表明，只有獲得標準的二維超聲圖像才能正確評估髖關節的形態及穩定性，如果不能正確在超聲圖像中確定髂骨下緣點、骨緣和髖臼盂唇，就不能正確標記骨頂線和軟骨頂線，更不能正確區分穩定的ⅡC型髖關節、不穩定型ⅡC型髖關節和D型髖關節，如果在不標準或顯示不全的超聲圖像上進行測量，就會對DDH結果會做出錯誤分型，直接造成發育性髖關節脫位的漏診或過度治療。

DDH是臨床常見骨關節畸形疾病之一，早期診斷和治療是處理DDH的基本原則，隨著人們對DDH認識的逐步深入，對DDH的診斷經歷了從無到有，從粗略到精確的過程，以往人們只是根據患者的臨床表現、臨床檢查以及影像學的檢查來進行診斷，很多早期的DDH患者因此沒有被及時發現，從而延誤了治療的最佳時機[10]。超聲能清晰地顯示髖關節周圍的軟骨及軟組織結構，可以直接觀察軟骨性股骨頭與髖臼的相對關系，并可以觀察股骨頭軟骨和盂唇的形態及結構的改變，髖臼的各種徑向生長是由“Y”形軟骨的骺板、髖臼內表面的半球形骺板和髖臼周圍膜性化骨共同完成的，超聲能清晰地顯示尚未骨化的股骨頭軟骨、盂唇及髖臼骨頂及部分髖臼內軟組織，因此能較準確地判斷軟骨性股骨頭與髖臼的相對位置關系，并能夠補充X線或CT不能顯示的部分信息，可以早期準確評估髖臼發育及脫位程度，特別適用于DDH治療過程中的隨訪觀察[11-12]，還可為可疑DDH患者提供后續診療指導。然而，有研究顯示二維超聲法在診斷DDH的研究者之間及同一研究者多次測量時存在偏差[13]，陳博昌等[14]報道新生兒DDH超聲普查的檢出率為3.37%，黃冠蘭等[15]選擇性超聲篩查DDH的檢出率為7.42%。通過本次應用三維虛擬現實圖像超聲平面確定、超聲圖像的研究說明，在實際操作中，二維超聲標準切面和重要參照點的確定直接影響診斷結果，因此熟練掌握二維超聲操作技巧及正確運用評判標準是正確診斷DDH的關鍵。

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App lication of 3D in ultrasonic imaging of infants w ith developm ental dysp lasia of the hip

LIPing ZHANG Yuanzhi GUO Zhiying DOU Rui
Department of Ultrasonic,the Second Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University,Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 010030,China

Objective To reconstruct the hip joint and bonemorphology of surrounding anatomical by three-dimensional(3-D)reconstruction,two dimensional ultrasound images fitting and imagematching,reconstruction of anatomy of the infant hip,evaluate the accurate of the development of infant hip.Methods CT scanning images from fresh infant corpse specimen(males 10,females 10),were transform into Amira 5.4.5 software,3-Dmodels of hip joint and bone morphology were reconstructed.The two dimensional ultrasound planes were determined.And then 3-D model images were compared to themeasurement of ultrasonic images.Resu lts In two dimensional ultrasound coronal images,the alpha and beta angle were(59.5±0.8)°and(56.2±0.5)°respectively.The alpha and beta angle in 3-Dmodel images were (61.5±0.4)and(53.3±0.4)°,therewere no statistically significant differences between two groups(all P＞0.05).Conclusion 3-D visual images can clearly reproduce the actual osseous anatomy,which can be invaluable for the determination the two-dimensional plane and measurement of ultrasonic image,which could verified the two-dimensional ultrasound.It could be used for infant developmental hip oint dislocation preferred inspectionmethod.

Developmental dysplasia of the hip;Ultrasonic technology;Three-dimensional

R683

A

1673-7210（2014）08（b）-0083-04

2014-04-25本文編輯：任念）

內蒙古自治區自然科學基金項目（編號2012MS1 186）；內蒙古自治區高等學校科學研究項目（編號NJZC12 161）。

栗平（1970-），女，碩士，副主任醫師；研究方向：影像醫學。