基于三维重建技术的国人肩关节盂三维形态学测量与研究

doi:10.3877/cma.j.issn.2096-0263.2018.02.007

中华老年骨科与康复电子杂志 ›› 2018, Vol. 04 ›› Issue (02) : 98 -104. doi: 10.3877/cma.j.issn.2096-0263.2018.02.007

所属专题：文献；

三维影像

基于三维重建技术的国人肩关节盂三维形态学测量与研究

董航¹, 沈先月¹, 李昊轩¹, 乔月², 陈尚钧³, 杨育晖¹^,^†(

), 高忠礼¹

^1. 130033　长春，吉林大学中日联谊医院骨科
^2. 130033　长春，吉林大学中日联谊医院放射线科
^3. 130021　长春，吉林大学白求恩医学院

收稿日期:2017-10-31 出版日期:2018-04-05
通信作者: 杨育晖
基金资助:
吉林大学研究生创新基金资助项目(2017043)

Morphological measurement and analysis of normal glenoid fossa in Chinese population by application of three-dimensional reconstruction

Hang Dong¹, Xianyue Shen¹, Haoxuan Li¹, Yue Qiao², Shangjun Chen³, Yuhui Yang¹^,^†(), Zhongli Gao¹

^1. Department of Orthopedics, China-Japan Union Hospital of Jilin University, Changchun 130033, China
^2. Department of Radiology, China-Japan Union Hospital of Jilin University, Changchun 130033, China
^3. Norman Bethune College of Medicine, Jilin University, Changchun 130021, China

Received:2017-10-31 Published:2018-04-05
Corresponding author: Yuhui Yang
About author:
Corresponding author: Yang Yuhui, Email: yuhui_chris@126.com

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引用本文：

董航, 沈先月, 李昊轩, 乔月, 陈尚钧, 杨育晖, 高忠礼. 基于三维重建技术的国人肩关节盂三维形态学测量与研究[J/OL]. 中华老年骨科与康复电子杂志, 2018, 04(02): 98-104.

Hang Dong, Xianyue Shen, Haoxuan Li, Yue Qiao, Shangjun Chen, Yuhui Yang, Zhongli Gao. Morphological measurement and analysis of normal glenoid fossa in Chinese population by application of three-dimensional reconstruction[J/OL]. Chinese Journal of Geriatric Orthopaedics and Rehabilitation(Electronic Edition), 2018, 04(02): 98-104.

目的

利用三维重建和扫描图像校正技术对国人正常关节盂形态指标进行评估。

方法

整理吉林大学中日联谊医院2013年1月至2017年6月间收治的98例国人正常肩关节CT扫描数据。其中男性36例，女性62例，年龄21~80岁，平均（51±14）岁。将患者CT数据导入Mimics软件并行三维CT重建，建立肩胛骨平面对扫描图像进行重新校正，避免扫描角度和患者姿势的影响。利用3-matic和Geomagic软件将关节盂曲面拟合成3D散点模型以确定关节盂中心和关节盂拟合平面。定量分析正常国人关节盂的高度、宽度、曲面面积、扭转角和倾斜角。

结果

正常国人关节盂高度为（35.2±2.9）mm，宽度为（26.9±2.6）mm，曲面面积为（824±143）mm²；扭转角为后倾（1.01±4.07）°，倾斜角为上倾（8.89±4.71）°，以上测量参数均无侧别统计学差异。而男性关节盂高度、宽度及曲面面积显著大于女性（P<0.01）。相关性分析表明，身高与关节盂尺寸存在显著正相关（r=0.815，P<0.01）。

结论

利用三维重建技术对关节盂进行形态学参数分析，具有较高的准确性和可重复性，对优化国人关节盂假体设计具有一定参考价值。基于欧美人设计的商用标准29 mm型关节盂假体尺寸较大，理论上适用于身高超过175 cm的国人。

关键词: 关节盂, 关节成形术，置换，肩, 三维重建

Objective

To investigate glenoid morphology and orientation in a Chinese population using 3D reconstruction and scanning image standardization.

Methods

Data of 98 cases of normal shoulder CT scan in China-Japan Union Hospital of Jilin University from January 2013 to June 2017 were collected. There were 36 males and 62 females, aged from 21 to 80 years, with an average of (51±14) years. The patient's CT data were imported into Mimics software for parallel three-dimensional CT reconstruction. The scapular plane was established to recalibrate the scanned image to avoid the influence of scanning angle and patient's posture. The 3-matic and Geomagic software were used to fit the joint glenoid surface into a 3D scatter model to determine the center of the glenoid and the plane of the glenoid fitting. Quantitatively analyze the normal human glenoid height, width, surface area, glenoid twist angle and tilt angle.

Results

The average height of the glenoid was (35.2±2.9) mm, the width was (26.9±2.6) mm and the surface area was (824±143) mm². The torsion angle was posterior (1.01±4.07) ° and the tilt angle was upward (8.89±4.71)°. There was no statistical difference in the above parameters, but the height, width and surface area of glenoid in male were significantly higher than those of females (P<0.01). Correlation analysis showed that there was a significant positive correlation between height and glenoid size (r=0.815, P<0.01).

Conclusion

The three-dimensional reconstruction technique has high accuracy and repeatability for the analysis of glenoid morphological parameters, which is of reference value to optimize the design of glenoid prosthesis in Chinese. The predicted height of the Chinese subjects that corresponded to a glenoid width of standard 29 mm which designed based on Europeans and Americans was over 175 cm.

Key words: Glenoid cavity, Arthroplasty, replacement, shoulder, Three-dimensional Reconstruction

图5~7 关节盂的扭转角和倾斜角测量。关节盂扭转角是于横断面所测得的关节盂平面和肩胛骨平面的夹角，其中正值为关节盂前倾（图5），负值为关节盂后倾（图6）；图7　关节盂倾斜角是于冠状面所测得的关节盂平面和肩胛骨平面的夹角，其中正值代表上倾，负值代表下倾

表1 基于三维重建技术不同观察者测量参数的一致性情况（±s）

观测者	高度（mm）	宽度（mm）	表面积（mm²）	扭转角（°）	倾斜角（°）
观测者A	35.2±2.9	26.9±2.6	824±143	-1.01±4.07	8.89±4.71
观测者B	36.1±3.4	25.9±1.8	733±160	-1.92±2.89	9.16±3.54
ICC（95% CI）	0.960（0.938～0.974）	0.927（0.888～0.953）	0.891（0.820～0.922）	0.957（0.934～0.974）	0.949（0.922～0.967）
P值	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001

表1 基于三维重建技术不同观察者测量参数的一致性情况（±s）

观测者	高度（mm）	宽度（mm）	表面积（mm²）	扭转角（°）	倾斜角（°）
观测者A	35.2±2.9	26.9±2.6	824±143	-1.01±4.07	8.89±4.71
观测者B	36.1±3.4	25.9±1.8	733±160	-1.92±2.89	9.16±3.54
ICC（95% CI）	0.960（0.938～0.974）	0.927（0.888～0.953）	0.891（0.820～0.922）	0.957（0.934～0.974）	0.949（0.922～0.967）
P值	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001	<0.001

表2 基于三维重建技术的国人肩关节盂形态学参数

指标（n=98）	均值±标准差	95% CI	范围
高度（mm）	35.22±2.89	34.64～35.80	28.42～43.26
宽度（mm）	26.88±2.55	26.36～27.39	22.54～34.42
表面积（mm²）	824.04±142.92	795.38～852.69	529.39～1193.89
扭转角（°）	-1.01±4.07	-1.83～-0.19	-10.90～9.48
倾斜角（°）	8.89±4.71	7.94～9.83	0.53～22.30

表2 基于三维重建技术的国人肩关节盂形态学参数

指标（n=98）	均值±标准差	95% CI	范围
高度（mm）	35.22±2.89	34.64～35.80	28.42～43.26
宽度（mm）	26.88±2.55	26.36～27.39	22.54～34.42
表面积（mm²）	824.04±142.92	795.38～852.69	529.39～1193.89
扭转角（°）	-1.01±4.07	-1.83～-0.19	-10.90～9.48
倾斜角（°）	8.89±4.71	7.94～9.83	0.53～22.30

表3 基于三维重建技术不同性别的国人肩关节盂形态学参数对比（±s）

组别	例数	高度（mm）	宽度（mm）	表面积（mm²）	扭转角（°）	倾斜角（°）
男性	36	37.7±2.3	29.3±2.1	944±128	-1.90±3.72	8.00±4.09
女性	62	33.8±2.1	25.5±1.6	754±98	-0.50±4.20	9.40±5.00
t值	?	8.772	10.040	8.279	1.658	1.426
P值	?	<0.001	<0.001	<0.001	0.101	0.157

表3 基于三维重建技术不同性别的国人肩关节盂形态学参数对比（±s）

组别	例数	高度（mm）	宽度（mm）	表面积（mm²）	扭转角（°）	倾斜角（°）
男性	36	37.7±2.3	29.3±2.1	944±128	-1.90±3.72	8.00±4.09
女性	62	33.8±2.1	25.5±1.6	754±98	-0.50±4.20	9.40±5.00
t值	?	8.772	10.040	8.279	1.658	1.426
P值	?	<0.001	<0.001	<0.001	0.101	0.157

图8 国人肩关节宽度和身高的相关回归曲线

表4 关节盂形态学参数的文献整理

文献	性别	关节盂高度（mm）	关节盂宽度（mm）	扭转角（°）	倾斜角（°）
Moineau（法国2012）^[14]	?	41.33	29.35	-12.1	-
Eric（美国2013）^[10]	?	-	-	-7	12
Matsumura（日本2016）^[15]	M	33.6	24.9	1	-
?	F	29.4	21.3	0	-
Mizuno（日本2017）^[16]	M	35.3	27.4	-1.6	10.4
?	F	31.4	23.5	-3.0	12.8
Mizuno（法国2017）^[16]	M	37.3	28.7	-6.2	10.2
?	F	33.5	24.7	-5.9	10.6
Simon（美国2017）^[19]	M	41.7	32.9	-	-
?	F	36.7	27.8	-	-
董航（中国2017）	M	37.7	29.3	-1.9	8
?	F	33.8	25.5	-0.5	9.4

表4 关节盂形态学参数的文献整理

文献	性别	关节盂高度（mm）	关节盂宽度（mm）	扭转角（°）	倾斜角（°）
Moineau（法国2012）^[14]	?	41.33	29.35	-12.1	-
Eric（美国2013）^[10]	?	-	-	-7	12
Matsumura（日本2016）^[15]	M	33.6	24.9	1	-
?	F	29.4	21.3	0	-
Mizuno（日本2017）^[16]	M	35.3	27.4	-1.6	10.4
?	F	31.4	23.5	-3.0	12.8
Mizuno（法国2017）^[16]	M	37.3	28.7	-6.2	10.2
?	F	33.5	24.7	-5.9	10.6
Simon（美国2017）^[19]	M	41.7	32.9	-	-
?	F	36.7	27.8	-	-
董航（中国2017）	M	37.7	29.3	-1.9	8
?	F	33.8	25.5	-0.5	9.4

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